用類比“電路開關”思維巧解一類生物遺傳題

陳霞 郭瑤 肖海燕

1 問題提出

筆者所在學校期中考試試題：某植物花色由三對獨立遺傳的基因共同決定，花中相關色素的合成途徑如圖1所示，請回答如下問題：

若該植株自花傳粉或異花傳粉皆可，則理論上紫花植株的基因型有 ? 種。

2 問題研究

人教版生物教科收《必修2·遺傳與進化》中，以孟德爾豌豆雜交試驗為例詳細闡述了遺傳學兩大定律（基因分離定律和基因自由組合定律）。但孟德爾雜交試驗中的豌豆性狀（如高頸和矮頸、圓粒和皺粒、黃粒和綠粒）都是由一對等位基因控制的，像這樣由單個基因控制一種性狀的遺傳方式叫單基因遺傳。本題中某植物由3對獨立遺傳的基因，來共同控制花的顏色性狀，像這樣由多個基因控制同一種性狀的遺傳方式叫多基因遺傳。而多基因遺傳比單基因遺傳復雜，試題難度較大。分析本題可知：

（1） 花色性狀為白色、紅色、紫色三種表現型。

（2） 白色前物質在酶1作用下轉變成紅色，控制酶1為基因a，推測基因A表達則白色不能轉變成紅色。

（3） 紅色在酶2作用下轉變成紫色，控制酶2為基因B，推測基因b表達則紅色不能轉變成紫色。

（4） 白色前物質在酶3作用下直接轉變成紫色，控制酶3為基因C，推測基因c表達則白色不能直接轉變成紫色。

（5） 紫色有兩條控制途徑：①為酶1（基因a）和酶2（基因B）必須同時表達，基因C可不表達;②為酶3（基因C）表達，酶1（基因a）和酶2（基因B）可不表達。仔細觀察圖1，若把白色、紅色、紫色假想成物理電路中發出不同顏色的“燈泡”，酶的合成與否類比為物理學中“電路開關”，畫出“電路圖”如圖2所示，則題意可以理解為表1所示：

由于每個開關只有開啟、閉合兩種方式，推出整個“電路圖”中3個“開關”以不同的組合方式控制白色、紅色、紫色三種表現型，則“開關”組合方式共有2×2×2=8種。每個開關對應的基因型各有3種（開關①開啟——基因型AA、Aa，開關①閉合——基因型aa;開關②開啟——基因型bb，開關②閉合——基因型BB、Bb;開關③開啟——基因型cc，開關③閉合——基因型CC、Cc），推出整個“電路圖”中3個“開關”不同組合方式對應的基因型種類總共有3×3×3=27種。列表得出8種組合方式，對應的27種基因型及其表現型見表2（表中“開啟”簡稱為“開”，“閉合”簡稱為“閉”）。

綜上分析可知，該植物通過三對等位基因獨立控制三種不同酶的合成來控制花的顏色，白色花基因型有6種，紅色花基因型有1種，紫色花基因型有20種。

3 問題討論

此題的得分率不到10%，說明大多數學生未能掌握此類多基因遺傳題的解題方法。究其可能原因：① 多基因遺傳問題確實復雜，學生學習難度很大;② 教材要求學生熟練掌握遺傳學第一、第二定律基本內容及其應用，即教材對單基因遺傳有較詳細的闡述，但對多基因遺傳問題闡述不足，只能依靠教師上課進行拓展，可能教師拓展教學不夠;③ 學生做題思維并不夠開闊或思維定勢以及沒有認真審題，所以碰到此類題型不知從何下手。

綜上所述，對于此類多基因獨立遺傳并控制同一性狀的遺傳題，解題基本思路：首先，拆分成單基因并分析每一個基因的遺傳規律，如本題中基因A（A_）不表達，基因a表達（aa）能合成酶1，則白色前體物質轉化成紅色;基因a（aa）不表達，基因A（A_）表達，不能合成酶1，則白色前物質不能轉化成紅色。同理，分析基因B/b、基因C/c。其次，由于三對等位基因都是控制花的顏色這一種性狀，因此須考慮三對等位基因的組合方式、各組合的所有基因型種類及其對應的表現型。對此問題，若能積極轉換思維、運用知識遷移能力，類比于物理學中的“開關”開啟與閉合，變抽象生物現象為具體事物，相信此類問題會變得更簡單。多基因遺傳問題是高中生物遺傳學中的一個難點，也是高考的常考點，通過本文分析，希望可以給同學們一點點啟發。