例析“化繁為簡(jiǎn)”思維在解生物遺傳題中的作用

安永芳 李慧敏

摘要精選3道以果蠅為材料的遺傳題，列舉了解遺傳題常用的幾種化繁為簡(jiǎn)的思維方法，以期為生物學(xué)教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞 果蠅 配子 拆分組合 化繁為簡(jiǎn)

中圖分類號(hào)G633. 91文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

果蠅是昆蟲綱雙翅目的一種小型蠅類，在制醋和有水果的地方常?？梢钥吹健Ｇ夜壱罪曫B(yǎng)，繁殖快，具有多對(duì)相對(duì)性狀，所以常用作遺傳學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)材料。2019年高考生物全國(guó)Ⅰ卷的第32題以果蠅為實(shí)驗(yàn)材料，不僅考查生物學(xué)事實(shí)，而且對(duì)學(xué)生掌握的生物學(xué)概念、生物學(xué)原理以及解題的思維方法和技巧進(jìn)行綜合考查。

1真題及解析

某實(shí)驗(yàn)室保存有野生型和一些突變型果蠅。果蠅的部分隱性突變基因及其在染色體上的位置如圖1所示。回答下列問題。

（1）同學(xué)甲用翅外展粗糙眼果蠅與野生型（正常翅正常眼）純合子果蠅進(jìn)行雜交，F(xiàn)2中翅外展正常眼個(gè)體出現(xiàn)的概率為。圖中所列基因中，不能與翅外展基因進(jìn)行自由組合的是。

（2）同學(xué)乙用焦剛毛白眼雄蠅與野生型（直剛毛紅眼）純合子雌蠅進(jìn)行雜交（正交），則子代雄蠅中焦剛毛個(gè)體出現(xiàn)的概率為；若進(jìn)行反交，子代中白眼個(gè)體出現(xiàn)的概率為。

（3）為了驗(yàn)證遺傳規(guī)律，同學(xué)丙讓白眼黑檀體雄果蠅與野生型（紅眼灰體）純合子雌果蠅進(jìn)行雜交得到F1，F(xiàn)1相互交配得到F2。那么，在所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，能夠驗(yàn)證自由組合定律的F1表現(xiàn)型是，F(xiàn)2表現(xiàn)型及其分離比是；驗(yàn)證伴性遺傳時(shí)應(yīng)分析的相對(duì)性狀是，能夠驗(yàn)證伴性遺傳的F2表現(xiàn)型及其分離比是。

1.1題干文字分析

題目提及兩種果蠅，野生型為顯性純合子，突變型為隱性純合子。果蠅有4對(duì)染色體，包括3對(duì)常染色體和1對(duì)性染色體，圖1中2、3號(hào)染色體為常染色體，其上基因全為隱性突變產(chǎn)生的；白眼、焦剛毛屬于隱性突變且位于X染色體上，遵循伴性遺傳。

1.2解析過程

為了化繁為簡(jiǎn)，把每一對(duì)抽象相對(duì)性狀轉(zhuǎn)化成用具體的基因控制。圖1中有6種細(xì)胞核中染色體上隱性突變基因，果蠅這六種隱性突變基因與正?；蚪M成6對(duì)等位基因，控制6對(duì)相對(duì)性狀。題中的3個(gè)小題親本都是兩對(duì)相對(duì)性狀的親本，依題意先寫出親本雜交組合，再根據(jù)需要進(jìn)行拆分組合。

（1）拆分組合法。果蠅的翅外展和正常翅是一對(duì)性對(duì)性狀（用基因A、a表示），粗糙眼和正常眼是另一對(duì)相對(duì)性狀（用基因B、b表示），由于題中圖示基因均為隱性突變，因此親本為翅外展粗糙眼（aabb）和野生型（AABB），F(xiàn)1為正常翅正常眼（AaBb）。F1雌雄個(gè)體相互交配，F(xiàn)2中翅外展正常眼aaB_個(gè)體出現(xiàn)概率是3/16。生殖細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體分離，非同源染色體自由組合，使非同源染色體上的非等位基因自由組合，圖中所列基因中，翅外展和紫眼位于同一條染色體上，不能自由組合。

（2）拆分法。果蠅的焦剛毛和直剛毛是一對(duì)相對(duì)性狀（用基因D、d表示），白眼和紅眼是另一對(duì)相對(duì)性狀（用基因W、w表示）。正交：焦剛毛雄蠅（XdY）×直剛毛雌性（XDXD），子代雄蠅的基因型為XDY，表現(xiàn)為直剛毛，則子代雄蠅中焦剛毛個(gè)體出現(xiàn)的概率為0。反交：白眼雌蠅（XwXw）×紅眼雄蠅（XWY），子代XWXw、XwY分別表現(xiàn)為紅眼和白眼，且比例為1∶1，白眼個(gè)體出現(xiàn)的概率為1/2。

（3）配子法。果蠅的黑檀體和灰體是一對(duì)相對(duì)性狀（用基因E、e表示），白眼黑檀體雄果蠅（eeXwY）×純合子紅眼灰體雌蠅（EEXWXW），F(xiàn)1的基因型為EeXWXw、EeXWY，均表現(xiàn)為紅眼灰體且比例為1∶1。F1代相互交配（EeXWXw×EeXWY），由于兩對(duì)等位基因位于兩對(duì)染色體上，遵循基因的自由組合，產(chǎn)生的雌配子EXW、eXW、EXw、eXw且比例為1∶1∶1∶1，雄配子EXW、eXW、EY、eY，比例為1∶1∶1∶1；經(jīng)受精作用，F(xiàn)2表現(xiàn)型及其分離比為紅眼灰體∶紅眼黑檀體∶白眼灰體∶白眼黑檀體=9∶3∶3∶1。驗(yàn)證伴性遺傳時(shí)應(yīng)分析位于性染色體上的基因控制的性狀，即紅眼/白眼、焦剛毛/直剛毛；就眼的顏色分析，F(xiàn)1代相互交配（XWXw×XWY），F(xiàn)2表現(xiàn)型及其分離比是紅眼雌蠅∶紅眼雄蠅∶白眼雄蠅=（2∶1∶1）。

1.3試題參考答案

（1）3/16紫眼基因（2）01/2（3）紅眼灰體紅眼灰體∶紅眼黑檀體∶白眼灰體∶白眼黑檀體= 9∶3∶3∶1紅眼/白眼紅眼雌蠅∶紅眼雄蠅∶白眼雄蠅（2∶1∶1）。

2遷移訓(xùn)練

果蠅灰身與黑身是一對(duì)相對(duì)性狀，受等位基因A、a控制，紅眼與白眼是另一對(duì)相對(duì)性狀，受等位基因B、b控制?，F(xiàn)有若干組灰身紅眼雌雄果蠅雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)型為灰身紅眼雌果蠅400只，灰身紅眼雄果蠅200只，灰身白眼雄果蠅200只，黑身紅眼雌果蠅200只，黑身紅眼雄果蠅100，黑身白眼雄果蠅100只?；卮鹣铝袉栴}：

（1）親本雄果蠅的基因型是。

（2）F1中灰身紅眼雌果蠅的基因型是，純合子占。

（3）F1中的灰身紅眼雌果蠅與灰身白眼雄果蠅雜交，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及比例是。

解析：（1）先拆分，F(xiàn)1表現(xiàn)型及比例為灰身紅眼雌果蠅∶灰身紅眼雄果蠅∶灰身白眼雄果蠅∶黑身紅眼雌果蠅∶黑身紅眼雄果蠅∶黑身白眼雄果蠅=4∶2∶2∶2∶1∶1。F1灰身∶黑身=（4+2+2）∶（2+1+1）=2∶1，推知雜交親本為Aa×Aa，且A基因純合致死。另一對(duì)相對(duì)性狀：F1雌性子代全是紅眼，雄性子代中紅眼∶白眼（2+1）∶（2+1）=1∶1。推知雜交親本為XBXb×XBY；再組合親本為∶灰身紅眼雌性（AaXBXb）×灰身紅眼雄性（AaXBY），則親本雄果蠅基因型為AaXBY。

（2）由于A基因純合致死，F(xiàn)1中灰身紅眼雌果蠅的基因型及所占比例是AaXBXB（1/2）、AaXBXb（1/2），純合子概率為0。

（3）F1中的灰身紅眼雌果蠅為AaXBXB（1/2）、AaXBXb（1/2），灰身白眼雄果蠅AaXbY。計(jì)算雜交子代的性狀分離比，采用先拆分：Aa×Aa，由于AA純合致死，F(xiàn)2灰身果蠅Aa占2/3，黑身果蠅aa占1/3。另一對(duì)相對(duì)性狀：XBXB×XbY、XBXb×XbY，F(xiàn)2紅眼果蠅占3/4，白眼果蠅占1/4。再組合：F2中灰身紅眼=2/3×（3/4）=6/12，灰身白眼=2/3×（1/4）=2/12，黑身紅眼=1/3×（3/4）=3/12，黑身白眼=1/3×（1/4）=1/12；F2表現(xiàn)型及比例是灰身紅眼∶灰身白眼∶黑身紅眼∶黑身白眼=6∶2∶3∶1。

思維小結(jié)：以化繁為簡(jiǎn)思維為導(dǎo)向，求親本基因型及所占比例。解題時(shí)，把與性狀對(duì)應(yīng)的基因型盡可能寫出來，寫不出來的根據(jù)子代表現(xiàn)型先推知子代基因型，進(jìn)而再推測(cè)親本的基因型，在推測(cè)分析過程中注意致死現(xiàn)象引起的基因型概率變化。求子代個(gè)體表現(xiàn)型及所占比例，先按分離定律拆分，將幾種表現(xiàn)型所占比例分別求出后，再組合并乘積，計(jì)算表現(xiàn)型所占比例時(shí)，注意考慮致死現(xiàn)象影響所占比例的變化。

3拓展訓(xùn)練

果蠅紅眼與朱紅眼、有眼與無眼分別由基因A（a）、B（b）控制，其中有一對(duì)基因位于性染色體上，且存在兩對(duì)隱性基因純合致死現(xiàn)象。一只紅眼雌性個(gè)體與一只朱紅眼雄性個(gè)體交配，F(xiàn)1雌性個(gè)體中有紅眼和無眼，雄性個(gè)體全為紅眼。讓F1雌雄個(gè)體隨機(jī)交配得F2，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及比例見表1。

回答下列問題：

（1）有眼對(duì)無眼為性，控制有眼與無眼的B（b）基因位于染色體上。

（2）若要驗(yàn)證F1紅眼雄性個(gè)體的基因型，能否用測(cè)交方法？其原因是。

（3）F2紅眼雄性個(gè)體有種基因型，讓其與F2紅眼雌性個(gè)體隨機(jī)交配，產(chǎn)生的F3有種表現(xiàn)型，F(xiàn)3中致死個(gè)體所占的比例為。F3中無眼雌性占的比例。

解析：（1）假設(shè)逆推法。根據(jù)親代有眼雜交產(chǎn)生的F1代出現(xiàn)無眼，無眼（b）為隱性，有眼為顯性。又雄性的F1和F2代均為有眼，雌性的F1和F2代出現(xiàn)有眼和無眼兩種性狀?？梢?，有眼和無眼性狀在性染色體上；若只在Y上，雌性子代不可能出現(xiàn)有眼，即不是只在Y上；若只在X上，雄性子代應(yīng)出現(xiàn)有眼和無眼兩種性狀。而題中雄性子代均為有眼，可見不是只在X上；若位于X、Y的同源區(qū)段上，符合題意。

（2）配子法。根據(jù)F1雌性個(gè)體中有紅眼和無眼，雄性個(gè)體全為紅眼，則親本為紅眼雌性（AAXBXb）、朱紅眼雄性（aaXbYB）；親本產(chǎn)生的雌配子的基因型為AXB、AXb，雄配子的基因型為aXb、aYB。雌雄配子隨機(jī)結(jié)合，F(xiàn)1基因型為AaXBXb、AaXbXb、AaXBYB、AaXbYB，表現(xiàn)型及比例為雌性紅眼∶雌性無眼∶雄性紅眼∶雄性紅眼（1∶1∶1∶1）。

拆分組合法。F1雌雄個(gè)體隨機(jī)交配，雌性基因型為AaXBXb（1/2）、AaXbXb（1/2），雄性基因型為AaXBYB（1/2）、AaXbYB（1/2）。①Aa×Aa，F(xiàn)2基因型為AA、Aa、aa（1∶2∶1），表現(xiàn)型及比例為紅眼∶朱紅眼=3∶1。②雌性基因型為XBXb（1/2）、XbXb（1/2），雄性基因型為XBYB（1/2）、XbYB（1/2），產(chǎn)生雌配子XB（1/4）、Xb（3/4），雄配子XB（1/4）、Xb（1/4）、YB（1/2）。雌配子與雄配子隨機(jī)結(jié)合，F(xiàn)2的基因型為：XBXB（1/16）、XBXb（3/16）、XBXb（1/ 16）、XbXb（3/16）、XBYB（1/8）、XbYB（3/8）。依題意中表格數(shù)據(jù)，得知：F2個(gè)體中雄性32/61，而雌性29/61，得知3/64雌性個(gè)體死亡，即aaXbXb致死，致死概率為1/4×（3/16）=3/64，1-3/64=61/64成活。因雌性aaXbXb致死，所以不能用測(cè)交法驗(yàn)證F1紅眼雄性個(gè)體的基因型。

（3）F1雌雄個(gè)體隨機(jī)交配，雌性基因型為AaXBXb（1/2）、AaXbXb（1/2），雄性基因型為AaXBYB（1/2）、AaXbYB（1/2）。F2紅眼有AA、Aa兩種基因型，雄性有眼為XBYB、XbYB兩種基因型，則F2紅眼雄性有4種基因型，分別為AAXBYB、AAXbYB、AaXBYB、AaXbYB，其中F2紅眼雄性AaXbYB概率為2/3×（3/4）=1/2，F(xiàn)2紅眼雌性個(gè)體中AaXBXb概率為2/3×（4/5）=8/15。

F3表現(xiàn)型和基因型有紅眼雌性A_XBX-、朱紅眼雌性aaXBX-、無眼雌性A_XbXb、紅眼雄性A_X-YB、朱紅眼雄性aaX-YB，共5種。根據(jù)表格中的結(jié)果，雄性子代因沒有隱性純合子，不出現(xiàn)致死現(xiàn)象。計(jì)算F3雌性子代aaXbXb致死概率，只需F2紅眼雌性個(gè)體基因型為AaXBXb（8/15），F(xiàn)2紅眼雄性個(gè)體基因型為AaXbYB（1/2），F(xiàn)3雌性子代aaXbXb致死概率為8/15×（1/2）×（1/4）×（1/ 4）=1/60，成活概率為1-1/60=59/60。

先拆分：①F2紅眼雄性的基因型為AA（1/3）、Aa（2/3），F(xiàn)2紅眼雌性的基因型為AA（1/3）、Aa（2/3），F(xiàn)3代A_概率為1-2/3×（2/3）×（1/4）=8/9。②F2代另一對(duì)性狀中雌性基因型為XBXB（1/16）、XBXb（3/16）、XBXb（1/ 16）、XbXb（3/16），雄性基因型為XBYB（1/8）、XbYB（3/8），得知F2紅眼雌性XBXB（1/5）、XBXb（4/5），F(xiàn)2紅眼雄性XBYB（1/4）、XbYB（3/4），F(xiàn)3代XbXb概率為4/5×（3/4）×（1/ 4）=3/20。再組合：F3中無眼雌性A_XbXb概率為8/9×（3/20）=2/15，F(xiàn)3中無眼雌性A_XbXb所占的比例為2/ 15/（59/60）=8/59。

思維小結(jié)：①首先分析基因的位置，復(fù)雜的問題就變得簡(jiǎn)單了。某一性狀的兩雜合親本雜交，子代雌雄個(gè)體表現(xiàn)型及其分離比不同，且與性別有關(guān)，推測(cè)控制此性狀的基因位于性染色體上。然后，再根據(jù)子代表現(xiàn)型分析基因只位于Y上，僅位于X上，還是位于X、Y的同源區(qū)段上。②在做題過程中，根據(jù)親本的表現(xiàn)型，把親本性狀對(duì)應(yīng)的基因型盡可能寫出來，有些性狀對(duì)應(yīng)的基因型需要根據(jù)子代的表現(xiàn)型及基因型推測(cè)。在解復(fù)雜遺傳題中，若用配子法解題，首先要正確無誤求出雌雄配子各自所占的比例，然后計(jì)算性狀所占的比例。在做題過程中，若出現(xiàn)子代雌雄個(gè)體所占的比例不同，判斷可能存在致死現(xiàn)象，依據(jù)題中數(shù)據(jù)計(jì)算致死概率，進(jìn)而推測(cè)致死基因和致死基因型。

4教學(xué)啟示

遺傳學(xué)內(nèi)容是生物高考中重點(diǎn)考查的內(nèi)容，涉及生命觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究的考查?？疾榈念}型內(nèi)容來源于生活，解題所需要的知識(shí)原理、方法均是生物必修2模塊內(nèi)孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中知識(shí)點(diǎn)的遷移，學(xué)生要在掌握重要概念、原理、方法的基礎(chǔ)上，靈活地把假設(shè)法、逆推法、配子法、拆分組合法等用于解遺傳題。教師要注意總結(jié)系統(tǒng)化知識(shí)，精選試題鞏固提升能力，更要注重化繁為簡(jiǎn)思維能力的培養(yǎng)，巧妙運(yùn)用化抽象為具體、化繁為簡(jiǎn)的思維方法。這樣，學(xué)生解類似遺傳題時(shí)，就能夠做到觸類旁通了。