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一道高考题的解法探究与教学启示

[日期:2013-08-19]   来源:网易博客  作者:   阅读:193[字体: ]

2013年高考理综试题(山东卷)生物科的第6题是选择题的压轴题,考查遗传学分离定律的应用,涉及到基因频率和基因型频率的计算,信息量和计算量均较大,思考的空间也很大,会用掉考生较多的时间,对考生获取信息能力、图文转换能力、综合分析问题的能力要求较高。但仔细分析来看,依然是考查了最基本的知识点,掌握这一类题目的解题技巧,可以节约时间,下面就本题解题方法总结如下,供中学生物教师教学中参考。

题目:用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体、随机交配并逐代淘汰隐性个体,根据各代Aa基因型频率绘制曲线如图,下列分析错误的是

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用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体

A.曲线Ⅱ的F3中Aa基因型频率为0.4

B.曲线Ⅲ的F2中Aa基因型频率为0.4

C.曲线Ⅳ的Fn中纯合体的比例比上一代增加(1/2)n+1

D.曲线Ⅰ和Ⅳ的各子代间A和a的基因频率始终相等

该题为坐标曲线题,实际上是借助数学方法来分析生命现象,从而揭示其基本规律。解答本题要抓住坐标曲线的关键要素(坐标、关键点、线走势),掌握正确的分析方法,就会化繁为简,化难为易。

1.明确概念。

自交──指基因型相同的个体之间的交配。杂合体连续自交时,在无选择因素的情况下,基因频率不变,但后代的基因型频率会发生改变,表现为纯合子的概率不断增大,杂合子的概率不断减小。

随机交配──指各种基因型的个体自由交配,个体之间交配机会均等。在无基因突变、各种基因型的个体生活力相同、无选择因素时,会遵循遗传平衡定律,逐代保持基因频率及基因型频率不变。

2.识图析图。

关键是三看,即识标、明点、析线。

识标──理解坐标图中纵、横坐标的含义,找出纵、横坐标的关系。本题横坐标为交配代数,纵坐标为Aa基因型频率,表示的是子代Aa基因型频率随着交配代数的增加而出现的变化情况。

明点──明确曲线中的关键点(起点、终点、转折点、交叉点)所表示的生物学意义。本题涉及四种交配模式:“连续自交”“随机交配”“连续自交并逐代淘汰隐性个体”“随机交配并逐代淘汰隐性个体”。根据题意可以知道四条曲线的起点值均为1,这很重要。F1代中,曲线Ⅰ和Ⅳ的值均为0.5,说明交配后没有淘汰隐性个体,与“连续自交”和“随机交配”相符;而曲线Ⅱ和Ⅲ的值均高于0.5,说明交配后淘汰了隐性个体,与“连续自交并逐代淘汰隐性个体”和“随机交配并逐代淘汰隐性个体”相符。但还不能确定其一一对应关系。

析线──观察并分析曲线的走向、变化趋势,理清各段曲线的变化趋势及其含义。曲线Ⅰ自F1代后为一直线,表示Aa的基因型频率不变,群体稳定,应是处于遗传平衡状态,即“随机交配”且无选择因素,基因型频率和基因频率都不变化。曲线Ⅳ对应的值,符合y=(1/2)x函数曲线,即Aa连续自交后代中杂合体的频率,所以曲线Ⅳ为“连续自交”时的曲线。不论是连续自交还是随机交配,各子代见基因频率均保持不变,所以D

项正确。自F1代后,曲线Ⅲ比曲线Ⅱ在每一代中下降的幅度大,结合曲线Ⅰ和Ⅳ的变化趋势,可以知道曲线Ⅲ为“连续自交并逐代淘汰隐性个体”,而曲线Ⅱ为“随机交配并逐代淘汰隐性个体”。

3.分析计算。

3.1连续自交与连续自交淘汰隐性个体Aa基因型频率计算:(见下图)

连续自交与连续自交淘汰隐性个体Aa基因型频率计算

连续自交Fn代中Aa基因型频率为(1/2)n,连续自交并淘汰隐性个体Fn代中Aa基因型频率=Aa/(AA+Aa)=2/(2n+1)。则曲线Ⅲ的F2中Aa基因型频率=2/(22+1)=0.4,所以B项正确。曲线Ⅳ的Fn中纯合体比例=1-Aa基因型频率=[1-(1/2)n],Fn-1中纯合体比例=[1-(1/2)n-1],曲线Ⅳ的Fn中纯合体的比例比上一代增加了[1-(1/2)n]-[1-(1/2)n-1]=(1/2)n,所以C项错误。

3.2随机交配与随机交配淘汰隐性个体Aa基因型频率计算:

3.2.1随机交配Aa基因型频率计算

在无基因突变、各种基因型的个体生活力相同、无选择因素时,会遵循遗传平衡定律,自F1代后逐代保持基因型频率不变。

3.2.2随机交配淘汰隐性个体Aa基因型频率计算

方法一:用亲本的基因型频率计算子代的基因型频率

第一步:根据亲本基因型Aa,随机交配一代,得到F1的基因型频率AA=1/3,Aa

=2/3。

第二步:根据F1的基因型频率,得到F2:

随机交配淘汰隐性个体Aa基因型频率计算

得到F2的基因型4/9AA和4/9Aa,Aa基因型频率=1/2。

第三步:根据F2的基因型4/9AA 和4/9Aa,得到F3:

用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体

得到F3的基因型36/81AA 和24/81Aa,Aa基因型频率=2/5。

方法二:用基因频率计算子代的基因型频率

第一步:根据亲本基因型Aa,统计基因频率A为1/2,a为1/2,得到F1的基因型频率。

用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体

去除基因型为aa个体,得到F1的基因型1/3AA和2/3Aa。

第二步:计算F1基因频率A为2/3,a为1/3,得到F2的基因型频率。

用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体

去除基因型为aa个体,得到F2的基因型4/9AA 和4/9Aa,Aa基因型频率=1/2。

第三步:计算F2基因频率A为3/4,a为1/4,得到F3的基因型频率。

用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体

去除基因型为aa个体,得到F3的基因型9/16AA 和6/16Aa,Aa基因型频率=2/5。

方法三:根据遗传平衡定律计算

如果一个种群符合下列条件:①种群是极大的;②种群个体间交配是随机的;③没有突变产生;④种群之间不存在个体的迁移或基因交流;⑤没有自然选择。那么,这个种群的基因频率(包括基因型频率)就可以一代代保持平衡,这就是哈代—温伯格定律,也称遗传平衡定律。公式可以表示为(p+q)2=p2+2pq+q2。其中p为显性基因频率,q为隐性基因频率。

第一步:根据亲本基因型Aa,A的基因频率p为1/2,a的基因频率q为1/2。

第二步:AA基因型频率为p2=1/4,Aa基因型频率为2pq=2×1/2×1/2=2/4,淘汰aa个体,统计F1基因频率A为2/3,a为1/3。

第三步:AA基因型频率为p2=4/9,Aa基因型频率为2pq=2×2/3×1/3=4/9,淘汰aa个体,统计F2基因频率A为3/4,a为1/4。

第四步:AA基因型频率为p2=9/16,Aa基因型频率为2pq=2×3/4×1/4=6/16,淘汰aa个体,统计F3基因频率A为4/5,a为1/5。

第五步:AA基因型频率为p2=16/25,Aa基因型频率为2pq=2×4/5×1/5=8/25,淘汰aa个体,统计F4基因频率A为5/6,a为1/6。

以此类推,当趋向于Fn时,A基因频率为(n+1)/(n+2),a基因频率为1/(n+2)。

本题F3中Aa基因型频率可用F2基因频率A=(2+1)/(2+2)=3/4,a=1/(2+2)=1/4来计算,获得AA基因型频率为p2=9/16,Aa基因型频率为2pq=2×3/4×1/4=6/16,淘汰aa个体,则F3中Aa基因型频率=(6/16)/[(9/16)+(6/16)]=2/5。

教学启示:

生物学作为科学的重要分支学科,严密性与定量化是其重要特征。《全国高考考试大纲》中也明确提出学生要具有“用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确描述生物学方面内容”的能力。

纵观近几年来高考试题中的出现的图表题,有的来源于教材,有的是在总结规律过程中形成的图表,这就要求我们既要重视教材中图表的理解,又要有所拓展。教学中要设立图表专题,一是将教材中分散的图表集中起来,结合拓展的知识形成体系,更好的把图表题的解题技巧与教材内容进行有机整合。二是进行识图、析图和用图的针对性训练。识图是基础,析图是关键,用图是目的。教学中要把生物学问题巧妙而合理地设置成图像题,使学生通过剖析图像,运用图中曲线特征、规律来解决实际问题,达到培养学生能力的目的。

在高中生物教材中许多知识都可以量化,涉及到一些计算,解题方式的数学化越来越明显。因此,教学中要设立计算专题,将“生命基础的有关计算”“生物代谢的相关计算,生物的生长、发育、繁殖的相关计算”“生物的遗传、变异、进化相关计算”等知识整合起来,理顺这些知识中数量关系,并且注重规律的总结,这不仅有利于学生对有关知识的理解和掌握,同时还能培养学生运用数学知识解决生物学问题的综合能力。


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