高考生物學(xué)遺傳實(shí)驗(yàn)題之思維引導(dǎo)與應(yīng)對策略

荊永濤 王海

作為自然科學(xué)的生物學(xué)以觀察和實(shí)驗(yàn)為本，大部分高考題可歸結(jié)為實(shí)驗(yàn)題，下文主要討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)分析類的非選擇題。此類試題對大部分考生來說難度大，不易得分，但能很好地考查學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力，且區(qū)分度和信度高，故多年來作為常見題型被沿用至今。現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)分析2個(gè)維度，對近年的高考生物學(xué)遺傳實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行探討，以期從思維方法的層面探求破解高考實(shí)驗(yàn)題的應(yīng)對策略，力求在教學(xué)中落實(shí)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》的理念，體現(xiàn)《中國高考評價(jià)體系》的精神。

1 研究1對等位基因的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

與遺傳學(xué)內(nèi)容有關(guān)的高考題多涉及基因的分離定律和自由組合定律及伴性遺傳等問題。遺傳題多是“三定一求”：定顯隱、定位置、定親本（基因型），求子代（表現(xiàn)型及比例）。學(xué)生覺得遺傳題較難，多因不能透過復(fù)雜的情境，獲取有效信息理順復(fù)雜的邏輯關(guān)系，并綜合應(yīng)用所學(xué)生物學(xué)原理、方法去分析和論證，進(jìn)而透過現(xiàn)象抓本質(zhì)。假說一演繹法是探究遺傳學(xué)等未知問題的成熟思路，遺傳圖解是分析遺傳現(xiàn)象的基本方法，但是許多學(xué)生不能靈活地運(yùn)用。

遺傳的實(shí)質(zhì)是親本通過減數(shù)分裂產(chǎn)生配子.配子隨機(jī)結(jié)合形成合子，合子發(fā)育為子代，即遺傳物質(zhì)通過配子傳給子代。所以在解決遺傳題時(shí)，教師要提醒學(xué)生關(guān)注配子這個(gè)核心環(huán)節(jié)。涉及1對等位基因的遺傳題的解答，表1所示的6種情況是解題的基本思路。

【例1】（2018.全國卷·節(jié)選）果蠅體細(xì)胞有4對染色體，其中2、3、4號為常染色體。己知控制長翅/殘翅性狀的基因位于2號染色體上，控制灰體/黑檀體性狀的基因位于3號染色體上。某小組用一只無眼灰體長翅雌蠅與一只有眼灰體長翅雄蠅雜交，雜交子代的表現(xiàn)型及其比例見表2。

回答下列問題：

（1）根據(jù)雜交結(jié)果，_______（填“能”或“不能”）判斷控制果蠅有眼/無眼性狀的基因是位于X染色體還是常染色體上。若控制有眼/無眼性狀的基因位于X染色體上，根據(jù)上述親本雜交組合和雜交結(jié)果判斷，顯性性狀是____，判斷依據(jù)是________。

（2）若控制有眼/無眼性狀的基因位于常染色體上，請用表2中雜交子代果蠅為材料設(shè)計(jì)一個(gè)雜交實(shí)驗(yàn)來確定無眼性狀的顯隱性（要求：寫出雜交組合和預(yù)期結(jié)果）。

思維方法引導(dǎo)：

對（1）題的思考遵循以下過程。①審題：研讀情境，整合信息。只考慮1對相對性狀，若親本為無眼雌蠅×有眼雄蠅，則F1中個(gè)體為有眼與無眼，其比例為1：1，且雌雄各1/2，與性別無關(guān)。控制有眼和無眼性狀的基因不論是位于常染色體，還是位于X染色體上，均會出現(xiàn)此結(jié)果，因此不能判斷基因位置。②假設(shè)：利用假說一演繹法探未知。若控制有眼/無眼性狀的基因（用E/e表示）位于X染色體上，任務(wù)是判定顯隱性。先假設(shè)有眼為顯性，則親本為XeXe（無眼雌蠅）XXEy（有眼雄蠅），再利用遺傳圖解演繹推理。③推理：利用遺傳圖解，思考問題。有眼為顯性時(shí)，則在F1中個(gè)體有雌性有眼（XEXe）和雄性無眼（XeY），其比例為1：1。這顯然與表2信息矛盾，因此有眼為顯性的假設(shè)不成立。再假設(shè)無眼為顯性，因后代有性狀分離，則親本為XEXe（無眼雌蠅）xXcy（有眼雄蠅），F(xiàn)1中個(gè)體有雌性有眼、雌性無眼、雄性有眼和雄性無眼，其比例為1：1：1：1，與表2完全一致。綜上，顯性性狀只能是無眼。④作答：反推正寫，進(jìn)行答題。題中明確要求據(jù)親本雜交組合和結(jié)果判斷，答案是“只有當(dāng)無眼為顯性時(shí)，子代雌雄個(gè)體中才都會出現(xiàn)有眼與無眼性狀的分離”。此處常見的失分答案是“雜交后代中出現(xiàn)了性狀分離”。這不僅僅是答案不規(guī)范的問題，其實(shí)緣于學(xué)生既不能準(zhǔn)確把握命題意圖，又未掌握正確的邏輯思維方法，與語言表達(dá)能力無關(guān)。

對（2）題的思考遵循以下過程。①審題：若控制有眼/無眼性狀的基因位于常染色體上，F(xiàn)i中雌雄個(gè)體中都出現(xiàn)有眼與無眼的性狀且比例為1：1，符合表1中的⑤，則子代中的顯性個(gè)體必定全為雜合體（Ee），隱性個(gè)體全為純合體（ee）。②假設(shè)：任務(wù)是設(shè)計(jì)雜交實(shí)驗(yàn)來確定無眼性狀的顯隱性。假設(shè)無眼是顯性性狀，則子代無眼個(gè)體基因型為Ee，有眼個(gè)體基因型是ee;反之，假設(shè)無眼是隱性性狀，則子代有眼基因型為Ee，無眼個(gè)體基因型是ee。若讓子代相互雜交，2種假設(shè)的雜交結(jié)果都是表1中的⑤，由后代表現(xiàn)型無法進(jìn)行顯隱性判斷，因此考慮讓其分別自交。③推理：若無眼是顯性性狀，則子代中的無眼基因型全為Ee，有眼基因型是ee。讓其分別自交：EexEe，后代基因型為EE：Ee：ee，其比例1：2：1，表現(xiàn)型為無眼：有眼，其比例為3：1;eexee，后代全為有眼（ee）。④作答。

參考答案：雜交組合：無眼×無眼。預(yù)期結(jié)果：若子代中無眼：有眼為3：1，則無眼為顯性性狀;若子代全部為無眼，則無眼為隱性性狀預(yù)期結(jié)果：若子代中有眼：無眼為3：1，則有眼為顯性性狀;若子代全部為有眼，則有眼為隱性性狀）。2研究2（多）對等位基因的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

【例2】（2017.全國.32節(jié)選）己知某種昆蟲的有眼（A）與無眼（a）、正常剛毛（B）與小剛毛（b）、正常翅（E）與斑翅（e）這三對相對性狀各受一對等位基因控制。現(xiàn)有三個(gè)純合品系：①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不發(fā)生染色體變異和染色體交換，回答下列問題：

（1）若A/a、B/b、E/e這三對等位基因都位于常染色體上，請以上述品系為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來確定這三對等位基因是否分別位于3對染色體上（要求：寫出實(shí)驗(yàn)思路、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論）。

思維方法引導(dǎo)：

對此題的思考遵循以下過程。①審題：3對相對性狀分別由位于常染色體上3對等位基因控制且有aaBBEE、AAbbEE、AABBee 3個(gè)純系（不考慮染色體變異和染色體交換），用這三個(gè)品系設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究這三對等位基因是否分別位于3對染色體上。3個(gè)品系中每兩個(gè)品系間有2對基因不同，均為雙顯性一隱性性狀，若這兩對基因位于兩對同源染色體上，則遵循自由組合定律，否則為連鎖遺傳。若任意2對等位基因都分別位于2對同源染色體上，這3等位基因分別位于3對同源染色體上。

②假設(shè)與推理：假設(shè)A/a和B/b位于2對同源染色體上，由遺傳圖解推理，aaBBEE與AAbbEE雜交后得到Fi，讓Fi的雌、雄個(gè)體相互交配，則F2的后代性狀為有眼正常剛毛、有眼小剛毛、無眼正常剛毛、無眼小剛毛，其比例為9：3：3：1。同理，aaBBEE與AABBee、AAbbEE與AABBee雜交后得到F1，F(xiàn)1的雌、雄個(gè)體相互交配，F(xiàn)2中都將出現(xiàn)4種表現(xiàn)型，且為9：3：3：1的分離比。這說明A/a、E/e與B/b任意2對等位基因均位于兩對染色體上，這三對等位基因位于3對同源染色體上，否則可以確定這三對等位基因不是位于3對染色體上。

③作答。

參考答案：（1）選擇①×②、②×③、①×③三個(gè)雜交組合，分別得到Fi和F2，若各雜交組合的F2中均出現(xiàn)4種表現(xiàn)型，且比例為9：3：3：1，則可確定這三對等位基因位于三對染色體上;若出現(xiàn)其他結(jié)果，則可確定這三對等位基因不是位于三對染色體上。

3 染色體變異

【例3】（2014.山東卷）果蠅的灰體（E）對黑檀體（e）為顯性;短剛毛和長剛毛是一對相對性狀，由一對等位基因（B、b）控制。這兩對基因位于常染色體上且獨(dú)立遺傳。

（4）灰體純合果蠅與黑檀體果蠅雜交，在后代群體中出現(xiàn)了一只黑檀體果蠅。出現(xiàn)該黑檀體果蠅的原因可能是親本果蠅在產(chǎn)生配子過程中發(fā)生了基因突變或染色體片段缺失。現(xiàn)有基因型為EE、Ee和ee的果蠅可供選擇，請完成下列實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果預(yù)測，以探究其原因（注：一對同源染色體都缺失相同片段時(shí)胚胎致死;各型配子活力相同）。

實(shí)驗(yàn)步驟：①用該黑檀體果蠅與基因型為的果蠅雜交，獲得F1;

②F2自由交配，觀察、統(tǒng)計(jì)F2表現(xiàn)型及比例。

結(jié)果預(yù)測：I.如果F2表現(xiàn)型及比例為_______，則為基因突變;

Ⅱ.如果F2表現(xiàn)型及比例為_______ ，則為染色體片段缺失。

思維方法引導(dǎo)：

①審題：若該黑檀體果蠅為基因突變所致，其基因型為ee，若是染色體片段缺失（用O表示因染色體片段缺失E基因丟失）所致，其基因型可表示為eO。如果選擇基因型為ee的黑檀體與之雜交，因子代全為黑檀體不能做出任何判斷。所以可選擇基因型為EE（或Ee）的灰體果蠅與之雜交，通過觀察統(tǒng)計(jì)后代的表現(xiàn)型及其比例進(jìn)行判斷。

②假設(shè)：可分別假設(shè)該黑檀體果蠅基因型是ee或eO，讓其與EE（或Ee）雜交，因通過F1不能做出判斷，再分析F2表現(xiàn)型及比例進(jìn)行判斷。

③推理：

思路1：與基因型為EE的灰體果蠅雜交。

若為基因突變，則親本為ee、EE，F(xiàn)i的基因型為Ee，F(xiàn)2基因型為EE、Ee、ee（l：2：1），子代表現(xiàn)型灰體、黑檀體（3：1）。

若為染色體片段缺失，則親本eOxEE，F(xiàn)i基因型為EO、Ee（1：1）。Fi產(chǎn)生的雌、雄配子基因型E、e、O（2：1：1），雌、雄配子隨機(jī)結(jié)合后，F(xiàn)2基因型及比例見表2。

由于一對同源染色體都缺失相同片段時(shí)胚胎致死，因此基因型為OO的個(gè)體不存在，F(xiàn)2表現(xiàn)型為灰體：黑檀體（4：1）。

思路2：與基因型為Ee的灰體果蠅雜交

若為基因突變，則親本為ee. Ee，F(xiàn)i的基因型為Ee、ee（l：1）。Fi產(chǎn)生的雌、雄配子基因型E、e（l：3），則F2表現(xiàn)型為灰體、黑檀體（7：9）。

若為染色體片段缺失，則親本為eOxEe，F(xiàn)1的基因型為Ee、ee.EO、e0（1：1：1：1）。Fi雌、雄配子均為E：e：O（1：2：1），雌、雄配子隨機(jī)結(jié)合，F(xiàn)2表現(xiàn)型為灰體、黑檀體（7：8）。

④作答。

參考答案：

答案一：①EE I.灰體：黑檀體=3：1Ⅱ.灰體：黑檀體=4：1

答案二：①Ee I.灰體：黑檀體=7：9Ⅱ.灰體：黑檀體=7：8

4 應(yīng)對策略

高考重點(diǎn)考查學(xué)生是否會學(xué)習(xí)、善思考、能探究、準(zhǔn)表達(dá)，并考查學(xué)生具備的高中基礎(chǔ)知識，即必備知識是基礎(chǔ)，關(guān)鍵能力是重點(diǎn)，學(xué)科素養(yǎng)是目標(biāo)，核心價(jià)值是引領(lǐng)，實(shí)驗(yàn)僅作為命題情境來考查學(xué)科核心素養(yǎng)。教師指導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)，需要把實(shí)驗(yàn)題融入高考評價(jià)體系框架之下，多做思維方法方面的引導(dǎo)與訓(xùn)練：

（1）教師要指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研讀情境，綜合題目信息，建立試題與教材相關(guān)知識的聯(lián)系。教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研讀題目，進(jìn)行信息的篩選、轉(zhuǎn)化、加工和重新整合，從試題中獲取對解題有用的關(guān)鍵信息，發(fā)現(xiàn)隱含條件;對原因與結(jié)果、部分與整體、現(xiàn)象與本質(zhì)、條件與過程、結(jié)果與結(jié)論等相關(guān)的原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)化理解，將新信息納入生物學(xué)的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)科體系之中，并作為進(jìn)一步判斷與邏輯推理的依據(jù)。

學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況最終以試題答案的形式呈現(xiàn)，所以學(xué)生如何作答十分關(guān)鍵。所有的高考題都應(yīng)能夠且必須能夠用課本中學(xué)過的或試題中出現(xiàn)的理論和方法破解，答案一定是課本或試卷中出現(xiàn)過的概念、原理、過程、方法、理論等的再次呈現(xiàn)，即答案常在課本、試卷、二者間三處求。

（2）教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，訓(xùn)練假說演繹、邏輯推理等科學(xué)思維方法，提高學(xué)生解決問題的能力。教師要從試題的任務(wù)、問題出發(fā)，把握命題意圖，引導(dǎo)學(xué)生積極合理地組織、調(diào)動多種相關(guān)知識與能力，以生物學(xué)獨(dú)特的視角去尋求解決實(shí)際問題、完成試題任務(wù)的方法和途徑;通過假說一演繹法探究新問題，找到新規(guī)律、得到新結(jié)論等。

（3）教師要重視培養(yǎng)學(xué)生對必備知識的深度思考及語言表達(dá)能力。高考題更注重考查邏輯思維和逆向思維，教師要引導(dǎo)學(xué)生從縱向與橫向、正向與反向等多個(gè)角度及問題的不同層次的多個(gè)維度去進(jìn)行有依據(jù)的思維判斷和推理論證，體現(xiàn)實(shí)證精神;嘗試選用抽象的概念來說明事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系，利用多個(gè)相關(guān)的生物學(xué)大概念或原理，通過邏輯推理闡明自己的觀點(diǎn);通過逆向的反思，去尋求解決問題的途徑，用辯證的、系統(tǒng)的、開放性的思維方式從整體把握事物的本質(zhì)，把一道試題作為系統(tǒng)進(jìn)行整體分析，完成對知識的整合與遷移;準(zhǔn)確地用文字、符號、圖表、數(shù)據(jù)等對具體的問題加以準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)、簡潔的表述，揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)屬性和生命活動內(nèi)在規(guī)律，做出完美的高考答卷。

中國高考評價(jià)體系明確“四層”是高考考查的內(nèi)容，以能體現(xiàn)核心價(jià)值的問題情境考查學(xué)科素養(yǎng)，對學(xué)科素養(yǎng)的考查落腳于關(guān)鍵能力，必備知識是能力的基礎(chǔ)。在必備知識基礎(chǔ)之上，教師要不斷地提高學(xué)生獲取知識、解決問題和思維表達(dá)的能力，努力培育學(xué)生高水平的學(xué)科核心素養(yǎng)，并引導(dǎo)學(xué)生承擔(dān)生物學(xué)學(xué)習(xí)者應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任，為學(xué)生在高考中取得優(yōu)異的成績奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.中國高考評價(jià)體系[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[s].北京：人民教育出版社，2020.

[3]王海，荊永濤.真核生物基因定位的實(shí)驗(yàn)探索[J].生物學(xué)通報(bào)，2019，54（8）：41-43.

[4]鄒家位.基于核心素養(yǎng)的高考命題及對教學(xué)的指引作用[J].生物學(xué)通報(bào)，2020，55（2）：45-47.