運用思維可視化的矩形圖求解遺傳推理題

閆 榮

(陜西省西安市第三中學 710048) 梁 芳 (陜西省西安市第八中學 710054)

1 概述

遺傳推理題的解答是高中生物學教學的難點。運用矩形圖進行分析，使思維過程和結果可視，能夠有效突破上述難點。在矩形圖里，展現了橫縱聯系，把事物關系結成一張網，通過對比、分析，可以快速找出所需答案。

這種思維可視化的解題方法，既可鞏固所學知識，又可激發學習的興趣和積極性，達到開發潛能，提高思考力的目的，從而實現創新精神和創造能力提升的目標。

2 實例分析

實例1 (2016年浙江卷節選) 若某研究小組用普通綿羊通過轉基因技術獲得了轉基因綿羊甲和乙各1頭，具體見下表。

綿羊性別轉入的基因基因整合位置表現型普通綿羊♀、♂--白色粗毛綿羊甲♂一個A+1號常染色體黑色粗毛綿羊乙♂一個B+5號常染色體白色細毛

(注：普通綿羊不含A+、B+基因，基因型用A-A-B-B-表示)

請回答：

(1)為選育黑色細毛的綿羊，以綿羊甲、綿羊乙和普通綿羊為親本雜交獲得F1，選擇F1中表現型為________的綿羊和________的綿羊雜交獲得F2。

(2)為獲得穩定遺傳的黑色細毛綿羊，從F2中選出合適的1對個體雜交得到F3，再從F3中選出2頭黑色細毛綿羊(丙、丁)并分析A+和B+基因的表達產物，結果如下圖所示。不考慮其他基因對A+和B+基因表達產物量的影響，推測綿羊丙的基因型是________，理論上綿羊丁在F3中占的比例是________。

解析：當整體理解題目的目的和要點以后，接下來要做的是分離題目各項要點，即分離出求證目標、已知條件、雜交對象等，還要推論個體的基因型和表現型，

具體分析如下：①求證目標：通過2代雜交，獲得黑色細毛的綿羊(隱含信息：要同時含A+和B+)；②已有材料：據表格可知，親本♀只能為普通綿羊(縱軸)，親本♂或為綿羊甲，亦或為綿羊乙，亦或為普通綿羊(橫軸)；③雜交條件：應分析出有三種雜交組合可能性：普通綿羊×甲；普通綿羊×乙；普通綿羊× 普通綿羊；④其他條件：普通綿羊不含A+、B+基因；需要篩選符合條件的F1進行交配，從F2代中選出黑色細毛的綿羊繼續雜交得F3，要對F3的表現型、基因型和比例進行討論；⑤建立矩形圖，填寫橫縱軸項目；⑥推算F1，篩選F1中符合要求的個體，繼續推算F2和F3，填寫圖表，完成思維的可視化(圖1)。

圖1 例1思維可視化的過程

求解此題需要建構3個矩形圖，形成遞進關系。每一個矩形圖都涵蓋了假說演繹的思想，通過分類、比較、分析、綜合建模的思維展示，把復雜的思維結構化、程序化、外顯化，在一瞥間可以看出解題的關鍵點：第一個矩形圖可排除共有的白色粗毛綿羊(A-A-B-B-)，找到特有的黑色粗毛綿羊(A+A-B-B-)和白色細毛綿羊(A-A-B+B-)；第二個矩形圖可顯示出F2中只有1/4為黑色細毛綿羊(A+A-B+B-)，即可推知它就是F3的親本；F3中相關基因型及比例可類比于孟德爾實驗中YyRr的自交結果來快速求解。參考答案：(1)黑色粗毛 白色細毛；(2)A+A+B+B-1/16。

實例2 (2013年全國新課標1卷)一對相對性狀可受多對等位基因控制，如某種植物花的紫色(顯性)和白色(隱性)。這對相對性狀就受多對等位基因控制。科學家從該種植物的一個紫花品系中選育出5個基因型不同的白花品系，且這5個白花品系與該紫花品系都只有一對等位基因存在差異。某同學在大量種植該紫花品系時，偶然發現了1株白花植株，將其自交，后代均表現為白花。回答下列問題：

(1)假設上述植物花的紫色(顯性)和白色(隱性)這對相對性狀受8對等位基因控制，顯性基因分別用A、B、C、D、E、F、G、H表示，則紫花品系的基因型為________；上述5個白花品系之一的基因型可能為________(寫出其中一種基因型即可)。

(2)假設該白花植株與紫花品系也只有一對等位基因存在差異，若要通過雜交實驗來確定該白花植株是一個新等位基因突變造成的，還是屬于上述5個白花品系中的一個，則：

該實驗的思路________；

預期的實驗結果及結論________。

解析：①求證目標：待測白花個體來自突變體，亦或是來自原來的白花品系(縱軸)；②已有材料：紫花品系、5種白花品系(橫軸)；③雜交條件：可以有兩種雜交組合：待測白花個體×紫花品系；待測白花個體×白花品系；④挖掘隱含條件：轉換問題形式，這是推理的核心，即將上述三種親本轉換為對應的基因型；⑤附加條件：各品系為純合子；5種白花品系間只有一對基因差異；新出現的白花植株是純合子，它與紫花品系也只有一對等位基因存在差異；⑥建立矩形圖，填寫橫縱軸項目；⑦推算，填寫圖表，完成思維的可視化(表1)。

表1 例2思維可視化的過程

本題是一道難度極高的推理題，而用矩形圖展示思維過程會使解題思路一目了然：待測白花個體與紫花個體相交方案不可取，只能選擇與5種白花品系雜交，預期的實驗結果和結論也躍然紙上。參考答案：(1)AABBCCDDEEFFGGHH， aaBBCCDDEEFFGGHH(寫出其中一種即可)； (2)用該白花植株的后代分別與5個白花品系雜交，觀察子代花色。如果子代全部為紫花，說明該白花植株是新等位基因突變造成的；在5個雜交組合中如果4個組合的子代為紫花1個組合的子代為白花，說明該白花植株屬于這5個白花品系之一。

3 思維可視化解題思維步驟小結

利用矩形圖求解遺傳推理題的步驟可概括為：①明確解題目標；②提煉已知條件；③挖隱含條件；④設計橫縱軸項目，建立矩形圖；⑤推算并填圖；⑥對比分析，得出結論。