流程圖在遺傳實驗設計類試題中的應用

涂 寬 楊 劍

(四川省雙流區棠湖中學)

縱觀近幾年全國卷生物學試題對遺傳基本規律的考查,“重遺傳實驗設計,輕遺傳概率計算”的趨勢越來越明顯。遺傳實驗設計類試題常以真實實驗情境為載體,要求學生像科學家一樣進行探究,綜合運用所學知識及科學思維方法,解釋和解決生物學實際問題。遺傳實驗設計類試題能夠較好地考查學生學科關鍵能力和學科素養,因此備受命題者青睞。學生在面對這類試題時,往往會因思維混亂、語言描述不清等原因,導致嚴重失分。筆者通過對近幾年全國卷生物學試題中遺傳實驗設計類試題歸類,借助計算機科學中的流程圖,將解題過程步驟化、解題思維可視化,以期幫助學生厘清思路,提高應試作答能力。

一、遺傳實驗設計類試題分類

遺傳實驗設計類試題是一類將遺傳規律與實驗設計進行整合,并要求學生結合遺傳學知識,運用生物學術語描述實驗思路、實驗結果或實驗結論的試題,常出現在全國卷理綜試題第32題。通過對近六年全國卷理綜試題第32題的歸納概括,該類試題依據考查內容可分為“判斷一對相對性狀顯隱性”“確定基因型(如顯性性狀的個體是純合還是雜合)”“設計符合要求的親本雜交實驗”“驗證分離定律或自由組合定律”“確定基因的位置”五類。

二、程序框圖介紹

程序框圖又稱流程圖,源于計算機程序設計,如表展示了幾個基本的圖形符號和它們表示的功能。

表 程序框圖符號說明

用程序框圖表示算法時,算法的邏輯結構展現得非常清楚。一般而言,程序框圖包含三種邏輯結構:順序結構、條件結構和循環結構。順序結構是由若干個依次執行的步驟組成(圖1);條件結構是指在流程圖中根據條件是否成立而產生不同流向的結構(圖2);循環結構是指從某處開始,按照一定的條件反復執行某些步驟的結構(圖3)。

圖1 順序結構

圖3 循環結構

三、程序框圖在遺傳實驗設計類試題中的運用

(一)判斷一對相對性狀的顯隱性

【例1】(2022年全國甲卷·32題節選)玉米是我國重要的糧食作物。玉米通常是雌雄同株異花植物(頂端長雄花序,葉腋長雌花序),但也有的是雌雄異株植物?；卮鹣铝袉栴}。

(3)已知玉米籽粒的糯和非糯是由1對等位基因控制的相對性狀。為了確定這對相對性狀的顯隱性,某研究人員將糯玉米純合體與非糯玉米純合體(兩種玉米均為雌雄同株)間行種植進行實驗,果穗成熟后依據果穗上籽粒的性狀,可判斷糯與非糯的顯隱性。若糯是顯性,則實驗結果是________;若非糯是顯性,則實驗結果是________。

【答案】糯玉米植株的果穗上全部為糯玉米的籽粒,非糯玉米植株的果穗上有糯玉米的籽粒 非糯玉米植株的果穗上全部為非糯玉米,糯玉米植株的果穗上有非糯玉米的籽粒

【分析】解題思維流程圖如圖4所示。

圖4 例1解題思維流程圖

(二)確定基因型

(2)已知白花純合體的基因型有2種?，F有1株白花純合體植株甲,若要通過雜交實驗(要求選用1種純合體親本與植株甲只進行1次雜交)來確定其基因型,請寫出所選用的親本基因型、預期實驗結果和結論。

【答案】所選用的親本基因型:AAbb。 預期實驗結果和結論:若子代均為紅花,則植株甲的基因型是aabb;若子代均為紫花,則植株甲的基因型是aaBB。

【分析】解題思維流程圖如圖5(下頁)所示。

(三)設計符合要求的親本雜交實驗

【例3】(2018年全國卷Ⅱ·32題節選)某種家禽的豁眼和正常眼是一對相對性狀,豁眼雌禽產蛋能力強。已知這種家禽的性別決定方式與雞相同,豁眼性狀由Z染色體上的隱性基因a控制,且在W染色體上沒有其等位基因。

回答下列問題:

(2)為了給飼養場提供產蛋能力強的該種家禽,請確定一個合適的雜交組合,使其子代中雌禽均為豁眼,雄禽均為正常眼。寫出雜交組合和預測結果,要求標明親本和子代的表現型、基因型。

【答案】雜交組合:豁眼雄禽(ZaZa)×正常眼雌禽(ZAW) 預期結果:子代雌禽為豁眼(ZaW),雄禽為正常眼(ZAZa)

【分析】解題思維流程圖如圖6(下頁)所示。

圖6 例3解題思維流程圖

圖5 例2解題思維流程圖

(四)驗證分離定律

【例4】(2019年全國卷Ⅲ·32題節選)玉米是一種二倍體異花傳粉作物,可作為研究遺傳規律的實驗材料。玉米子粒的飽滿與凹陷是一對相對性狀,受一對等位基因控制。回答下列問題。

(2)現有在自然條件下獲得的一些飽滿的玉米子粒和一些凹陷的玉米子粒,若要用這兩種玉米子粒為材料驗證分離定律。寫出兩種驗證思路及預期結果。

【答案】思路一:兩種玉米分別自交,若某些玉米自交后,子代出現3∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。思路二:兩種玉米分別自交,在子代中選擇兩種純合子進行雜交,F1自交,得到F2,若F2中出現3∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。思路三:讓子粒飽滿的玉米和子粒凹陷的玉米雜交,如果F1都表現一種性狀,則用F1自交,得到F2,若F2中出現3∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。思路四:讓子粒飽滿的玉米和子粒凹陷的玉米雜交,如果F1表現兩種性狀,且表現為1∶1的性狀分離比,則可驗證分離定律。

【分析】解題思維流程圖如圖7所示。

圖7 例4解題思維流程圖

(五)確定基因的位置

【例5】(2017年全國卷Ⅲ·32題節選)已知某種昆蟲的有眼(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。現有三個純合品系:①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不發生染色體變異和染色體交換,回答下列問題:

(2)假設A/a、B/b這兩對等位基因都位X染色體上,請以上述品系為材料,設計實驗對這一假設進行驗證。(要求:寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論)

【答案】選擇①×②雜交組合進行正反交,觀察F1中雄性個體的表現型。正交得到的F1中雄性個體與反交得到的F1中雄性個體有眼/無眼、正常剛毛/小剛毛這兩對相對性狀的表現均不同,則證明這兩對等位基因都在X染色體上。

【分析】解題思維流程圖如圖8所示。

圖8 例5解題思維流程圖