提高学生遗传学解题能力的途径

2022-08-10刘进平王倩男陈银华唐燕琼

科技视界 2022年18期

刘进平王倩男＊安邦陈银华唐燕琼

（1.海南大学热带作物学院，海南海口 570228；2.海南大学生命科学学院，海南海口 570228）

0 引言

遗传学（Genetics）是研究生物遗传和变异的科学，是生命科学领域最重要和发展最迅速的基础学科之一。遗传学课程在生物、医学、农业等与生命相关的学科中都是核心课程，但遗传学难教、难学，多年的教学经验表明，提高遗传学教学质量，并且能将教学质量的提高体现在学生的考试成绩上，十分不易。其中主要原因在于，教师未能在教学中注重培训学生的解题能力，不知从哪些途径来提高学生的解题能力。此外，目前遗传学教学课时有限，仅仅传授课本内容都明显不足，更不用说有多余的课时来讲授遗传学的解题。但解题能力体现理论应用于解决实践问题的能力，提高学生解题能力对于学生深入掌握遗传学理论和培养实际应用能力至关重要。为了提高学生遗传学解题能力，本文指出学生解题能力现状和存在的问题，并针对性地提出5 点建议，供遗传学和生物类学科教师和学生参考。

1 解题能力现状和存在的问题

（1）概念不清，原理适用不当。

（2）识别不出题目给出的隐含条件。

（3）找不到从已知条件到结果之间的解题关键点。

（4）解题方法不当，或没有对解题方法进行最优化。

（5）解题步骤不全，没能按照逻辑顺序分步解题。

2 提高学生解题能力的建议

2.1 正确掌握遗传学的基本概念和原理

很多遗传学的推断题和计算题需要学生正确掌握遗传学的基本概念和原理才能解答，否则，就无法解答。

例题1：假定某个二倍体物种含有4 个复等位基因（如a1、a2、a3、a4），试确定在下列三种情况下可能有几种基因组合？（1）一条染色体；（2）一个个体；（3）一个群体。

本题主要是考查学生对等位基因与复等位基因概念的掌握，如果学生无法精确掌握这两个概念，就无法解答本题。等位基因是指位于两条同源染色体的对等位点上的基因。复等位基因是指在同源染色体的相同位点上，存在三个或三个以上的等位基因。但是，复等位基因是就生物群体的不同个体而言的，而任何二倍体个体的两条同源染色体，只能存在一组复等位基因中的两个相同或不同的成员。因此，本题中（1）一条染色体只能是a1 或a2 或a3 或a4 四种情况；（2）一个个体是两个相同成员组合（a1a1 或a2a2 或a3a3 或a4a4，共4 种）或不同的成员组合（a1a2 或a1a3 或a1a4 或a2a3 或a2a4 或a3a4，共6 种）共10 种基因组合中的一种；（3）一个群体的话，则前述10 种基因组合都可能存在。

2.2 将条件化隐为显，与课本知识点准确关联

面对一个题目，首先要做的是分析题目，将隐含的条件明确化，也就是化隐为显，然后与教材上的知识点准确关联。

例题2：玉米三个隐性突变基因a、b、c 的杂合体与三隐性纯合体进行测交，结果如表1 所示，试写出杂合体的基因型，并绘制这三个基因的遗传图谱。

表1 玉米三点测验的测交结果

本题给出三个基因杂合体测交结果，但困难在于测交后代只有6 个基因型的数据，没有出现+b+和a+c这样的基因型。按照课本上的三点测验，应该出现8个基因型的数据。这怎么理解呢？其实，没有出现就是数目为0。因为在干扰（涉）系数为1 时，双交换不可能发生。因此，数目为0 的基因型+b+和a+c 一定为双交换类型。一旦明确这一点，那么，就可以确定本题为有关三点测验与遗传图谱绘制方面的问题。按三点测验问题的解答步骤做下去就不是问题。

3 根据已知条件与解题要求，确定解题的关键点

解题不外是从条件分析到结果推导，但从已知条件到结果之间不可能一步到位，需要了解已知条件与解题要求之间还需要明确哪些未知条件，从而确定解题的关键点。

例题3：假定在杂种CSh/csh 的100 个小孢子母细胞内，交换发生在Cc 和Shsh 相连区段（只允许发生1 次交换）之内的有7 个，在Cc 和Shsh 相连区段之内不发生交换的有93 个，请计算其交换值。

本题给的已知条件是两个基因相连区段内发生交换和未发生交接的孢母细胞数，但结果是要求计算交换值。若知道交换值指同源染色体的非姊妹染色单体间有关基因的染色体片段发生交换的频率，当两个基因之间的距离不大时，用重组率来估算交换值，而重组率就是重新组合配子数占总配子数的百分率，用公式表示就是：交换值（%）=（重新组合配子数/总配子数）×100%。由此可知，本题的关键是从已知条件（交换和未交换的孢母细胞）得出未知条件（重新组合配子数和亲本型配子数）。

当两个基因之间的距离不大（只容许发生1 次交换）时，1 次交换只涉及一对同源染色体的两个非姐妹染色体，因此，交换发生在两对连锁基因相连区段之内的这部分孢母细胞内产生的配子，有一半是重组型的，有一半是亲本型的。两对连锁基因相连区段之内不发生交换的孢母细胞则产生的配子全部是亲本型的。此外，1 个小孢子母细胞减数分裂会产生4 个配子。由此可知：交换发生在Cc 和Shsh 相连区段之内的7 个小孢子母细胞会产生2×7=14 个重组型配子，2×7=14 个亲本型配子；Cc 和Shsh 相连区段之内不发生交换的有93 个孢母细胞，会产生4×93=372 个亲本型配子。交换值=14/400=3.5%。

4 借助图解法或图示法形象直观地解题

遗传学题目需要推理和计算，只用文字说明既繁琐又无法论述清楚，而用图解法或图示法，则可以把分析过程和结果推导直观无误地呈现出来。

例题4：小麦属的染色体组数（X）为7。使普通小麦（AABBDD）与圆锥小麦（AABB）杂交，它们的F1 植株的体细胞内应有哪几个染色体组和多少个染色体？该F1 植株的孢母细胞在减数分裂时，理论上应有多少个二价体和单价体？

借助于以下图解法或图示法：

由图1 可以一目了然地知道，F植株体细胞内应有A、A、B、B、D 共5 个染色体组，每个染色体组数（X）为7，因此，F1 植株的体细胞内应有35 条染色体。另外，由于F植株的孢母细胞在减数分裂时，只有两个相同染色体组对应的同源染色体配对才能形成二价体，因此，A 和A、B 和B 可以形成14 个二价体，而D 的染色体无法配对，只能成为单价体。这样，该F植株的孢母细胞在减数分裂时，理论上应有14 个二价体和7 个单价体（14II＋7I）。

图1 普通小麦与圆锥小麦杂交的遗传结果

例题5：大麦中矮生型基因（br）与抗条锈病基因（T）存在连锁关系，两者之间的重组率为12%。现用矮生、抗锈（brbrTT）亲本与正常、感病（BrBrtt）亲本杂交，问F代中理论上出现株高正常、抗病类型个体的比例是多少？基因型纯合的株高正常、抗病类型个体的比例是多少？

这种类型题目，最简单方便的解题方法就是棋盘方格图解法，不仅直观，还不容易出错。根据重组率为12%，可得出重组型配子BrT 和brt 的频率为6%，亲本型配子brT 和Brt 的频率为44%，brT/Brt 自交结果如表2 所示。

表2 大麦F2 株高与抗病性连锁遗传结果

5 分步解题可以保证结果准确和最大程度得分

按照逻辑顺序分步解题，是答题的基本要求。这样做不仅不容易出错，还可以最大限度地得分，因为教师给分也是分步给分的。只有答案，没有过程，如果答案对了，只给少量分数；有过程，有答案，即便答案错了，前面对的步骤仍然可以得分。

以前面的例题2 来说明。在确定没有出现（也就是测交子代数目为0）的一组为双交换类型+b+和a+c后，按照下面的步骤分步解题：

5.1 根据测交后代的表现型进行分组

首先根据测交后代类型中数目最大的一组（两个亲本型）、数目最小的一组（两个双交换类型）和另外两组单交换类型。配型除了数目接近外，还要注意基因型应互补。测交后代的表现型进行分组如下：

5.2 确定位置居中的基因和三个基因的顺序

对比亲本型和双交换类型，找出位置居中的基因。确定的原则是：亲本型和双交换类型相比，相互交换了（不同）的那个基因一定是居中的基因。本题的亲本型为++c 和ab+，双交换类型为+b+和a+c。对照亲本型和双交换类型可知a 基因居中，基因正确顺序为b—a—c。详见表3、4。

表3 玉米三点测验的测交结果（依表型分组）

由表2 可知，F代中出现正常、抗锈植株（Br_T_）应包括纯合体（BrBrTT）和杂合体（BrbrTt、BrbrTT、BrBrTt、BrbrTt），其比例为=6%×6%+2×（44%×44%+44%×6%+44%×6%+6%×6%）=50.36%。其中纯合体BrBrTT 的比例为6%×6%=0.36%。

表4 玉米三点测验的测交结果（调换基因顺序）

5.3 根据基因的正确顺序重新书写测交子代类型

根据基因的正确顺序重新书写亲本型、单交换类型和双交换类型。单交换类型（即居中基因与另外两个基因之间发生的单交换）确定时，相互交换的那个基因一定是与居中基因之间单交换的结果。重新书写测交子代类型如下：

5.4 计算居中基因与另外两个基因的重组率或遗传距离

注意要将单交换率和双交换率相加才是居中基因与另外两个基因实际发生的交换率，因为遗传距离估算的是两个基因位点之间的全部交换，所以应包括单交换和双交换在内的全部交换。本题中，双交换类型的数目为0，因此，b 与a 之间的遗传距离为（96+110）/1000=20.6 cM，而a 与c 之间的遗传距离为（65+75）/1000=14.0 cM。