談生物教學(xué)中的“心困”現(xiàn)象
—— 一道遺傳計(jì)算題的思考

蔡 杰

(江蘇省西亭高級(jí)中學(xué) 226300)

遺傳計(jì)算是生物教學(xué)中難點(diǎn)之一，教學(xué)中教師會(huì)本著簡(jiǎn)化、準(zhǔn)確的原則，從基本計(jì)算入手，總結(jié)、衍生出多種解題技巧，由繁化簡(jiǎn)，抓住計(jì)算的主要方面和主要對(duì)象，刪除冗余和干擾的其它計(jì)算步驟，采用分類逐個(gè)擊破、逆向思考及并類計(jì)算等精簡(jiǎn)思維，達(dá)到高效解題的目的.

遺傳精簡(jiǎn)計(jì)算中各種優(yōu)化計(jì)算的模型相對(duì)較集中，針對(duì)角度十分鮮明，如多對(duì)等位基因交配，單個(gè)個(gè)體形成配子種類繁多，交配方式種類和比例復(fù)雜，這就可針對(duì)每對(duì)等位基因的交配逐個(gè)、單獨(dú)計(jì)算，最后合并匯總，此種模式宜考慮采用分枝法；交配方式的多元化，子代自由交配或多組合交配，一般涵蓋了自交和雜交，逐個(gè)計(jì)算較為繁瑣，可以抓住個(gè)體產(chǎn)生的配子種類相對(duì)較少且比例簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，此種模式考慮采用配子結(jié)合的方法進(jìn)行解題.

例1(2020南京一模 第33題節(jié)選)野生型果蠅的腹部和胸部都有短剛毛(相關(guān)基因用A和a表示)，眼色為紅眼(相關(guān)基因用B和b表示).現(xiàn)有一只突變果蠅S，研究者利用其進(jìn)行圖1所示雜交實(shí)驗(yàn).請(qǐng)分析回答問(wèn)題：

圖1

(4)若讓F2中的類型⑤、⑧充分混合后并進(jìn)行隨機(jī)交配，則后代中腹部長(zhǎng)剛毛白眼雌果蠅所占比例為_(kāi)___.(錯(cuò)誤解答：15/256；正確解答：1/32)

上述問(wèn)題的解決過(guò)程中，抓住題目本身“隨機(jī)交配”角度，常規(guī)性地側(cè)重選擇配子結(jié)合法，然后逐漸展開(kāi)解題.這種選擇解題方法的角度取向上沒(méi)有問(wèn)題，問(wèn)題在于隨機(jī)交配的親本基因型產(chǎn)生的配子比例不能簡(jiǎn)化.盲目地經(jīng)驗(yàn)主義，有時(shí)解答的結(jié)果會(huì)失真，造成錯(cuò)解.對(duì)于特殊背景下的本道題目，往往簡(jiǎn)化會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)盲區(qū)，造成錯(cuò)誤解題. 現(xiàn)將此題的錯(cuò)誤解題和正確解題進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析.首先從題目材料分析，兩種解題方法的實(shí)驗(yàn)一(如：圖2所示)、實(shí)驗(yàn)二(如圖3所示)的推斷過(guò)程相同，其交配詳解過(guò)程如2、3所示.

圖2 圖3

針對(duì)上述子代基因型種類及比例情況，對(duì)(4)問(wèn)中⑤、⑧充分混合后的隨機(jī)交配進(jìn)行分析，這就面臨方法的選擇：一種是概括歸類計(jì)算(簡(jiǎn)化解題，快速容易錯(cuò)誤)，一種是逐個(gè)例舉、分步分類計(jì)算(按步解題，繁雜正確率高).一般情況下，對(duì)于多組交配或是自由交配和隨機(jī)交配，最可能的考慮第一種方法，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，提高解題效率；而對(duì)于常規(guī)設(shè)問(wèn)，交配方式單一的計(jì)算，可以采用第二種直接進(jìn)行.現(xiàn)對(duì)這兩種方法解題過(guò)程例舉比較如圖4所示.

圖4

二者解題的偏差究竟差異在哪里？歸根到底其原因之一是因?yàn)閮蓪?duì)等位基因組合時(shí)未完全隨機(jī)結(jié)合，以雌性個(gè)體為例，題干中給出的基因型為3種，而如果把常染色體3種基因型(1AA、2Aa、1aa)與性染色體兩種基因型(XBXb、XbXb)組合，應(yīng)該是6種基因組合才能相匹配各配子概率，與實(shí)際的3種相矛盾，其計(jì)算出的配子占比改變，出現(xiàn)偏差；其原因之二是因?yàn)閄、Y性染色體屬于異型同源染色體，其非同源區(qū)基因不存在等位基因造成(如圖5所示).

圖5

由于果蠅紅眼(B)與果蠅白眼(b)位于X染色體的非同源區(qū)Ⅱ-1區(qū)，Y上沒(méi)有相應(yīng)區(qū)段及相應(yīng)的基因，造成含不同基因的雄性配子比例發(fā)生變化，最終形成攜帶b基因的雄性配子與雌性配子結(jié)合概率變化，子代相應(yīng)性狀占比也隨之改變.此題具體過(guò)程中兩種解法的配子占比變化及產(chǎn)生子代的比例變化分析如圖6所示.

圖6

從上述兩種方法的配子求解中不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論雌、雄配子均發(fā)生了變化，其中雌配子種類不變，但占比變化顯著，為原因之一造成；雄配子種類變化顯著，第一種簡(jiǎn)化解法中虛增了AXb配子，且部分比例也發(fā)生變化，為原因之二造成.正是由于上述一個(gè)個(gè)的微小差異的積累，最終的答案也相差甚遠(yuǎn).對(duì)此，我們是否可以考慮，在兩對(duì)等位基因自由交配時(shí)，亦或在涉及X、Y異型同源染色體的非同源區(qū)基因的自由交配時(shí)，對(duì)于配子結(jié)合法使用要適當(dāng)考慮實(shí)際交配組合的存在與否，或者考慮采用直接解題，避免出現(xiàn)錯(cuò)解的情況.

由此，針對(duì)上述現(xiàn)象我們進(jìn)行以下變式對(duì)比，抓住自由交配或多組隨機(jī)交配進(jìn)行再次剖析，比對(duì)配子結(jié)合法如何避免思考疏漏，既縝密又簡(jiǎn)化的完美解題.

例2(2019江蘇高考 第32題)杜洛克豬的毛色受兩對(duì)等位基因獨(dú)立遺傳控制，其毛色有紅毛、棕毛和白毛三種，對(duì)應(yīng)的基因組成見(jiàn)表1.

表1

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(2)已知兩頭純合的棕毛豬雜交得到的F1均表現(xiàn)為紅毛，F(xiàn)1雌、雄交配產(chǎn)生F2.

④F2中棕毛個(gè)體相互交配，子代白毛個(gè)體的比例為_(kāi)___.(正確解答：1/9)

本題F2中棕毛個(gè)體基因型及比例情況為AAbb∶Aabb∶aaBB∶aaBb=1∶2∶1∶2，其相互交配即為隨機(jī)交配，優(yōu)先考慮配子結(jié)合法，但F2四種棕色子代并不是AA、Aa、aa與BB、Bb、bb兩對(duì)基因完全組合形成的(完全組合應(yīng)為9種基因型)，因此若分別求AA、Aa、aa的配子結(jié)合子代，BB、Bb、bb的配子結(jié)合子代，再進(jìn)行兩種子代組合求解白毛個(gè)體，這就會(huì)虛增出除四種棕色親本之外的交配結(jié)果.為了避免逐個(gè)計(jì)算的繁瑣，延續(xù)配子結(jié)合的簡(jiǎn)化，采用組合配子結(jié)合替代單個(gè)配子結(jié)合解題，提高解題的速度和精準(zhǔn)度.

正確解答應(yīng)從F2中棕毛個(gè)體AAbb∶Aabb∶aaBB∶aaBb為1∶2∶1∶2出發(fā)，先求解出其產(chǎn)生的組合配子為Ab∶ab∶aB為1∶1∶1，雌雄情況相同，ab的概率為1/3，則白毛aabb為1/9.改進(jìn)后的配子結(jié)合法，配子種類及比例求解較為復(fù)雜，需要格外細(xì)致的關(guān)注其比例，但配子結(jié)合產(chǎn)生特定性狀的子代概率計(jì)算相對(duì)較為簡(jiǎn)單.

遺傳計(jì)算解題類型眾多，不同類型各具特色.系譜圖的遺傳方式判斷，柱形圖的歸類比較，文字題的基因間的關(guān)系，表格題的基因型推斷，每一個(gè)均要?dú)w結(jié)和細(xì)化，計(jì)算時(shí)還需返璞歸真，不能以經(jīng)驗(yàn)和技巧代替一切.只有因題制宜地選擇適當(dāng)?shù)慕忸}方法，務(wù)必剔除每一種方法的盲區(qū)所在，做到省略步驟但不能省略思維，才能真正做到心無(wú)困惑，正確解題，高效解題.