模式在解決高中生物學遺傳問題中的應用

蔣選榮

(江蘇省揚州市新華中學 225009)

模式是指事物的標準樣式。高中生物學教學涉及一種或二種以上性狀的遺傳問題，運用相應的模式來解決，可以起到化繁為簡、事半功倍的效果。同時可以訓練學生用科學方法解決遺傳學問題，提高學生應用抽象思維的能力。

1 單一性狀遺傳表現(xiàn)型概率計算模式

單一性狀遺傳的表現(xiàn)型概率計算通常是指對同一性狀不同相對性狀概率的計算，具體模式如下。

圖1 單一性狀遺傳表現(xiàn)型概率計算模式

首先計算出隱性性狀概率的原因是隱性性狀都是純合子，顯性性狀包括顯性純合和顯性雜合子。

例1 已知小麥抗銹病是由顯性基因控制,讓一株雜合子小麥自交得F1,淘汰其中不抗銹病的植株后,再自交得F2,從理論上計算,F2中抗銹病占植株總數(shù)的________。

模式的應用：假設顯性基因為A，抗銹病的基因型為AA或Aa，不抗銹病的基因型為aa，不抗銹病的植株為純合子。依據(jù)題意，F(xiàn)1淘汰掉其中不抗銹病的植株后，基因型AA的植株占1/3，基因型為Aa的植株占2/3。F2中抗銹病植株的基因型包含AA和Aa，先直接算出aa植株(不抗銹病)的概率為2/3×1/4=1/6，抗銹病性狀的概率為1-1/6=5/6。若直接計算抗銹病性狀概率，需要分別算出基因型AA植株自交及Aa植株自交后出現(xiàn)抗銹病性狀的概率，即1/3+2/3×3/4=5/6。兩種算法相比，先算出隱性性狀概率的模式簡潔明了，學生不容易出錯。

2 運用分離定律解決2種以上性狀遺傳概率模式

在分離定律基礎上建構的自由組合定律適用于2種或以上相對性狀的遺傳，每種性狀的遺傳仍然符合分離定律。運用分離定律解決2種以上相對性狀的遺傳概率實質是分別推理每種性狀遺傳，再通過“乘法定律”推理出兩種以上性狀遺傳的概率。建構的推理表現(xiàn)型概率的模式如下(以甲、乙兩種性狀為例說明)。

圖2 運用分離定律解決2種以上性狀遺傳概率模式

根據(jù)表格內(nèi)容可知，甲、乙性狀中任意相對性狀隨機組合的概率是各自出現(xiàn)概率的乘積，如A和C性狀同時出現(xiàn)概率應是a和c的乘積。同理，運用同樣的模式也可以推算出子代基因型及概率。

例2 一個正常的女人與一個并指(Bb)的男人結婚，生了一個白化病且手指正常的孩子。求：

(1)其再生一個孩子只出現(xiàn)并指的可能性是________。

(2)只患白化病的可能性是________。

(3)生一個既患白化病又患并指的男孩的概率是________。

(4)后代只患一種病的可能性是________。

(5)后代中患病的可能性是________。

模式的運用：題干情境涉及兩種性狀遺傳，白化病性狀遺傳是常染色體隱性遺傳，并指性狀遺傳屬于常染色體顯性遺傳。假設白化病基因為a，則親代父母基因型分別為Aabb、AaBb，根據(jù)模式，推算過程如下：

從表中所示，兩種性狀的遺傳可依據(jù)分離定律分開推理每一種性狀遺傳的基因型和表現(xiàn)性出現(xiàn)的概率，在此基礎上，推斷控制兩種性狀遺傳的基因型同時出現(xiàn)的概率是每一種基因型出現(xiàn)概率的乘積；同理，兩種以上表現(xiàn)型同時出現(xiàn)的概率是各自表現(xiàn)性出現(xiàn)概率的乘積。所述模式也適用于3種或3種以上的性狀遺傳，如推理生1個既患白化病又患并指的男孩的概率是多少？根據(jù)上表，生患白化病又患并指的概率是1/8，生男孩的概率是1/2，3種性狀同時出現(xiàn)的概率是1/8×1/2=1/16。

參考答案： (1)3/8 (2)1/8 (3)1/16 (4)1/2 (5)5/8。

3 運用顯隱性配子發(fā)生概率解決遺傳學問題模式

配子是親代的產(chǎn)物、子代的來源，是上下代之間聯(lián)系的橋梁，對于具有不同基因型和表現(xiàn)型的同種生物隨機(相互)交配，可以利用顯隱性配子出現(xiàn)的概率來推測子代基因型和表現(xiàn)型，具體模式如下。

圖3 運用顯隱性配子發(fā)生概率解決遺傳學問題模式

例3 果蠅灰身(B)對黑身(b)為顯性，現(xiàn)將純種灰身果蠅與黑身果蠅雜交，產(chǎn)生的F1代再自交產(chǎn)生F2代，將F2代中所有黑身果蠅除去，讓灰身果蠅自由交配，產(chǎn)生F3代。問F3代中灰身與黑身果蠅的比例是________。

模式的運用：依據(jù)提干情境，F(xiàn)2代中所有黑身果蠅除去，讓灰身果蠅自由交配。推理F2代中灰身果蠅基因型分別為BB和Bb,比例為1∶2?；蛐虰B和Bb雌性或雄性個體產(chǎn)生的含B基因的配子概率是1/3+1/2×2/3=2/3,含b基因的配子概率是1-2/3=1/3。灰身果蠅隨機交配圖解如下：

根據(jù)圖解，F(xiàn)3代中bb所占比例是1/9，則灰身與黒身比例為8∶1，通過統(tǒng)計不同基因型產(chǎn)生顯隱性配子的概率，再通過配子的隨機結合預測子代基因型的模式思路清晰，容易掌握。

4 運用基因頻率計算遺傳學概率模式

根據(jù)哈代-溫伯格定律，在種群較大、沒有變異發(fā)生、沒有自然選擇、無遷入和遷出的情況下，種群前后代基因頻率不變，利用基因頻率解決遺傳學問題的模式如圖4所示。

圖4 運用基因頻率計算遺傳學概率模式

例4 果蠅的灰體(E)對黑檀體(e)為顯性，在沒有遷入遷出、突變和自然選擇等條件下，一個由純合果蠅組成的大種群個體間自由交配得到F1，F(xiàn)1中灰體果蠅8400只，黑檀體果蠅1600只，求親本中灰體所占的比例為________，F(xiàn)1中e的基因頻率為________，F(xiàn)2中Ee的基因型頻率為________。

模式的運用：在符合哈代—溫伯格定律定律的前提下，種群前后代基因頻率不變。根據(jù)題干條件，F(xiàn)1中黑檀體果蠅1600只。所占比例為16%，推理出e基因頻率為0.4，E基因頻率為0.6；由于基因頻率不變，推理出親本灰體EE基因型比例為60%，由于親代都是純合體，所以灰體所占比例也為60%；F2中Ee的基因型頻率依據(jù)基因頻率計算為：2×A×a=2×60%×40%=48%。運用基因頻率計算遺傳學概率模式的關鍵是種群的基因頻率在親代和子代保持不變，基于此基礎上推理出基因型和表現(xiàn)型及其概率。

5 分析遺傳系譜圖的一般模式

繪制遺傳系譜圖，可以推斷單基因遺傳病的遺傳方式，推算后代患遺傳病的概率。高中階段遺傳系譜圖一般有一種性狀遺傳系譜圖、兩種性狀遺傳系譜圖兩種類型，其中遺傳方式為常染色體遺傳(顯性或隱性遺傳病)、伴性遺傳病(X染色體上顯性或隱性遺傳病、Y染色體基因控制的遺傳病)等。遺傳系譜圖的分析遵循的一般原則是根據(jù)表現(xiàn)型推理基因型、依據(jù)親緣關系推算基因型(從親代推算子代、從子代推算親代)，遵循的基本規(guī)律是基因的分離定律和自由組合定律。在此基礎上，確定的分析遺傳系譜圖的一般模式如圖5所示。

圖5 分析遺傳系譜圖的一般模式

例5 圖示某家族甲、乙兩種遺傳病的系譜。甲遺傳病由一對等位基因 (A、a)控制，乙遺傳病由另一對等位基因(B、b)控制，兩對等位基因獨立遺傳。已知Ⅲ4攜帶甲遺傳病的致病基因，但不攜帶乙遺傳病的致病基因。請回答下列問題：

(1)甲遺傳病致病基因位于________染色體上，乙遺傳病致病基因位于________染色體上。

(2)Ⅱ2的基因型為________，Ⅲ3的基因型________。

模式的應用：依據(jù)分析遺傳系譜圖的一般模式的圖解說明，判斷甲病和乙病都是隱性遺傳病(親代都正常，子代出現(xiàn)患病)；乙病致病基因在X染色體上(男性患病多，Ⅲ4不攜帶乙遺傳病的致病基因，Ⅳ2或Ⅳ3致病基因來自母親，表現(xiàn)為交叉遺傳，致病基因由母親傳給兒子)，推理出甲病為常染色遺傳(Ⅰ1患病，兒子正常，判定隱性遺傳病基礎上不表現(xiàn)交叉遺傳)。Ⅱ2的母親患甲病，兒子也患甲病，第Ⅳ2和Ⅳ3的基因型為XbY，第Ⅲ3基因型為XBXb，推斷Ⅱ2的基因型為AaXBXb。依據(jù)第Ⅱ代和Ⅳ代的表現(xiàn)型，確定Ⅲ3基因型為AAXBXb或AaXBXb。

分析遺傳系譜圖首先要厘清遺傳類型和遺傳方式，在此基礎上，依據(jù)遺傳規(guī)律，以單性狀遺傳分析為基礎，通過演繹等邏輯思維確定多性狀遺傳中親代或子代表現(xiàn)型、基因型及其概率。