利用“逆向思维”解生物学疑难问题

陈卫东

文件编号： 1003 - 7586（2015）10 - 0055 - 02

“逆向思维”也叫求异思维，它是对常见的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。让思维向对立面的方向发展，从问题的相反面深入地进行探索，人们习惯于沿着事物发展的正方向去思考问题并寻求解决办法，但对有些问题，正面思考比较复杂，反过来思考却可以让问题简单化。

1 “逆向思维”设计实验

在解决一些实验问题时，有时给的实验材料与习惯的不同，完成实验设计，就必须合理利用实验原理，反其道而行，同样能达到较好的效果。

【例1】 请你利用下面所给的实验材料和用具，设计一个实验来观察质壁分离现象。

材料用具：白皮洋葱；刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜；质量浓度为30%的蔗糖溶液，红墨水，清水等。

解析及答案：通常情况下，质壁分离实验，一般选择紫皮洋葱外表细胞（或其他液泡中有色素，且易于获取的材料）作为实验对象，原因是其中有紫色大液泡，质壁分离时易与外界溶液形成对比，便于观察。但本题给的材料是白皮洋葱，其细胞中液泡中细胞液为无色，显然不容易观察。为增加对比度，可以反其道行之，使外界溶液有颜色，即在蔗糖溶液中加入一定量红墨水。只是细胞外液为红色，细胞膜内液体为无色，但同样可以达到较好的实验效果。

类似的实验问题还有：探究某种矿质元素对植物生长的影响时，不采用加法，即溶液中加入某种元素，观察其功能（因为其缺乏其他元素，肯定无法正常生长），而是采用减法，即在全营养液中每次减少一种成分去培养该植物，然后与用全营养液培养的作对照，如异常，则该元素为该植物生长的必需元素。

2 “逆向思维”解概率计算问题

遗传概率计算本就是难点问题，有些问题还分为多种情况，需每一项逐个考虑，容易出现遗漏或错误。如果采用逆向思维的方法，往往计算起来更容易或考虑的情况较少就可以得到正确答案。

【例2】 基因型为aaBbCcDd和AABbCcdd的两种豌豆杂交，求子代中表现型不同于亲本的个体所占比例。

解析：如果从正面去分析这个问题，因可能性较多不容易找全。不妨逆向思考，先找表现型与亲本一样的，剩余的就是不一样的。首先表现型与aaBbCcDd一致的个体没有，因为另一个亲本的第一对基因为AA，因此只要计算与第二个亲本表现型一致的比率即可。按照每对基因分开考虑，aa×AA的后代基因型为Aa，表现性与AA都一致，Bb×Bb的后代与Bb表现型一致的比例为3/4，Cc×Cc的后代与Cc表现性一致的比例为3/4，Dd×dd的后代与dd表现性一致的比例为1/2。因此，与AABbCcdd表现型一致的比例为1×3/4×3/4×1/2=9/32，表现型不同就是1-9/32=23/32。

参考答案：23/32。

【例3】 调查某隐性遗传病，统计发现某种群中含B基因的个体占19%，现有一对显性亲本婚配，但女方的父亲体内没有B基因，则这对亲本产生一个基因型为bb后代的概率为 。

解析：该遗传病为隐性遗传病，婚配双方中，女方的父亲体内无B基因，因此女方的基因型一定是Bb，而男方只知道是显性，究竟是BB还是Bb无法确定，且已知该人群中BB、Bb共占19%。但仅根据表面条件学生无法推出Bb所占比例，可以从“逆向”去考虑这个群体，由于该群体中，BB、Bb共占19%，因此bb所占比例为1-19%=81%。根据这一数据，可以推导出该人群中，b的基因频率为90%，则B基因频率为10%，由此推出整个人群中，Bb所占比例为2×90%×10%=18%，因此在显性人群中，Bb所占比例为18/19。两者后代为bb的概率为18/19×1/4=9/38。

参考答案：9/38。

3 “逆向思维”反推条件或原因

在解决一些生物学问题时，正向推断可能有难度，不妨换一个思维角度，利用结论去反推条件或原因，可能更容易，达到事半功倍的效果。

【例4】 判断“某含有300个碱基对的基因能够控制合成的多肽链中含有100个氨基酸”这句话的正确性。

这句话正确与否，首先看100个氨基酸，需要有100个决定这些氨基酸的密码子，而这个多肽链的合成要有起始密码子和终止密码子来决定翻译的起始点和终止点，起始密码子决定氨基酸，而终止密码子不决定氨基酸，这就说明mRNA要大于300个碱基才能决定100个氨基酸的合成。同样，要得到含300个碱基组成的mRNA，转录产生该mRNA的基因中碱基对数要大于300对，因为转录的起点是启动子，并不是该基因的起点，同样，转录结束位置终止子也并不是该基因的终点。依据上述的推论，我们就能得出“某含有300个碱基对的基因能够控制合成的多肽链中含有的氨基酸数少于等于100个”的结论。

【例5】 如何证明蛋白质不是遗传物质而DNA是遗传物质？

先假定蛋白质是遗传物质，那么用“S型”肺炎双球菌的蛋白质与“R型”肺炎双球菌在培养基中混合培养，应该能产生活的“S型”肺炎双球菌。事实上这样操作后并没有得到活的“S型”肺炎双球菌，而用“S型”肺炎双球菌的DNA与“R型”肺炎双球菌混合培养后却能够得到，由此证明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物。

4 “逆向思维”举反例

当判断一句话或一个命题是否正确时，可以通过“举反例”的方式来加以否定。如“所有遗传病都带有致病基因”，可举的反例：猫叫综合征（第5号染色体部分缺失）、21三体综合征（第21号染色体比正常多1条）等，这两类遗传病都不带有致病基因，但却患遗传病。

运用“逆向思维”的方式解决一些问题，会起到事半功倍的效果。因此，当正向的思维陷入困境的时候，不妨反过来想一想，也许就能够找到解决问题的方法。