精设原创试题情境 高效复习伴性遗传

安徽 凌春光 徐金鹏

(作者单位：安徽省濉溪中学)

伴性遗传是《遗传与进化》中的重要知识点，也是历年生物学高考的难点和热点。此部分内容可联系的知识点多，能全面考查学生的理解能力、实验与探究能力、获取信息的能力和综合运用能力，并能检测学生科学思维和科学探究等学科核心素养。教学中笔者以果蝇的两个杂交实验为情境，创设了一道关于伴性遗传的综合试题，以期引导学生高效复习伴性遗传。

【例题】果蝇有多对相对性状，红眼和杏红眼由等位基因B/b控制；长翅和小翅由等位基因D/d控制。某生物兴趣小组做了如下两个实验。

实验1：红眼雌蝇和红眼雄蝇杂交。子代中红眼∶杏红眼=3∶1。

实验2：长翅雌蝇与小翅雄蝇杂交，子代中长翅雌蝇∶小翅雌蝇∶长翅雄蝇∶小翅雄蝇=1∶1∶1∶1。

(1)根据实验1不能判断果蝇等位基因B/b位于常染色体上还是X染色体上。继续分析上述子代果蝇眼色和性别的关系可判断B/b的位置。当________可判断B/b位于常染色体上；当________可判断B/b位于X染色体上。

(2)根据实验2不能判断果蝇长翅和小翅的显隐性及等位基因D/d位于常染色体上还是X染色体上。若利用实验2子代雌雄果蝇为材料继续设计一代实验判断上述两个问题，则实验思路为________。

①当实验结果为________，可判断长翅为显性且D/d位于常染色体上。

②当实验结果为________，可判断小翅为显性且D/d位于常染色体上。

③当实验结果为________，可判断长翅为显性且D/d位于X染色体上。

④当实验结果为________，可判断小翅为显性且D/d位于X染色体上。

(3)若已知果蝇长翅为显性且D/d位于X染色体上。现以上述实验2的子代雌雄果蝇为材料，继续设计两个实验分别独立证明本小题中结论，请写出两个实验的遗传图解。

(4)若已知果蝇红眼为显性且基因B/b位于X染色体上。现有自然繁殖果蝇大种群，若雄蝇中杏红眼基因频率为P，在不考虑突变情况下，则理论上雌蝇中杏红眼基因频率为________；理论上雌蝇中红眼杂合子所占比例为________。

(5)果蝇中XXY个体为雌蝇。若已知果蝇红眼对杏红眼为显性且基因B/b位于X染色体上。杏红眼雌蝇与红眼雄蝇杂交，某次实验子代出现一只杏红眼雌蝇，若此果蝇性染色体组成为XX，此杏红眼雌蝇出现的原因可能为________；若此果蝇性染色体组成为XXY，从减数分裂角度分析，其产生机理为________。

一、比较常染色体遗传、X染色体遗传，归纳性状关联性别的形式

《中国高考评价体系》“一核”中提到“引导教学”的功能，自然课堂教学需与《中国高考评价体系》要求相契合。高考要求学生能比较、分析和总结出常染色体遗传和伴X染色体遗传的异同点，并能归纳出伴性遗传的规律及特点。以一对等位基因为例，其位于常染色体上或X染色体上，雌雄个体杂交组合均有6种交配方式(不考虑正反交)。比较可知，常染色体遗传涉及的6种交配组合子代中不会出现性状关联性别现象，而伴X染色体遗传涉及的6种交配组合中有些交配组合体现出子代性状与性别关联，有些交配组合不能体现出子代性状与性别关联。

科学思维要求学生能用比较和分析等方法研究生物学事实和现象，进而认识生物学本质特点。性状与性别关联是伴性遗传区别于常染色体遗传的重要特征，何为“性状关联性别”，这需要教师引导学生归纳总结伴性遗传中性状关联性别的两种形式，一是不同性别中性状分离比，二是某一性状中的性别比例。学生理解并能分析性状关联性别的形式后，才能判断和甄别遗传模糊比例中隐含的基因位置。

试题中实验1创设自交出现比例为3∶1的模糊情境，只给出性状分离比而不提供雌雄子代的具体情况，引导学生进一步分析子代性别与性状的关系而得出结论。结合表1杂交组合一和表2杂交组合二的遗传情况，学生进一步分析子代性状与性别的关系以判断基因所在染色体。从不同性别分析性状分离比，子代雌雄果蝇性状分离比均为3∶1，应是常染色体遗传；子代雌性只有显性性状，而雄性中性状分离比为1∶1，应是X染色体遗传。从某一性状中的性别比例角度分析，子代隐性性状中雌雄比例为1∶1，应是常染色体遗传；而隐性性状中只有雄性而无雌性，应是伴X染色体遗传，当然这种情况下也可分析显性性状中性别比例，此种方式也能达到要求。

表1

表2

二、同时判断显隐性状和基因位置，巧设一代杂交实验解决问题

《中国高考评价体系》“四层”中的“关键能力”和“四翼”中的“综合性”都对学生在复杂情境下综合运用知识解决实际问题提出了具体要求，这也是使选拔性考试具有区分度的重要措施。为训练学生在新颖且复杂背景下同时判断显隐性状和基因的染色体位置，笔者设计了试题中第(2)小题，让学生在所提供的条件下设计“一代杂交实验”完成实验要求，同时让学生比较“一次杂交实验”和“一代杂交实验”的应用区别。根据实验情境“长翅雌蝇与小翅雄蝇杂交，子代中长翅雌蝇∶小翅雌蝇∶长翅雄蝇∶小翅雄蝇=1∶1∶1∶1”，学生能推断出亲本杂交组合为测交，这里引导学生采用逆向思维的科学思维方式，即先确定某一翅形为显性且控制基因位于某种染色体上，即可推导出亲本杂交组合为“Dd×dd”时产生子代果蝇的基因型为“Dd和dd”；亲本组合为“XDXd×XdY”时产生子代果蝇的基因型为“XDXd、XdXd、XDY和XdY”。依据利用子代果蝇为材料通过一代杂交实验完成实验目的的背景，可以引导学生利用子代同性状雌雄果蝇分别交配，即子代长翅雌蝇与长翅雄蝇杂交、小翅雌蝇与小翅雄蝇杂交，根据两组实验产生的后代中有无性状分离及翅形与性别有无关联可以判断显隐性状和基因的位置。

这种实验思路比较新颖，是生物学高考中未曾涉及的，可客观检测学生多种能力。学生结合两组实验结果进行分析后不难得出四种结果及结论分别为(1)长翅雌蝇与长翅雄蝇杂交，子代雌雄果蝇性状比例为长翅∶小翅=3∶1；小翅雌蝇与小翅雄蝇杂交，子代雌雄果蝇均为小翅，表明长翅为显性，且D/d位于常染色体上；(2)长翅雌蝇与长翅雄蝇杂交，子代雌雄果蝇均为长翅，小翅雌蝇与小翅雄蝇杂交，子代雌雄果蝇性状比例为小翅∶长翅=3∶1，表明小翅为显性，且D/d位于常染色体上；(3)长翅雌蝇与长翅雄蝇杂交子代中，雌蝇均为长翅，雄蝇中长翅∶小翅=1∶1，小翅雌蝇与小翅雄蝇杂交子代雌雄果蝇均为小翅，表明长翅为显性，且D/d位于X染色体上;(4)长翅雌蝇与长翅雄蝇杂交子代中，雌雄果蝇均为长翅，小翅雌蝇与小翅雄蝇杂交子代中，雌蝇均为小翅，雄蝇为小翅∶长翅=1∶1，表明小翅为显性，且D/d位于X染色体上。

三、熟悉证明伴性遗传的两个实验，规范书写遗传图解

“应用性”是《中国高考评价体系》“四翼”中对学科知识的考查形式，也是检测学生学以致用的较高标准。理解伴性遗传的内涵并能在真实情境下利用遗传图解对其进行验证，这要求学生能根据实验目的选择材料、设计实验方案、预测实验结果、得出科学结论，这对于发展学生科学思维和科学探究等学科核心素养提出了具体要求。

试题中第(3)小题要求以实验2子代为实验材料，实验目的为“证明长翅为显性且D/d位于X染色体上”，引导学生分析亲本中长翅雌蝇基因型和小翅雄蝇基因型，并推出子代长翅雌雄果蝇和小翅雌雄果蝇的具体基因型。要求设计两组实验独立证明“长翅为显性且D/d位于X染色体上”，这要求学生设计的实验组合不仅要体现出伴性遗传的特征，而且实验结果对应的假设要具有唯一性和排他性。试题情境给出的子代中具有基因型为XDY的雄性个体与基因型为XDXd和XdXd的雌性个体，结合伴性遗传中两个能让子代出现性状关联性别的杂交组合“同隐异显(性染色体相同的XX为隐性而性染色体不同的XY为显性)”和“同杂异显(性染色体相同的XX为杂合子而性染色体不同的XY为显性)”的特点，不难得出实验方案。

第(3)小题要求学生书写遗传图解，考查遗传图解能综合反映学生对实验方案、步骤、过程、概念和符号等规范答题情况，这对于全面评价学生必备知识和关键能力很有必要。本小题具体实验过程如下图所示。

四、比较群体基因频率和基因型频率关系，熟练运用配子棋盘法

生物学概念需要由事实和证据构建，学生更易理解和运用经过自身分析和思考后形成的概念或规律。为让学生进一步理解群体中基因频率和基因型频率的关系，第(4)小题通过创设“自然繁殖果蝇大种群，雄蝇中杏红眼基因频率为P”的情境，让学生分析出雄蝇中红眼基因频率为(1-P)；因雄蝇中X染色体由亲本雌蝇产生的卵细胞遗传，进而学生得出“亲本雌蝇中杏红眼基因频率为P，红眼基因频率为(1-P)”的推论。计算群体雌蝇中红眼杂合子所占比例时再让学生运用配子棋盘法完成(计算过程如表3)，其结果不言而喻。学生在解决实际问题时，也熟悉了解决问题的方法与途径，这对于复习知识、巩固方法和提升能力都大有裨益。

表3

五、联系异常减数分裂过程，分析生物变异的形成机理

减数分裂是遗传规律发生的细胞学基础，联系异常减数分裂考查伴性遗传可让学生从多角度认识生命现象的复杂性和多样性，科学感悟生物学中结构和功能的依附关系。试题第(5)小题创设杏红眼雌蝇与红眼雄蝇杂交子代出现一只杏红眼雌蝇的“例外”情境，引发学生产生认知冲突，进而迸发出求知探真的强烈愿望。结合试题中给出的“若此果蝇性染色体组成为XX”和“若此果蝇性染色体组成为XXY”的条件，让学生推理出性染色体组成为XX的杏红眼雌蝇的产生与亲本红眼雄蝇产生精子时发生基因突变或染色体片段缺失(缺失片段包括XB)有关；而性染色体组成为XXY的杏红眼雌蝇的产生与亲本杏红眼雌蝇减数分裂中X染色体未正常分离产生含XbXb的卵细胞有关。运用所学生物学原理参与分析和讨论复杂的生命现象，这过程本身就是具有理性和逻辑性的，学生参与其中会感到欣喜和愉悦。

遗传过程中产生变异，变异后可继续遗传，创设伴性遗传中的变异情境可提高学生在复杂情境下对遗传规律的辩证认识和批判性思维，同时对于形成结构与功能观、进化与适应观等生命观念也非常重要。