理解遗传规律实质 解决遗传相关难题——由一道浙江省选考遗传题引发的思考

浙江 糜洛施

《中国高考评价体系》规定了高考以情境为考查载体，命制的试题要选择合适的情境，以发挥核心价值的引领作用，让学生运用必备知识和关键能力解决问题，全面发展学生的学科核心素养。目前，生物学选考试题通过真实情境考查学科核心素养已成为学科特色。因此，教师们不能只停留在归纳各种遗传题概率计算的解题技巧上，而是要帮助学生理解规律背后的实质，并将其内化为学科核心素养，实现知识迁移，最终帮助学生在新情境下应用相关解题方法。笔者深度剖析了浙江省2022年6月选考遗传题第(4)题的错因，并进行总结反思。

1.原题再现，分析试题

(2022年6月，浙江卷，第28题节选)某种昆虫野生型为黑体圆翅，现有3个纯合突变品系，分别为黑体锯翅、灰体圆翅和黄体圆翅。其中体色由复等位基因A1/A2/A3控制，翅形由等位基因B/b控制。为研究突变及其遗传机理，用纯合突变品系和野生型进行了基因测序与杂交实验。回答下列问题：

研究体色遗传机制的杂交实验，结果如表1所示：

表1

研究体色与翅形遗传关系的杂交实验，结果如表2所示：

表2

(4)若选择杂交Ⅲ的F2中所有灰体圆翅雄虫和杂交Ⅴ的F2中所有灰体圆翅雌虫随机交配，理论上子代表现型有________种，其中所占比例为2/9的表现型有哪几种？________。

【分析】该题第一空需要学生在特定情境中基于事实和证据，通过推理、判断，运用遗传规律对可能的结果做出预测，属于科学思维的三级水平。第二空是在新的问题情境中，需要学生采用适当的科学思维方法解释、整合相关知识，使用生物学术语进行描述，属于科学思维的四级水平。虽然在遗传专题复习时，教师安排了有相关类型题目的训练，但从学生答题情况的反馈来看，准确率并不高，特别是第二空。

2.错点分析，寻根溯源

2.1遗传规律实质的运用能力不够

部分学生从表1和表2数据信息中能得出体色与翅形遵循自由组合定律，能推出亲本灰体圆翅雄虫的基因型为1/3A2A2XBY和2/3A2A3XBY，灰体圆翅雌虫基因型为1/3A2A2XBXb和2/3A2A1XBXb，也能分析出子代的体色有黄体与灰体，翅形有圆翅与锯翅，但因未考虑到性别也是一种性状，而且性别与翅形相关联，答错了第一空。

很多学生回答第二空的解题思路为先分析出雌、雄配子的基因型及比例，结合题干信息由棋盘法列出子代的表现型及比例，由表3可知共6种表现型，灰体圆翅雄虫和灰体锯翅雄虫各占1/9+1/18+1/18。但该过程较为烦琐，故会因计算时间偏长而影响学生得分。

表3

从本质上而言，体色与翅形的遗传遵循自由组合定律，本题的计算满足乘法定理。故优化后的解题思路为XBXb和XBY杂交后代表现型及概率为1/2圆翅雌、1/4圆翅雄和1/4锯翅雄。雄虫(1/3A2A2，2/3A2A3)和雌虫(1/3A2A2，2/3A2A1)自由交配后代表现型及概率为8/9灰体和1/9黄体。因此，所占比例为2/9的表现型有灰体圆翅雄虫和灰体锯翅雄虫2种。可见，该方法重思维而轻计算，实现了化繁为简、精准快速地解题。据了解，因部分学生对遗传规律实质的理解程度与把握程度不够，考试中常常不敢尝试使用第2种方法。

2.2复杂情境信息的转化能力不足

部分学生在面对情境比较复杂的试题时经常不能顺利完成信息转化，导致推理过程混乱，思维卡壳。笔者统计分析历年高考题，发现遗传题的情境一般都具有一定的综合性与复杂性，如2021年6月浙江卷的第28题,要求学生能在转基因的问题情境中，运用生物学规律和原理，对相关结果做出合理解释。

(2021年6月，浙江卷，第28题节选)利用转基因技术，将抗除草剂基因转入纯合不抗除草剂水稻(2n)(甲)，获得转基因植株若干。从转基因后代中选育出纯合矮秆抗除草剂水稻(乙)和纯合高秆抗除草剂水稻(丙)。用甲、乙、丙进行杂交，F2结果如表4。转基因过程中，可发生基因突变，外源基因可插入到不同的染色体上。高秆(矮秆)基因和抗除草剂基因独立遗传，高秆和矮秆由等位基因 A(a)控制，有抗除草剂基因用B+表示、无抗除草剂基因用B-表示。

表4

回答下列问题:

(3)乙×丙的F2中，形成抗除草剂与不抗除草剂表现型比例的原因是___________________。

【分析】该小题2分，属于“问题溯源”类试题。该类试题具有一定的灵活性和开放性，而题干中没有明确提示“目的基因多次插入并整合到受体细胞染色体上”，学生需要仔细解读题干信息，调动知识储备，通过推理、判断，整合相关知识，并使用生物学术语、生物学概念组织文字进行描述和阐释，属于科学思维的三级水平。部分学生从表4乙×丙的数据信息中能得出F2中抗除草剂∶不抗除草剂表现型的比例是15∶1，归纳出该比例是9∶3∶3∶1的变式，但不能准确、完整、规范地答题。学生的语言表述仅停留在“自由组合”关键词上，没有说清为什么遵循自由组合定律的实质。反观2022年6月的遗传题，题干信息量更大，对学生的信息获取、运用及整合能力提出了更高的要求。

3.抓住实质，突破难点

3.1 建立遗传规律实质模型

生物学课程内容聚焦大概念，力求让学生能够深刻理解和应用重要的生物学概念，发展学科核心素养。因此，在复习中，如果教师长期纠缠于零碎知识的记忆及运用，没有适当关注与培养学生的高阶思维，则不利于学生对生物学概念的深刻理解和科学思维的发展。教师可以通过铺设层层递进的问题帮助学生思考。

3.1.1 典型错题诱发认知冲突

【例1】下列有关分离定律的几组比例中，最能说明基因分离定律实质的是

( )

A.F2遗传因子组成比例为 1∶2∶1

B.F1产生的配子的比例为 1∶1

C.F2表现型的比例为 3∶1

D.测交后代比例为 1∶1

这道题在课时作业中同学们已经碰到过多次，但还有较多学生不能准确答出B这个正确答案。通过让学生自己分析错因，暴露错误概念，从而激起学生对遗传专题复习的求知欲。

3.1.2 知识回顾激发自主建构

要解决“基因分离定律的实质是什么”的问题，就要回到孟德尔的实验中进行分析。学生在例题情境中发现问题后，教师引导学生完成遗传图解(棋盘法)和减数分裂模式图的完善，通过展示与交流环节，让学生继续“溯源”，直至找到性状分离的根源为止。学生通过减数分裂模式图的绘制，能顺利得出单因子实验中性状分离比的形成是因为F1产生了C和c比例为1∶1的雌配子，同时产生了C和 c比例为 1∶1 的雄配子，无论是1∶2∶1的基因型比例，还是3∶1的表现型比例，都是规律的现象，而减数分裂过程中基因的行为才是规律的实质。

3.1.3 归纳总结促进思维监控

利用表5，教师引导学生对自主建立遗传规律实质模型的过程进行总结、反思和评价，意在促进学生内化科学思维方法，自我监控思维活动过程，从而培养学生建构科学思维的实践能力。

表5

3.2 培养解遗传题的关键能力

关键能力是支撑和体现学科核心素养要求的能力表征，是高考考查的重点内容。结合知识获取能力群、实践操作能力群和思维认知能力群这三个关键能力群，笔者梳理并总结了解遗传题的关键能力。

3.2.1 验证性状的遗传遵循遗传规律的方法

基因定位在染色体上的减数分裂模式图的绘制有利于学生掌握遗传规律的实质，考虑时间成本的原因，学生不能过度依赖绘制图形来判断性状的遗传是否遵循自由组合定律或分离定律。教师可以通过例2和例3帮助学生梳理、总结其中的规律。

【例2】基因型YyRr个体的遗传不遵循自由组合定律，但遵循分离定律，该个体产生的配子比例是

( )

A.YR∶yR∶Yr∶yr=1∶2∶3∶4

B.YR∶yR∶Yr∶yr=1∶8∶8∶1

C.YR∶yR∶Yr∶yr=1∶1∶1∶1

D.YR∶yR∶Yr∶yr=2∶3∶1∶4

【例3】已知Y、y和R、r两对基因都与果实大小有关，且显性基因越多果实越大，Y和R对果实增大的作用也相同。下列过程能验证基因的自由组合定律的是

( )

A.YyRr自交，子代表现型的比例为1∶4∶6∶4∶1

B.Yyrr与yyRr杂交，子代表现型的比例为1∶2∶1

C.YyRr与yyrr杂交，子代表现型的比例为1∶1

D.YyRr自交，子代表现型的比例为1∶2∶3∶2∶1

【分析】杂交实验中，若能证明等位基因分离产生的两种配子类型比例为1∶1，则符合分离定律。例2的A选项和D选项中Y∶y或R∶r均不等于1∶1。杂交实验若能证明双杂合子能产生4种等比例的配子，就能证明两对基因遵循自由组合定律。例3中只有A选项的子代表现型比例是因为亲本产生了4种等比例的配子而出现的。

3.2.2逆向思维配子法

配子法常用于自由交配中相关概率的计算，能比较快速地预测后代的基因型或表现型比例。对于后代表现型及比例已知的试题，可以引导学生用逆向思维分析题干中的特殊“结果”，让学生从已知的“结果”中分析产生的原因，推理亲本产生配子的类型及比例，从而解决相关问题。例4与例5就是运用逆向思维配子法将试题“化繁为简”。

【例4】果蝇的长翅(B)与短翅(b)、红眼(XR)与白眼(Xr)是两对相对性状。现有1只长翅白眼果蝇与1只长翅红眼果蝇杂交，子代雌果蝇中长翅白眼占3/8，则子代雄果蝇中出现长翅白眼的概率为________。

【分析】子代雌果蝇中长翅白眼B___________________XrXr占3/8，即3/4×1/2，由3/4比例可知，亲本长翅均为杂合子Bb，1/2比例可推得亲本红眼果蝇产生了1/2XR和1/2Xr，则子代雄果蝇中出现长翅白眼的概率为3/4×1/2。可见，该解题思路的关键是要转换题干信息逆向思维得出亲本长翅均为杂合子、亲本红眼果蝇的雌配子类型及比例。

【例5】(2022年1月，浙江卷，第28题节选)(题干略)(3)若有一个由星眼正常翅雌、雄果蝇和正常眼小翅雌、雄果蝇组成的群体，群体中个体均为纯合子。该群体中的雌雄果蝇为亲本，随机交配产生 F1，F1中正常眼小翅雌果蝇占21/200、星眼小翅雄果蝇占49/200，则可推知亲本雄果蝇中星眼正常翅占________。

【分析】本题属于自由交配的计算问题，需要学生从已知的结果中分析亲本的情况，属于科学思维的四级水平。由题干信息可知，正常眼小翅雌果蝇aaXbXb占21/200，即3/10×7/10×1/2，由aXb和aXb配子结合而来；星眼小翅雄果蝇AaXbY占49/200，即7/10×7/10×1/2，由AY和aXb配子结合而来。因此，亲本雄配子aXb∶AY=3∶7，即aY∶aXb∶AY∶AXB=3∶3∶7∶7。由亲本雄配子比例可推知，亲本雄果蝇中星眼正常翅占7/10。

总之，生物学高考遗传题的解题步骤或方法并非每题都相同，必定要根据具体情况灵活选择及应用。但复杂情境下的遗传题所蕴含的核心概念必定离不开孟德尔遗传规律的实质，因此，解答遗传题的关键能力的培养必须要重视引导学生理解遗传规律核心概念的内涵与外延。