例析基于創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的遺傳題解題方法與技巧

廖樂祥

(安徽省望江中學(xué) 安慶 246200)

“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。解題是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維習(xí)慣的有效途徑，教師在教學(xué)過程中有意識(shí)地引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生一題兩解，根據(jù)具體問題尋找一個(gè)巧妙、快捷解決問題的辦法，領(lǐng)悟不同解題方法的特點(diǎn)與優(yōu)劣，拓展思路，提升分析問題與解決問題的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和求知欲、探究欲。

1 一題兩解典例及解題方法與技巧

1.1 化復(fù)雜為簡(jiǎn)單法 果蠅是遺傳學(xué)家常用的實(shí)驗(yàn)材料。下表是有關(guān)果蠅的一些性狀表現(xiàn)及其基因型，結(jié)合所學(xué)知識(shí)回答下列問題(節(jié)選)：

表現(xiàn)型紅眼朱砂眼白眼基因型 XN XNYM XnXnM XnYmmXnXnmmXnY

一只紅眼雌蠅(MmXNXn)與一只朱砂眼雄蠅(MmXnY)雜交，子代雌蠅中雜合子所占的比例為。

[解法一]子代雌蠅中雜合子所占的比例為： 1/2×1/2+1/2×1/2+1/2×1/2=3/4。

[解法二]子代雌蠅中雜合子所占的比例為： 1-1/2×1/2=3/4。

策略小結(jié)： 針對(duì)兩對(duì)等位基因的遺傳，雜合子情形較多，相對(duì)復(fù)雜。很顯然，解法二要簡(jiǎn)潔，不易出錯(cuò)。為此，教師可告訴學(xué)生們一個(gè)技巧： 遇到復(fù)雜的問題，應(yīng)想到減法。例如： 一個(gè)正常的女人與一個(gè)并指的(Bb)的男人結(jié)婚(這兩對(duì)位于常染色體上的等位基因獨(dú)立遺傳)，他們生了一個(gè)白化病且手指正常的孩子，再生一個(gè)孩子患病的概率是；此題中患病的概率=1-正常的概率=1-1/2×3/4=5/8。再如： 遺傳因子組成為ddEeFF和DdEeff的兩種豌豆雜交，在3對(duì)遺傳因子各自獨(dú)立遺傳的條件下，其子代性狀表現(xiàn)不同于兩個(gè)親本的個(gè)體占全部子代的；此題中子代性狀表現(xiàn)不同于兩個(gè)親本的個(gè)體占全部子代的比例為1-1/2×3/4×1-0=5/8。

1.2 分解、組合法 在香豌豆中，當(dāng)C、 R兩個(gè)顯性基因都存在時(shí)，花呈紅色。一株紅花香豌豆與基因型為ccRr的植株雜交，子代中有3/8開紅花，則該紅花香豌豆的基因型為。

[解法一]根據(jù)題意，該紅花香豌豆的基因型為CR，即可能存在的基因型有： CCRR、 CCRr、 CcRR以及CcRr 4種情形，然后分別去計(jì)算這4種基因型的植株與基因型為ccRr的植株雜交子代中紅花的比例，從而得出正確的答案。

[解法二]從題干中“子代中有3/8開紅花(CR)”入手分析，3/8=1/2×3/4，這樣可直接得出該紅花香豌豆的基因型為CcRr。

策略小結(jié)： 解法二運(yùn)用了“分解、組合”的技巧，使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化。此方法常用于某個(gè)比例的分析，其基本思路是： 將多對(duì)等位基因的自由組合分解為若干分離定律分別分析，再運(yùn)用乘法原理進(jìn)行組合。例如： 有一種名貴的蘭花，花色有紅色、藍(lán)色兩種，其遺傳符合孟德爾的遺傳規(guī)律(假定受三對(duì)等位基因控制)?，F(xiàn)將純種紅花和藍(lán)花進(jìn)行雜交，F(xiàn)1均為紅花，F(xiàn)1自交，F(xiàn)2紅花與藍(lán)花比例為27∶37，若F1測(cè)交，則其子代表現(xiàn)型及比例為。解答此題時(shí)要注意到F2紅花所占的比例為27/64=3/4×3/4×3/4，從而得出F2紅花的基因型為AaBbCc，進(jìn)一步分析可知F1測(cè)交所得子代表現(xiàn)型及比例為紅色∶藍(lán)色=1∶7。

1.3 按所占分?jǐn)?shù)計(jì)算法 已知某水稻品種中，高稈(A)與矮稈(a)由一對(duì)等位基因控制，抗稻瘟病(B)與易感稻瘟病(b)由另一對(duì)等位基因控制，兩對(duì)等位基因獨(dú)立遺傳。某人用高稈抗稻瘟病和矮稈抗稻瘟病的水稻進(jìn)行雜交，發(fā)現(xiàn)子代的表現(xiàn)型及比例如圖所示。若將子代中的高稈抗稻瘟病水稻自交，理論上講后代中的表現(xiàn)型及比例是。

完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)后，選取一個(gè)蔬菜溫室大棚進(jìn)行了實(shí)際安裝與測(cè)試，對(duì)該系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行了測(cè)試，硬件測(cè)試是測(cè)試物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)和底層模塊是否能夠正常工作，軟件測(cè)試是測(cè)試該系統(tǒng)是否能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。經(jīng)測(cè)試，檢測(cè)終端將數(shù)據(jù)傳往云服務(wù)器大約在1s左右，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，準(zhǔn)確性高，將無線自組織網(wǎng)絡(luò)和NB-IOT網(wǎng)絡(luò)連接成功后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集并遠(yuǎn)程傳輸，并自動(dòng)控制設(shè)備使大棚環(huán)境處于最佳狀態(tài)，NBIOT網(wǎng)絡(luò)連接測(cè)試和監(jiān)控軟件運(yùn)行界面如圖7和圖8所示。

[解法一]從子代的表現(xiàn)型及比例可以得出： 親本高桿抗稻瘟病水稻的基因型為AaBb，矮稈抗稻瘟病水稻的基因型為aaBb，故子代中的高稈抗稻瘟病水稻為1AaBB與2AaBb。它們自交所得后代可簡(jiǎn)單表示為1(3高稈抗稻瘟病+1矮稈抗稻瘟病)與2(9高稈抗稻瘟病+3矮稈抗稻瘟病+3高稈易感稻瘟病+1矮稈易感稻瘟病)。為合理、科學(xué)起見，“1(3高稈抗稻瘟病+1矮稈抗稻瘟病)”應(yīng)變形為“1(12高稈抗稻瘟病+4矮稈抗稻瘟病)”，這樣綜合起來便可得出后代中的表現(xiàn)型及比例為： 高稈抗稻瘟病∶矮稈抗稻瘟病∶高稈易感稻瘟病∶矮稈易感稻瘟病=15∶5∶3∶1。

[解法二]此題也可以換一種解題方式： 就是把子代中的高稈抗稻瘟病水稻表示為1/3AABb與2/3AaBb，它們自交所得后代可簡(jiǎn)單表示為1/3(3/4高稈抗稻瘟病+1/4矮稈抗稻瘟病)與2/3(9/16高稈抗稻瘟病+3/16矮稈抗稻瘟病+3/16高稈易感稻瘟病+1/16矮稈易感稻瘟病)。再進(jìn)行合并與化簡(jiǎn)，便可得出后代中的表現(xiàn)型及比例為： 高稈抗稻瘟病∶矮稈抗稻瘟病∶高稈易感稻瘟病∶矮稈易感稻瘟病=15∶5∶3∶1。

策略小結(jié)： 解法一易錯(cuò)，容易忽視對(duì)“1(3高稈抗稻瘟病+1矮稈抗稻瘟病)”的變形，建議教學(xué)時(shí)采用解法二解決此類試題。解法二在解答遺傳學(xué)相關(guān)試題時(shí)是很常見、很實(shí)用的。例如： 番茄的花是兩性花，紫莖(A)對(duì)綠莖(a)為顯性，缺刻葉(B)對(duì)馬鈴薯葉(b)為顯性，這兩對(duì)等位基因位于兩對(duì)同源染色體上?，F(xiàn)有一基因型為AaBb的番茄植株自交，得F1。欲對(duì)F1紫莖缺刻葉番茄植株進(jìn)行測(cè)交，預(yù)期F2中綠莖馬鈴薯葉番茄所占的比例為。用解法二解答此題的基本過程為： 欲對(duì)F1紫莖缺刻葉番茄植株(4/9AaBb、 2/9AABb、 2/9AaBB、 1/9AABB)進(jìn)行測(cè)交，預(yù)期F2中綠莖馬鈴薯葉番茄所占的比例為： 4/9×1/2×1/2=1/9。

1.4 運(yùn)用公式計(jì)算法 用基因型為Aa的豌豆連續(xù)自交并逐代淘汰隱性個(gè)體，則F3中雜合子所占的比例為(隱性個(gè)體已淘汰)。

[解法一]基因型為Aa的豌豆自交得子一代，淘汰隱性個(gè)體后為1/3AA、 2/3Aa。子一代自交得子二代，淘汰隱性個(gè)體后為3/5AA、 2/5Aa。子二代自交得子三代，淘汰隱性個(gè)體后為7/9AA、 2/9Aa。

[解法二]由于隱性個(gè)體自交后代還是隱性個(gè)體，因此先假定不淘汰隱性個(gè)體，得F3中AA所占的比例為[1-(1/2)3]/2=7/16， Aa所占的比例為(1/2)3=1/8， aa所占的比例為[1-(1/2)3]/2=7/16，這樣得可得出： 用基因型為Aa的豌豆連續(xù)自交并逐代淘汰隱性個(gè)體，則F3中雜合子所占的比例為2/9。

類似的例子還有： 某育種專家在農(nóng)田中發(fā)現(xiàn)一株矮桿抗矮黃病的小麥(兩對(duì)等位基因獨(dú)立遺傳)，自花受粉后獲得161粒種子，這些種子發(fā)育成的小麥中有30株矮桿感矮黃病和若干株高桿感矮黃病，其余的都為抗矮黃病。若將這30株矮桿感矮黃病的小麥作為親本自交，在其F1中選擇矮桿感矮黃病的再進(jìn)行自交，理論上F2中能穩(wěn)定遺傳的矮桿感矮黃病小麥占F2中所有矮桿感矮黃病小麥的比例為。用解法二很容易得出正確答案為7/9，具體過程就不贅述了。

1.5 配子法 果蠅的灰身基因(E)對(duì)黑身基因(e)為顯性，位于常染色體上；直毛基因(F)對(duì)分叉毛基因(f)為顯性，位于X染色體上。用基因型為EeXFXf的雌果蠅與基因型為EeXFY的雄果蠅雜交得子一代，子一代中去除所有黑身分叉毛個(gè)體，其余個(gè)體隨機(jī)交配，子二代中黑身分叉毛個(gè)體占(用分?jǐn)?shù)表示)。

[解法一]子一代中黑身分叉毛個(gè)體的基因型為eeXfY，其余個(gè)體隨機(jī)交配可看成： (1/8EEXFXF、 1/4EeXFXF、 1/8eeXFXF、 1/8EEXFXf、 1/4EeXFXf、 1/8eeXFXf)與(1/7EEXFY、 1/7EEXfY、 2/7EeXFY、 2/7EeXfY、 1/7eeXFY)的隨機(jī)交配，然后30種交配方式展開計(jì)算，最后統(tǒng)計(jì)得出子二代中黑身分叉毛個(gè)體占1/28。

[解法二]子一代中黑身分叉毛個(gè)體的基因型為eeXfY，其余個(gè)體隨機(jī)交配可看成： (3/4E_、1/4ee)·(1/2XFXF、 1/2XFXf)與(1/7EEXFY、 1/7EEXfY、 2/7EeXFY、 2/7EeXfY、 1/7eeXFY)的隨機(jī)交配，前者產(chǎn)生eXf的概率為1/8，后者產(chǎn)生eY的概率為3/14，產(chǎn)生eXf的概率為1/14，因此子二代中黑身分叉毛個(gè)體占： 1/8×(3/14+1/14)=1/28。

策略小結(jié)： 顯而易見，解法一煩瑣、易錯(cuò)，方法二簡(jiǎn)單、明了。用“配子法”解答遺傳學(xué)問題已受到廣泛關(guān)注。采用“配子法”對(duì)遺傳題中常見的“自由交配”“遺傳系譜圖”及“9∶3∶3∶1的變形”等問題的解析方法，較好地展示了“配子法”在遺傳解析中的應(yīng)用。值得一提的是，一定要準(zhǔn)確求出雌、雄配子各自所占的比例，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建“棋盤”，其余的計(jì)算便可水到渠成了。例如： 某種動(dòng)物的體色由兩對(duì)位于常染色體上的等位基因E、 e和F、 f控制，E和e分別控制黑色和白色，并且當(dāng)F存在時(shí)，E基因不能表達(dá)。現(xiàn)有兩純合白色親本雜交，F(xiàn)1全為白色，F(xiàn)1雌雄個(gè)體隨機(jī)交配得F2中白色∶黑色=13∶3。選取F2中的黑色個(gè)體隨機(jī)交配，則產(chǎn)生的后代中雜合子所占的比例為。用解法二解答此題的基本思路為： 子二代黑色個(gè)體的基因型及比例是Eeff∶EEff=2∶1，產(chǎn)生的雌雄配子的種類及比例是Ef∶ef=2∶1，因此隨機(jī)交配后代的基因型及比例是EEff∶Eeff∶eeff=4∶4∶1，雜合子的比例是4/9。

2 學(xué)生解答遺傳題時(shí)創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的途徑與方法

2.1 典例講解，舉一反三 教師可將上述典型試題進(jìn)行一題兩解的示范，通過一題兩解使學(xué)生掌握解決復(fù)雜問題的最佳方法，將整個(gè)思維過程完整地展現(xiàn)在學(xué)生的面前，通過這樣的方式幫助學(xué)生體會(huì)一題兩解的重要性，有效地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力以及分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生在做類似試題時(shí)能夠做到舉一反三，觸類旁通。

2.2 遴選試題，鞏固提升 教師可在歷年的高考真題或優(yōu)秀的模擬試題中精選出能夠一題兩解的試題，印發(fā)給學(xué)生，引導(dǎo)他們自主探究、合作探究，鼓勵(lì)學(xué)生能夠通過不同的角度、不同的方面對(duì)同一個(gè)問題進(jìn)行思考，激發(fā)學(xué)生不斷探究、不斷創(chuàng)新的熱情。對(duì)于表現(xiàn)突出的學(xué)生要大力表揚(yáng)，對(duì)于思維能力有待提高的學(xué)生要多加引導(dǎo)、提示，主動(dòng)、耐心地協(xié)助他們完成試題的解答。

2.3 轉(zhuǎn)變觀念，拓展思維 傳統(tǒng)的高中生物學(xué)教學(xué)多是以教師滔滔不絕地講授、學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的教學(xué)模式為主。在這種教學(xué)模式下，教師的主要任務(wù)就是對(duì)學(xué)生不加引導(dǎo)的、以機(jī)械的方式向?qū)W生傳授生物學(xué)教材中已有的各種基本事實(shí)、概念、原理和規(guī)律等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，這種教學(xué)模式嚴(yán)重阻礙了學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)中創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，在學(xué)習(xí)中也逐漸喪失了積極性和主動(dòng)性。

為了改變這一落后的、不妥的教學(xué)模式，教師應(yīng)給予學(xué)生一定的、合理的自主學(xué)習(xí)時(shí)間，要想方設(shè)法地提高學(xué)生自主探究、合作探究的積極性與主動(dòng)性。在傳授知識(shí)的同時(shí)，教師更應(yīng)該注重科學(xué)思維和科學(xué)方法的傳授，通過知識(shí)、方法、技能等的傳授，拓展學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

2.4 注意總結(jié)，思考感悟 創(chuàng)造性思維能力的提高絕非一日之功，也并不是僅憑教師傳授幾個(gè)典例就達(dá)成目的。學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中要多注意、多總結(jié)、多思考、多感悟，只有日積月累，才能真正提升創(chuàng)造性思維能力。