從遺傳規律的應用看探究性思維的引導

王昌魁

(陜西省安康市石泉中學)

“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題,針對特定的生物學現象,進行觀察、提問、實驗設計,方案實施以及對結果的交流和討論的能力。對多變的遺傳學現象進行分析,探索遺傳學規律的真諦,在思維碰撞中領悟自然科學的嚴謹性,既是對學科知識本身的強化和鞏固,更是發展科學探究思維的有效途徑。

“發現問題——分析問題——解決問題”是探究性思維培養的主流模式,這種模式在課堂中經過演變,可以大致劃分為“題情觀察,信息篩查——引導探究——得出結論(試題拓展)”三環節。其中,題情觀察,信息篩查階段重在搜集題意,可以通過設置問題的方式,為引導探究階段打下基礎。問題設置可根據題干本身特點靈活處理,信息量大的實踐性題目可設置題意理解類問題,傳統遺傳規律性題目可以設置遺傳學功底考查類題目,或者兼而有之。引導探究階段重在以前一階段的問題為突破口,逐一推斷,通過積極思考最后得出結論。

本文從兩道遺傳題目入手,討論探究性思維的培養。

1.縱向推斷型

此類題目側重于考查考生在不同條件下的親子代未知基因型、表現型的邏輯推斷,可順推也可逆推,體現方式可以是單純的基因型,也可以是染色體組合形式。重點考查對親子代的基因(配子)來源、去路等方面的理解和運用。

【例1】(2021.廣東卷.20節選)果蠅眾多的突變品系為研究基因與性狀的關系提供了重要的材料。摩爾根等人選育出M-5品系并創立了基于該品系的突變檢測技術,可通過觀察F1和F2的性狀及比例,檢測出未知基因突變的類型(如顯/隱性、是否致死等),確定該突變基因與可見性狀的關系及其所在的染色體。回答下列問題:

(1)果蠅的棒眼(B)對圓眼(b)為顯性、紅眼(R)對杏紅眼(r)為顯性,控制這2對相對性狀的基因均位于X染色體上,其遺傳總是和性別相關聯,這種現象稱為________。

(2)圖示基于M-5品系的突變檢測技術路線,在F1中挑出1只雌蠅,與1只M-5雄蠅交配。若得到的F2沒有野生型雄蠅、雌蠅數目是雄蠅的兩倍,F2中雌蠅的兩種表現型分別是棒眼杏紅眼和________,此結果說明誘變產生了伴X染色體________基因突變。該突變的基因保存在表現型為________果蠅的細胞內。

(4)圖所示的突變檢測技術,具有的①優點是除能檢測上述基因突變外,還能檢測出果蠅________基因突變;②缺點是不能檢測出果蠅________基因突變。(①、②選答1項,且僅答1點即可)

1.1題情觀察,信息篩查

細致縝密的觀察可以為思維活動奠定良好的基礎,而考查觀察效果的最佳方式即是復述試題情境。

本題稍顯復雜,案例情境非常貼近真實的實踐應用,抽象難懂,尤其是第二問從實驗現象入手,逆推發生原因,對理解能力要求較高。可將題干要素抽提為若干問題,便于后續問題探究:

問題一:輻射誘發的未知基因突變對b/R有無影響?

問題二:能否畫出F2的染色體組成?

問題一考查學生題干語言理解能力,問題二考查學生圖文理解和邏輯推斷能力。問題一中輻射未知基因用三角形符號表示,位于b、R之間,且全文和遺傳圖解也并沒有涉及b、R基因的改變,意味著未知基因僅僅和b、R存在位置上的連鎖關系。問題二經過分析F1中雌雄兩個個體均能產生兩種配子,組合之后可以寫出四種結果:

1.2引導探究

探究分析關鍵在于根據已知條件,調動思維并大膽預測未知結果,并能做出合理解釋。

本題第一問非常簡單,直接考查伴性遺傳的定義,可直接作答。第二問的核心題眼就在于“1只雌蠅,與1只M-5雄蠅交配。若得到的F2沒有野生型雄蠅、雌蠅數目是雄蠅的兩倍”。經過第一步的案例觀察和寫出的F2四種基因型,如果要吻合題意,需要舍棄野生型雄蠅即(突變)圓眼紅眼雄蠅,據此斷定突變基因屬于致死基因,同時根據(突變)棒眼紅眼雌蠅存活,也證實了突變基因是X染色體上的隱性致死基因。

1.3試題拓展,強化探究

通過上述分析,已經可以很好地解決現有題目的答案,但對探究性思維的引導不能止步于此。可將題目改換成顯性突變后寫出其表現結果,或者探究常染色體基因能否用本方法實驗成功,并描述現象或者解釋理由,從而實現舉一反三。

M-5品系是摩爾根選育并應用于定點突變檢測,借助觀察F1和F2的性狀及比例從而予以判定突變類型。該檢測技術的核心和真正用意在于經過兩代交配,F2可以把突變基因同時展現在雌性和雄性后代個體中。

在實際討論過程中,可以先假定F2染色體上的標號是顯性,再假定是隱性,分別觀察F2的表現型予以總結,得出雌雄表現差異(暫不考慮致死),進而大膽推定該技術對常染色體突變不適用。

最終得出如下推論:如果是隱性突變,則突變只出現在F2的雄性個體中;如果是顯性突變,則F2的雌雄個體中均有突變性狀,且比例為1∶1;如果是常染色體遺傳,則無法觀察到F2的雌雄性個體表現型之間的差異,故不能用于常染色體突變鑒定。

2.橫向試錯型

此類題目考查在已知親子代表現型等情況下,推斷符合要求的遺傳類型以及相關基因的顯隱性,相關個體的基因型,要求考生通過逐一排除試錯,得出符合要求的實驗條件。既考查探究思維的邏輯性,更考查嚴謹性和科學性。

【例2】某昆蟲的性別決定方式是ZW型,雌蟲的兩條性染色體是異型的(ZW),雄蟲的兩條性染色體是同型的(ZZ),該昆蟲的黑色翅和灰色翅由基因A、a控制。某小組讓黑翅(♀)與灰翅(♂)個體交配,得到F1,再選擇F1中灰翅雌雄蟲交配,得到F2。雜交子代的表現型及比例如下表所示,回答下列問題:

親本F1F2黑翅(♀)×灰翅(♂)黑翅(♀)∶灰翅(♂)∶黑翅(♂)∶灰翅(♀)=1∶1∶1∶1灰翅(♀、♂)

(1)根據上述雜交實驗,可判斷出黑翅對灰翅為________(填“顯性”或“隱性”)。

(2)某同學根據該雜交實驗推斷基因A、a位于Z染色體上,你認為該觀點是否正確,請畫出遺傳圖解支持你的觀點,并據此得出結論:________。

2.1題情觀察

本題題干精煉,試題情境清晰明了,可以根據問題本身創設幾個小問題,為后續探究做好鋪墊:

問題一:通過親本和F1的表現型是否能判定顯隱性?

問題二:翅色在子代雌雄間表現是否一致,說明了什么?

2.2引導探究

借助問題一,回顧顯隱性的判定方法關鍵要找到雜合體,方法有兩種:一種是相對性狀的純合體雜交,觀察F1表現型;另一種是自交觀察子代性狀分離現象。但親本和F1的關系不屬于上述兩種關系中的任何一種,故并不能一眼看出顯隱關系。

借助問題二,回顧伴性遺傳和常染色體遺傳的表現方式,伴性遺傳根據親代基因型種類,可能在子代雌雄之間表現出差異,也可能不表現差異,但常染色體遺傳方式在子代雌雄之間則不表現出差異(從性遺傳除外)。F1的雌雄表現無差異,就此判定可能是常染色體遺傳方式也可能是伴X染色體遺傳方式。

伴隨著對上述兩個問題的思考,發現要想得到正確、嚴謹的答案,必須通過兩種遺傳方式的試錯,完整地推演一遍親代和F1,F2的關系。

假設一:常染色體遺傳,親子代則屬于測交模式,F1子代灰翅,黑翅必有一種是雜合體,另一種是隱性純合體,再根據灰翅雌雄交配的F2全是灰翅,沒有性狀分離,從而確定灰翅為隱性,黑翅為顯性。

假設二:伴X染色體遺傳,觀察親子代表現型,親代只有滿足ZAZa和ZaW的基因型(和表現型)時,才能在子代體現出四種基因型(和表現型)(ZAZa、ZaZa、ZAW、ZaW),結合題意,此時的灰翅恰恰是顯性,黑翅是隱性,得出了和假設一相反的答案,但繼續分析F1灰翅雌(ZAW)雄(ZAZa)昆蟲交配,F2會出現黑翅雌蠅(ZaW),與題意不符,因此否定假設二。

遺傳圖解如下:

假設一:

假設二:

2.3得出結論

通過兩種假設的試錯以及相關雜交系譜圖的展示,得出最終實驗結論:該同學的觀點錯誤,如果A/a基因位于Z染色體上,F2實驗結果與題意不符,會出現黑翅個體。

3.反思