以“基因定位”為媒介，凸顯學(xué)科科學(xué)思維

周慶

自2015年浙江省率先實施學(xué)考、選考改革以來，面對新的考試形式，尤其是一年兩考的時間安排，給復(fù)習(xí)安排帶來了諸多新問題。例如在首次選考之前，學(xué)生基本已經(jīng)完成了一輪較系統(tǒng)的基礎(chǔ)復(fù)習(xí)。若復(fù)習(xí)時再面面俱到，逐節(jié)復(fù)習(xí)，勢必造成學(xué)生的學(xué)習(xí)疲勞。因此，教師要適度整合相關(guān)內(nèi)容，既有利于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升，也是保持學(xué)生求知欲的必然措施。此外，作為一門基于實驗探究的學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維也是生物新課程的理念之一。

基于上述分析，筆者在二次選考復(fù)習(xí)中，針對染色體變異類型等知識雖相對易懂，但卻難以應(yīng)用的特點，設(shè)計了以“基因定位”為主線的復(fù)習(xí)方案。

1拋錨導(dǎo)入，引發(fā)探究

復(fù)習(xí)課中，教師圍繞某一“錨”來設(shè)計教學(xué)，讓學(xué)習(xí)者在實際情境中圍繞一個問題層層抽絲剝繭，可有效激發(fā)學(xué)生的探索欲望。同時，該策略還可有效診斷學(xué)生的知識掌握情況，通過不斷搭建腳手架，使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣。

1.1“下錨”

教師提出問題：現(xiàn)有若干只果蠅，發(fā)現(xiàn)雌雄果蠅中均有灰身、黑身兩種表現(xiàn)型，已知該相對性狀受細(xì)胞核內(nèi)的一對等位基因控制，你認(rèn)為控制這對相對性狀的基因可能的位置有哪些？該如何檢驗?zāi)愕母鞣N猜想？

設(shè)計意圖：本題通過對典型例題的改造，使之成為一個比較開放的問題，對學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)、歸納與概括能力培養(yǎng)和演繹一推理能力培養(yǎng)具有重要作用。本題考查的知識主要包括染色體類型、基因位置和分離定律等內(nèi)容，需要學(xué)生綜合運用遺傳學(xué)知識進(jìn)行解答。

1.2組織小組討論：通過小組合作討論，給出相應(yīng)的方案。教師總結(jié)、匯總各組的方案，主要有以下幾種。

1.2.1調(diào)查法

教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合伴性遺傳的特點，統(tǒng)計果蠅群體中各種體色的比例是否存在性別差異。此法的優(yōu)點在于不需要雜交，學(xué)生可通過回顧各種遺傳方式的特點直接予以判斷。但此法也有一定的局限。

教師引導(dǎo)其他小組共同質(zhì)疑，深化討論：

①此法可區(qū)分常染色體顯性遺傳和隱性遺傳嗎，為什么？（生：常染色體上的遺傳特點與性別無關(guān)，顯性個體和隱性個體的比例與顯隱性基因的頻率密切相關(guān)）

②若發(fā)現(xiàn)雌雄果蠅中兩種體色的果蠅比例不同，相關(guān)基因一定在x染色體上嗎？教師順勢引導(dǎo)學(xué)生，并回顧抽樣調(diào)查法的注意事項。（生：不一定，果蠅的數(shù)量較少時會存在一定的偶然性）

③此基因可能位于Y染色體上嗎？可能僅位于Y染色體上嗎？（生：可能位于Y染色體上，但不可能僅位于Y染色體上）

通過上述引導(dǎo)，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納得出調(diào)查法的適用范圍，并回顧抽樣調(diào)查法的注意事項。

1.2.2雜交法

學(xué)生表述的完整性和準(zhǔn)確性需要及時引導(dǎo)，并及時由組員補充。

雜交方案：①確定顯隱性：灰身♀×灰身♂，黑身♀×黑身♂（注：親本為雜合實驗結(jié)果與結(jié)論：若灰身親本雜交的子代中有黑身，則灰身為顯性性狀；若黑身親本雜交的子代中有灰身，則說明黑身為顯性性狀）；②灰身♀×黑身♂，灰身♂×黑身♀。

實驗結(jié)果與結(jié)論：若其中一組后代中雌雄果蠅的表現(xiàn)型及比例存在顯著差異，則該對基因位于x染色體上；若每組后代中雌雄果蠅的表現(xiàn)型及比例無明顯差異，則該對基因位于常染色體上。

教師繼續(xù)引導(dǎo)其他小組共同質(zhì)疑：

①若兩組雜交后代均為同一體色，該對基因一定在常染色體上嗎？

教師板演舉例：（若灰身為顯性性狀）AA♀×aa♂，aa♀×AA♂；X^AX^A×X^aY^a，X^aX^a×X^AY^A。由板演結(jié)果可知，常染色體上和XY的同源區(qū)段均有可能。

②如何進(jìn)一步判定是否位于XY的同源區(qū)段？（師生合作：選擇子代雄果蠅與母本進(jìn)行雜交，觀察子代的表現(xiàn)型及比例。其他合理方案亦可）

2柳暗花明，又生新疑

2.1“松錨”生新疑

教師繼續(xù)追問經(jīng)過一系列雜交實驗證明，果蠅的灰身對黑身為顯性，受一對等位基因控制，且控制該相對性狀的等位基因位于常染色體上。某研究者猜測該對基因位于Ⅱ號染色體上。那么，如何檢驗該對等位基因是否位于Ⅱ號常染色體上呢？

設(shè)計意圖本環(huán)節(jié)意在通過對染色體變異類型的回顧和非整倍體測交法等進(jìn)行基因定位，拓展學(xué)生視野，了解部分非整倍體變異類型的科研價值。

2.2“腳手架1”——三體定位法

教師先引導(dǎo)學(xué)生回顧染色體變異類型，而后提出問題：現(xiàn)有一些純合黑身果蠅和純合灰身三體果蠅（其Ⅱ號染色體為3條）可供選用，請設(shè)計實驗予以檢驗。

教師組織學(xué)生討論后，利用假說一演繹法進(jìn)行板演。

方案：將純合黑色果蠅和純合灰身三體果蠅雜交，F(xiàn)₁中的三體果蠅再和隱性親本回交，觀察F：的表現(xiàn)型及比例（圖1）。

2.3“腳手架2”——單體定位法

教師變換材料，另辟蹊徑：倘若現(xiàn)有一些純合黑身果蠅和純合灰身單體果蠅（其Ⅱ號染色體僅為1條）可供選用，請設(shè)計實驗予以檢驗。

教師繼續(xù)組織學(xué)生討論，利用假說一演繹法進(jìn)行板演。

方案：將純合黑色果蠅和純合灰身單體果蠅雜交，觀察子代的表現(xiàn)型及比例（圖2）。

2.4“腳手架3”——體細(xì)胞雜交定位法

教師在人一鼠雜交細(xì)胞中，人類的染色體優(yōu)先丟失，甚至只剩下幾條染色體，而嚙齒類動物的染色體則被保留下來。例如，某人——鼠雜交細(xì)胞由于丟失了人類1號染色體而導(dǎo)致鳥苷單磷酸激酶活性喪失，可知該基因在1號染色體上。

[典例]科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：用人的體細(xì)胞與小鼠體細(xì)胞進(jìn)行融合得到的雜種細(xì)胞，在持續(xù)分裂過程中鼠的染色體能得以保留而人類染色體則會逐漸丟失，最后只剩一條或幾條。如圖3表示人的缺乏HGPRT酶突變細(xì)胞株（HGPRT^-）和小鼠的缺乏TK酶細(xì)胞株（TK^-）融合后并在HAT培養(yǎng)液中培養(yǎng)的過程，結(jié)果表明最終人的染色體在融合細(xì)胞中僅存有3號染色體或17號染色體或兩者都有。已知只有同時具有HGPRT酶和TK酶的融合細(xì)胞才可在HAT培養(yǎng)液中長期存活與繁殖。下列相關(guān)敘述正確的是（ ）

A.從培養(yǎng)過程看，HAT培養(yǎng)液只是為了篩選雜種細(xì)胞

B.從圖示結(jié)果看，可以確定人的TK酶基因位于17號染色體

C.該方法可以對鼠基因定位，小鼠的HGPRT酶位于3號染色體

D.過程②中為了防止細(xì)菌的污染，所用培養(yǎng)液應(yīng)該添加一定量的干擾素

通過上述幾種定位方法的學(xué)習(xí)，學(xué)生對非整倍體變異和減數(shù)分裂相關(guān)知識有了更加深刻而清晰的認(rèn)識，對遺傳圖解書寫技能的規(guī)范和提升也大有裨益。教師要注意聯(lián)系教材，互相印證，可提升教學(xué)的有效性。

3挑戰(zhàn)到底，精確定位

3.1“起錨”前的終極挑戰(zhàn)

教師提出問題：經(jīng)過進(jìn)一步的雜交實驗證明，果蠅的灰身對黑身為顯性，受一對等位基因控制，且控制該對相對性狀的等位基因位于Ⅱ號染色體上。那么，該對等位基因究竟位于Ⅱ號染色體的什么位置呢？

設(shè)計意圖：通過非整倍體測交定位法的學(xué)習(xí)，學(xué)生對染色體畸變個體的科研價值有了理性認(rèn)識。教師通過合作探究等形式，引導(dǎo)學(xué)生運用染色體片段缺失個體進(jìn)行基因的進(jìn)一步精確定位。

3.3“腳手架4”——缺失定位法

經(jīng)學(xué)生適度思考后，教師提出問題：“現(xiàn)有一些純合黑身果蠅和純合灰身果蠅，發(fā)現(xiàn)某灰身果蠅的其中一條Ⅱ號染色體存在缺失現(xiàn)象，請設(shè)計實驗檢驗控制體色的基因是否位于該缺失片段。”

學(xué)生在本課前一環(huán)節(jié)中對假說一演繹法進(jìn)行反復(fù)操練，思維活躍度將明顯提升，圖解的書寫也更加規(guī)范和流暢。

學(xué)生提出實驗方案，并板演（圖4）：將純合黑色果蠅和染色體片段缺失的灰身果蠅雜交，觀察子代的表現(xiàn)型及比例。

至此，通過與各種類型的缺失個體雜交，可達(dá)到基因相對精確定位的目的。

3順利起錨，歸納總結(jié)

在突出主線的同時，作為二次選考前的復(fù)習(xí)課，還要有一定的知識覆蓋面。因此本案例所涉及的遺傳學(xué)知識相對也較多，需要學(xué)生綜合運用多方面知識予以作答。以下為本課的教學(xué)主線及內(nèi)容設(shè)計的魚骨圖（圖5）。

本案例以“基因定位”為主線，貫穿始終，不斷驅(qū)動學(xué)生思考推演，充分體現(xiàn)了學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)科學(xué)思維的要求。在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置上，筆者采用小步子教學(xué)原則，從“基因位于常染色體上還是性染色體上”開始推導(dǎo)，到“基因位于哪條常染色體上”，最后到“基因位于Ⅱ號染色體的哪個位置”，層層遞進(jìn)，步步論證，既提高了課堂效率，也增加了學(xué)生逐步達(dá)成目標(biāo)的成就感。