以“基因定位”為媒介，凸顯學科科學思維

周慶

自2015年浙江省率先實施學考、選考改革以來，面對新的考試形式，尤其是一年兩考的時間安排，給復習安排帶來了諸多新問題。例如在首次選考之前，學生基本已經完成了一輪較系統的基礎復習。若復習時再面面俱到，逐節復習，勢必造成學生的學習疲勞。因此，教師要適度整合相關內容，既有利于學生學習能力的提升，也是保持學生求知欲的必然措施。此外，作為一門基于實驗探究的學科，培養學生的科學思維也是生物新課程的理念之一。

基于上述分析，筆者在二次選考復習中，針對染色體變異類型等知識雖相對易懂，但卻難以應用的特點，設計了以“基因定位”為主線的復習方案。

1拋錨導入，引發探究

復習課中，教師圍繞某一“錨”來設計教學，讓學習者在實際情境中圍繞一個問題層層抽絲剝繭，可有效激發學生的探索欲望。同時，該策略還可有效診斷學生的知識掌握情況，通過不斷搭建腳手架，使學生養成科學思維習慣。

1.1“下錨”

教師提出問題：現有若干只果蠅，發現雌雄果蠅中均有灰身、黑身兩種表現型，已知該相對性狀受細胞核內的一對等位基因控制，你認為控制這對相對性狀的基因可能的位置有哪些？該如何檢驗你的各種猜想？

設計意圖：本題通過對典型例題的改造，使之成為一個比較開放的問題，對學生發散性思維的培養、歸納與概括能力培養和演繹一推理能力培養具有重要作用。本題考查的知識主要包括染色體類型、基因位置和分離定律等內容，需要學生綜合運用遺傳學知識進行解答。

1.2組織小組討論：通過小組合作討論，給出相應的方案。教師總結、匯總各組的方案，主要有以下幾種。

1.2.1調查法

教師引導學生結合伴性遺傳的特點，統計果蠅群體中各種體色的比例是否存在性別差異。此法的優點在于不需要雜交，學生可通過回顧各種遺傳方式的特點直接予以判斷。但此法也有一定的局限。

教師引導其他小組共同質疑，深化討論：

①此法可區分常染色體顯性遺傳和隱性遺傳嗎，為什么？（生：常染色體上的遺傳特點與性別無關，顯性個體和隱性個體的比例與顯隱性基因的頻率密切相關）

②若發現雌雄果蠅中兩種體色的果蠅比例不同，相關基因一定在x染色體上嗎？教師順勢引導學生，并回顧抽樣調查法的注意事項。（生：不一定，果蠅的數量較少時會存在一定的偶然性）

③此基因可能位于Y染色體上嗎？可能僅位于Y染色體上嗎？（生：可能位于Y染色體上，但不可能僅位于Y染色體上）

通過上述引導，教師引導學生歸納得出調查法的適用范圍，并回顧抽樣調查法的注意事項。

1.2.2雜交法

學生表述的完整性和準確性需要及時引導，并及時由組員補充。

雜交方案：①確定顯隱性：灰身♀×灰身♂，黑身♀×黑身♂（注：親本為雜合實驗結果與結論：若灰身親本雜交的子代中有黑身，則灰身為顯性性狀；若黑身親本雜交的子代中有灰身，則說明黑身為顯性性狀）；②灰身♀×黑身♂，灰身♂×黑身♀。

實驗結果與結論：若其中一組后代中雌雄果蠅的表現型及比例存在顯著差異，則該對基因位于x染色體上；若每組后代中雌雄果蠅的表現型及比例無明顯差異，則該對基因位于常染色體上。

教師繼續引導其他小組共同質疑：

①若兩組雜交后代均為同一體色，該對基因一定在常染色體上嗎？

教師板演舉例：（若灰身為顯性性狀）AA♀×aa♂，aa♀×AA♂；X^AX^A×X^aY^a，X^aX^a×X^AY^A。由板演結果可知，常染色體上和XY的同源區段均有可能。

②如何進一步判定是否位于XY的同源區段？（師生合作：選擇子代雄果蠅與母本進行雜交，觀察子代的表現型及比例。其他合理方案亦可）

2柳暗花明，又生新疑

2.1“松錨”生新疑

教師繼續追問經過一系列雜交實驗證明，果蠅的灰身對黑身為顯性，受一對等位基因控制，且控制該相對性狀的等位基因位于常染色體上。某研究者猜測該對基因位于Ⅱ號染色體上。那么，如何檢驗該對等位基因是否位于Ⅱ號常染色體上呢？

設計意圖本環節意在通過對染色體變異類型的回顧和非整倍體測交法等進行基因定位，拓展學生視野，了解部分非整倍體變異類型的科研價值。

2.2“腳手架1”——三體定位法

教師先引導學生回顧染色體變異類型，而后提出問題：現有一些純合黑身果蠅和純合灰身三體果蠅（其Ⅱ號染色體為3條）可供選用，請設計實驗予以檢驗。

教師組織學生討論后，利用假說一演繹法進行板演。

方案：將純合黑色果蠅和純合灰身三體果蠅雜交，F₁中的三體果蠅再和隱性親本回交，觀察F：的表現型及比例（圖1）。

2.3“腳手架2”——單體定位法

教師變換材料，另辟蹊徑：倘若現有一些純合黑身果蠅和純合灰身單體果蠅（其Ⅱ號染色體僅為1條）可供選用，請設計實驗予以檢驗。

教師繼續組織學生討論，利用假說一演繹法進行板演。

方案：將純合黑色果蠅和純合灰身單體果蠅雜交，觀察子代的表現型及比例（圖2）。

2.4“腳手架3”——體細胞雜交定位法

教師在人一鼠雜交細胞中，人類的染色體優先丟失，甚至只剩下幾條染色體，而嚙齒類動物的染色體則被保留下來。例如，某人——鼠雜交細胞由于丟失了人類1號染色體而導致鳥苷單磷酸激酶活性喪失，可知該基因在1號染色體上。

[典例]科學研究發現：用人的體細胞與小鼠體細胞進行融合得到的雜種細胞，在持續分裂過程中鼠的染色體能得以保留而人類染色體則會逐漸丟失，最后只剩一條或幾條。如圖3表示人的缺乏HGPRT酶突變細胞株（HGPRT^-）和小鼠的缺乏TK酶細胞株（TK^-）融合后并在HAT培養液中培養的過程，結果表明最終人的染色體在融合細胞中僅存有3號染色體或17號染色體或兩者都有。已知只有同時具有HGPRT酶和TK酶的融合細胞才可在HAT培養液中長期存活與繁殖。下列相關敘述正確的是（ ）

A.從培養過程看，HAT培養液只是為了篩選雜種細胞

B.從圖示結果看，可以確定人的TK酶基因位于17號染色體

C.該方法可以對鼠基因定位，小鼠的HGPRT酶位于3號染色體

D.過程②中為了防止細菌的污染，所用培養液應該添加一定量的干擾素

通過上述幾種定位方法的學習，學生對非整倍體變異和減數分裂相關知識有了更加深刻而清晰的認識，對遺傳圖解書寫技能的規范和提升也大有裨益。教師要注意聯系教材，互相印證，可提升教學的有效性。

3挑戰到底，精確定位

3.1“起錨”前的終極挑戰

教師提出問題：經過進一步的雜交實驗證明，果蠅的灰身對黑身為顯性，受一對等位基因控制，且控制該對相對性狀的等位基因位于Ⅱ號染色體上。那么，該對等位基因究竟位于Ⅱ號染色體的什么位置呢？

設計意圖：通過非整倍體測交定位法的學習，學生對染色體畸變個體的科研價值有了理性認識。教師通過合作探究等形式，引導學生運用染色體片段缺失個體進行基因的進一步精確定位。

3.3“腳手架4”——缺失定位法

經學生適度思考后，教師提出問題：“現有一些純合黑身果蠅和純合灰身果蠅，發現某灰身果蠅的其中一條Ⅱ號染色體存在缺失現象，請設計實驗檢驗控制體色的基因是否位于該缺失片段。”

學生在本課前一環節中對假說一演繹法進行反復操練，思維活躍度將明顯提升，圖解的書寫也更加規范和流暢。

學生提出實驗方案，并板演（圖4）：將純合黑色果蠅和染色體片段缺失的灰身果蠅雜交，觀察子代的表現型及比例。

至此，通過與各種類型的缺失個體雜交，可達到基因相對精確定位的目的。

3順利起錨，歸納總結

在突出主線的同時，作為二次選考前的復習課，還要有一定的知識覆蓋面。因此本案例所涉及的遺傳學知識相對也較多，需要學生綜合運用多方面知識予以作答。以下為本課的教學主線及內容設計的魚骨圖（圖5）。

本案例以“基因定位”為主線，貫穿始終，不斷驅動學生思考推演，充分體現了學科核心素養培養科學思維的要求。在教學環節的設置上，筆者采用小步子教學原則，從“基因位于常染色體上還是性染色體上”開始推導，到“基因位于哪條常染色體上”，最后到“基因位于Ⅱ號染色體的哪個位置”，層層遞進，步步論證，既提高了課堂效率，也增加了學生逐步達成目標的成就感。