浙江 嚴(yán)開銀 胡國(guó)英

1.引言

從表1 中可得知，從2015 年10 月到2020 年7 月，浙江省七選三高考改革已開展五年，已進(jìn)行了10 次選考考試，其中遺傳大題從最開始的第31 題7 分，調(diào)整為如今的第28 題9 分，由此說明遺傳學(xué)內(nèi)容在評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)上有重要作用。同時(shí)，筆者經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)在近5 年浙江省10 次高中生物學(xué)選考中，遺傳學(xué)知識(shí)考查相對(duì)分布在表1 中的5 點(diǎn)上，即①判斷相對(duì)性狀的顯隱性；②判斷基因所在的染色體；③確定相關(guān)個(gè)體的基因型；④計(jì)算子代中相關(guān)基因型或表現(xiàn)型的比例；⑤遺傳圖解繪制。并且，通過對(duì)每次生物學(xué)選考遺傳大題研究，筆者還發(fā)現(xiàn)以上5 個(gè)知識(shí)點(diǎn)通常會(huì)按一定順序呈現(xiàn)在各小題中，這說明遺傳大題各小題的解答有邏輯可循，有遞進(jìn)關(guān)系。

表1

續(xù)表

考試是一種在限定時(shí)間內(nèi)對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)的方式，在生物學(xué)選考考試過程中，學(xué)生解答遺傳大題的時(shí)間一般僅有10 分鐘。這要求學(xué)生在解答過程中要思路清晰，能快速?gòu)念}干中提取有效信息并正確書寫。這在一定程度上是對(duì)學(xué)生高層次科學(xué)思維能力的考查與分層。因此，教師將遺傳大題解答訓(xùn)練作為一個(gè)復(fù)習(xí)專題是有價(jià)值的。本文研究目的是通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模，找出表現(xiàn)型比例與“顯隱性相對(duì)性狀、基因所在染色體、相關(guān)個(gè)體基因型判定”之間的關(guān)系，提高科學(xué)思維能力。在解答問題過程中，學(xué)生通過建模方式透過表面看本質(zhì)，“看見”子代性狀分離比所隱藏的信息，實(shí)現(xiàn)思維過程可視化。

2.實(shí)例分析

2.1 實(shí)例一：兩對(duì)基因決定兩對(duì)相對(duì)性狀

【例1】某昆蟲眼色的野生型和棕色眼、野生型和朱紅眼分別由等位基因A、a 和B、b 控制，兩對(duì)基因在染色體上的分布示意圖如圖1。某野生型雌性個(gè)體與野生型雄性個(gè)體雜交，F(xiàn)1雌性個(gè)體中野生型303 只、棕色眼102 只，雄性個(gè)體中野生型152 只、朱紅眼148 只、棕色眼49 只、白眼50 只。

圖1

（1）親本的基因型為____________。

（2）F1表現(xiàn)為棕色眼的個(gè)體基因型為____________。

【答案】（1）AAXBXb、AaXBY（2）aaXBXB、aaXBXb、aaXBY

2.1.1 問題分析

問題（1）中親本的基因型是指題干中“某野生型雌性個(gè)體與野生型雄性個(gè)體”的基因型。解答該問題需要通過F1個(gè)體的表現(xiàn)型及比例等條件從子代到親本逆向推導(dǎo)出答案。而解答問題（2）需要得出親本基因型后，通過繪出遺傳圖解呈現(xiàn)雜交過程才能得出答案。

2.1.2 構(gòu)建模型

第一步：根據(jù)題意，建立雜交過程圖（如圖2）；將題目中的雜交過程模型化，明晰相關(guān)信息，為“基因與性狀關(guān)系”分析做準(zhǔn)備。

圖2

第二步：拆分比例（如圖3）；對(duì)子代雌雄個(gè)體表現(xiàn)型比例進(jìn)行拆分，拆分為兩對(duì)相對(duì)性狀及其比例，查看不同相對(duì)性狀在雌雄后代中比例是否相同，判定基因是否為伴性遺傳。

圖3

第三步：由子代向親代，逆推親本基因型（如圖4）。由于子代中雌雄個(gè)體野生型：棕色眼性狀均為3∶1，故確定為常染色體遺傳，逆向推導(dǎo)出親本基因型應(yīng)為Aa 與Aa；根據(jù)拆分結(jié)果發(fā)現(xiàn)，另一對(duì)基因B、b 決定的性狀分離比在子代雌雄個(gè)體中不一致，故該對(duì)基因?yàn)榘樾赃z傳，并推導(dǎo)其基因型為XBXb與XBY。故親本基因型為AaXBXb與AaXBY。

圖4

第四步：利用兩對(duì)相對(duì)性狀自由組合進(jìn)行驗(yàn)證。將親本兩對(duì)基因拆分進(jìn)行雜交，分別得到AA∶Aa∶aa=1∶2∶1 與XBXB∶XBXb∶XBY∶XbY=1∶1∶1∶1，兩對(duì)相對(duì)性狀比分別為A_∶a a=3∶1 與XBX-∶XBY∶XbY=2∶1∶1；再通過兩對(duì)相對(duì)性狀的自由組合進(jìn)行驗(yàn)證（如圖5），驗(yàn)證子代表現(xiàn)型及比例是否與題干中條件、結(jié)果相符。

圖5

2.1.3 思路點(diǎn)撥

從第三步中可知問題（1）中親本基因型為AAXBXb、AaXBY；從第四步中可推知題（2）F1表現(xiàn)為棕色眼的個(gè)體基因型為aaXBXB、aaXBXb、aaXBY。使用四步建模的方法得到模型，可以直接提取解答問題所需的答案，幫助學(xué)生梳理思路，使思維過程可視化，避免解題過程出現(xiàn)復(fù)雜的推導(dǎo)，從而快速得出結(jié)果。

2.2 實(shí)例二：兩對(duì)基因決定一個(gè)性狀的三對(duì)相對(duì)性狀

【例2】某雌雄異株植物的花色由兩對(duì)基因A、a，B、b 控制其中B、b 基因位于性染色體上，且所有基因均不位于Y 染色體上，當(dāng)A、B 同時(shí)存在時(shí)為紫花。將紫花雌株與白花雄株雜交，F(xiàn)1無論雌雄全為紫花，F(xiàn)1雌雄植株相互雜交后得到F2如表2 所示。請(qǐng)回答：

表2

（1）親本基因型為____________。

（2）F2紫花植株中純合子占____________。

【答案】（1）AAXBXB、aaXbY（2）2/9

2.2.1 問題分析

問題（1）中親本的基因型是指題干中“紫花雌株與白花雄株”的基因型。解答該問題需要通過F2個(gè)體的表現(xiàn)型及比例等條件逆向推導(dǎo)出答案。確定F2紫花植株中純合子所占比例，需得出F1基因型后才能解答。

2.2.2 構(gòu)建模型

第一步：根據(jù)題意，建立雜交過程圖（如圖6）。

圖6

第二步：拆分比例（如圖7）。

圖7

第三步：逆推親本基因型（如圖8）。通過拆分比例可知，紫花與藍(lán)花性狀在子二代雌雄個(gè)體中的比例相同，與性別無關(guān)，故為常染色體遺傳。按遺傳規(guī)律，拆分出的另一對(duì)基因決定的性狀比為2∶0 與1∶1，由于在雌雄中的比例不同，故該對(duì)基因?yàn)榘樾赃z傳。

圖8

第四步：利用F1間雌雄相互交配，獲得F2中兩對(duì)相對(duì)性狀的自由組合進(jìn)行驗(yàn)證（如圖9）。

圖9

2.2.3 思路點(diǎn)撥

從第三步中可知問題（1）中親本基因型為AAXBXB、aaXbY ；從第四步中可推知問題（2）F2紫花植株中純合子占2/9。

2.3 實(shí)例三：兩對(duì)基因決定一個(gè)性狀的三對(duì)相對(duì)性狀，且存在配子致死

【例3】大花女婁菜是一種雌雄異株的二倍體植物，其性別決定方式為XY 型。其花瓣中色素代謝過程如圖10，當(dāng)藍(lán)色素與紅色素同時(shí)存在時(shí)為紫花，決定兩種色素合成的基因獨(dú)立遺傳?，F(xiàn)有兩紅花植株親本雜交得到F1，F(xiàn)1的表現(xiàn)型比例如圖11 所示。

圖10

圖11

（1）控制藍(lán)色素合成的基因是位于___________染色體上的_____（填“A”或“a”）。

（2）F1中分離比異常的原因是_______________________________，如果對(duì)雄性親本進(jìn)行單倍體育種并獲得相應(yīng)植株，所獲得的雌株表現(xiàn)型及比例應(yīng)為____________。

【答案】（1）X a（2）雄配子或雌配子B 致死時(shí)均會(huì)導(dǎo)致子代中紅花與白花的性狀比為1∶1全為白花（bbXAXA）或白花（bbXAXA）與紅花（BBXAXA）=1∶1

2.3.1 問題分析

問題（1）判斷藍(lán)色素的基因顯隱性及是否為伴性遺傳和問題（2）F1中分離比異常原因，均需要通過F1表現(xiàn)型及比例等條件逆向推導(dǎo)出親本基因型，并驗(yàn)證F1中各表現(xiàn)型和基因型后才能得出答案。

2.3.2 構(gòu)建模型

第一步：根據(jù)題意，建立雜交過程（如圖12）。

圖12

第二步：拆分比例（如圖13）。

圖13

第三步：逆推親本基因型。推導(dǎo)親本基因型時(shí)，利用拆分比例可知，白與紅性狀在后代雌雄個(gè)體中的比例相同，與性別無關(guān)，所以為常染色體遺傳。子代中白與紅性狀比為1∶1，為測(cè)交后代比例，按規(guī)律推測(cè)親本基因型為Bb 與bb，表現(xiàn)型為紅花與白花，但親本均為紅花，故不符合推測(cè)。思考親本均為紅花條件下是否能夠雜交產(chǎn)生紅花與白花后代且比例為1∶1。使用棋盤法進(jìn)行推導(dǎo)（如圖14），當(dāng)雄配子或雌配子B 致死時(shí)均會(huì)導(dǎo)致子代中紅花與白花的性狀比為1∶1。由此確定兩親本基因型均為Bb。另一對(duì)等位基因在子代雌雄中的比例分別為2∶0 與1∶1，雌雄中比例不一樣，故為伴性遺傳。由于子代雄性中白與藍(lán)的比例為1∶1，故母本基因型為XAXa；而子代雌性均為白，故父本基因型為XAY（如圖15）。

圖14

圖15

第四步：利用F1中兩對(duì)相對(duì)性狀自由組合進(jìn)行驗(yàn)證（如圖16）。

圖16

2.3.3 思路點(diǎn)撥

從第四步中可知問題（1）中藍(lán)色素基因是由位于X 染色體上的a 基因決定的。從第三、四步可知問題（2）F1分離比異常的原因是“雄配子或雌配子B 致死時(shí)均會(huì)導(dǎo)致子代中紅花與白花的性狀比為1∶1”；如果對(duì)雄性親本（BbXAY）進(jìn)行單倍體育種，所獲得的雌株表現(xiàn)型及比例應(yīng)為“全為白花（bbXAXA）或白花（bbXAXA）與紅花（BBXAXA）=1∶1”。

2.4 實(shí)例四：兩對(duì)基因決定兩對(duì)相對(duì)性狀，且存在基因純合致死

【例4】某種昆蟲的眼色的朱紅色和紅色、眼形的正常眼和棒眼分別由等位基因A、a 和B、b 控制，兩對(duì)等位基因分別位于兩對(duì)同源染色體上，且存在基因純合致死現(xiàn)象。為研究其遺傳機(jī)制，選取一對(duì)朱紅眼正常眼昆蟲進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，得到F1表現(xiàn)型及數(shù)目如表3：

表3

（1）控制眼色的基因位于________染色體上，判斷的依據(jù)是_____________________________________。

（2）親本朱紅色正常眼昆蟲的基因型為和________。F1昆蟲中致死的基因型為____________。

【答案】（1）X 朱紅眼與紅眼的比例在雌雄個(gè)體中不同（2）BbXAXaBbXAY bbXAXA和bbXAY

2.4.1 問題分析

問題（1）判斷控制眼色的基因是否位于性染色體上，需要根據(jù)F1雌雄個(gè)體中兩對(duì)相對(duì)性狀比例進(jìn)行判斷。問題（2）推導(dǎo)出親本朱紅色正常眼昆蟲基因型，需要通過F1表現(xiàn)型及比例逆向推導(dǎo)出親本基因型；問題（2）中F1昆蟲致死基因型，需通過親本基因型決定的兩對(duì)相對(duì)性狀自由組合驗(yàn)證后，才能推導(dǎo)得出。

2.4.2 構(gòu)建模型

第一步：根據(jù)題意，建立雜交過程圖（如圖17）。

圖17

第二步：拆分比例；由表3 可知雌性中正常眼與棒眼的比例為6∶1，雄性中正常眼與棒眼的比例為（3+3）∶（1+0）=6∶1，未致死時(shí)比例應(yīng)為6∶2，有1 份朱紅棒眼雄性昆蟲致死。同理，結(jié)合第（2）題題干“F1昆蟲中致死的基因型為”，可知有朱紅棒眼致死，故未致死時(shí)比例為6∶2=3∶1；故拆分比例如圖18 所示。

圖18

第三步：逆推親本基因型（如圖19）。

圖19

第四步：利用兩對(duì)相對(duì)性狀的自由組合進(jìn)行驗(yàn)證（如圖20）。

圖20

2.4.3 思路點(diǎn)撥

從第二步可知朱紅眼與紅眼的比例在雌雄個(gè)體中不同，故該對(duì)性狀為伴性遺傳，基因A、a 位于X 染色體上。從第三步可得出親本朱紅色正常眼昆蟲的基因型為BbXAXa與BbXAY；從第四步可得出F1昆蟲中致死基因型為bbXAXA與bbXAY。

2.5 實(shí)例五：兩對(duì)基因決定兩對(duì)相對(duì)性狀，基因純合致死且一對(duì)基因位于X、Y 染色體上

【例5】（2018 年4 月，浙江卷，第31 題節(jié)選）某昆蟲的紅眼與朱紅眼、有眼與無眼分別由基因A（a）、B（b）控制，其中有一對(duì)基因位于性染色體上，且存在兩對(duì)隱性基因純合致死現(xiàn)象。一只紅眼雌性個(gè)體與一只朱紅眼雄性個(gè)體交配，F(xiàn)1雌性個(gè)體中有紅眼和無眼，雄性個(gè)體全為紅眼。讓F1雌雄個(gè)體隨機(jī)交配得F2，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及比例如表4。

表4

回答下列問題：

（1）有眼對(duì)無眼為_______性，控制有眼與無眼的B（b）基因位于_______染色體上。

（3）F2紅眼雄性個(gè)體有_______種基因型。

【答案】（1）顯 X 和Y（3）4

2.5.1 問題分析

問題（1）中判斷相對(duì)性狀顯隱性及其是否為伴性遺傳問題，均需通過F2表現(xiàn)型及比例等條件逆推出F1和親本基因型，并驗(yàn)證F2中各表現(xiàn)型和基因后才能得出答案。問題（3）推導(dǎo)出F2紅眼雄性個(gè)體基因型類型，需得出F1雌雄個(gè)體基因型并進(jìn)行兩對(duì)相對(duì)性狀自由組合方可得出答案。

2.5.2 構(gòu)建模型

第一步：根據(jù)題意，建立雜交過程圖（如圖21）。

圖21

第二步：拆分比例。結(jié)合該題干“存在兩對(duì)隱性基因純合致死現(xiàn)象”可知，F(xiàn)2中有致死個(gè)體，故未致死時(shí)雌性中的性狀比例應(yīng)約為3∶1∶2。拆分后比例如圖22 所示。

圖22

第三步：逆推親本基因型（如圖23）。從第二步可知紅眼與朱紅眼的比例在雌雄個(gè)體中相同，基因A、a 位于常染色體上。有眼（紅眼和朱紅眼）與無眼相對(duì)性狀在雌雄個(gè)體中比例不同，故為伴性遺傳。由于在F1、F2中雄性均為有眼性狀，雌性中有、無眼性狀均有。

圖23

第四步：從第三步可知常染色體遺傳的基因A、a，在F2中A _與aa 的比例為3∶1；有無眼相對(duì)性狀在F2中比例，可根據(jù)F1個(gè)體的雌雄配子比例，通過棋盤法（如圖24）得 出XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBYB∶XbYB=1∶4∶3∶2∶6，即XBX-∶XbXb∶XBYB∶XbYB=5∶3∶2∶6。然后，利用兩對(duì)相對(duì)性狀的自由組合進(jìn)行驗(yàn)證（如圖25）。

圖24

圖25

2.5.3 思路點(diǎn)撥

從第二步可知問題（1）中有眼對(duì)無眼為顯性；從第三步、第四步可知問題（1）有眼與無眼基因B（b）位于X、Y 染色體上。從第四步可知問題（2）F2紅眼雄性個(gè)體有4 種基因型，即AAXBYB、AaXBYB、AAXbYB、AaXbYB。

3.總結(jié)與反思

解決遺傳學(xué)問題需要學(xué)生有較高的思維能力，因此，遺傳學(xué)問題是非常好的思維訓(xùn)練材料，適當(dāng)訓(xùn)練可有效提升學(xué)生的思維能力。對(duì)于偏理科思維的學(xué)生而言，練習(xí)過程無異于攀爬一座一座高山，當(dāng)成功解答問題時(shí)，學(xué)生會(huì)有較高成就體驗(yàn)。但對(duì)于偏文科思維的學(xué)生而言，就顯得難以著手，練習(xí)過程中甚至可能產(chǎn)生挫折感。筆者認(rèn)為不管對(duì)哪一類學(xué)生，在遺傳學(xué)問題的解答上，一定要幫助學(xué)生找到突破口。因此，筆者梳理了以上解答遺傳大題的四步建模法，即首先，要厘清相關(guān)信息，建構(gòu)雜交過程圖能很好地幫助學(xué)生梳理信息，實(shí)現(xiàn)信息整合；其次，進(jìn)行子代性狀分離比拆分，幫助學(xué)生快速理解題意，找到突破口；第三，利用已有的每對(duì)相對(duì)性狀分離比，逐對(duì)地推出親本基因型；第四，通過親本基因型推導(dǎo)出子代基因型與表現(xiàn)型，對(duì)題干信息進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)也為遺傳大題中“計(jì)算子代相關(guān)基因型、表現(xiàn)型比例和繪制遺傳圖解”做準(zhǔn)備。通過該方法，可有效幫助學(xué)生梳理遺傳大題中的重要信息，化繁為簡(jiǎn)，快速解決問題。從筆者任教班級(jí)的學(xué)生反饋來看，學(xué)生通過使用該方法能夠減少在“基因或基因型”與“性狀或表現(xiàn)型”匹配關(guān)系上花費(fèi)的時(shí)間，并提高了“基因所在染色體判斷、親本或子代基因型判斷、遺傳圖解繪制”問題的正確率。

目前浙江省普通高校招生選考科目考試生物試題中遺傳大題，均為兩對(duì)非同源染色體上非等位基因決定兩對(duì)相對(duì)性狀的相關(guān)問題。因此，對(duì)于這類問題解決，教師需要幫助學(xué)生理解好自由組合定律的本質(zhì)，即“兩對(duì)非同源染色體上的兩對(duì)非等位基因在形成配子過程中自由組合形成四種配子”。在此基礎(chǔ)上學(xué)生還需要練習(xí)各種變式試題，防止思維定式。