一道遗传学原创试题的命制与分析

陈华盛

(广东省清远市第一中学)

《中国高考评价体系》中提到,四层和四翼的考查是以情境为载体实现的,在命制原创试题时要选择合适的情境,发挥核心价值的引领作用,让学生运用必备知识和关键能力去解决问题,全面发展其学科素养水平;同时《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)明确指出学业质量水平的一、二级为合格考的命题依据,三、四级水平为等级考的命题依据。遗传题是每年高考的必考题型之一,综合性强,能很好地检测学生的理解能力、逻辑推理能力及实验设计能力等。情境新颖、设计巧妙的原创遗传题在高考中不仅能发挥其选拔功能,还能提高学生的探究兴趣。基于以上命题理念和高考特点,笔者尝试以“家蚕眼纹的遗传特性”为情境,探究如何根据科技文献进行遗传学原创试题的命制。

1.原创试题展示

(13分)家蚕是一种重要的模式生物,在实验中研究者偶尔获得两种黑色眼纹纯合突变品系M(眼纹全黑)和N(第2眼纹全黑),并对其眼纹性状进行了遗传分析,结果如表1所示。回答下列问题:(三种家蚕的眼纹性状如图所示)

表1 家蚕眼纹性状遗传分析

(1)第2眼纹全黑个体可能是单基因________(填“显性”或“隐性”)突变的结果,控制其眼纹性状的基因位于____________(填“常染色体”或“性染色体”)上。

(2)控制N和M眼纹性状的基因位于____________(填“同源染色体”或“非同源染色体”)上,________(填“是”或“不是”)等位基因,判断的依据是____________。

(3)若纯合正常眼纹个体与M杂交,所得F1随机交配,F2的表型及比例为________。

(4)家蚕为ZW型性别决定的二倍体生物。在农业生产中,雄蚕在产丝的品质和产量上要远好于雌蚕。为了从性状上区分雄蚕和雌蚕,科学家将d基因(d基因纯合的个体在高温下不孵化)转入家蚕的Z染色体上,请你利用这类家蚕作为材料,设计育种方案,以达到只养雄蚕的目的:_____________________________。

【答案及评分标准】(1)隐性(1分) 常染色体(1分) (2)同源染色体(2分) 不是(2分)

第2组实验中,若控制M和N的眼纹基因位于同源染色体上,且N和M眼纹性状的基因不是等位基因,设控制M的基因为A,N的基因为B,则根据题干信息和杂交子一代表型可知,M基因型为AAbb,N基因型为aaBB,F1为AaBb,只能产生Ab和aB两种配子,且比例为1∶1,F1相互交配后得到F2正常眼纹∶眼纹全黑∶第2眼纹全黑≈2∶1∶1,与题干相符(3分)(答到若控制M和N的眼纹基因位于同源染色体上,且N和M眼纹性状的基因不是等位基因得1分,产生Ab和aB两种配子,且比例为1∶1得1分,F1相互交配后得到F2正常眼纹∶眼纹全黑∶第2眼纹全黑≈2∶1∶1,与题干相符得1分。反答能自圆其说也可得分) (3)正常眼纹∶眼纹全黑=3∶1(2分) (4)选择基因型为ZdZd和ZDW的家蚕进行杂交,并在高温条件下对杂交后代进行孵化(2分)

【解题思路】(1)根据第1组实验正常眼纹家蚕和N(第2眼纹全黑)无论正交还是反交,F1全为正常眼纹,表明第2眼纹全黑是单基因隐性突变,且基因位于常染色体上。(2)略。(3)根据(2)分析可知,纯合正常眼纹个体的A与B基因连锁,M个体的A与b基因连锁,若两者杂交,所得F1(AABb)随机交配,F2的表型及比例为正常眼纹∶眼纹全黑=3∶1。(4)由于d基因纯合的个体(ZdZd、ZdW)在高温下不孵化,所以可选基因型为ZDW与ZdZd的个体杂交,在高温条件下对杂交后代进行孵化,就可以实现只养雄蚕的目的。

2.命题立意与素材来源

家蚕是重要的经济昆虫,也是遗传研究的模式生物,本题以家蚕眼纹突变体的遗传特性为背景,考查遗传学的核心知识。考查的必备知识包括基因分离定律和自由组合定律的实质、不同眼纹性状间显隐性关系的判断、相关突变基因在染色体上的位置判断、遗传基本规律的应用、利用伴性遗传知识进行育种方案设计等。整道题以遗传学的核心知识为载体,考查学生的信息获取能力、理解能力和解决问题的能力,充分体现对核心素养四个维度的考查。

本试题考查的素材来源于西南大学代方银的博士学位论文《家蚕突变基因的遗传与近等位基因系研究》。该论文详细描述了家蚕29个新的形态突变基因的获得与遗传分析,笔者选取了贴近高中认知水平且符合《课程标准》的“家蚕眼纹变异突变体的获得与遗传分析”“伴性遗传的应用”等内容进行命题。素材内容真实新颖,能引起学生的兴趣和思考。

3.命题材料的处理

3.1 实验材料与方法

【原文】正常型系统采用大造,普通斑,眼纹正常;眼纹全黑(bl)取自本研究室家蚕基因资源库保存的08-300系统,第2眼纹全黑(blind2)突变体来自21-680系统。分别进行第2眼纹全黑与正常型和眼纹全黑(bl)的杂交实验,分析第2眼纹全黑的显隐性和与bl的关系。

图 家蚕眼纹突变

【处理缘由】删除冗余复杂的实验信息,使题干简洁精炼,降低学生理解的难度。

3.2 实验结果的呈现

【原文】

表3-29 家蚕第2眼纹全黑(bl-2)的遗传

【处理缘由】用高中生物遗传学常用表达方式和术语描述实验结果,删除与本题考查主旨无关的信息,使各组实验数据间的差异变化直观、形象、明显,更便于学生理解整个科研实验的方法、过程和结果,也更有利于问题的设置和学生的作答。

4.问题设计

问题设计是命题的核心环节,本题通过设计不同层次的问题,形成了体现基础性、综合性、应用性和创新性的原创试题。设问逻辑大致如下:(1)(2)突变基因定位分析→(3)遗传基本规律的应用→(4)运用所学知识,指导生产实践(育种方案设计)。

4.1 生命观念素养的考查

基于水平2的要求设计第(1)小题,要求学生能根据题干信息,判断第2眼纹全黑个体可能是什么基因突变的结果,控制其眼纹性状的基因位于什么染色体上。

4.2 科学思维素养的考查

基于水平3的要求设计第(2)小题,要求学生判断控制N和M眼纹性状的基因位于什么染色体上,是否互为等位基因,并写出判断依据,充分考查学生逻辑推理能力和语言表达能力;基于水平4的要求设计第(3)小题,要求学生根据题意推算F1随机交配所产生的F2的表型及比例,充分考查学生对假说—演绎法这一科学方法的运用,充分达成对科学思维的考查。

4.3 科学探究和社会责任素养的考查

基于水平4的要求设计第(4)小题,要求学生根据真实情境提出解决实际问题的能力,设计合理的育种方案,以达到只养雄蚕的目的。这一小题的正确解答建立在学生能理解题干信息的基础上,考查学生基于生物学知识解决实际生产生活问题的能力,同时借此传达劳动实践需要科学指导的理念,强化科学劳动的意识和社会责任。

5.命题的改进与反思

一道好的原创试题需要不断地打磨修改,特别是在试题的严谨性方面,设问指向不明确会导致学生在作答的时候思维出现偏移,如本题第(3)小题在一稿的时候设置为“若正常眼纹个体与M杂交,所得F1随机交配,F2的表型及比例为多少”,学生在作答的时候由于不清楚正常眼纹个体是纯合子还是杂合子,导致答案不唯一。

只有科学准确的试题,才能引导学生用科学的观点、知识、思路和方法,探讨实际问题,形成积极的科学态度,养成科学思维的习惯,充分发挥生物学科的学科特点和育人价值。