廣東 劉建峰 王聯(lián)新

1.試題呈現(xiàn)

某種植物是名貴中藥材，有活血、消炎之功效。某研究員欲培育優(yōu)良抗蟲品種，他通過對一純合不抗蟲的植株進(jìn)行誘變得到了2株抗蟲植株，并進(jìn)行了雜交實驗。結(jié)果是抗蟲植株1自交后代中2/3抗蟲、1/3不抗蟲（第1組）；抗蟲植株2自交后代中3/4抗蟲、1/4不抗蟲（第2組）；抗蟲植株1與抗蟲植株2雜交后代中3/4抗蟲、1/4不抗蟲（第3組）。分析回答：

（1）據(jù)實驗可知抗蟲性狀至少由_________對基因控制，且只要有__________（填“顯性”或“隱性”）基因就表現(xiàn)出抗蟲。

（2）第1組實驗結(jié)果出現(xiàn)的原因是____________________________。

（3）基于第（1）題的判斷，第3組雜交后代中抗蟲個體的基因型最可能是________________________ （若由1對基因控制，則用A/a表示 ；2對基因控制，則用A/a、B/b表示，以此類推），它們隨機交配產(chǎn)生的子代中抗蟲個體的比例為______________ 。

【答案】（1）2 顯性

（2）存在顯性純合致死

（3）AaBb、Aabb、aaBb 103/128

2.試題分析

這是一道質(zhì)量非常高的原創(chuàng)遺傳題。問題的設(shè)計梯度合理，問題間的邏輯關(guān)系十分嚴(yán)謹(jǐn)?？键c涉及基因與性狀間的數(shù)量關(guān)系、相對性狀的顯隱性判斷、特定性狀出現(xiàn)的條件分析、雜交實驗結(jié)果的原因分析、顯性純合致死現(xiàn)象的判斷和隨機交配的概率推導(dǎo)；對學(xué)生的分類比較、數(shù)據(jù)處理和科學(xué)探究等能力的要求較高。其中，“抗蟲性狀至少受多少對基因控制”是基礎(chǔ)問題，也是關(guān)鍵問題。通過比較第1組、第2組自交結(jié)果的不同，認(rèn)識到第1組存在顯性純合致死現(xiàn)象，且兩組發(fā)生突變的基因不是同一對基因；通過對第1組、第2組、第3組實驗結(jié)果的比較可進(jìn)一步確認(rèn)兩株突變體的基因突變位點不相同。根據(jù)自交或雜交子代中抗蟲、不抗蟲的性狀比例關(guān)系，可以確定抗蟲為顯性性狀，由兩對基因控制，即只要有顯性基因就表現(xiàn)出抗蟲；分析后可知，植株1突變類型表現(xiàn)為顯性純合致死；第（3）題要求基于第（1）題判斷第3組雜交后代中抗蟲個體的基因型最可能是哪些，由信息“至少有兩對基因控制”“若由1對基因控制，則用A/a表示；2對基因控制，則用A/a、B/b表示，以此類推”可知第3組的結(jié)果見表1（設(shè)定植株1突變基因為A，植株2突變基因為B）

表1

其中3/4抗蟲的雜交子代aaBb、Aabb、AaBb之間隨機交配，產(chǎn)生子代中抗蟲個體的比例分析是本題難度最大的問題，在解決問題過程中，既要注意考慮顯性致死對子代中抗蟲個體比例的影響，又要注意隨機交配的分析方法與自交、雜交的區(qū)別。

3.關(guān)于“隨機交配產(chǎn)生的子代中抗蟲個體的比例”的兩種求解方法比較

解法一：aaBb、Aabb、AaBb能夠產(chǎn)生的配子種類及比例見表2。

表2

隨機交配時，產(chǎn)生子代的總份數(shù)為（1+3+3+5）2=144，考慮到A基因純合致死，基因型為AA的份數(shù)為4×4 = 16，所以總份數(shù)調(diào)整為144-16 = 128。不抗蟲（基因型為aabb）子代份數(shù)為5×5 = 25，故隨機交配產(chǎn)生的子代中抗蟲個體的比例為1-25/128 = 103/128。

解法二：分別考慮兩對等位基因的遺傳情況，只考慮基因A（a）時，產(chǎn)生配子種類及比例為A∶a = 2∶4 = 1∶2；同理，只考慮基因B（b）時，產(chǎn)生配子種類及比例為B∶b =2∶4 = 1∶ 2。

同時考慮基因A（a）、B（b），產(chǎn)生配子種類見表3。

表3

隨機交配時，產(chǎn)生子代的總份數(shù)為（1+2+2+4）2=81，考慮到A基因純合致死，AA = 3×3 = 9，所以總份數(shù)調(diào)整為81-9 = 72。不抗蟲（基因型為aabb）子代份數(shù)為4×4 = 16，故隨機交配產(chǎn)生的子代中抗蟲個體的比例為1-16/72 =7/9。

兩種不同的解法，得到了不同的結(jié)果，那么到底哪種求解方法正確呢？仔細(xì)對比兩種求解方法后可以發(fā)現(xiàn)，兩者都是先求出配子的種類及比例后再隨機組合的，而且兩者都采用了數(shù)學(xué)的分類思想來分析和解決問題。解法一是將“第3組雜交后代中抗蟲個體的基因型”進(jìn)行分類后分析配子的種類和數(shù)量，而解法二則是將“兩對相關(guān)基因”進(jìn)行分類分析后組合出配子的種類和數(shù)量。之所以結(jié)果不同，就是從配子的種類和數(shù)量（前者配子種類和數(shù)量比為1AB∶3 Ab∶3 aB∶5 ab，后者配子種類和數(shù)量比為1AB∶2 Ab∶2 aB∶4 ab）存在差異開始的。

4.基于分類思想的兩種解法的對比分析

分類思想是根據(jù)數(shù)學(xué)本質(zhì)屬性的相同點和不同點，將數(shù)學(xué)研究對象分為不同種類的一種數(shù)學(xué)思想。分類以比較為基礎(chǔ)，比較是分類的前提，分類是比較的結(jié)果。

解法一分類的依據(jù)是aaBb、Aabb、AaBb三種基因型能夠產(chǎn)生的配子種類及比例是不同的，三者也是各自不相干擾的獨立事件，所以將其直接分為沒有交集的三類分別進(jìn)行分析后再處理相關(guān)數(shù)據(jù)；而解法二分類的依據(jù)是在產(chǎn)生配子時基因型為aaBb、Aabb、AaBb，均表現(xiàn)為A（a）、B（b）兩對基因獨立遺傳，所以將aaBb、Aabb、AaBb歸為一個集合后，將A（a）、B（b）的遺傳進(jìn)行了分別分析并處理相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣對比就可以發(fā)現(xiàn)第二種解法存在的分類錯誤為aaBb、Aabb、AaBb三種基因型相互獨立，不能歸為一個集合。否則在分析配子種類和數(shù)量時，就會出現(xiàn)無法判斷A（a）、B（b）在基因型aaBb、Aabb、AaBb中的歸屬，以及出現(xiàn)類似于將基因型aaBb中的“a”與基因型AaBb中的“B”“b”進(jìn)行組合等錯誤，這也是造成與解法一配子種類和數(shù)量不同的原因。

需要說明的是解法二對A（a）、B（b）進(jìn)行分類本身并沒有問題，在此基礎(chǔ)上如果對aaBb、Aabb、AaBb三種基因型也進(jìn)行正確分類，同時注意三者產(chǎn)生的配子份數(shù)相當(dāng)?shù)脑?，結(jié)果與解法一是完全一致的。

通過對上述問題的分析不難發(fā)現(xiàn)，遺傳問題有時需要借助數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法、分類方法等思想，才能得到有效的解決。孟德爾成功的原因也和其能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析有關(guān)。為了有效落實生物學(xué)核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究，為了契合全國卷遺傳題的命題方向和考查特點，對類似于上述試題進(jìn)行深度探討是很有必要的。