例談整體法在自由交配類問題中的應用

王慧英

自由交配類問題因其計算量大，是高中生物遺傳部分的難點。整體法是一種從局部到全局的思維過程，指對問題的整個系統或過程進行分析、研究的方法，在物理問題的研究中運用普遍。高中生物學科核心素養的表現之一是理性思維，指學生需習得的思維習慣和方法[1]，筆者認為，將整體法這種思維方法用于生物教學中自由交配類問題的計算，可幫助學生理解自由交配的實質，簡化計算過程，提高生物科學素養。

一、在常染色體遺傳自由交配中的應用

高中階段常用遺傳平衡定律解決自由交配問題，遺傳平衡定律是指一個種群在一定情況下，所有雌雄個體自由交配，各等位基因的基因頻率和基因型頻率保持不變[2]。當等位基因只有一對Aa時，設A、a的基因頻率分別為m、n，則PA+Pa=m+n=1，子代中AA+Aa+aa=m2+2mn+n2=1，很多學生只知道該公式符合數學原理，卻不解其中的生物學意義，不知什么情況下用該公式，就按自由交配的字面含義，羅列棋盤去計算，往往結合方式繁多，耗費時間，且在結果統計中易出差錯，但用整體法就簡單、高效。以基因型為Aa的群體自由交配2代，所得F2為例說明：

自由交配一代，即由基因型為Aa的親本交配得F1，有3種基因型：

aa，每種基因型中雌雄皆有可能，故F1自由交配，就有3種雌性和3種雄性分別結合，產生9種結合方式，顯然計算量很大。

用整體法：F1不同基因型的雌雄個體隨機交配，可視為F1所有雌性產生的卵子和F1所有雄性產生的精子隨機結合，將所有雌性視為一個整體，所有雄性視為一個整體，如圖所示：

由下圖可知F1的 A卵子和 F1的 A精子結合，就是F2的AA，PAA等于F1的PA·PA=

F1的 a卵子和 F1的 a精子結合，就是F2的aa，Paa等于F1的PA·Pa=

F1的 A卵子和 F1的 a精子結合及F1的 a卵子和 F1的 A精子結合，就是F2的Aa，PAa等于F1的2PA·Pa=2×

這樣，學生就可從生物學角度理解遺傳平衡公式中字母的含義，字母之間結合代表的生物學過程及其對應的結果，口算即可得知后代的基因型及比例，事半功倍。

二、在伴性遺傳中的應用

伴性遺傳因決定性狀的基因在性染色體上，與常染色體有所不同，故相關計算不可用遺傳平衡定律，但仍可用整體法解決。以某種蝴蝶的體色遺傳為例：

蝴蝶的體色黃色R對白色r為顯性，位于Z染色體上，現有黃色雄性ZRZr與白色雌性ZrW雜交，得F1，F1自由交配得F2，F2中黃翅、白翅的比例為：

首先，根據親本可知F1有4種基因型，比例為ZRZr：ZrZr：ZRW：ZrW=1：1：1：1，從自由交配的字面含義理解，F1代有4種交配組合：ZRZr×ZRW ZRZr×ZrW ZrZr×ZRW ZrZr×ZrW，統計4組交配的結果并計算其概率，計算量也是很大。

用整體法：將F1雄性視為一個整體，F1雌性視為一個整體，F1雌雄個體隨機交配實質為F1雌性產生的卵子和F1雄性產生的精子隨機結合。需要注意的是，F1雄性中有

ZrZr，可知F1雄性中PR=

，與F1雄配子中R和r出現的概率分別相等。F1雌性中有

，即F1雌性中R和r的基因頻率與之出現在配子中的概率不相等，故不可使用遺傳平衡定律解決。整體法思維過程如下：

這樣，可快速計算出后代的基因型及比例，可見，遺傳平衡定律在一定情況下只適用于常染色體遺傳的自由交配計算，但整體法既適用于常染色體遺傳，也適用于伴性遺傳。

參考文獻：

[1]周麗萍.提高中學生的生物學核心素養的探索[J].中學生物學，2016.32 （12）.

[2]普通高中課程標準實驗教科書——《遺傳與進化》教師用書[M].人民教育出版社，2015.5