遗传题中随机交配类型问题的解题策略及反思——从2017年11月浙江高考31题谈起

宋 凯 娄 琼 （镇海区龙赛中学 浙江宁波 315201）

1 选题背景分析

通过对新高考模式下的浙江高考卷进行分析，笔者发现试卷的题型、考点具有一定的连续性和稳定性，其中31题遗传题基本以“自由组合定律+X”的形式考查学生，且考查内容有以下几个共性，见表1。

表1 遗传题考查内容及共性特点

2 典例分析

［例1］（2017年11月浙江高考）果蝇的有眼与无眼由一对等位基因（B、b）控制，眼色的红色与白色由另一对等位基因（R、r）控制，两对基因均不位于Y染色体上。一只无眼雌果蝇与一只白眼雄果蝇交配，F1全为红眼，让F1雌雄果蝇随机交配得F2，F2表现型及比例见表2。

回答下列问题（节选）：

（1）让F2中全部的红眼果蝇随机交配，理论上F3雄果蝇的表现型为_______，其比例是_______。

表2 F2表现型及比例

解析：该题涉及显隐性、基因定位及基因型判断。由题可知，果蝇眼色的红白，先决条件是果蝇必须有眼，在无眼的情况下，不存在眼色的性状。据表可得：F2中雌雄果蝇均表现为有眼∶无眼=3∶1，故有眼与无眼这对基因（B、b）位于常染色体上；F2中雌果蝇均为红眼，雄果蝇红眼∶白眼=1∶1，故控制眼色这对基因（R、r）位于 X 染色体上。F1基因型为 BbXRY、BbXRXr。F2中红眼雌果蝇基因型为 BBXRXR、BBXRXr、BbXRXR、BbXRXr，比例为1∶1∶2∶2，红眼雄果蝇基因型BBXRY、BbXRY，比例为1∶2。

（1）解法一：配子频率法。

F2红眼果蝇中，雌配子为BXR（1/2）、BXr（1/6）、bXR（1/4）、bXr（1/12）；雄配子为BXR（1/3）、BY（1/3）、bXR（1/6）、bY（1/6）。利用庞纳特方格（表3），雌雄配子间的随机结合，即配子频率相乘，求得后代概率。

表3 采用配子频率法计算示意

综上，F3中雄果蝇红眼∶白眼∶无眼=6∶2∶1。

（2）解法二：十字交叉法见图1。

图1 利用十字交叉法解题示意

因为bb=1/9，B＿=8/9，XRY=3/4，XrY=1/4，所以F3中红眼雄果蝇=6/9，白眼雄果蝇=2/9，无眼雄果蝇=1/9。

（3）解法三：乘法定理。

根据乘法定理，可将果蝇有无眼和眼色这两对独立性状（独立事件）各自分别研究，再按要求组合，即将各自性状的概率相乘。

①关于果蝇有无眼这一对相对性状，计算配子频率。因为F2中全部的雌、雄果蝇眼型均为有眼，且BB∶Bb=1∶2，采用乘法定理计算见表4，所以F3中果蝇有眼∶无眼=8∶1。

表4 乘法定理计算示意

②关于果蝇眼色这一对相对性状，红色对白色为显性。因为F2红眼雌蝇为XRXR∶XRXr=1∶1，红眼雄蝇均为XRY，采用乘法定理计算见表5，所以F3雄果蝇XRY∶XrY=3∶1。

表5 乘法定理计算示意

综上所述：F3雄果蝇红眼=8/9×3/4=6/9，白眼=8/9×1/4=2/9，无眼=1/9×1=1/9。

思维警示：比较三种方法，发现：①在随机交配类型的题目中（以两对等位基因控制两对相对性状为例），基本都可用配子频率法解决，存在的不足是需要分别计算含有不同基因的雌雄配子的概率，计算相对繁琐，易出差错。②若亲本随机交配的组合类型相对较少，且所求子代个体仅在特定交配组合才出现，可采用十字交叉法计算所求子代基因型频率，如例1所示；而在亲本交配组合多且每一组合都存在所求子代个体，再用十字交叉法，则计算会极度繁琐、书写繁冗。③针对本题中关于眼型和眼色是两对独立性状，可采用乘法定理，将两对基因分别计算，求子代基因型频率，再按要求组合，最简洁明了。那么，是不是遇到随机交配这类问题都可套用乘法定理呢？

3 误区警示

3.1 基因联合致死

［例2］（2017年宁波一模）基因A（a）控制果蝇的棒眼与圆眼，基因B（b）控制长翅与残翅。现有一对长翅圆眼果蝇交配得到的F1表现型及比例如图2所示（没有基因突变发生）。 请回答：

（1）亲代雌果蝇的基因型为 BbXAXa，F1长翅圆眼雌雄果蝇随机交配后产生的F2中残翅棒眼雄果蝇占1/52，则 F1中致死个体的基因型为_______，F2中长翅棒眼雄果蝇占________。

解析由柱形图可知，F1雌果蝇中长翅∶残翅=5∶2，雄果蝇中长翅∶残翅=6∶2；F1雌果蝇中全为圆眼，雄果蝇中圆眼∶棒眼=1∶1。所以，控制果蝇翅型的基因B（b）位于常染色体，控制果蝇眼型的基因A（a）位于X染色体上，且长翅和圆眼为显性性状，亲本基因型为BbXAXa和BbXAY。正常情况下，F1表现型及比例应如表6所示。

表6 F1表现型及比例

由F1雌果蝇中长翅∶残翅=5∶2异常分离比，判断出题中果蝇存在两对基因联合致死现象，长翅圆眼雌果蝇BBXAX－致死。到底是哪种呢？需要逆向假设验证。能否用乘法定理解决问题呢？

本题中控制两对相对性状的两对基因虽然符合自由组合定律，但两对相对性状中存在联合致死现象。若单独考虑某一对性状致死，会导致致死现象扩大化。如单独考虑长翅BB致死，会导致眼型XAXA或XAXa致死扩大化。故本题中，两对基因相互影响、联合致死，考虑致死情况时，在紧张的高考考试中，学生容易忽略某些情况，所以乘法定理并不是本题最优选择。可采用最基本的配子频率法解决问题。

①若假设BBXAXA致死，则F1的情况变成：雌蝇BBXAXa∶BbXAXA∶BbXAXa=1∶2∶2，雄蝇BBXAY∶BbXAY=1∶2。F1中雌雄果蝇随机交配，通过配子频率法计算得出棒眼残翅比例为（1/60）/（1-2/15）=1/52，符合题干信息。故而致死个体基因型为BBXAXA。综上所述，F2中长翅棒眼雄果蝇占（2/15）/（1-2/15）=2/13。

②若假设BBXAXa致死，则F1的情况变成：雌蝇BBXAXA∶BbXAXA∶BbXAXa=1∶2∶2，雄蝇 BBXAY∶BbXAY=1∶2。F1中雌雄果蝇随机交配，通过配子频率法计算得出致死的BBXAXa占1/30，则棒眼残翅比例为（1/60）/（1-1/30）=1/58，与题设不同，该类假设不成立。

思维警示：针对这类题目，学生需要学会挖掘题中的隐含限制条件，选择合理的解题方法；同时需熟练掌握含两个非等位基因的配子频率的计算方法。在假说-演绎框架下，通过假设，分析亲本的基因型以及比例，采用配子频率法，计算后代基因型频率，除去假设的致死个体，调整比例后验证假设。若假设正确，则可在棋盘中进行下一步计算，得出所求个体的基因型比例。若假设不正确，则重新假设、计算即可。

3.2 基因累加作用

［例3］（2017年温州一模）将株高70 cm的小麦（以下株高值代表相应的植株）和50 cm杂交，F1全为60 cm。F1自交得到F2，F2中株高为70、65、60、55、50 cm的数量比例约为1∶4∶6∶4∶1。下列叙述中，错误的是（ ）

A.F1只有一种基因型，F2中60 cm有三种基因型

B.若F1与50 cm杂交，理论上杂交后代的表现型比例为1∶2∶1

C.若60 cm杂合子和65 cm杂交，理论上杂交后代中60 cm的比例为1/4

D.若F2中的60 cm随机授粉，理论上自由交配后代中70 cm的比例为1/36

解析根据题干中F2的数量比例约为1∶4∶6∶4∶1，则可以推断出该题的考点在于两对等位基因的个体交配后代9∶3∶3∶1的变式，且这两对等位基因符合自由组合定律，但存在着基因互作。（假设用A和B表示题中的两对等位基因）采用例1中的配子频率法、十字交叉法，均可得出D选项中自由交配后代中70 cm的比例为1/36。那么，能否利用乘法定理来解决这道题呢？

若采用乘法定理，F2中的 60 cm（2/3AaBb、1/6 AAbb、1/6aaBB）雌雄个体随机授粉，将这两对等位基因分开考虑，计算配子频率，则见表7。

表7 乘法定理计算示意

所以，理论上自由交配后代中株高为70 cm的比例为1/4×1/4=1/16，与正确答案1/36不符。

思维警示：在生物群体中存在数量性状变异。该变异由多对基因控制，每个基因的表型效应微效，效应相等，并呈现剂量效应，表现出连续变异的特点。故本题中株高性状为数量性状变异。目前，由Nilsson-Nhle（1909）依据红粒和白粒小麦杂交试验结果提出的多基因学说可以正确解释数量性状遗传的机制。

F2中株高为60 cm雌雄个体随机授粉，但是能产生70 cm子代的交配组合有且仅有一种：2/3AaBb♀×2/3AaBb♂。故题干中F2中的60 cm雌雄个体随机授粉产生70 cm的子代，本质上是不随机的。根据乘法定理使用条件，要求存在多对独立性状，且由不同对等位基因控制，显然本题株高性状不符合。在分开考虑时，A配子来源于AA和Aa，有效的A配子频率仅来源于AaBb，AAbb中的A配子频率是无效的。同理，B配子也是多考虑了aaBB中的B配子频率。因此，两对相乘得出的结果也大于正确值1/36。

4 总结展望

历年高考中遗传题的得分率都不高，反映出学生对这一知识点的掌握、应用存在着不足。通过上述分析，笔者希望学生能掌握遗传学自由组合定律的解题一般思路。在审题挖出题干中的隐含限制性条件时，不可生搬硬套，犯思维定势失误，要选择合理的解题方法，提升解题效率，提高得分率。