一道遺傳學(xué)原創(chuàng)試題的命制與分析

陳華盛

(廣東省清遠(yuǎn)市第一中學(xué))

《中國高考評價體系》中提到,四層和四翼的考查是以情境為載體實現(xiàn)的,在命制原創(chuàng)試題時要選擇合適的情境,發(fā)揮核心價值的引領(lǐng)作用,讓學(xué)生運用必備知識和關(guān)鍵能力去解決問題,全面發(fā)展其學(xué)科素養(yǎng)水平;同時《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)明確指出學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的一、二級為合格考的命題依據(jù),三、四級水平為等級考的命題依據(jù)。遺傳題是每年高考的必考題型之一,綜合性強(qiáng),能很好地檢測學(xué)生的理解能力、邏輯推理能力及實驗設(shè)計能力等。情境新穎、設(shè)計巧妙的原創(chuàng)遺傳題在高考中不僅能發(fā)揮其選拔功能,還能提高學(xué)生的探究興趣。基于以上命題理念和高考特點,筆者嘗試以“家蠶眼紋的遺傳特性”為情境,探究如何根據(jù)科技文獻(xiàn)進(jìn)行遺傳學(xué)原創(chuàng)試題的命制。

1.原創(chuàng)試題展示

(13分)家蠶是一種重要的模式生物,在實驗中研究者偶爾獲得兩種黑色眼紋純合突變品系M(眼紋全黑)和N(第2眼紋全黑),并對其眼紋性狀進(jìn)行了遺傳分析,結(jié)果如表1所示。回答下列問題:(三種家蠶的眼紋性狀如圖所示)

表1 家蠶眼紋性狀遺傳分析

(1)第2眼紋全黑個體可能是單基因________(填“顯性”或“隱性”)突變的結(jié)果,控制其眼紋性狀的基因位于____________(填“常染色體”或“性染色體”)上。

(2)控制N和M眼紋性狀的基因位于____________(填“同源染色體”或“非同源染色體”)上,________(填“是”或“不是”)等位基因,判斷的依據(jù)是____________。

(3)若純合正常眼紋個體與M雜交,所得F1隨機(jī)交配,F2的表型及比例為________。

(4)家蠶為ZW型性別決定的二倍體生物。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,雄蠶在產(chǎn)絲的品質(zhì)和產(chǎn)量上要遠(yuǎn)好于雌蠶。為了從性狀上區(qū)分雄蠶和雌蠶,科學(xué)家將d基因(d基因純合的個體在高溫下不孵化)轉(zhuǎn)入家蠶的Z染色體上,請你利用這類家蠶作為材料,設(shè)計育種方案,以達(dá)到只養(yǎng)雄蠶的目的:_____________________________。

【答案及評分標(biāo)準(zhǔn)】(1)隱性(1分) 常染色體(1分) (2)同源染色體(2分) 不是(2分)

第2組實驗中,若控制M和N的眼紋基因位于同源染色體上,且N和M眼紋性狀的基因不是等位基因,設(shè)控制M的基因為A,N的基因為B,則根據(jù)題干信息和雜交子一代表型可知,M基因型為AAbb,N基因型為aaBB,F1為AaBb,只能產(chǎn)生Ab和aB兩種配子,且比例為1∶1,F1相互交配后得到F2正常眼紋∶眼紋全黑∶第2眼紋全黑≈2∶1∶1,與題干相符(3分)(答到若控制M和N的眼紋基因位于同源染色體上,且N和M眼紋性狀的基因不是等位基因得1分,產(chǎn)生Ab和aB兩種配子,且比例為1∶1得1分,F1相互交配后得到F2正常眼紋∶眼紋全黑∶第2眼紋全黑≈2∶1∶1,與題干相符得1分。反答能自圓其說也可得分) (3)正常眼紋∶眼紋全黑=3∶1(2分) (4)選擇基因型為ZdZd和ZDW的家蠶進(jìn)行雜交,并在高溫條件下對雜交后代進(jìn)行孵化(2分)

【解題思路】(1)根據(jù)第1組實驗正常眼紋家蠶和N(第2眼紋全黑)無論正交還是反交,F1全為正常眼紋,表明第2眼紋全黑是單基因隱性突變,且基因位于常染色體上。(2)略。(3)根據(jù)(2)分析可知,純合正常眼紋個體的A與B基因連鎖,M個體的A與b基因連鎖,若兩者雜交,所得F1(AABb)隨機(jī)交配,F2的表型及比例為正常眼紋∶眼紋全黑=3∶1。(4)由于d基因純合的個體(ZdZd、ZdW)在高溫下不孵化,所以可選基因型為ZDW與ZdZd的個體雜交,在高溫條件下對雜交后代進(jìn)行孵化,就可以實現(xiàn)只養(yǎng)雄蠶的目的。

2.命題立意與素材來源

家蠶是重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲,也是遺傳研究的模式生物,本題以家蠶眼紋突變體的遺傳特性為背景,考查遺傳學(xué)的核心知識。考查的必備知識包括基因分離定律和自由組合定律的實質(zhì)、不同眼紋性狀間顯隱性關(guān)系的判斷、相關(guān)突變基因在染色體上的位置判斷、遺傳基本規(guī)律的應(yīng)用、利用伴性遺傳知識進(jìn)行育種方案設(shè)計等。整道題以遺傳學(xué)的核心知識為載體,考查學(xué)生的信息獲取能力、理解能力和解決問題的能力,充分體現(xiàn)對核心素養(yǎng)四個維度的考查。

本試題考查的素材來源于西南大學(xué)代方銀的博士學(xué)位論文《家蠶突變基因的遺傳與近等位基因系研究》。該論文詳細(xì)描述了家蠶29個新的形態(tài)突變基因的獲得與遺傳分析,筆者選取了貼近高中認(rèn)知水平且符合《課程標(biāo)準(zhǔn)》的“家蠶眼紋變異突變體的獲得與遺傳分析”“伴性遺傳的應(yīng)用”等內(nèi)容進(jìn)行命題。素材內(nèi)容真實新穎,能引起學(xué)生的興趣和思考。

3.命題材料的處理

3.1 實驗材料與方法

【原文】正常型系統(tǒng)采用大造,普通斑,眼紋正常;眼紋全黑(bl)取自本研究室家蠶基因資源庫保存的08-300系統(tǒng),第2眼紋全黑(blind2)突變體來自21-680系統(tǒng)。分別進(jìn)行第2眼紋全黑與正常型和眼紋全黑(bl)的雜交實驗,分析第2眼紋全黑的顯隱性和與bl的關(guān)系。

圖 家蠶眼紋突變

【處理緣由】刪除冗余復(fù)雜的實驗信息,使題干簡潔精煉,降低學(xué)生理解的難度。

3.2 實驗結(jié)果的呈現(xiàn)

【原文】

表3-29 家蠶第2眼紋全黑(bl-2)的遺傳

【處理緣由】用高中生物遺傳學(xué)常用表達(dá)方式和術(shù)語描述實驗結(jié)果,刪除與本題考查主旨無關(guān)的信息,使各組實驗數(shù)據(jù)間的差異變化直觀、形象、明顯,更便于學(xué)生理解整個科研實驗的方法、過程和結(jié)果,也更有利于問題的設(shè)置和學(xué)生的作答。

4.問題設(shè)計

問題設(shè)計是命題的核心環(huán)節(jié),本題通過設(shè)計不同層次的問題,形成了體現(xiàn)基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性的原創(chuàng)試題。設(shè)問邏輯大致如下:(1)(2)突變基因定位分析→(3)遺傳基本規(guī)律的應(yīng)用→(4)運用所學(xué)知識,指導(dǎo)生產(chǎn)實踐(育種方案設(shè)計)。

4.1 生命觀念素養(yǎng)的考查

基于水平2的要求設(shè)計第(1)小題,要求學(xué)生能根據(jù)題干信息,判斷第2眼紋全黑個體可能是什么基因突變的結(jié)果,控制其眼紋性狀的基因位于什么染色體上。

4.2 科學(xué)思維素養(yǎng)的考查

基于水平3的要求設(shè)計第(2)小題,要求學(xué)生判斷控制N和M眼紋性狀的基因位于什么染色體上,是否互為等位基因,并寫出判斷依據(jù),充分考查學(xué)生邏輯推理能力和語言表達(dá)能力;基于水平4的要求設(shè)計第(3)小題,要求學(xué)生根據(jù)題意推算F1隨機(jī)交配所產(chǎn)生的F2的表型及比例,充分考查學(xué)生對假說—演繹法這一科學(xué)方法的運用,充分達(dá)成對科學(xué)思維的考查。

4.3 科學(xué)探究和社會責(zé)任素養(yǎng)的考查

基于水平4的要求設(shè)計第(4)小題,要求學(xué)生根據(jù)真實情境提出解決實際問題的能力,設(shè)計合理的育種方案,以達(dá)到只養(yǎng)雄蠶的目的。這一小題的正確解答建立在學(xué)生能理解題干信息的基礎(chǔ)上,考查學(xué)生基于生物學(xué)知識解決實際生產(chǎn)生活問題的能力,同時借此傳達(dá)勞動實踐需要科學(xué)指導(dǎo)的理念,強(qiáng)化科學(xué)勞動的意識和社會責(zé)任。

5.命題的改進(jìn)與反思

一道好的原創(chuàng)試題需要不斷地打磨修改,特別是在試題的嚴(yán)謹(jǐn)性方面,設(shè)問指向不明確會導(dǎo)致學(xué)生在作答的時候思維出現(xiàn)偏移,如本題第(3)小題在一稿的時候設(shè)置為“若正常眼紋個體與M雜交,所得F1隨機(jī)交配,F2的表型及比例為多少”,學(xué)生在作答的時候由于不清楚正常眼紋個體是純合子還是雜合子,導(dǎo)致答案不唯一。

只有科學(xué)準(zhǔn)確的試題,才能引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的觀點、知識、思路和方法,探討實際問題,形成積極的科學(xué)態(tài)度,養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣,充分發(fā)揮生物學(xué)科的學(xué)科特點和育人價值。