流程图在遗传实验设计类试题中的应用

涂 宽 杨 剑

(四川省双流区棠湖中学)

纵观近几年全国卷生物学试题对遗传基本规律的考查,“重遗传实验设计,轻遗传概率计算”的趋势越来越明显。遗传实验设计类试题常以真实实验情境为载体,要求学生像科学家一样进行探究,综合运用所学知识及科学思维方法,解释和解决生物学实际问题。遗传实验设计类试题能够较好地考查学生学科关键能力和学科素养,因此备受命题者青睐。学生在面对这类试题时,往往会因思维混乱、语言描述不清等原因,导致严重失分。笔者通过对近几年全国卷生物学试题中遗传实验设计类试题归类,借助计算机科学中的流程图,将解题过程步骤化、解题思维可视化,以期帮助学生厘清思路,提高应试作答能力。

一、遗传实验设计类试题分类

遗传实验设计类试题是一类将遗传规律与实验设计进行整合,并要求学生结合遗传学知识,运用生物学术语描述实验思路、实验结果或实验结论的试题,常出现在全国卷理综试题第32题。通过对近六年全国卷理综试题第32题的归纳概括,该类试题依据考查内容可分为“判断一对相对性状显隐性”“确定基因型(如显性性状的个体是纯合还是杂合)”“设计符合要求的亲本杂交实验”“验证分离定律或自由组合定律”“确定基因的位置”五类。

二、程序框图介绍

程序框图又称流程图,源于计算机程序设计,如表展示了几个基本的图形符号和它们表示的功能。

表 程序框图符号说明

用程序框图表示算法时,算法的逻辑结构展现得非常清楚。一般而言,程序框图包含三种逻辑结构:顺序结构、条件结构和循环结构。顺序结构是由若干个依次执行的步骤组成(图1);条件结构是指在流程图中根据条件是否成立而产生不同流向的结构(图2);循环结构是指从某处开始,按照一定的条件反复执行某些步骤的结构(图3)。

图1 顺序结构

图3 循环结构

三、程序框图在遗传实验设计类试题中的运用

(一)判断一对相对性状的显隐性

【例1】(2022年全国甲卷·32题节选)玉米是我国重要的粮食作物。玉米通常是雌雄同株异花植物(顶端长雄花序,叶腋长雌花序),但也有的是雌雄异株植物。回答下列问题。

(3)已知玉米籽粒的糯和非糯是由1对等位基因控制的相对性状。为了确定这对相对性状的显隐性,某研究人员将糯玉米纯合体与非糯玉米纯合体(两种玉米均为雌雄同株)间行种植进行实验,果穗成熟后依据果穗上籽粒的性状,可判断糯与非糯的显隐性。若糯是显性,则实验结果是________;若非糯是显性,则实验结果是________。

【答案】糯玉米植株的果穗上全部为糯玉米的籽粒,非糯玉米植株的果穗上有糯玉米的籽粒 非糯玉米植株的果穗上全部为非糯玉米,糯玉米植株的果穗上有非糯玉米的籽粒

【分析】解题思维流程图如图4所示。

图4 例1解题思维流程图

(二)确定基因型

(2)已知白花纯合体的基因型有2种。现有1株白花纯合体植株甲,若要通过杂交实验(要求选用1种纯合体亲本与植株甲只进行1次杂交)来确定其基因型,请写出所选用的亲本基因型、预期实验结果和结论。

【答案】所选用的亲本基因型:AAbb。 预期实验结果和结论:若子代均为红花,则植株甲的基因型是aabb;若子代均为紫花,则植株甲的基因型是aaBB。

【分析】解题思维流程图如图5(下页)所示。

(三)设计符合要求的亲本杂交实验

【例3】(2018年全国卷Ⅱ·32题节选)某种家禽的豁眼和正常眼是一对相对性状,豁眼雌禽产蛋能力强。已知这种家禽的性别决定方式与鸡相同,豁眼性状由Z染色体上的隐性基因a控制,且在W染色体上没有其等位基因。

回答下列问题:

(2)为了给饲养场提供产蛋能力强的该种家禽,请确定一个合适的杂交组合,使其子代中雌禽均为豁眼,雄禽均为正常眼。写出杂交组合和预测结果,要求标明亲本和子代的表现型、基因型。

【答案】杂交组合:豁眼雄禽(ZaZa)×正常眼雌禽(ZAW) 预期结果:子代雌禽为豁眼(ZaW),雄禽为正常眼(ZAZa)

【分析】解题思维流程图如图6(下页)所示。

图6 例3解题思维流程图

图5 例2解题思维流程图

(四)验证分离定律

【例4】(2019年全国卷Ⅲ·32题节选)玉米是一种二倍体异花传粉作物,可作为研究遗传规律的实验材料。玉米子粒的饱满与凹陷是一对相对性状,受一对等位基因控制。回答下列问题。

(2)现有在自然条件下获得的一些饱满的玉米子粒和一些凹陷的玉米子粒,若要用这两种玉米子粒为材料验证分离定律。写出两种验证思路及预期结果。

【答案】思路一:两种玉米分别自交,若某些玉米自交后,子代出现3∶1的性状分离比,则可验证分离定律。思路二:两种玉米分别自交,在子代中选择两种纯合子进行杂交,F1自交,得到F2,若F2中出现3∶1的性状分离比,则可验证分离定律。思路三:让子粒饱满的玉米和子粒凹陷的玉米杂交,如果F1都表现一种性状,则用F1自交,得到F2,若F2中出现3∶1的性状分离比,则可验证分离定律。思路四:让子粒饱满的玉米和子粒凹陷的玉米杂交,如果F1表现两种性状,且表现为1∶1的性状分离比,则可验证分离定律。

【分析】解题思维流程图如图7所示。

图7 例4解题思维流程图

(五)确定基因的位置

【例5】(2017年全国卷Ⅲ·32题节选)已知某种昆虫的有眼(A)与无眼(a)、正常刚毛(B)与小刚毛(b)、正常翅(E)与斑翅(e)这三对相对性状各受一对等位基因控制。现有三个纯合品系:①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不发生染色体变异和染色体交换,回答下列问题:

(2)假设A/a、B/b这两对等位基因都位X染色体上,请以上述品系为材料,设计实验对这一假设进行验证。(要求:写出实验思路、预期实验结果、得出结论)

【答案】选择①×②杂交组合进行正反交,观察F1中雄性个体的表现型。正交得到的F1中雄性个体与反交得到的F1中雄性个体有眼/无眼、正常刚毛/小刚毛这两对相对性状的表现均不同,则证明这两对等位基因都在X染色体上。

【分析】解题思维流程图如图8所示。

图8 例5解题思维流程图