模式在解决高中生物学遗传问题中的应用

蒋选荣

(江苏省扬州市新华中学 225009)

模式是指事物的标准样式。高中生物学教学涉及一种或二种以上性状的遗传问题，运用相应的模式来解决，可以起到化繁为简、事半功倍的效果。同时可以训练学生用科学方法解决遗传学问题，提高学生应用抽象思维的能力。

1 单一性状遗传表现型概率计算模式

单一性状遗传的表现型概率计算通常是指对同一性状不同相对性状概率的计算，具体模式如下。

图1 单一性状遗传表现型概率计算模式

首先计算出隐性性状概率的原因是隐性性状都是纯合子，显性性状包括显性纯合和显性杂合子。

例1 已知小麦抗锈病是由显性基因控制,让一株杂合子小麦自交得F1,淘汰其中不抗锈病的植株后,再自交得F2,从理论上计算,F2中抗锈病占植株总数的________。

模式的应用：假设显性基因为A，抗锈病的基因型为AA或Aa，不抗锈病的基因型为aa，不抗锈病的植株为纯合子。依据题意，F1淘汰掉其中不抗锈病的植株后，基因型AA的植株占1/3，基因型为Aa的植株占2/3。F2中抗锈病植株的基因型包含AA和Aa，先直接算出aa植株(不抗锈病)的概率为2/3×1/4=1/6，抗锈病性状的概率为1-1/6=5/6。若直接计算抗锈病性状概率，需要分别算出基因型AA植株自交及Aa植株自交后出现抗锈病性状的概率，即1/3+2/3×3/4=5/6。两种算法相比，先算出隐性性状概率的模式简洁明了，学生不容易出错。

2 运用分离定律解决2种以上性状遗传概率模式

在分离定律基础上建构的自由组合定律适用于2种或以上相对性状的遗传，每种性状的遗传仍然符合分离定律。运用分离定律解决2种以上相对性状的遗传概率实质是分别推理每种性状遗传，再通过“乘法定律”推理出两种以上性状遗传的概率。建构的推理表现型概率的模式如下(以甲、乙两种性状为例说明)。

图2 运用分离定律解决2种以上性状遗传概率模式

根据表格内容可知，甲、乙性状中任意相对性状随机组合的概率是各自出现概率的乘积，如A和C性状同时出现概率应是a和c的乘积。同理，运用同样的模式也可以推算出子代基因型及概率。

例2 一个正常的女人与一个并指(Bb)的男人结婚，生了一个白化病且手指正常的孩子。求：

(1)其再生一个孩子只出现并指的可能性是________。

(2)只患白化病的可能性是________。

(3)生一个既患白化病又患并指的男孩的概率是________。

(4)后代只患一种病的可能性是________。

(5)后代中患病的可能性是________。

模式的运用：题干情境涉及两种性状遗传，白化病性状遗传是常染色体隐性遗传，并指性状遗传属于常染色体显性遗传。假设白化病基因为a，则亲代父母基因型分别为Aabb、AaBb，根据模式，推算过程如下：

从表中所示，两种性状的遗传可依据分离定律分开推理每一种性状遗传的基因型和表现性出现的概率，在此基础上，推断控制两种性状遗传的基因型同时出现的概率是每一种基因型出现概率的乘积；同理，两种以上表现型同时出现的概率是各自表现性出现概率的乘积。所述模式也适用于3种或3种以上的性状遗传，如推理生1个既患白化病又患并指的男孩的概率是多少？根据上表，生患白化病又患并指的概率是1/8，生男孩的概率是1/2，3种性状同时出现的概率是1/8×1/2=1/16。

参考答案： (1)3/8 (2)1/8 (3)1/16 (4)1/2 (5)5/8。

3 运用显隐性配子发生概率解决遗传学问题模式

配子是亲代的产物、子代的来源，是上下代之间联系的桥梁，对于具有不同基因型和表现型的同种生物随机(相互)交配，可以利用显隐性配子出现的概率来推测子代基因型和表现型，具体模式如下。

图3 运用显隐性配子发生概率解决遗传学问题模式

例3 果蝇灰身(B)对黑身(b)为显性，现将纯种灰身果蝇与黑身果蝇杂交，产生的F1代再自交产生F2代，将F2代中所有黑身果蝇除去，让灰身果蝇自由交配，产生F3代。问F3代中灰身与黑身果蝇的比例是________。

模式的运用：依据提干情境，F2代中所有黑身果蝇除去，让灰身果蝇自由交配。推理F2代中灰身果蝇基因型分别为BB和Bb,比例为1∶2。基因型BB和Bb雌性或雄性个体产生的含B基因的配子概率是1/3+1/2×2/3=2/3,含b基因的配子概率是1-2/3=1/3。灰身果蝇随机交配图解如下：

根据图解，F3代中bb所占比例是1/9，则灰身与黒身比例为8∶1，通过统计不同基因型产生显隐性配子的概率，再通过配子的随机结合预测子代基因型的模式思路清晰，容易掌握。

4 运用基因频率计算遗传学概率模式

根据哈代-温伯格定律，在种群较大、没有变异发生、没有自然选择、无迁入和迁出的情况下，种群前后代基因频率不变，利用基因频率解决遗传学问题的模式如图4所示。

图4 运用基因频率计算遗传学概率模式

例4 果蝇的灰体(E)对黑檀体(e)为显性，在没有迁入迁出、突变和自然选择等条件下，一个由纯合果蝇组成的大种群个体间自由交配得到F1，F1中灰体果蝇8400只，黑檀体果蝇1600只，求亲本中灰体所占的比例为________，F1中e的基因频率为________，F2中Ee的基因型频率为________。

模式的运用：在符合哈代—温伯格定律定律的前提下，种群前后代基因频率不变。根据题干条件，F1中黑檀体果蝇1600只。所占比例为16%，推理出e基因频率为0.4，E基因频率为0.6；由于基因频率不变，推理出亲本灰体EE基因型比例为60%，由于亲代都是纯合体，所以灰体所占比例也为60%；F2中Ee的基因型频率依据基因频率计算为：2×A×a=2×60%×40%=48%。运用基因频率计算遗传学概率模式的关键是种群的基因频率在亲代和子代保持不变，基于此基础上推理出基因型和表现型及其概率。

5 分析遗传系谱图的一般模式

绘制遗传系谱图，可以推断单基因遗传病的遗传方式，推算后代患遗传病的概率。高中阶段遗传系谱图一般有一种性状遗传系谱图、两种性状遗传系谱图两种类型，其中遗传方式为常染色体遗传(显性或隐性遗传病)、伴性遗传病(X染色体上显性或隐性遗传病、Y染色体基因控制的遗传病)等。遗传系谱图的分析遵循的一般原则是根据表现型推理基因型、依据亲缘关系推算基因型(从亲代推算子代、从子代推算亲代)，遵循的基本规律是基因的分离定律和自由组合定律。在此基础上，确定的分析遗传系谱图的一般模式如图5所示。

图5 分析遗传系谱图的一般模式

例5 图示某家族甲、乙两种遗传病的系谱。甲遗传病由一对等位基因 (A、a)控制，乙遗传病由另一对等位基因(B、b)控制，两对等位基因独立遗传。已知Ⅲ4携带甲遗传病的致病基因，但不携带乙遗传病的致病基因。请回答下列问题：

(1)甲遗传病致病基因位于________染色体上，乙遗传病致病基因位于________染色体上。

(2)Ⅱ2的基因型为________，Ⅲ3的基因型________。

模式的应用：依据分析遗传系谱图的一般模式的图解说明，判断甲病和乙病都是隐性遗传病(亲代都正常，子代出现患病)；乙病致病基因在X染色体上(男性患病多，Ⅲ4不携带乙遗传病的致病基因，Ⅳ2或Ⅳ3致病基因来自母亲，表现为交叉遗传，致病基因由母亲传给儿子)，推理出甲病为常染色遗传(Ⅰ1患病，儿子正常，判定隐性遗传病基础上不表现交叉遗传)。Ⅱ2的母亲患甲病，儿子也患甲病，第Ⅳ2和Ⅳ3的基因型为XbY，第Ⅲ3基因型为XBXb，推断Ⅱ2的基因型为AaXBXb。依据第Ⅱ代和Ⅳ代的表现型，确定Ⅲ3基因型为AAXBXb或AaXBXb。

分析遗传系谱图首先要厘清遗传类型和遗传方式，在此基础上，依据遗传规律，以单性状遗传分析为基础，通过演绎等逻辑思维确定多性状遗传中亲代或子代表现型、基因型及其概率。