从遗传规律的应用看探究性思维的引导

王昌魁

(陕西省安康市石泉中学)

“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题,针对特定的生物学现象,进行观察、提问、实验设计,方案实施以及对结果的交流和讨论的能力。对多变的遗传学现象进行分析,探索遗传学规律的真谛,在思维碰撞中领悟自然科学的严谨性,既是对学科知识本身的强化和巩固,更是发展科学探究思维的有效途径。

“发现问题——分析问题——解决问题”是探究性思维培养的主流模式,这种模式在课堂中经过演变,可以大致划分为“题情观察,信息筛查——引导探究——得出结论(试题拓展)”三环节。其中,题情观察,信息筛查阶段重在搜集题意,可以通过设置问题的方式,为引导探究阶段打下基础。问题设置可根据题干本身特点灵活处理,信息量大的实践性题目可设置题意理解类问题,传统遗传规律性题目可以设置遗传学功底考查类题目,或者兼而有之。引导探究阶段重在以前一阶段的问题为突破口,逐一推断,通过积极思考最后得出结论。

本文从两道遗传题目入手,讨论探究性思维的培养。

1.纵向推断型

此类题目侧重于考查考生在不同条件下的亲子代未知基因型、表现型的逻辑推断,可顺推也可逆推,体现方式可以是单纯的基因型,也可以是染色体组合形式。重点考查对亲子代的基因(配子)来源、去路等方面的理解和运用。

【例1】(2021.广东卷.20节选)果蝇众多的突变品系为研究基因与性状的关系提供了重要的材料。摩尔根等人选育出M-5品系并创立了基于该品系的突变检测技术,可通过观察F1和F2的性状及比例,检测出未知基因突变的类型(如显/隐性、是否致死等),确定该突变基因与可见性状的关系及其所在的染色体。回答下列问题:

(1)果蝇的棒眼(B)对圆眼(b)为显性、红眼(R)对杏红眼(r)为显性,控制这2对相对性状的基因均位于X染色体上,其遗传总是和性别相关联,这种现象称为________。

(2)图示基于M-5品系的突变检测技术路线,在F1中挑出1只雌蝇,与1只M-5雄蝇交配。若得到的F2没有野生型雄蝇、雌蝇数目是雄蝇的两倍,F2中雌蝇的两种表现型分别是棒眼杏红眼和________,此结果说明诱变产生了伴X染色体________基因突变。该突变的基因保存在表现型为________果蝇的细胞内。

(4)图所示的突变检测技术,具有的①优点是除能检测上述基因突变外,还能检测出果蝇________基因突变;②缺点是不能检测出果蝇________基因突变。(①、②选答1项,且仅答1点即可)

1.1题情观察,信息筛查

细致缜密的观察可以为思维活动奠定良好的基础,而考查观察效果的最佳方式即是复述试题情境。

本题稍显复杂,案例情境非常贴近真实的实践应用,抽象难懂,尤其是第二问从实验现象入手,逆推发生原因,对理解能力要求较高。可将题干要素抽提为若干问题,便于后续问题探究:

问题一:辐射诱发的未知基因突变对b/R有无影响?

问题二:能否画出F2的染色体组成?

问题一考查学生题干语言理解能力,问题二考查学生图文理解和逻辑推断能力。问题一中辐射未知基因用三角形符号表示,位于b、R之间,且全文和遗传图解也并没有涉及b、R基因的改变,意味着未知基因仅仅和b、R存在位置上的连锁关系。问题二经过分析F1中雌雄两个个体均能产生两种配子,组合之后可以写出四种结果:

1.2引导探究

探究分析关键在于根据已知条件,调动思维并大胆预测未知结果,并能做出合理解释。

本题第一问非常简单,直接考查伴性遗传的定义,可直接作答。第二问的核心题眼就在于“1只雌蝇,与1只M-5雄蝇交配。若得到的F2没有野生型雄蝇、雌蝇数目是雄蝇的两倍”。经过第一步的案例观察和写出的F2四种基因型,如果要吻合题意,需要舍弃野生型雄蝇即(突变)圆眼红眼雄蝇,据此断定突变基因属于致死基因,同时根据(突变)棒眼红眼雌蝇存活,也证实了突变基因是X染色体上的隐性致死基因。

1.3试题拓展,强化探究

通过上述分析,已经可以很好地解决现有题目的答案,但对探究性思维的引导不能止步于此。可将题目改换成显性突变后写出其表现结果,或者探究常染色体基因能否用本方法实验成功,并描述现象或者解释理由,从而实现举一反三。

M-5品系是摩尔根选育并应用于定点突变检测,借助观察F1和F2的性状及比例从而予以判定突变类型。该检测技术的核心和真正用意在于经过两代交配,F2可以把突变基因同时展现在雌性和雄性后代个体中。

在实际讨论过程中,可以先假定F2染色体上的标号是显性,再假定是隐性,分别观察F2的表现型予以总结,得出雌雄表现差异(暂不考虑致死),进而大胆推定该技术对常染色体突变不适用。

最终得出如下推论:如果是隐性突变,则突变只出现在F2的雄性个体中;如果是显性突变,则F2的雌雄个体中均有突变性状,且比例为1∶1;如果是常染色体遗传,则无法观察到F2的雌雄性个体表现型之间的差异,故不能用于常染色体突变鉴定。

2.横向试错型

此类题目考查在已知亲子代表现型等情况下,推断符合要求的遗传类型以及相关基因的显隐性,相关个体的基因型,要求考生通过逐一排除试错,得出符合要求的实验条件。既考查探究思维的逻辑性,更考查严谨性和科学性。

【例2】某昆虫的性别决定方式是ZW型,雌虫的两条性染色体是异型的(ZW),雄虫的两条性染色体是同型的(ZZ),该昆虫的黑色翅和灰色翅由基因A、a控制。某小组让黑翅(♀)与灰翅(♂)个体交配,得到F1,再选择F1中灰翅雌雄虫交配,得到F2。杂交子代的表现型及比例如下表所示,回答下列问题:

亲本F1F2黑翅(♀)×灰翅(♂)黑翅(♀)∶灰翅(♂)∶黑翅(♂)∶灰翅(♀)=1∶1∶1∶1灰翅(♀、♂)

(1)根据上述杂交实验,可判断出黑翅对灰翅为________(填“显性”或“隐性”)。

(2)某同学根据该杂交实验推断基因A、a位于Z染色体上,你认为该观点是否正确,请画出遗传图解支持你的观点,并据此得出结论:________。

2.1题情观察

本题题干精炼,试题情境清晰明了,可以根据问题本身创设几个小问题,为后续探究做好铺垫:

问题一:通过亲本和F1的表现型是否能判定显隐性?

问题二:翅色在子代雌雄间表现是否一致,说明了什么?

2.2引导探究

借助问题一,回顾显隐性的判定方法关键要找到杂合体,方法有两种:一种是相对性状的纯合体杂交,观察F1表现型;另一种是自交观察子代性状分离现象。但亲本和F1的关系不属于上述两种关系中的任何一种,故并不能一眼看出显隐关系。

借助问题二,回顾伴性遗传和常染色体遗传的表现方式,伴性遗传根据亲代基因型种类,可能在子代雌雄之间表现出差异,也可能不表现差异,但常染色体遗传方式在子代雌雄之间则不表现出差异(从性遗传除外)。F1的雌雄表现无差异,就此判定可能是常染色体遗传方式也可能是伴X染色体遗传方式。

伴随着对上述两个问题的思考,发现要想得到正确、严谨的答案,必须通过两种遗传方式的试错,完整地推演一遍亲代和F1,F2的关系。

假设一:常染色体遗传,亲子代则属于测交模式,F1子代灰翅,黑翅必有一种是杂合体,另一种是隐性纯合体,再根据灰翅雌雄交配的F2全是灰翅,没有性状分离,从而确定灰翅为隐性,黑翅为显性。

假设二:伴X染色体遗传,观察亲子代表现型,亲代只有满足ZAZa和ZaW的基因型(和表现型)时,才能在子代体现出四种基因型(和表现型)(ZAZa、ZaZa、ZAW、ZaW),结合题意,此时的灰翅恰恰是显性,黑翅是隐性,得出了和假设一相反的答案,但继续分析F1灰翅雌(ZAW)雄(ZAZa)昆虫交配,F2会出现黑翅雌蝇(ZaW),与题意不符,因此否定假设二。

遗传图解如下:

假设一:

假设二:

2.3得出结论

通过两种假设的试错以及相关杂交系谱图的展示,得出最终实验结论:该同学的观点错误,如果A/a基因位于Z染色体上,F2实验结果与题意不符,会出现黑翅个体。

3.反思