模型建構(gòu)在解答遺傳學(xué)試題中的應(yīng)用

北京 侯妹仿 李桂君

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所做的一種簡化的概述性描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助具體的實物或其他形象化手段，有的則通過抽象的形式來表達，掌握模型建構(gòu)的方法是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準（2017年版）》對學(xué)生提出的能力要求，高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動，其主要價值是讓學(xué)生通過建構(gòu)模型，體驗其中的思維過程，獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。隨著新課改的不斷深化，在當(dāng)前的高中生物教學(xué)中，模型建構(gòu)的教學(xué)方式應(yīng)用越來越普遍，同時，也越來越受到廣大教師和學(xué)生的青睞。對于一些高三學(xué)生非常懼怕的遺傳學(xué)試題，通過建構(gòu)模型可以將抽象的問題形象化，使難度降低，提升了學(xué)生面對遺傳學(xué)試題的自信心，對提高學(xué)生生物成績有著非常大的幫助。下面筆者以基因互補的遺傳學(xué)試題為例進行模型建構(gòu)的深度分析。

【例1】相對野生型紅眼果蠅而言，白眼、朱紅眼、櫻桃色眼均為隱性突變性狀，基因均位于X染色體上。為判斷三種影響眼色的突變是否為染色體同一位點的基因突變，實驗過程和結(jié)果如下。

下列敘述正確的是（ ）

A.白眼與櫻桃色眼是同一基因的不同突變

B.由實驗一可知櫻桃色眼對白眼為隱性

C.控制四種眼色的基因互為等位基因

D.眼色基因遺傳遵循基因自由組合定律

【答案】A

【點評】面對此情境大多數(shù)學(xué)生無從下手，教師講解時很抽象，學(xué)生也是似懂非懂。分析題目可知本題是關(guān)于基因互補的問題，學(xué)生一旦能夠建立基因互補的模型，問題就迎刃而解了?；蚧パa作用可以用來確定兩個隱性突變是屬于同一基因還是屬于不同基因。如果是同一基因內(nèi)兩個不同方向的突變，就不能發(fā)生基因互補（如圖1）；如果是不同基因的突變則是互補的，此為基因間的互補（如圖2）。教師可以根據(jù)兩個突變體雜交后代的表現(xiàn)型，推測這兩個突變基因是否為同一基因不同方向的突變。通過建構(gòu)模型，學(xué)生很容易得出正確答案。

圖1

圖2

【解析】由實驗一可知白眼果蠅♀和櫻桃色眼果蠅雜交，后代沒有野生型果蠅出現(xiàn)，即沒有基因互補現(xiàn)象出現(xiàn)，說明白眼和櫻桃色眼為同一基因內(nèi)兩個不同方向的突變，A項正確；由題干信息可知控制眼色的基因均位于X染色體上，所以子代櫻桃色眼果蠅♀為雜合子，故櫻桃色眼對白眼為顯性，B項錯誤；由實驗二可知白眼果蠅♀和朱紅眼果蠅雜交，后代出現(xiàn)了野生型紅眼果蠅，即出現(xiàn)了基因互補現(xiàn)象，說明白眼和朱紅眼是不同基因的突變，所以白眼、櫻桃色眼與朱紅眼不為等位基因，而是位于X染色體上的非等位基因，C、D項錯誤。

當(dāng)后代表現(xiàn)出基因互補現(xiàn)象時，非等位基因位于同源染色體上還是非同源染色體上，可以根據(jù)F2的表現(xiàn)型進行推理。如果產(chǎn)生的F2表現(xiàn)出了自由組合現(xiàn)象，則說明非等位基因位于非同源染色體上；否則，非等位基因位于同源染色體上。

【例2】研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的亮紅眼突變型果蠅，為探究亮紅眼基因突變體的形成機制，設(shè)計了一系列實驗。

（1）亮紅眼突變型果蠅與野生型果蠅進行正交、反交實驗后，F(xiàn)1均為野生型，F(xiàn)2野生型與亮紅眼表現(xiàn)型比例為3∶1，亮紅眼果蠅雌雄個體數(shù)相當(dāng)，說明亮紅眼是一種位于常染色體上的隱性突變。

（2）紅眼突變型果蠅還有朱紅眼和猩紅眼等類型，朱紅眼（a）和猩紅眼（d）兩個基因分別位于2號和3號染色體上，為探究亮紅眼突變基因（用字母E/e表示）與上述兩種基因的關(guān)系，以三種突變型果蠅為親本進行雜交實驗，結(jié)果如下表所示。_____________________________

①亮紅眼與朱紅眼果蠅雜交，F(xiàn)2性狀分離比接近于9∶7，可知控制亮紅眼與朱紅眼的基因位于______對同源染色體上，遵循__________定律。

②亮紅眼與猩紅眼果蠅雜交，F(xiàn)1、F2果蠅中沒有出現(xiàn)野生型，則可以推測亮紅眼基因與猩紅眼基因的關(guān)系是____________________。

【答案】（2）①兩 基因的自由組合 ②e基因是d的等位基因（或e基因是d基因的新的突變）

【解析】本題在判斷亮紅眼、朱紅眼、猩紅眼三種基因的位置關(guān)系時可以利用圖1、圖2的模型，在判斷控制亮紅眼與朱紅眼的基因是否符合基因的自由組合定律時，亮紅眼雄蠅與朱紅眼雌蠅雜交，后代表現(xiàn)出了野生型，即出現(xiàn)了基因互補現(xiàn)象，說明控制亮紅眼和朱紅眼的基因為非等位基因，而F2中又表現(xiàn)出了9∶7的比例，說明這兩對基因位于非同源染色體上，符合基因的自由組合定律；而亮紅眼雄蠅與猩紅眼雌蠅雜交后代沒有出現(xiàn)野生型，說明沒有出現(xiàn)基因互補的現(xiàn)象，即亮紅眼與猩紅眼為同一基因兩個不同方向的突變，即這兩個基因互為等位基因。

當(dāng)同一基因內(nèi)的兩個位點突變產(chǎn)生不同的表現(xiàn)類型時，可能不會表現(xiàn)出基因互補的現(xiàn)象，但在F2中可能表現(xiàn)出基因互補現(xiàn)象。

【例3】野生型果蠅的群體中發(fā)現(xiàn)了體色為黑色的單基因突變體，建立了黑條體品系。野生型果蠅與黑體色果蠅相比，體內(nèi)黑色素合成較少，表現(xiàn)為灰體色。

（1）已知控制黃體的黃體色基因是位于X染色體上的隱性基因，控制黑檀體的黑體色基因是位于Ⅲ號染色體上的隱性基因?，F(xiàn)用黃體、黑檀體、黑條體三個品系的純合果蠅進行單對雜交（如圖3）（不考慮X、Y染色體上有等位基因的情況）。

圖3

由雜交一中F1均為灰體色，可以推斷，黑條體黑體色相對于野生型灰體色是隱性性狀；雜交二中F1體色若均為黑體色，說明黑條體與黑檀體中控制黑體色的基因互為等位基因。

（2）雜交二中F1雌、雄果蠅交配，F(xiàn)2絕大多數(shù)為黑體色，少部分為灰體色。請解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。

【答案】（2）黑條體與黑檀體控制黑體色基因突變的位點不同

【解析】同一個基因內(nèi)部的相同或不同位點發(fā)生突變均可產(chǎn)生等位基因，F(xiàn)1的雌、雄果蠅產(chǎn)生配子的過程中，交叉互換可能發(fā)生在基因內(nèi)部；F2的體色結(jié)果說明，黑條體與黑檀體控制黑體色基因突變的位點不同，F(xiàn)2中出現(xiàn)少數(shù)灰體色果蠅的原因是F1在產(chǎn)生配子的過程中，交叉互換發(fā)生在黑條體基因與黑檀體基因內(nèi)部，從而產(chǎn)生了含有野生型（灰體色）基因的配子。

通過示例分析，不難看出若學(xué)生掌握了模型建構(gòu)，可將復(fù)雜問題簡單化、抽象問題形象化，既提高試題的解題效率，也為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供一定的幫助。