运用思维可视化的矩形图求解遗传推理题

闫 荣

(陕西省西安市第三中学 710048) 梁 芳 (陕西省西安市第八中学 710054)

1 概述

遗传推理题的解答是高中生物学教学的难点。运用矩形图进行分析，使思维过程和结果可视，能够有效突破上述难点。在矩形图里，展现了横纵联系，把事物关系结成一张网，通过对比、分析，可以快速找出所需答案。

这种思维可视化的解题方法，既可巩固所学知识，又可激发学习的兴趣和积极性，达到开发潜能，提高思考力的目的，从而实现创新精神和创造能力提升的目标。

2 实例分析

实例1 (2016年浙江卷节选) 若某研究小组用普通绵羊通过转基因技术获得了转基因绵羊甲和乙各1头，具体见下表。

绵羊性别转入的基因基因整合位置表现型普通绵羊♀、♂--白色粗毛绵羊甲♂一个A+1号常染色体黑色粗毛绵羊乙♂一个B+5号常染色体白色细毛

(注：普通绵羊不含A+、B+基因，基因型用A-A-B-B-表示)

请回答：

(1)为选育黑色细毛的绵羊，以绵羊甲、绵羊乙和普通绵羊为亲本杂交获得F1，选择F1中表现型为________的绵羊和________的绵羊杂交获得F2。

(2)为获得稳定遗传的黑色细毛绵羊，从F2中选出合适的1对个体杂交得到F3，再从F3中选出2头黑色细毛绵羊(丙、丁)并分析A+和B+基因的表达产物，结果如下图所示。不考虑其他基因对A+和B+基因表达产物量的影响，推测绵羊丙的基因型是________，理论上绵羊丁在F3中占的比例是________。

解析：当整体理解题目的目的和要点以后，接下来要做的是分离题目各项要点，即分离出求证目标、已知条件、杂交对象等，还要推论个体的基因型和表现型，

具体分析如下：①求证目标：通过2代杂交，获得黑色细毛的绵羊(隐含信息：要同时含A+和B+)；②已有材料：据表格可知，亲本♀只能为普通绵羊(纵轴)，亲本♂或为绵羊甲，亦或为绵羊乙，亦或为普通绵羊(横轴)；③杂交条件：应分析出有三种杂交组合可能性：普通绵羊×甲；普通绵羊×乙；普通绵羊× 普通绵羊；④其他条件：普通绵羊不含A+、B+基因；需要筛选符合条件的F1进行交配，从F2代中选出黑色细毛的绵羊继续杂交得F3，要对F3的表现型、基因型和比例进行讨论；⑤建立矩形图，填写横纵轴项目；⑥推算F1，筛选F1中符合要求的个体，继续推算F2和F3，填写图表，完成思维的可视化(图1)。

图1 例1思维可视化的过程

求解此题需要建构3个矩形图，形成递进关系。每一个矩形图都涵盖了假说演绎的思想，通过分类、比较、分析、综合建模的思维展示，把复杂的思维结构化、程序化、外显化，在一瞥间可以看出解题的关键点：第一个矩形图可排除共有的白色粗毛绵羊(A-A-B-B-)，找到特有的黑色粗毛绵羊(A+A-B-B-)和白色细毛绵羊(A-A-B+B-)；第二个矩形图可显示出F2中只有1/4为黑色细毛绵羊(A+A-B+B-)，即可推知它就是F3的亲本；F3中相关基因型及比例可类比于孟德尔实验中YyRr的自交结果来快速求解。参考答案：(1)黑色粗毛 白色细毛；(2)A+A+B+B-1/16。

实例2 (2013年全国新课标1卷)一对相对性状可受多对等位基因控制，如某种植物花的紫色(显性)和白色(隐性)。这对相对性状就受多对等位基因控制。科学家从该种植物的一个紫花品系中选育出5个基因型不同的白花品系，且这5个白花品系与该紫花品系都只有一对等位基因存在差异。某同学在大量种植该紫花品系时，偶然发现了1株白花植株，将其自交，后代均表现为白花。回答下列问题：

(1)假设上述植物花的紫色(显性)和白色(隐性)这对相对性状受8对等位基因控制，显性基因分别用A、B、C、D、E、F、G、H表示，则紫花品系的基因型为________；上述5个白花品系之一的基因型可能为________(写出其中一种基因型即可)。

(2)假设该白花植株与紫花品系也只有一对等位基因存在差异，若要通过杂交实验来确定该白花植株是一个新等位基因突变造成的，还是属于上述5个白花品系中的一个，则：

该实验的思路________；

预期的实验结果及结论________。

解析：①求证目标：待测白花个体来自突变体，亦或是来自原来的白花品系(纵轴)；②已有材料：紫花品系、5种白花品系(横轴)；③杂交条件：可以有两种杂交组合：待测白花个体×紫花品系；待测白花个体×白花品系；④挖掘隐含条件：转换问题形式，这是推理的核心，即将上述三种亲本转换为对应的基因型；⑤附加条件：各品系为纯合子；5种白花品系间只有一对基因差异；新出现的白花植株是纯合子，它与紫花品系也只有一对等位基因存在差异；⑥建立矩形图，填写横纵轴项目；⑦推算，填写图表，完成思维的可视化(表1)。

表1 例2思维可视化的过程

本题是一道难度极高的推理题，而用矩形图展示思维过程会使解题思路一目了然：待测白花个体与紫花个体相交方案不可取，只能选择与5种白花品系杂交，预期的实验结果和结论也跃然纸上。参考答案：(1)AABBCCDDEEFFGGHH， aaBBCCDDEEFFGGHH(写出其中一种即可)； (2)用该白花植株的后代分别与5个白花品系杂交，观察子代花色。如果子代全部为紫花，说明该白花植株是新等位基因突变造成的；在5个杂交组合中如果4个组合的子代为紫花1个组合的子代为白花，说明该白花植株属于这5个白花品系之一。

3 思维可视化解题思维步骤小结

利用矩形图求解遗传推理题的步骤可概括为：①明确解题目标；②提炼已知条件；③挖隐含条件；④设计横纵轴项目，建立矩形图；⑤推算并填图；⑥对比分析，得出结论。