高考生物学遗传实验题之思维引导与应对策略

荆永涛 王海

作为自然科学的生物学以观察和实验为本，大部分高考题可归结为实验题，下文主要讨论实验设计和实验分析类的非选择题。此类试题对大部分考生来说难度大，不易得分，但能很好地考查学生学科素养和关键能力，且区分度和信度高，故多年来作为常见题型被沿用至今。现从实验设计和实验分析2个维度，对近年的高考生物学遗传实验题进行探讨，以期从思维方法的层面探求破解高考实验题的应对策略，力求在教学中落实《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的理念，体现《中国高考评价体系》的精神。

1 研究1对等位基因的遗传学实验设计

与遗传学内容有关的高考题多涉及基因的分离定律和自由组合定律及伴性遗传等问题。遗传题多是“三定一求”：定显隐、定位置、定亲本（基因型），求子代（表现型及比例）。学生觉得遗传题较难，多因不能透过复杂的情境，获取有效信息理顺复杂的逻辑关系，并综合应用所学生物学原理、方法去分析和论证，进而透过现象抓本质。假说一演绎法是探究遗传学等未知问题的成熟思路，遗传图解是分析遗传现象的基本方法，但是许多学生不能灵活地运用。

遗传的实质是亲本通过减数分裂产生配子.配子随机结合形成合子，合子发育为子代，即遗传物质通过配子传给子代。所以在解决遗传题时，教师要提醒学生关注配子这个核心环节。涉及1对等位基因的遗传题的解答，表1所示的6种情况是解题的基本思路。

【例1】（2018.全国卷·节选）果蝇体细胞有4对染色体，其中2、3、4号为常染色体。己知控制长翅/残翅性状的基因位于2号染色体上，控制灰体/黑檀体性状的基因位于3号染色体上。某小组用一只无眼灰体长翅雌蝇与一只有眼灰体长翅雄蝇杂交，杂交子代的表现型及其比例见表2。

回答下列问题：

（1）根据杂交结果，_______（填“能”或“不能”）判断控制果蝇有眼/无眼性状的基因是位于X染色体还是常染色体上。若控制有眼/无眼性状的基因位于X染色体上，根据上述亲本杂交组合和杂交结果判断，显性性状是____，判断依据是________。

（2）若控制有眼/无眼性状的基因位于常染色体上，请用表2中杂交子代果蝇为材料设计一个杂交实验来确定无眼性状的显隐性（要求：写出杂交组合和预期结果）。

思维方法引导：

对（1）题的思考遵循以下过程。①审题：研读情境，整合信息。只考虑1对相对性状，若亲本为无眼雌蝇×有眼雄蝇，则F1中个体为有眼与无眼，其比例为1：1，且雌雄各1/2，与性别无关。控制有眼和无眼性状的基因不论是位于常染色体，还是位于X染色体上，均会出现此结果，因此不能判断基因位置。②假设：利用假说一演绎法探未知。若控制有眼/无眼性状的基因（用E/e表示）位于X染色体上，任务是判定显隐性。先假设有眼为显性，则亲本为XeXe（无眼雌蝇）XXEy（有眼雄蝇），再利用遗传图解演绎推理。③推理：利用遗传图解，思考问题。有眼为显性时，则在F1中个体有雌性有眼（XEXe）和雄性无眼（XeY），其比例为1：1。这显然与表2信息矛盾，因此有眼为显性的假设不成立。再假设无眼为显性，因后代有性状分离，则亲本为XEXe（无眼雌蝇）xXcy（有眼雄蝇），F1中个体有雌性有眼、雌性无眼、雄性有眼和雄性无眼，其比例为1：1：1：1，与表2完全一致。综上，显性性状只能是无眼。④作答：反推正写，进行答题。题中明确要求据亲本杂交组合和结果判断，答案是“只有当无眼为显性时，子代雌雄个体中才都会出现有眼与无眼性状的分离”。此处常见的失分答案是“杂交后代中出现了性状分离”。这不仅仅是答案不规范的问题，其实缘于学生既不能准确把握命题意图，又未掌握正确的逻辑思维方法，与语言表达能力无关。

对（2）题的思考遵循以下过程。①审题：若控制有眼/无眼性状的基因位于常染色体上，Fi中雌雄个体中都出现有眼与无眼的性状且比例为1：1，符合表1中的⑤，则子代中的显性个体必定全为杂合体（Ee），隐性个体全为纯合体（ee）。②假设：任务是设计杂交实验来确定无眼性状的显隐性。假设无眼是显性性状，则子代无眼个体基因型為Ee，有眼个体基因型是ee;反之，假设无眼是隐性性状，则子代有眼基因型为Ee，无眼个体基因型是ee。若让子代相互杂交，2种假设的杂交结果都是表1中的⑤，由后代表现型无法进行显隐性判断，因此考虑让其分别自交。③推理：若无眼是显性性状，则子代中的无眼基因型全为Ee，有眼基因型是ee。让其分别自交：EexEe，后代基因型为EE：Ee：ee，其比例1：2：1，表现型为无眼：有眼，其比例为3：1;eexee，后代全为有眼（ee）。④作答。

参考答案：杂交组合：无眼×无眼。预期结果：若子代中无眼：有眼为3：1，则无眼为显性性状;若子代全部为无眼，则无眼为隐性性状预期结果：若子代中有眼：无眼为3：1，则有眼为显性性状;若子代全部为有眼，则有眼为隐性性状）。2研究2（多）对等位基因的遗传学实验设计

【例2】（2017.全国.32节选）己知某种昆虫的有眼（A）与无眼（a）、正常刚毛（B）与小刚毛（b）、正常翅（E）与斑翅（e）这三对相对性状各受一对等位基因控制。现有三个纯合品系：①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不发生染色体变异和染色体交换，回答下列问题：

（1）若A/a、B/b、E/e这三对等位基因都位于常染色体上，请以上述品系为材料，设计实验来确定这三对等位基因是否分别位于3对染色体上（要求：写出实验思路、预期实验结果、得出结论）。

思维方法引导：

对此题的思考遵循以下过程。①审题：3对相对性状分别由位于常染色体上3对等位基因控制且有aaBBEE、AAbbEE、AABBee 3个纯系（不考虑染色体变异和染色体交换），用这三个品系设计实验探究这三对等位基因是否分别位于3对染色体上。3个品系中每两个品系间有2对基因不同，均为双显性一隐性性状，若这两对基因位于两对同源染色体上，则遵循自由组合定律，否则为连锁遗传。若任意2对等位基因都分别位于2对同源染色体上，这3等位基因分别位于3对同源染色体上。

②假设与推理：假设A/a和B/b位于2对同源染色体上，由遗传图解推理，aaBBEE与AAbbEE杂交后得到Fi，让Fi的雌、雄个体相互交配，则F2的后代性状为有眼正常刚毛、有眼小刚毛、无眼正常刚毛、无眼小刚毛，其比例为9：3：3：1。同理，aaBBEE与AABBee、AAbbEE与AABBee杂交后得到F1，F1的雌、雄个体相互交配，F2中都将出现4种表现型，且为9：3：3：1的分离比。这说明A/a、E/e与B/b任意2对等位基因均位于两对染色体上，这三对等位基因位于3对同源染色体上，否则可以确定这三对等位基因不是位于3对染色体上。

③作答。

参考答案：（1）选择①×②、②×③、①×③三个杂交组合，分别得到Fi和F2，若各杂交组合的F2中均出现4种表现型，且比例为9：3：3：1，则可确定这三对等位基因位于三对染色体上;若出现其他结果，则可确定这三对等位基因不是位于三对染色体上。

3 染色体变异

【例3】（2014.山东卷）果蝇的灰体（E）对黑檀体（e）为显性;短刚毛和长刚毛是一对相对性状，由一对等位基因（B、b）控制。这两对基因位于常染色体上且独立遗传。

（4）灰体纯合果蝇与黑檀体果蝇杂交，在后代群体中出现了一只黑檀体果蝇。出现该黑檀体果蝇的原因可能是亲本果蝇在产生配子过程中发生了基因突变或染色体片段缺失。现有基因型为EE、Ee和ee的果蝇可供选择，请完成下列实验步骤及结果预测，以探究其原因（注：一对同源染色体都缺失相同片段时胚胎致死;各型配子活力相同）。

实验步骤：①用该黑檀体果蝇与基因型为的果蝇杂交，获得F1;

②F2自由交配，观察、统计F2表现型及比例。

结果预测：I.如果F2表现型及比例为_______，则为基因突变;

Ⅱ.如果F2表现型及比例为_______ ，则为染色体片段缺失。

思维方法引导：

①审题：若该黑檀体果蝇为基因突变所致，其基因型为ee，若是染色体片段缺失（用O表示因染色体片段缺失E基因丢失）所致，其基因型可表示为eO。如果选择基因型为ee的黑檀体与之杂交，因子代全为黑檀体不能做出任何判断。所以可选择基因型为EE（或Ee）的灰体果蝇与之杂交，通过观察统计后代的表现型及其比例进行判断。

②假设：可分别假设该黑檀体果蝇基因型是ee或eO，让其与EE（或Ee）杂交，因通过F1不能做出判断，再分析F2表现型及比例进行判断。

③推理：

思路1：与基因型为EE的灰体果蝇杂交。

若为基因突变，则亲本为ee、EE，Fi的基因型为Ee，F2基因型为EE、Ee、ee（l：2：1），子代表现型灰体、黑檀体（3：1）。

若为染色体片段缺失，则亲本eOxEE，Fi基因型为EO、Ee（1：1）。Fi产生的雌、雄配子基因型E、e、O（2：1：1），雌、雄配子随机结合后，F2基因型及比例见表2。

由于一对同源染色体都缺失相同片段时胚胎致死，因此基因型为OO的个体不存在，F2表现型为灰体：黑檀体（4：1）。

思路2：与基因型为Ee的灰体果蝇杂交

若为基因突变，则亲本为ee. Ee，Fi的基因型为Ee、ee（l：1）。Fi产生的雌、雄配子基因型E、e（l：3），则F2表现型为灰体、黑檀体（7：9）。

若为染色体片段缺失，则亲本为eOxEe，F1的基因型为Ee、ee.EO、e0（1：1：1：1）。Fi雌、雄配子均为E：e：O（1：2：1），雌、雄配子随机结合，F2表现型为灰体、黑檀体（7：8）。

④作答。

参考答案：

答案一：①EE I.灰体：黑檀体=3：1Ⅱ.灰体：黑檀体=4：1

答案二：①Ee I.灰体：黑檀体=7：9Ⅱ.灰体：黑檀体=7：8

4 应对策略

高考重点考查学生是否会学习、善思考、能探究、准表达，并考查学生具备的高中基础知识，即必备知识是基础，关键能力是重点，学科素养是目标，核心价值是引领，实验仅作为命题情境来考查学科核心素养。教师指导学生复习时，需要把实验题融入高考评价体系框架之下，多做思维方法方面的引导与训练：

（1）教师要指导学生认真研读情境，综合题目信息，建立试题与教材相关知识的联系。教师要引导学生认真研读题目，进行信息的筛选、转化、加工和重新整合，从试题中获取对解题有用的关键信息，发现隐含条件;对原因与结果、部分与整体、现象与本质、条件与过程、结果与结论等相关的原理进行结构化理解，将新信息纳入生物学的知识结构和学科体系之中，并作为进一步判断与逻辑推理的依据。

学生的学习状况最终以试题答案的形式呈现，所以學生如何作答十分关键。所有的高考题都应能够且必须能够用课本中学过的或试题中出现的理论和方法破解，答案一定是课本或试卷中出现过的概念、原理、过程、方法、理论等的再次呈现，即答案常在课本、试卷、二者间三处求。

（2）教师要重视培养学生的学科素养，训练假说演绎、逻辑推理等科学思维方法，提高学生解决问题的能力。教师要从试题的任务、问题出发，把握命题意图，引导学生积极合理地组织、调动多种相关知识与能力，以生物学独特的视角去寻求解决实际问题、完成试题任务的方法和途径;通过假说一演绎法探究新问题，找到新规律、得到新结论等。

（3）教师要重视培养学生对必备知识的深度思考及语言表达能力。高考题更注重考查逻辑思维和逆向思维，教师要引导学生从纵向与横向、正向与反向等多个角度及问题的不同层次的多个维度去进行有依据的思维判断和推理论证，体现实证精神;尝试选用抽象的概念来说明事物的本质特征和内在联系，利用多个相关的生物学大概念或原理，通过逻辑推理阐明自己的观点;通过逆向的反思，去寻求解决问题的途径，用辩证的、系统的、开放性的思维方式从整体把握事物的本质，把一道试题作为系统进行整体分析，完成对知识的整合与迁移;准确地用文字、符号、图表、数据等对具体的问题加以准确、严谨、简洁的表述，揭示生命现象本质属性和生命活动内在规律，做出完美的高考答卷。

中国高考评价体系明确“四层”是高考考查的内容，以能体现核心价值的问题情境考查学科素养，对学科素养的考查落脚于关键能力，必备知识是能力的基础。在必备知识基础之上，教师要不断地提高学生获取知识、解决问题和思维表达的能力，努力培育学生高水平的学科核心素养，并引导学生承担生物学学习者应承担的社会责任，为学生在高考中取得优异的成绩奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.中国高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[s].北京：人民教育出版社，2020.

[3]王海，荆永涛.真核生物基因定位的实验探索[J].生物学通报，2019，54（8）：41-43.

[4]邹家位.基于核心素养的高考命题及对教学的指引作用[J].生物学通报，2020，55（2）：45-47.