安徽 楊繼福 韓 雪

自踏上高中生物課堂講臺以來，筆者和很多讀者對待全國中學(xué)生生物聯(lián)賽題型的看法相近，其題目所涵蓋的知識超出高考“考綱”，對學(xué)生的知識層面、思維水平層面的要求都顯著高于高考，研究價值有限。但是自擔(dān)任生物競賽教練員以來，筆者通過架構(gòu)生物聯(lián)賽試題和高考真題間的隱形橋梁，頗受啟發(fā)。眾所周知，全國中學(xué)生生物聯(lián)賽和高考命題組的主要成員均為高校教師，聯(lián)賽試題以大學(xué)基礎(chǔ)知識為主；而近年來高考真題中也不乏從大學(xué)教材知識中改編的試題。二者雖然難度差別顯著，但是其蘊(yùn)含的學(xué)科思維方式、解題技巧等存在不少可供高三生物教學(xué)研究和思考的共性。本文以“巧用小棋盤法解遺傳第三定律題型”為例進(jìn)行分析，并對高考真題進(jìn)行“題型化”改編，供各位讀者參考。

一、生物學(xué)聯(lián)賽試題中學(xué)科思維方式的發(fā)掘和“小棋盤法”應(yīng)用典例

1.考情分析

全國中學(xué)生生物聯(lián)賽考試說明指出，試題基于大學(xué)基礎(chǔ)教材《普通生物學(xué)》命制，但是近年來其實(shí)際難度通常略大，以“遺傳學(xué)”模塊中“三點(diǎn)測交法基因定位”為例，題型通常為“根據(jù)具有由位于一條染色體上三對基因控制的三對相對性狀的雜合子和隱性純合子測交子代中各種表現(xiàn)型的數(shù)量比，判斷基因位置關(guān)系，以及求解重組值、雙交換值、并發(fā)系數(shù)等”。接下來，筆者所選的這道試題則別出心裁。

2.例題展示

【例1】玉米的第3 號染色體有3 個基因座，分別是等位基因b/+，v/+，y/+?！?”表示野生型，與之對應(yīng)的隱性表現(xiàn)型簡寫為b（深綠色葉片）、v（淡綠色）、y（無舌葉）?，F(xiàn)將兩種表現(xiàn)型不同的純種玉米雜交，得到的F1在3 個基因位點(diǎn)上都是雜合的，令F1自交，F(xiàn)2表現(xiàn)型及數(shù)量如表1：

表1

求：這三個基因座的排列順序及該遺傳的并發(fā)系數(shù)。

2.1 題型分析

本題的新穎之處在于考查學(xué)生利用三對基因雜合個體自交結(jié)果進(jìn)行遺傳分析并計算，與傳統(tǒng)題型相比，無法直接求出不同配子的數(shù)量比，故不能直觀判斷親本型配子和重組型配子。在戴灼華、王亞馥等所著《遺傳學(xué)》教材的章節(jié)習(xí)題中出現(xiàn)過類似的題型，相比之下，該試題的計算量更大。此類題型的解題關(guān)鍵在于準(zhǔn)確求出不同類型配子的數(shù)量比，若采用常規(guī)棋盤法求解，解題難度較大。

2.2 解題思路

棋盤法是遺傳學(xué)解題時一種非常重要的解題技巧，在面對復(fù)雜題型時，師生通常嘗試將大棋盤進(jìn)行拆分?！靶∑灞P法”是對棋盤法的一種簡化，使用時思路更加清晰，可明顯減小運(yùn)算量。例如，在求解涉及獨(dú)立遺傳的兩對基因的群體自由交配時，可以把兩對基因拆分，通過對每對基因單獨(dú)繪制棋盤進(jìn)行求解，從而簡化運(yùn)算步驟。接下來，筆者嘗試使用“小棋盤法”對例1 進(jìn)行求解。本題所用“小棋盤”解法不是對三對基因進(jìn)行拆分，而是只畫出棋盤法的某一環(huán)節(jié)，從而簡化運(yùn)算。

2.3 解題步驟

（1）根據(jù)F2中表現(xiàn)型bvy 為4/10 000，繪制小棋盤（如表2），可知F1產(chǎn)生的bvy 型配子應(yīng)為2%，因而+++型配子也應(yīng)為2%。

表2

（2）因?yàn)镕1配子結(jié)合形成表現(xiàn)型為三對基因野生型及兩對基因野生型的F2個體時，可能出現(xiàn)的配子間結(jié)合方式較多，不易分析，故選取F2中表現(xiàn)型為b+y、bv+的個體繪制小棋盤進(jìn)行分析。設(shè)F1的配子中b+y 型配子比例為m，bv+型配子比例為n，如表3、表4。

表3

表4

根據(jù)題意F2中表現(xiàn)型為b+y 的個體占比為192/10 000，表現(xiàn)型為bv+的個體占比為77/10 000。

分別列方程：m2+2 %×m×2=192/10 000；n2+2 %×n×2=77/10 000

化簡得，10 000m2+400m-192=0 ；10 000n2+400n-77=0

根據(jù)一元二次方程求根公式：

因此，F(xiàn)1的配子中b+y 型配子比例為12 %，bv+型配子比例為7 % ；則+v+型配子比例為12 %，++y 型配子比例為7 %。

故可知，F(xiàn)1的配子中+vy 型配子和b++型配子比例均為（1-2 %-2 %-12 %-12 %-7 %-7 %）/2=29 %。

（3）由上述數(shù)據(jù)可知，+vy 型配子和b++型配子為親本型配子，而bvy 型配子和+++型配子應(yīng)為雙交換型。通過比對可知，三個基因座的排列順序應(yīng)為vby。

（4）重新整理各種類型配子，如表5：

表5

3.小結(jié)

本題運(yùn)算量雖大，但是思路非常清晰，滲透的學(xué)科思維方式是非常典型的。即設(shè)法將雜合子自交題型通過分析，列方程求解出F1產(chǎn)生的各種類型配子的比例，即可將該題轉(zhuǎn)化成常規(guī)的“三點(diǎn)測交法”題型，從而完成對基因位置的判斷和相關(guān)的分析與計算。本題解題過程中巧妙地使用了“小棋盤法”進(jìn)行分析，這種解題方法有效簡化了運(yùn)算和推理的環(huán)節(jié)。

二、基于上述學(xué)科思維方式對高考試題進(jìn)行改編

1.考情分析

在人教版高中生物教材中，有關(guān)“遺傳第三定律”的內(nèi)容并未在正文中出現(xiàn)，只在“科學(xué)家的故事”中簡要提及。但是基于“基因在染色體上呈線性排列”和“減數(shù)分裂時同源染色體上等位基因交叉互換可造成基因重組”等遺傳學(xué)知識，學(xué)生可以完成相關(guān)題型的作答，在高考中已不屬于超綱題型。

2.例題展示

【例2】（2018 年，全國卷Ⅲ，第31 題）某小組利用某二倍體自花傳粉植物進(jìn)行兩組雜交實(shí)驗(yàn)，雜交涉及的四對相對性狀分別是：紅果（紅）與黃果（黃）、子房二室（二）與多室（多）、圓形果（圓）與長形果（長）、單一花序（單）與復(fù)狀花序（復(fù)）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6。

表6

回答下列問題：

（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是：控制甲組兩對相對性狀的基因位于_____________上，依據(jù)是________________________；控制乙組兩對相對性狀的基因位于_____________（填“一對”或“兩對”）同源染色體上，依據(jù)是____________________________________。

（2）某同學(xué)若用“長復(fù)”分別與乙組的兩個F1進(jìn)行雜交，結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析，其子代的統(tǒng)計結(jié)果不符合______的比例。

【答案】（1）非同源染色體 F2中兩對相對性狀表現(xiàn)型的分離比符合9∶3∶3∶1 一對 F2中每對相對性狀表現(xiàn)型分離比都符合3∶1，而兩對相對性狀表現(xiàn)型的分離比不符合9∶3∶3∶1（2）1∶1∶1∶1

【例題分析】

本題是一道涉及遺傳三大定律的經(jīng)典試題，第（1）小題考查考生對“基因的分離定律及自由組合定律”的理解；第（2）小題則是以遺傳第三定律為知識背景進(jìn)行命題。試題難度不大，考生可直接分析：根據(jù)F2各表現(xiàn)型比例不是9∶3∶3∶1，故題目中乙組實(shí)驗(yàn)涉及的兩對基因不符合自由組合定律，故F1測交結(jié)果不符合1∶1∶1∶1的比例。但是該題滲透的生物學(xué)科思維方式、解題方法和上述生物學(xué)聯(lián)賽試題相似度很高。基本解題思路為F1自交結(jié)果→畫小棋盤→求F1產(chǎn)生的各種類型配子比例→判斷兩對基因是否獨(dú)立遺傳。接下來，筆者嘗試基于上述規(guī)律對該題進(jìn)行改編，形成兩種題型。

3.改編題型一

【例3】（2018 年，全國卷Ⅲ，第31 題）某小組利用某二倍體自花傳粉植物進(jìn)行兩組雜交實(shí)驗(yàn)，雜交涉及的四對相對性狀分別是：紅果（紅）與黃果（黃）、子房二室（二）與多室（多）、圓形果（圓）與長形果（長）、單一花序（單）與復(fù)狀花序（復(fù)）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6，表格中乙組F1表現(xiàn)型分別記作“圓單1、圓單2”，回答下列問題

（1）請?jiān)趫D1 中畫出乙組實(shí)驗(yàn)F1“圓單1 和圓單2”基因在染色體上的位置關(guān)系，圓形果（圓）與長形果（長）相關(guān)基因用A/a 表示，單一花序（單）與復(fù)狀花序（復(fù)）相關(guān)基因用B/b 表示：

圖1

（2）某同學(xué)若用“長復(fù)”分別與乙組的兩個F1進(jìn)行雜交，結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析，其子代的統(tǒng)計結(jié)果應(yīng)分別符合_______________、_______________的比例。

（3）F1“圓單1”在減數(shù)分裂時，初級性母細(xì)胞中發(fā)生交叉互換的概率約為_______________。

3.1 例題分析

例3 是基于高考原題進(jìn)行的思維拓展化改編，該題型的解題思路屬于典型的逆推法，難度稍大。題干中可以提取的信息是很有限的，F(xiàn)1為雙雜合子，其自交后代表現(xiàn)型比例遵循“66∶9∶9∶16”的數(shù)量比。由于該題依據(jù)基因連鎖互換的知識背景進(jìn)行命題，所以該題對學(xué)生的思維靈活度要求較高。但是解答本題依據(jù)的學(xué)科思維方式和例1、例2 非常相似：F1自交結(jié)果→畫棋盤→求F1產(chǎn)生的各種類型配子比例→判斷兩對基因是否獨(dú)立遺傳及進(jìn)行有關(guān)計算。同樣，采用小棋盤法的解題方法非常方便。

3.2 解題步驟

（1）確定基因遵循的遺傳規(guī)律

由題意知，A/a 和B/b 兩對基因不遵循基因自由組合定律，可判斷出兩對基因位于一對同源染色體上。又因?yàn)镕2各種表現(xiàn)型比例不是“3∶1 或者1∶2∶1”，所以可推測F1通過減數(shù)分裂形成配子時，部分初級性母細(xì)胞的同源染色體上等位基因發(fā)生了交叉互換，從而造成了基因重組，F(xiàn)2中出現(xiàn)4 種表現(xiàn)型。

（2）分析配子數(shù)量比存在的規(guī)律

進(jìn)一步分析，若F1為A 和B 基因位于一條染色體，a 和b 基因位于其同源染色體上。減數(shù)分裂時，未發(fā)生交叉互換的初級性母細(xì)胞產(chǎn)生的各種配子概率比例應(yīng)為“AB∶ab=1∶1”；發(fā)生交叉互換的初級性母細(xì)胞產(chǎn)生的各種配子概率比例應(yīng)為“AB∶Ab∶aB∶ab=1∶1∶1∶1”，故存在：AB=ab，Ab=aB。當(dāng)所有的初級性母細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中均發(fā)生交叉互換時（理論情況下），此時存在：AB=ab=Ab=aB。但是事實(shí)上，只有部分初級性母細(xì)胞在減數(shù)分裂時發(fā)生交叉互換，故存在：AB=ab>Ab=aB。同理 ：若F1為A和b基因位于一條染色體，a 和B 基因位于其同源染色體上，應(yīng)存在Ab=aB>AB=ab。

（3）利用小棋盤法求F1 產(chǎn)生的配子數(shù)量比，完成作答

根據(jù)題意，表現(xiàn)型為“圓單1”的F1產(chǎn)生的F2中，表現(xiàn)型為“長復(fù)”個體占比為16 %，繪制小棋盤（如表7），求出ab 型配子占比應(yīng)為40 %。依據(jù)（2）中規(guī)律，可知AB、aB、Ab 型配子占比應(yīng)分別為40 %、10 %、10 %。故F1“圓單1”基因在染色體上的位置關(guān)系為

表7

圖2

同理，表現(xiàn)型為“圓單2”的F1產(chǎn)生的F2中，表現(xiàn)型為“長復(fù)”個體占比為1%，繪制小棋盤（如表8），求出ab 型配子占比應(yīng)為10%。依據(jù)（2）中規(guī)律，可知AB、aB、Ab 型配子占比應(yīng)分別為10%、40%、40%。故F1“圓單2”基因在染色體上的位置關(guān)系為

表8

圖3

根據(jù)上述兩組實(shí)驗(yàn)中F1產(chǎn)生的不同類型配子數(shù)量比，易知，第（2）小題測交實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)分別為圓單∶圓復(fù)∶長單∶長復(fù)=4∶1∶1∶4 和圓單∶圓復(fù)∶長單∶長復(fù)=1∶4∶4∶1。

第（3）小題中，F(xiàn)1“圓單1”個體在減數(shù)分裂過程中，只有當(dāng)初級性母細(xì)胞中發(fā)生交叉互換時，才會產(chǎn)生Ab、aB 型配子。不妨假設(shè)，交叉互換的概率為x %，則存在x %×（1/4）=10 %，解得初級性母細(xì)胞中發(fā)生交叉互換的概率約為40%。

4.改編題型二

【例4】某小組利用某二倍體自花傳粉植物進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，雜交涉及的兩對相對性狀分別是：圓形果（圓）與長形果（長），分別由A、a 基因控制；單一花序（單）與復(fù)狀花序（復(fù)），分別由B、b 基因控制。如圖4 為表現(xiàn)型為“圓單”個體的基因在染色體上的位置關(guān)系，在減數(shù)分裂時，初級性母細(xì)胞中發(fā)生交叉互換的概率約為40 %。

圖4

（1）若用該個體與表現(xiàn)型為“長復(fù)”個體進(jìn)行雜交，則子代中出現(xiàn)的表現(xiàn)型及比例為_______________。

（2）若用該個體進(jìn)行自花傳粉，則子代中出現(xiàn)的表現(xiàn)型及比例為_______________。

【答案】（1）圓單∶圓復(fù)∶長單∶長復(fù)=4∶1∶1∶4

（2）圓單∶圓復(fù)∶長單∶長復(fù)=66∶9∶9∶16

【例題分析】

該題是建立在例3 的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步改編，改編關(guān)鍵點(diǎn)在于該題型的解題思路轉(zhuǎn)化成正推法，難度相對適中。

三、教學(xué)建議與小結(jié)

從全國中學(xué)生生物聯(lián)賽到高考，筆者以“學(xué)科思維方式和解題方法”為材料構(gòu)筑隱形橋梁。不難發(fā)現(xiàn)，高考命題者的初衷更傾向于考查學(xué)生的生物學(xué)科思維方式，靈活多變的題型其實(shí)是對學(xué)科基礎(chǔ)知識的升華。這種命題方式充分體現(xiàn)了高考對學(xué)生分析推理能力及生物學(xué)核心知識的考查。高三生物教學(xué)過程中，教師可以深入挖掘這類經(jīng)典題型的質(zhì)點(diǎn)，靈動改編成新穎題型；引領(lǐng)學(xué)生巧用解題方法，幫助學(xué)生對知識深度理解和多元化應(yīng)用。