“簡圖”在解“遺傳和變異”題中的應用

“遺傳和變異”是高中生物教學的重點和難點，在教學中，往往會遇到一些習題，學生看不懂習題的解釋，不明白老師的講解，這時教師只要給畫出一幅“簡圖”略加解釋，學生臉上就會露出微笑，頻頻點頭。

1 “簡圖”在DNA分子堿基計算中的應用

DNA分子由兩條互補的單鏈組成，兩條鏈上的堿基遵循堿基互補配對原則，由此在一個DNA分子中、在一個DNA的兩條單鏈中及轉錄翻譯中都有大量的堿基計算，如例1。

【例1】 從某生物組織中提取的DNA成分中，鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基含量的46%，已知其中一條鏈的堿基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶，求：

（1） 全部堿基中腺嘌呤占____%。

（2） 與已知鏈相對應的鏈中，腺嘌呤占該鏈全部堿基的____%。

（3） 以已知鏈為模板，轉錄成的信使RNA中尿嘧啶占該鏈全部堿基的____%。

解析：（1） 此題是在整個DNA分子中已知互補的兩種堿基所占的比例，求另一對互補堿基所占的比例，根據堿基互補配對原則繪制DNA分子結構簡圖。如圖1所示。

繪圖步驟：① 畫出互補的兩條單鏈；② 用短線把互補堿基連接起來。

由簡圖不難看出：在整個DNA中A+G+C+T=100%、A=T、G=C→A+T=1-46%=54%→A=27%，答案為27。

（2） 此題以（1）的答案為基礎，已知一條鏈中腺嘌呤的含量求另一條鏈中腺嘌呤的含量。DNA的兩條鏈既是一個整體，又相互獨立。一條鏈中腺嘌呤的含量與另一條鏈中腺嘌呤的含量及整個DNA分子中腺嘌呤的含量是什么關系呢？繪出它們之間的關系示意圖如圖2所示。

繪圖步驟：① 畫一大的橢圓代表DNA；② 畫兩個小橢圓及直線分別標上α鏈、β鏈；③ 用短線把兩條鏈連接起來；④ 分別在個小橢圓內標上A₁=28%、A₂，⑤ 分別從α鏈、β鏈內畫一箭頭指向大的橢圓，⑥ 在大橢圓內箭頭終點處標明Av'=1/2A₁、A₂'=1/2A₂。

由簡圖不難看出：A₁是腺嘌呤在α鏈中的含量，A2是腺嘌呤在β鏈中的含量；A₁'是α鏈中的腺嘌呤在整個DNA分子中的含量，且A₁'=1/2A₁；A₂'是β鏈中的腺嘌呤在整個DNA分子中的含量，且A₂'=1/2 A₂。A₁'+A₂'=A→1/2A₁+1/2A₂=A→A₂=26%，答案為26。

（3） 根據堿基互補配對原則：信使RNA中尿嘧啶的含量等于模板鏈中腺嘌呤的含量，即U=A1=28%，答案為28，如圖3所示。

繪圖步驟：① 先畫一單鏈模板鏈；② 標明轉錄方向及形成的信使RNA；③ 根據堿基互補配對原則畫出互補的信使RNA。

小結DNA分子中堿基的相互關系：

（1） 在整個DNA分子中：① 兩種互補堿基相等：即A=T、G=C；② 兩種不互補的堿基之和等于另兩種不互補的堿基之和；③ 任意兩種不互補的堿基之和占DNA中堿基總數的50%。

（2） 在DNA兩條互補鏈之間：① α鏈中某種堿基的含量等于β鏈中與其互補的堿基含量，即A₁=T₂、G₁=C₂、C₁=G₂、T₁=A₂；② α鏈中(A+G)/(T+C)等于β鏈中該比值的倒數。

（3） 整個DNA分子與其包含的兩條鏈之間：① 整個DNA分子中相互補的兩種堿基之和（A+T）或（G+C）占堿基總數的比值等于其一條單鏈中這兩種堿基之和占單鏈中堿基總數的比值；② 整個DNA分子某一堿基所占的比例等于該堿基在每一單鏈中所占比例之和的一半；③ 一單鏈中某堿基的含量等于該堿基在整個DNA中含量的2倍。

2 “簡圖”在DNA分子復制中的應用

【例2】 某基因的一個片段中αDNA鏈在復制時一個堿基由G→C，該基因復制3次后發生突變的基因占該基因總數的（ ）

A. 100%B. 50%C. 25%D. 12.5%

解析：DNA的復制為半保留復制（子代DNA是半新半舊），由突變鏈為模板復制的基因為突變基因，而由正常鏈為模板復制的基因為正常基因（非突變基因），突變基因占一半即50%，答案為B，如圖4所示。

繪圖步驟：從上向下畫。

【例3】 DNA分子經過誘變，某位點上的一個正常堿基（設為P）變成了尿嘧啶，該DNA連續復制兩次，得到的4個子代DNA分子相應位點上的堿基對分別為U-A、A-T、G-C、C-G，推測“P”可能是（ ）

A． 胸腺嘧啶 B. 腺嘌呤

C． 胸腺嘧啶或腺嘌呤 D. 胞嘧啶

解析：此題與例2相似，但又有不同之處。要確定P，就要先知道與P對應的堿基是什么。根據例2經過第二次復制后所得4個DNA中U-A、A-T由突變鏈所產生，G-C、C-G由非突變鏈所產生，由非突變鏈所產生的2個DNA應是相同的，但G-C、C-G看起來不一樣了？分析U-A、A-T，由題意可知：U模板，進一步可推知A-T中A為模板。這樣確定在U-A、A-T、G-C、C-G中都統一將模板鏈寫在左邊。畫出簡圖如圖5所示。

繪圖步驟：從下向上畫。

由圖5可知：親代DNA是P-G，根據堿基互補配對原則P是C即P為胞嘧啶，答案為D。

小結：（1） DNA分子的復制特點：邊解旋、邊復制、半保留復制（子代DNA是半新半舊）；（2） 復制時如果母鏈堿基發生改變，所產生的子代DNA就發生了基因突變；（3） 子代DNA的寫法有3種：① 遵循親代DNA的寫法，母鏈在左（或右），在子代DNA中也寫在左（或右），如圖4的寫法（這是傳統寫法）。② 在子代DNA中統一把母鏈寫在左邊，如圖5的寫法。③ 在子代DNA中統一把母鏈寫在右邊。

3 “簡圖”在孟德爾定律解題中的應用

【例4】 有一對表現型正常的夫婦，男方的父親是白化病患者，女方的父母正常，但有一白化病的弟弟。這對夫婦生出白化病男孩的概率是（ ）

A． 1/4B． 1/6C． 1/8D． 1/12

解析：根據所學知識，白化病為常染色體隱性遺傳病，要求這對夫婦生出白化病男孩的概率，應該先推知這對夫婦的基因型。怎樣準確推知這對夫婦的基因型呢？邊讀題邊繪簡圖，如圖6所示。

繪圖步驟：① 夫婦及能確定的基因；② 父母及能確定的基因；③ 白化病的弟弟的某因；④ 由弟aa推知女方的父母都是Aa；⑤ 由男方父親是白化病aa推知男為Aa；⑥aa的男孩。

解析：由簡圖可知，女方的基因型為1/3AA、2/3Aa，這對夫婦生出白化病男孩的概率是1/12，答案為D。

小結：在孟德爾定律解題中應遵循如下程序：① 確定相對性狀中的顯隱性關系及對應的基因（如果是兩對相對性狀，先看一對相對性狀再看另一對相對性狀）。如是顯性性狀只能確定含有一個顯性基因，表示為A，如是隱性性狀就能確定為隱性純合子，表示為aa；② 畫出遺傳簡圖，同一代的位于同一水平線上。③ 看隱性個體，隱性個體的顯性親代和顯性子代一定為雜合子；④ 根據遺傳相關知識進行相關計算。

總結：簡圖的形式多種多樣，在不同解題中都能利用，只要能促進教學就行，簡圖能彌補語言表達的不足，達到理想的教學效果。