細(xì)挖教材反思教學(xué)——基因頻率相關(guān)計(jì)算的教學(xué)思考

馬楠

【摘要】本文對(duì)“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論”在教學(xué)中的處理進(jìn)行較詳細(xì)的解析，厘清基因頻率、基因型頻率及哈代平衡定律的內(nèi)涵外延，實(shí)現(xiàn)在高考備考情況下的教學(xué)指導(dǎo)

【關(guān)鍵詞】基因頻率 ?基因型頻率 ?哈迪-溫伯格定律

【中圖分類號(hào)】G633.91 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? ?【文章編號(hào)】2095-3089（2015）05-0174-01

“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論”是新課標(biāo)教材的新增內(nèi)容。教材上關(guān)于基因頻率的計(jì)算方法介紹比較簡單，教師進(jìn)行新課教授時(shí)往往拓展介紹哈迪-溫伯格定律（genetic equilibrium law，即哈代平衡定律）應(yīng)對(duì)相應(yīng)的基因頻率及基因型頻率的相關(guān)計(jì)算題目，它與遺傳定律的運(yùn)用和生物進(jìn)化的知識(shí)密切相關(guān)。進(jìn)入高三階段的專題復(fù)習(xí)后，基因頻率和基因型頻率計(jì)算成為學(xué)生普遍存在的應(yīng)試難點(diǎn)。在高三復(fù)習(xí)的教學(xué)中向?qū)W生講解這部分內(nèi)容時(shí)，不能簡單以幾道例題來解決問題。否則題目稍微變化后，學(xué)生就無從下手。

哈代平衡也稱遺傳平衡，公式表示為：Ⅰ、（p+q）=1;Ⅱ、（p+q）2=p2+2pq+q2=1，其中p2、q2分別代表顯性和隱性純合體的頻率。

一、基因頻率計(jì)算常見錯(cuò)誤問題

現(xiàn)以一道大連2012年雙基考試中的相關(guān)題目，簡述基因頻率相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)注意事項(xiàng)。

下表是某物種遷入新環(huán)境后，某對(duì)等位基因的基因頻率變化情況，由這些數(shù)據(jù)不能得出的結(jié)論是（答案：C）

A.由于種群基因頻率改變，該種群發(fā)生了進(jìn)化

B.a基因控制的性狀可能適應(yīng)新環(huán)境

C.1970年，該種群中Aa的基因型頻率為18%

D.基因頻率的改變是通過環(huán)境對(duì)生物個(gè)體的選擇實(shí)現(xiàn)的

在對(duì)本題進(jìn)行講解時(shí)，學(xué)生普遍對(duì)錯(cuò)誤C選項(xiàng)表示異議。按照哈迪-溫伯格定律（下文簡稱：哈代平衡定律）公式，若A基因頻率為0.1，a的基因頻率為0.9，則Aa的基因型頻率為0.1×0.9×2=0.18，C選項(xiàng)完全符合以上計(jì)算結(jié)果！之所以出現(xiàn)這種誤解，最重要原因是混淆哈代平衡定律使用的條件和前提而簡單機(jī)械的套用公式所導(dǎo)致。

哈代平衡定律是我們解決基因頻率和基因型頻率相互換算的基礎(chǔ)。在中學(xué)階段，準(zhǔn)確有效的運(yùn)用該定律是解決生物進(jìn)化計(jì)算問題的中心環(huán)節(jié)之一。如何有序、正確的運(yùn)用哈代平衡定律，明確該定律使用的條件則成為教學(xué)中需要時(shí)刻注意的要點(diǎn)。哈代平衡定律要求在遺傳平衡的前提下得以實(shí)現(xiàn)。遺傳平衡指在一個(gè)極大的隨機(jī)交配的種群中，沒有突變發(fā)生，沒有自然選擇和遷移的條件下，種群的基因頻率和基因型頻率在一代一代的遺傳中可以世代保持不變;在遺傳平衡的種群中，某一基因位點(diǎn)上各種不同的基因頻率之和以及各種基因型頻率之和都等于1。顯然，本例題所呈現(xiàn)的背景條件并沒有足以證實(shí)該種群已處于遺傳平衡狀態(tài)，因此不可以使用哈代平衡定律推導(dǎo)Aa的基因型頻率。

總之，如果題干信息提示已經(jīng)達(dá)到遺傳平衡狀態(tài)，則可根據(jù)顯性純合體個(gè)數(shù)或隱性純合體個(gè)數(shù)利用遺傳平衡公式求解未知基因頻率;若沒有達(dá)到遺傳平衡，則根據(jù)已知基因頻率或基因型頻率的信息直接計(jì)算基因頻率。

二、回歸教材界定遺傳平衡定理的內(nèi)涵與外延

其實(shí)，在新課標(biāo)教材中，教材編寫者早已非常準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年U明了哈代平衡定律的使用情境。如，必修二P115“思考與討論”中，首先通過假設(shè)的5大條件，勾勒出什么是遺傳平衡狀態(tài)。繼而，引導(dǎo)學(xué)生通過計(jì)算該種群數(shù)代基因型頻率和基因頻率數(shù)值獲得結(jié)論;即，在種群處于遺傳平衡的情況下，種群中一個(gè)顯性基因A的基因頻率為p，隱性基因a的基因頻率為q，則p+q=1。同時(shí)，p2+2pq+q2=1，即，顯性純合子、雜合子、隱性純合子的基因型頻率之和為1。此外，在遺傳平衡條件下，還可通過開平方的方式，由已知的某純合子基因型頻率計(jì)算出相應(yīng)基因的基因頻率。

接著，在p116-p117“探究”材料中，教材又通過英國曼切斯特地區(qū)樺尺蠖體色進(jìn)化的具體材料，運(yùn)用建立數(shù)學(xué)模型的方式引導(dǎo)學(xué)生定量分析：當(dāng)種群在自然選擇條件下發(fā)生進(jìn)化，基因頻率發(fā)生定向變化，體現(xiàn)出生物的進(jìn)化方向，進(jìn)一步體現(xiàn)出基因頻率與生物進(jìn)化的關(guān)系。同時(shí)，基因頻率發(fā)生改變的種群，只能通過基因型頻率推算基因頻率，而不可以反推。

三、通過基因型頻率推算基因頻率的理論基礎(chǔ)

為什么在任何情況下都可通過基因型頻率推算基因頻率呢？原因是，在進(jìn)行科學(xué)調(diào)查時(shí)，我們所獲得的第一數(shù)據(jù)其實(shí)是通過個(gè)體而體現(xiàn)出來的基因型頻率。如，教材p115“在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為AA、Aa、aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)?！痹偃?，教材p117“1870年，樺尺蠖種群的基因型頻率如下：SS10%、Ss20%、ss70%”。因此，無論種群是否發(fā)生進(jìn)化，我們都可以通過基因型頻率推算基因頻率;而只有在遺傳平衡的種群中，才可通過哈代平衡定律進(jìn)行基因頻率與基因型頻率的互推。

總之，在教學(xué)中向?qū)W生講解這部分知識(shí)時(shí)，不能簡單以幾個(gè)例題來解決問題，而是應(yīng)當(dāng)與學(xué)生共同推演哈代平衡定律，指出其適用范圍，并利用相似題干情景對(duì)比加深印象。否則學(xué)生只會(huì)做一些簡單套路的常見題，而對(duì)于基因頻率與基因型頻率的關(guān)系、基因頻率與進(jìn)化的關(guān)系只能一知半解。另外，有關(guān)基因頻率計(jì)算的復(fù)習(xí)要適可而止，不要無限度的深挖，不要討論過于晦澀和不常見的情景。在備考過程中要注意闡明知識(shí)的邏輯關(guān)系，明確科學(xué)研究的一般方法，時(shí)刻以“緊扣課本，夯實(shí)基礎(chǔ)”為備考重點(diǎn)，扎扎實(shí)實(shí)抓好“雙基”才是質(zhì)樸彌真的復(fù)習(xí)策略。

參考文獻(xiàn)：

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