遺傳題中基因頻率法使用誤區(qū)初探

江蘇 瞿 栗

遺傳題一直是高考的必考題型，在歷年高考或模擬考試中往往都是壓軸題，有一定難度。由于學(xué)生們能力具有差異，所以遺傳題往往具有較大的區(qū)分度，也更容易拉開(kāi)學(xué)生間的差距。江蘇省高考在2020屆之前采用“3+2”的模式，選修科目采用等級(jí)考核制度，分值轉(zhuǎn)換成等級(jí)之后差異不顯著，但2021屆開(kāi)始實(shí)行“3+3”的高考新方案，選修科目采用等級(jí)賦分制度，最后計(jì)入高考總成績(jī)。因此，遺傳題做得好不好，在成績(jī)上體現(xiàn)得十分明顯。

筆者在解析某一模擬試卷中的遺傳題時(shí)，遇到了采用兩種不同解法得出不同答案的困惑，在此進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

1.解題分析

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)?，F(xiàn)有一只突變果蠅S，研究者利用其進(jìn)行如圖所示雜交實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)分析回答問(wèn)題。

(1)果蠅紅眼的遺傳方式是________，果蠅S剛毛性狀的突變類型是________性突變。

(2)F1中，類型①②的基因型分別是________；F2中，類型⑦的基因型是________。

(3)F2中，基因型與實(shí)驗(yàn)2的親本基因型相同的個(gè)體所占比例為_(kāi)_______。

(4)若讓F2中的類型⑤⑧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)_______。

(5)觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)2中的類型⑤⑥中，各有1/3的果蠅胸部無(wú)剛毛。而實(shí)驗(yàn)中其他果蠅的胸部均有剛毛，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因最可能是______________。

【參考答案】(1)伴X染色體顯性遺傳 顯 (2)AaXBXb、AaXbY aaXBXb、aaXBY (3)1/4 (4)1/32 (5)兩個(gè)A基因抑制果蠅胸部長(zhǎng)出剛毛，只有一個(gè)A基因時(shí)無(wú)此效應(yīng)

根據(jù)題干信息可以推斷出P中的果蠅S基因型為AaXbXb，野生型個(gè)體基因型為aaXBY。則F1中①1/4腹部長(zhǎng)剛毛紅眼雌蠅基因型為AaXBXb，②1/4腹部長(zhǎng)剛毛白眼雄蠅基因型為AaXbY，③1/4腹部短剛毛紅眼雌蠅基因型為aaXBXb，④1/4腹部短剛毛白眼雄蠅基因型為aaXbY。進(jìn)一步根據(jù)實(shí)驗(yàn)2中F1中的①AaXBXb與②AaXbY個(gè)體間隨機(jī)交配，可計(jì)算出F2的基因型及比例。此時(shí)，有3種常見(jiàn)的解題方法：個(gè)體棋盤(pán)法(交配法)、配子棋盤(pán)法(配子法)、乘法原則(基因頻率法)。3種方法所得F2基因型結(jié)果均一致(表1)。

表1 F2基因型及比例

據(jù)第(4)小問(wèn)的題干信息，讓F2中的類型⑤⑧充分混合后并進(jìn)行隨機(jī)交配，同樣有3種解題方法：個(gè)體棋盤(pán)法(交配法)、配子棋盤(pán)法(配子法)、乘法原則(基因頻率法)，因個(gè)體棋盤(pán)法在此處的計(jì)算十分煩瑣，故而不再展開(kāi)贅述，只討論配子棋盤(pán)法和基因頻率法。

⑤⑧充分混合后，所得雌性中：1/4AAXBXb、2/4AaXBXb、1/4aaXbXb；所得雄性中：1/4AAXBY、2/4AaXBY、1/4aaXbY。兩對(duì)獨(dú)立的等位基因隨機(jī)交配的問(wèn)題，可以拆分成兩對(duì)分離定律的問(wèn)題來(lái)解決，采用基因頻率法(表2、表3)。符合題意的腹部長(zhǎng)剛毛白眼雌果蠅(AAXbXb、AaXbXb)所占的比例為3/4(AA+Aa)×5/64(XbXb)=15/256。

表2 基因頻率法1

表3 基因頻率法2

若采用配子棋盤(pán)法，符合題意的腹部長(zhǎng)剛毛白眼雌果蠅(AAXbXb、AaXbXb)所占的比例為2/64(表4)。與基因頻率法所得結(jié)果不一致。

表4 配子棋盤(pán)法

2.錯(cuò)因探討

依據(jù)解題過(guò)程中由F1中的①與②隨機(jī)交配得到F2的情況可知，配子棋盤(pán)法和基因頻率法所得到的結(jié)果應(yīng)該是一致的。但是由⑤與⑧充分混合后隨機(jī)交配的結(jié)果可見(jiàn)，配子棋盤(pán)法和基因頻率法計(jì)算得到的結(jié)論是有出入的，這其中勢(shì)必有一種方法是值得商榷的。

回顧⑤與⑧隨機(jī)交配的解題過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)，在利用基因頻率法計(jì)算時(shí)，最終得到的子代有3種(AA、Aa、aa)乘5種(XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY)，共15種基因型，而配子棋盤(pán)法得到的子代中只有14種基因型，AAXbXb這種基因型沒(méi)有出現(xiàn)。追根溯源，是因?yàn)棰茛嘀袩o(wú)法產(chǎn)生基因型為AXb的雄配子，而采用基因頻率法解題時(shí)，這種基因型配子的情況被一并考慮在內(nèi)了。

(1)缺失配子，某種配子無(wú)法由親本產(chǎn)生

⑤⑧混合后的雄性中：1/4AAXBY、2/4AaXBY、1/4aaXbY，無(wú)法產(chǎn)生基因型為AXb的雄配子，故而在采用配子棋盤(pán)法計(jì)算的過(guò)程中，雄性個(gè)體只產(chǎn)生5種配子。而基因頻率法計(jì)算時(shí)，所有6種雄配子都會(huì)出現(xiàn)。正是因?yàn)榇嬖谂渥尤笔У那闆r，若此時(shí)采用基因頻率法計(jì)算就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

(2)配子不缺失，組合比例不準(zhǔn)確

并不是配子組合情況完整，就說(shuō)明配子棋盤(pán)法和基因頻率法是通用的。如：1/5BBXAXa，2/5BbXAXA，2/5BbXAXa能產(chǎn)生全部4種類型的配子，但采用配子棋盤(pán)法和基因頻率法計(jì)算時(shí)，得出的結(jié)果卻也是不一致的。再比如1/3AaBB，1/3AABb，1/3AaBb同樣能產(chǎn)生全部4種類型的配子，但這兩種方法計(jì)算結(jié)果也不一致。

(3)特例分析

例題第(4)小問(wèn)還有一種簡(jiǎn)單的解法，觀察⑤⑧中雌雄個(gè)體基因型組成情況，結(jié)合題干設(shè)問(wèn)，想要得到腹部長(zhǎng)剛毛白眼雌果蠅(AAXbXb、AaXbXb)，只有⑤⑧中的雄性：1/4aaXbY和雌性：1/4AAXBXb、2/4AaXBXb交配，才能得到相應(yīng)后代，此種計(jì)算方法更為簡(jiǎn)單，省去了煩瑣的棋盤(pán)法計(jì)算。所以，在解題時(shí)，要先觀察題目設(shè)問(wèn)，不能拿到題目就開(kāi)始一味地進(jìn)行計(jì)算。

3.總結(jié)與反思

在實(shí)際解題過(guò)程中，大部分情況下，兩對(duì)等位基因位于兩對(duì)同源染色體上，遵循基因自由組合定律的遺傳題，配子棋盤(pán)法和基因頻率法是通用的，但也會(huì)存在一些題目，如文中例題的第(4)小問(wèn)，就不適用基因頻率法，而只能用配子棋盤(pán)法。所以，雖然在解題時(shí)基因頻率法能簡(jiǎn)化解題過(guò)程，減小計(jì)算量，但該方法沒(méi)有百分百的適用性，而配子棋盤(pán)法是具有通用性的。

這是因?yàn)樽杂山慌?隨機(jī)交配)是指群體中任一配子可以和任一異性配子結(jié)合，本質(zhì)是雌雄配子隨機(jī)結(jié)合，在群體水平實(shí)現(xiàn)。而自由組合定律是個(gè)體在產(chǎn)生配子的過(guò)程中，等位基因分離，非等位基因自由組合，在個(gè)體層面實(shí)現(xiàn)。采用基因頻率法解題時(shí)，默認(rèn)的是在群體水平產(chǎn)生配子，此時(shí)若生搬硬套分離定律和自由組合定律，會(huì)額外多考慮情況，某些配子不能出現(xiàn)，卻被一并考慮在內(nèi)，與事實(shí)相悖。