模型建构在解答遗传学试题中的应用

北京 侯妹仿 李桂君

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的概述性描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助具体的实物或其他形象化手段，有的则通过抽象的形式来表达，掌握模型建构的方法是《普通高中生物学课程标准（2017年版）》对学生提出的能力要求，高中生物学课程中的模型建构活动，其主要价值是让学生通过建构模型，体验其中的思维过程，获得或巩固有关生物学概念。随着新课改的不断深化，在当前的高中生物教学中，模型建构的教学方式应用越来越普遍，同时，也越来越受到广大教师和学生的青睐。对于一些高三学生非常惧怕的遗传学试题，通过建构模型可以将抽象的问题形象化，使难度降低，提升了学生面对遗传学试题的自信心，对提高学生生物成绩有着非常大的帮助。下面笔者以基因互补的遗传学试题为例进行模型建构的深度分析。

【例1】相对野生型红眼果蝇而言，白眼、朱红眼、樱桃色眼均为隐性突变性状，基因均位于X染色体上。为判断三种影响眼色的突变是否为染色体同一位点的基因突变，实验过程和结果如下。

下列叙述正确的是（ ）

A.白眼与樱桃色眼是同一基因的不同突变

B.由实验一可知樱桃色眼对白眼为隐性

C.控制四种眼色的基因互为等位基因

D.眼色基因遗传遵循基因自由组合定律

【答案】A

【点评】面对此情境大多数学生无从下手，教师讲解时很抽象，学生也是似懂非懂。分析题目可知本题是关于基因互补的问题，学生一旦能够建立基因互补的模型，问题就迎刃而解了。基因互补作用可以用来确定两个隐性突变是属于同一基因还是属于不同基因。如果是同一基因内两个不同方向的突变，就不能发生基因互补（如图1）；如果是不同基因的突变则是互补的，此为基因间的互补（如图2）。教师可以根据两个突变体杂交后代的表现型，推测这两个突变基因是否为同一基因不同方向的突变。通过建构模型，学生很容易得出正确答案。

图1

图2

【解析】由实验一可知白眼果蝇♀和樱桃色眼果蝇杂交，后代没有野生型果蝇出现，即没有基因互补现象出现，说明白眼和樱桃色眼为同一基因内两个不同方向的突变，A项正确；由题干信息可知控制眼色的基因均位于X染色体上，所以子代樱桃色眼果蝇♀为杂合子，故樱桃色眼对白眼为显性，B项错误；由实验二可知白眼果蝇♀和朱红眼果蝇杂交，后代出现了野生型红眼果蝇，即出现了基因互补现象，说明白眼和朱红眼是不同基因的突变，所以白眼、樱桃色眼与朱红眼不为等位基因，而是位于X染色体上的非等位基因，C、D项错误。

当后代表现出基因互补现象时，非等位基因位于同源染色体上还是非同源染色体上，可以根据F2的表现型进行推理。如果产生的F2表现出了自由组合现象，则说明非等位基因位于非同源染色体上；否则，非等位基因位于同源染色体上。

【例2】研究人员发现了一种新的亮红眼突变型果蝇，为探究亮红眼基因突变体的形成机制，设计了一系列实验。

（1）亮红眼突变型果蝇与野生型果蝇进行正交、反交实验后，F1均为野生型，F2野生型与亮红眼表现型比例为3∶1，亮红眼果蝇雌雄个体数相当，说明亮红眼是一种位于常染色体上的隐性突变。

（2）红眼突变型果蝇还有朱红眼和猩红眼等类型，朱红眼（a）和猩红眼（d）两个基因分别位于2号和3号染色体上，为探究亮红眼突变基因（用字母E/e表示）与上述两种基因的关系，以三种突变型果蝇为亲本进行杂交实验，结果如下表所示。_____________________________

①亮红眼与朱红眼果蝇杂交，F2性状分离比接近于9∶7，可知控制亮红眼与朱红眼的基因位于______对同源染色体上，遵循__________定律。

②亮红眼与猩红眼果蝇杂交，F1、F2果蝇中没有出现野生型，则可以推测亮红眼基因与猩红眼基因的关系是____________________。

【答案】（2）①两 基因的自由组合 ②e基因是d的等位基因（或e基因是d基因的新的突变）

【解析】本题在判断亮红眼、朱红眼、猩红眼三种基因的位置关系时可以利用图1、图2的模型，在判断控制亮红眼与朱红眼的基因是否符合基因的自由组合定律时，亮红眼雄蝇与朱红眼雌蝇杂交，后代表现出了野生型，即出现了基因互补现象，说明控制亮红眼和朱红眼的基因为非等位基因，而F2中又表现出了9∶7的比例，说明这两对基因位于非同源染色体上，符合基因的自由组合定律；而亮红眼雄蝇与猩红眼雌蝇杂交后代没有出现野生型，说明没有出现基因互补的现象，即亮红眼与猩红眼为同一基因两个不同方向的突变，即这两个基因互为等位基因。

当同一基因内的两个位点突变产生不同的表现类型时，可能不会表现出基因互补的现象，但在F2中可能表现出基因互补现象。

【例3】野生型果蝇的群体中发现了体色为黑色的单基因突变体，建立了黑条体品系。野生型果蝇与黑体色果蝇相比，体内黑色素合成较少，表现为灰体色。

（1）已知控制黄体的黄体色基因是位于X染色体上的隐性基因，控制黑檀体的黑体色基因是位于Ⅲ号染色体上的隐性基因。现用黄体、黑檀体、黑条体三个品系的纯合果蝇进行单对杂交（如图3）（不考虑X、Y染色体上有等位基因的情况）。

图3

由杂交一中F1均为灰体色，可以推断，黑条体黑体色相对于野生型灰体色是隐性性状；杂交二中F1体色若均为黑体色，说明黑条体与黑檀体中控制黑体色的基因互为等位基因。

（2）杂交二中F1雌、雄果蝇交配，F2绝大多数为黑体色，少部分为灰体色。请解释出现这种现象的原因。

【答案】（2）黑条体与黑檀体控制黑体色基因突变的位点不同

【解析】同一个基因内部的相同或不同位点发生突变均可产生等位基因，F1的雌、雄果蝇产生配子的过程中，交叉互换可能发生在基因内部；F2的体色结果说明，黑条体与黑檀体控制黑体色基因突变的位点不同，F2中出现少数灰体色果蝇的原因是F1在产生配子的过程中，交叉互换发生在黑条体基因与黑檀体基因内部，从而产生了含有野生型（灰体色）基因的配子。

通过示例分析，不难看出若学生掌握了模型建构，可将复杂问题简单化、抽象问题形象化，既提高试题的解题效率，也为教师教学和学生学习提供一定的帮助。