以“基因定位”为媒介，凸显学科科学思维
2018-01-19周庆
周庆
自2015年浙江省率先实施学考、选考改革以来，面对新的考试形式，尤其是一年两考的时间安排，给复习安排带来了诸多新问题。例如在首次选考之前，学生基本已经完成了一轮较系统的基础复习。若复习时再面面俱到，逐节复习，势必造成学生的学习疲劳。因此，教师要适度整合相关内容，既有利于学生学习能力的提升，也是保持学生求知欲的必然措施。此外，作为一门基于实验探究的学科，培养学生的科学思维也是生物新课程的理念之一。
基于上述分析，笔者在二次选考复习中，针对染色体变异类型等知识虽相对易懂，但却难以应用的特点，设计了以“基因定位”为主线的复习方案。
1抛锚导入，引发探究
复习课中，教师围绕某一“锚”来设计教学，让学习者在实际情境中围绕一个问题层层抽丝剥茧，可有效激发学生的探索欲望。同时，该策略还可有效诊断学生的知识掌握情况，通过不断搭建脚手架，使学生养成科学思维习惯。
1.1“下锚”
教师提出问题：现有若干只果蝇，发现雌雄果蝇中均有灰身、黑身两种表现型，已知该相对性状受细胞核内的一对等位基因控制，你认为控制这对相对性状的基因可能的位置有哪些？该如何检验你的各种猜想？
设计意图：本题通过对典型例题的改造，使之成为一个比较开放的问题，对学生发散性思维的培养、归纳与概括能力培养和演绎一推理能力培养具有重要作用。本题考查的知识主要包括染色体类型、基因位置和分离定律等内容，需要学生综合运用遗传学知识进行解答。
1.2组织小组讨论：通过小组合作讨论，给出相应的方案。教师总结、汇总各组的方案，主要有以下几种。
1.2.1调查法
教师引导学生结合伴性遗传的特点，统计果蝇群体中各种体色的比例是否存在性别差异。此法的优点在于不需要杂交，学生可通过回顾各种遗传方式的特点直接予以判断。但此法也有一定的局限。
教师引导其他小组共同质疑，深化讨论：
①此法可区分常染色体显性遗传和隐性遗传吗，为什么？（生：常染色体上的遗传特点与性别无关，显性个体和隐性个体的比例与显隐性基因的频率密切相關）
②若发现雌雄果蝇中两种体色的果蝇比例不同，相关基因一定在x染色体上吗？教师顺势引导学生，并回顾抽样调查法的注意事项。（生：不一定，果蝇的数量较少时会存在一定的偶然性）
③此基因可能位于Y染色体上吗？可能仅位于Y染色体上吗？（生：可能位于Y染色体上，但不可能仅位于Y染色体上）
通过上述引导，教师引导学生归纳得出调查法的适用范围，并回顾抽样调查法的注意事项。
1.2.2杂交法
学生表述的完整性和准确性需要及时引导，并及时由组员补充。
杂交方案：①确定显隐性：灰身♀×灰身♂，黑身♀×黑身♂（注：亲本为杂合实验结果与结论：若灰身亲本杂交的子代中有黑身，则灰身为显性性状；若黑身亲本杂交的子代中有灰身，则说明黑身为显性性状）；②灰身♀×黑身♂，灰身♂×黑身♀。
实验结果与结论：若其中一组后代中雌雄果蝇的表现型及比例存在显著差异，则该对基因位于x染色体上；若每组后代中雌雄果蝇的表现型及比例无明显差异，则该对基因位于常染色体上。
教师继续引导其他小组共同质疑：
①若两组杂交后代均为同一体色，该对基因一定在常染色体上吗？
教师板演举例：（若灰身为显性性状）AA♀×aa♂，aa♀×AA♂；XAXA×XaYa，XaXa×XAYA。由板演结果可知，常染色体上和XY的同源区段均有可能。
②如何进一步判定是否位于XY的同源区段？（师生合作：选择子代雄果蝇与母本进行杂交，观察子代的表现型及比例。其他合理方案亦可）
2柳暗花明，又生新疑
2.1“松锚”生新疑
教师继续追问经过一系列杂交实验证明，果蝇的灰身对黑身为显性，受一对等位基因控制，且控制该相对性状的等位基因位于常染色体上。某研究者猜测该对基因位于Ⅱ号染色体上。那么，如何检验该对等位基因是否位于Ⅱ号常染色体上呢？
设计意图本环节意在通过对染色体变异类型的回顾和非整倍体测交法等进行基因定位，拓展学生视野，了解部分非整倍体变异类型的科研价值。
2.2“脚手架1”——三体定位法
教师先引导学生回顾染色体变异类型，而后提出问题：现有一些纯合黑身果蝇和纯合灰身三体果蝇（其Ⅱ号染色体为3条）可供选用，请设计实验予以检验。
教师组织学生讨论后，利用假说一演绎法进行板演。
方案：将纯合黑色果蝇和纯合灰身三体果蝇杂交，F1中的三体果蝇再和隐性亲本回交，观察F：的表现型及比例（图1）。
2.3“脚手架2”——单体定位法
教师变换材料，另辟蹊径：倘若现有一些纯合黑身果蝇和纯合灰身单体果蝇（其Ⅱ号染色体仅为1条）可供选用，请设计实验予以检验。
教师继续组织学生讨论，利用假说一演绎法进行板演。
方案：将纯合黑色果蝇和纯合灰身单体果蝇杂交，观察子代的表现型及比例（图2）。
2.4“脚手架3”——体细胞杂交定位法
教师在人一鼠杂交细胞中，人类的染色体优先丢失，甚至只剩下几条染色体，而啮齿类动物的染色体则被保留下来。例如，某人——鼠杂交细胞由于丢失了人类1号染色体而导致鸟苷单磷酸激酶活性丧失，可知该基因在1号染色体上。
[典例]科学研究发现：用人的体细胞与小鼠体细胞进行融合得到的杂种细胞，在持续分裂过程中鼠的染色体能得以保留而人类染色体则会逐渐丢失，最后只剩一条或几条。如图3表示人的缺乏HGPRT酶突变细胞株（HGPRT-）和小鼠的缺乏TK酶细胞株（TK-）融合后并在HAT培养液中培养的过程，结果表明最终人的染色体在融合细胞中仅存有3号染色体或17号染色体或两者都有。已知只有同时具有HGPRT酶和TK酶的融合细胞才可在HAT培养液中长期存活与繁殖。下列相关叙述正确的是（ ）
A.从培养过程看，HAT培养液只是为了筛选杂种细胞
B.从图示结果看，可以确定人的TK酶基因位于17号染色体
C.该方法可以对鼠基因定位，小鼠的HGPRT酶位于3号染色体
D.过程②中为了防止细菌的污染，所用培养液应该添加一定量的干扰素
通过上述几种定位方法的学习，学生对非整倍体变异和减数分裂相关知识有了更加深刻而清晰的认识，对遗传图解书写技能的规范和提升也大有裨益。教师要注意联系教材，互相印证，可提升教学的有效性。
3挑战到底，精确定位
3.1“起锚”前的终极挑战
教师提出问题：经过进一步的杂交实验证明，果蝇的灰身对黑身为显性，受一对等位基因控制，且控制该对相对性状的等位基因位于Ⅱ号染色体上。那么，该对等位基因究竟位于Ⅱ号染色体的什么位置呢？
设计意图：通过非整倍体测交定位法的学习，学生对染色体畸变个体的科研价值有了理性认识。教师通过合作探究等形式，引导学生运用染色体片段缺失个体进行基因的进一步精确定位。
3.3“脚手架4”——缺失定位法
经学生适度思考后，教师提出问题：“现有一些纯合黑身果蠅和纯合灰身果蝇，发现某灰身果蝇的其中一条Ⅱ号染色体存在缺失现象，请设计实验检验控制体色的基因是否位于该缺失片段。”
学生在本课前一环节中对假说一演绎法进行反复操练，思维活跃度将明显提升，图解的书写也更加规范和流畅。
学生提出实验方案，并板演（图4）：将纯合黑色果蝇和染色体片段缺失的灰身果蝇杂交，观察子代的表现型及比例。
至此，通过与各种类型的缺失个体杂交，可达到基因相对精确定位的目的。
3顺利起锚，归纳总结
在突出主线的同时，作为二次选考前的复习课，还要有一定的知识覆盖面。因此本案例所涉及的遗传学知识相对也较多，需要学生综合运用多方面知识予以作答。以下为本课的教学主线及内容设计的鱼骨图（图5）。
本案例以“基因定位”为主线，贯穿始终，不断驱动学生思考推演，充分体现了学科核心素养培养科学思维的要求。在教学环节的设置上，笔者采用小步子教学原则，从“基因位于常染色体上还是性染色体上”开始推导，到“基因位于哪条常染色体上”，最后到“基因位于Ⅱ号染色体的哪个位置”，层层递进，步步论证，既提高了课堂效率，也增加了学生逐步达成目标的成就感。
