流程圖在遺傳實驗設(shè)計類試題中的應(yīng)用

涂 寬 楊 劍

(四川省雙流區(qū)棠湖中學(xué))

縱觀近幾年全國卷生物學(xué)試題對遺傳基本規(guī)律的考查,“重遺傳實驗設(shè)計,輕遺傳概率計算”的趨勢越來越明顯。遺傳實驗設(shè)計類試題常以真實實驗情境為載體,要求學(xué)生像科學(xué)家一樣進行探究,綜合運用所學(xué)知識及科學(xué)思維方法,解釋和解決生物學(xué)實際問題。遺傳實驗設(shè)計類試題能夠較好地考查學(xué)生學(xué)科關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng),因此備受命題者青睞。學(xué)生在面對這類試題時,往往會因思維混亂、語言描述不清等原因,導(dǎo)致嚴重失分。筆者通過對近幾年全國卷生物學(xué)試題中遺傳實驗設(shè)計類試題歸類,借助計算機科學(xué)中的流程圖,將解題過程步驟化、解題思維可視化,以期幫助學(xué)生厘清思路,提高應(yīng)試作答能力。

一、遺傳實驗設(shè)計類試題分類

遺傳實驗設(shè)計類試題是一類將遺傳規(guī)律與實驗設(shè)計進行整合,并要求學(xué)生結(jié)合遺傳學(xué)知識,運用生物學(xué)術(shù)語描述實驗思路、實驗結(jié)果或?qū)嶒灲Y(jié)論的試題,常出現(xiàn)在全國卷理綜試題第32題。通過對近六年全國卷理綜試題第32題的歸納概括,該類試題依據(jù)考查內(nèi)容可分為“判斷一對相對性狀顯隱性”“確定基因型(如顯性性狀的個體是純合還是雜合)”“設(shè)計符合要求的親本雜交實驗”“驗證分離定律或自由組合定律”“確定基因的位置”五類。

二、程序框圖介紹

程序框圖又稱流程圖,源于計算機程序設(shè)計,如表展示了幾個基本的圖形符號和它們表示的功能。

表 程序框圖符號說明

用程序框圖表示算法時,算法的邏輯結(jié)構(gòu)展現(xiàn)得非常清楚。一般而言,程序框圖包含三種邏輯結(jié)構(gòu):順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。順序結(jié)構(gòu)是由若干個依次執(zhí)行的步驟組成(圖1);條件結(jié)構(gòu)是指在流程圖中根據(jù)條件是否成立而產(chǎn)生不同流向的結(jié)構(gòu)(圖2);循環(huán)結(jié)構(gòu)是指從某處開始,按照一定的條件反復(fù)執(zhí)行某些步驟的結(jié)構(gòu)(圖3)。

圖1 順序結(jié)構(gòu)

圖3 循環(huán)結(jié)構(gòu)

三、程序框圖在遺傳實驗設(shè)計類試題中的運用

(一)判斷一對相對性狀的顯隱性

【例1】(2022年全國甲卷·32題節(jié)選)玉米是我國重要的糧食作物。玉米通常是雌雄同株異花植物(頂端長雄花序,葉腋長雌花序),但也有的是雌雄異株植物。回答下列問題。

(3)已知玉米籽粒的糯和非糯是由1對等位基因控制的相對性狀。為了確定這對相對性狀的顯隱性,某研究人員將糯玉米純合體與非糯玉米純合體(兩種玉米均為雌雄同株)間行種植進行實驗,果穗成熟后依據(jù)果穗上籽粒的性狀,可判斷糯與非糯的顯隱性。若糯是顯性,則實驗結(jié)果是________;若非糯是顯性,則實驗結(jié)果是________。

【答案】糯玉米植株的果穗上全部為糯玉米的籽粒,非糯玉米植株的果穗上有糯玉米的籽粒 非糯玉米植株的果穗上全部為非糯玉米,糯玉米植株的果穗上有非糯玉米的籽粒

【分析】解題思維流程圖如圖4所示。

圖4 例1解題思維流程圖

(二)確定基因型

(2)已知白花純合體的基因型有2種。現(xiàn)有1株白花純合體植株甲,若要通過雜交實驗(要求選用1種純合體親本與植株甲只進行1次雜交)來確定其基因型,請寫出所選用的親本基因型、預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論。

【答案】所選用的親本基因型:AAbb。 預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論:若子代均為紅花,則植株甲的基因型是aabb;若子代均為紫花,則植株甲的基因型是aaBB。

【分析】解題思維流程圖如圖5(下頁)所示。

(三)設(shè)計符合要求的親本雜交實驗

【例3】(2018年全國卷Ⅱ·32題節(jié)選)某種家禽的豁眼和正常眼是一對相對性狀,豁眼雌禽產(chǎn)蛋能力強。已知這種家禽的性別決定方式與雞相同,豁眼性狀由Z染色體上的隱性基因a控制,且在W染色體上沒有其等位基因。

回答下列問題:

(2)為了給飼養(yǎng)場提供產(chǎn)蛋能力強的該種家禽,請確定一個合適的雜交組合,使其子代中雌禽均為豁眼,雄禽均為正常眼。寫出雜交組合和預(yù)測結(jié)果,要求標(biāo)明親本和子代的表現(xiàn)型、基因型。

【答案】雜交組合:豁眼雄禽(ZaZa)×正常眼雌禽(ZAW) 預(yù)期結(jié)果:子代雌禽為豁眼(ZaW),雄禽為正常眼(ZAZa)

【分析】解題思維流程圖如圖6(下頁)所示。

圖6 例3解題思維流程圖

圖5 例2解題思維流程圖

(四)驗證分離定律

【例4】(2019年全國卷Ⅲ·32題節(jié)選)玉米是一種二倍體異花傳粉作物,可作為研究遺傳規(guī)律的實驗材料。玉米子粒的飽滿與凹陷是一對相對性狀,受一對等位基因控制。回答下列問題。

(2)現(xiàn)有在自然條件下獲得的一些飽滿的玉米子粒和一些凹陷的玉米子粒,若要用這兩種玉米子粒為材料驗證分離定律。寫出兩種驗證思路及預(yù)期結(jié)果。

【答案】思路一:兩種玉米分別自交,若某些玉米自交后,子代出現(xiàn)3∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。思路二:兩種玉米分別自交,在子代中選擇兩種純合子進行雜交,F1自交,得到F2,若F2中出現(xiàn)3∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。思路三:讓子粒飽滿的玉米和子粒凹陷的玉米雜交,如果F1都表現(xiàn)一種性狀,則用F1自交,得到F2,若F2中出現(xiàn)3∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。思路四:讓子粒飽滿的玉米和子粒凹陷的玉米雜交,如果F1表現(xiàn)兩種性狀,且表現(xiàn)為1∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。

【分析】解題思維流程圖如圖7所示。

圖7 例4解題思維流程圖

(五)確定基因的位置

【例5】(2017年全國卷Ⅲ·32題節(jié)選)已知某種昆蟲的有眼(A)與無眼(a)、正常剛毛(B)與小剛毛(b)、正常翅(E)與斑翅(e)這三對相對性狀各受一對等位基因控制。現(xiàn)有三個純合品系:①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不發(fā)生染色體變異和染色體交換,回答下列問題:

(2)假設(shè)A/a、B/b這兩對等位基因都位X染色體上,請以上述品系為材料,設(shè)計實驗對這一假設(shè)進行驗證。(要求:寫出實驗思路、預(yù)期實驗結(jié)果、得出結(jié)論)

【答案】選擇①×②雜交組合進行正反交,觀察F1中雄性個體的表現(xiàn)型。正交得到的F1中雄性個體與反交得到的F1中雄性個體有眼/無眼、正常剛毛/小剛毛這兩對相對性狀的表現(xiàn)均不同,則證明這兩對等位基因都在X染色體上。

【分析】解題思維流程圖如圖8所示。

圖8 例5解題思維流程圖