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假说--演绎法在解决遗传问题中的应用
罗田县育英高中 李小初
“假说—演绎法”是现代科学研究中常用的一种科学方法，它是指在观察和分析的基础上提出问题以后，通过推理和想像提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结果。如果实验结果与预期结果相符，就证明假说是正确的，反之，则说明假说是错误的。下图1为假说—演绎推理的逻辑关系。
图1
“假说—演绎法”在科学发展中起着十分重要的作用，例如，孟德尔发现基因分离定律和自由组合定律的过程；萨顿提出的基因和染色体之间的平行关系学说；DNA分子的半保留复制特点的提出，等等科学发现就是“假说—演绎法”的生动体现。下图2以一对相对性状的分离实验为例，看看孟德尔在进行豌豆杂交实验过程中，以及提出基因的分离定律的过程中，是怎样体现假说——演绎法的：
“假说—演绎法”不仅仅是科学家进行科学研究的方法，也是学生认识客观事物，形成客观规律的重要的科学探究方法。《2013年普通高等学校招生考试大纲及考试说明》中生物部分就明确规定：学生应“具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查，假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。”下面我将结合实例简述一下假说--演绎法在解决生物遗传问题中的应用。
例１从一个自然果蝇种群中选出一部分未交配过的灰色和黄色两种体色的果蝇，这两种体色的果蝇数量相等，每种体色的果蝇雌雄各半。已知灰色和黄色这对相对性状受一对等位基因控制，所有果蝇均能正常生活，性状的分离符合遗传的基本定律。
请回答下列问题：
图2
（1）种群中的个体通过繁殖将各自的 传递给后代。
（2）确定某性状由细胞核基因决定，还是由细胞质基因决定，可采用的杂交方法是 。
（3）如果控制体色的基因位于常染色上，则该自然果蝇种群中控制体色的基因型有 种；如果控制体色的基因位于X染色体上，则种群中控制体色的基因型有 种。
(4)现用两个杂交组合：灰色雌蝇×黄色雄蝇、黄色雌蝇×灰色雄蝇，只做一代杂交试验，每个杂交组合选用多对果蝇。推测两个杂交组合的子一代可能出现的性状，并以此为依据，对哪一种体色为显性性状，以及控制体色的基因位于X染色体上还是常染色体上这两个问题，做出相应的推断。(要求：只写出子一代的性状表现和相应推断的结论)
解析：此题的前三小题都比较简单，我重点来分析第四小题：
（1）题目中：“从一个自然果蝇种群中选出”“每个杂交组合选用多对果蝇”的意思是告诉我们，用作杂交组合的果蝇有纯合子，也有杂合子。
（2）题目要求推测两个杂交组合的子一代可能出现的性状，并以此为依据再推断出哪一种体色为显性性状，以及控制体色的基因位于X染色体上还是常染色体上，所以我们必须2个组合同时讨论。
（3）题目只给出了两个杂交组合的性状表现，却不知道亲代两性状间的显隐性关系和控制体色基因的位置。因而无法直接推测子一代可能出现的性状。因此，我们不妨采用假说演绎法进行解答。
假设1 黄色为显性，基因位于常染色体上。
则    P  灰色雌蝇×黄色雄蝇                     P      黄色雌蝇×灰色雄蝇
              aa     AA(或Aa)                            AA(或Aa)    aa                            
                 ↓                              ↓                 
F1          Aa (Aa     aa )              F1         Aa (Aa      aa )                                        
    黄色 黄色    灰色                      黄色 黄色    灰色                              
后代的性状表现都是：黄色个体多于灰色个体， 并且体色的遗传与性别无关。   
假设2 灰色为显性，基因位于常染色体上。
则    P  灰色雌蝇×黄色雄蝇                  P        黄色雌蝇×灰色雄蝇
             AA(或Aa) aa                                aa  AA(或Aa)                              
                  ↓                              ↓                 
F1          Aa (Aa     aa )              F1            Aa (Aa      aa )                                        
    灰色 灰色  黄色                         灰色 灰色  黄色        
后代的性状表现都是：灰色个体多于黄色个体，  并且体色的遗传与性别无关。              
假设3 黄色为显性，基因位于X染色体上。
则    P 灰色雌蝇×黄色雄蝇                 P  黄色雌蝇×灰色雄蝇
XaXa      XAY                                     XA XA(或XAXa)  XaY    
↓                                  ↓ 
F1    XAXa    XaY      F1  XA Xa  XA Y (或XA Xa    Xa Xa    XA Y    Xa Y)  
        黄色雌性  灰色雄性                              黄色雌性  黄色雄性   黄色雌性  灰色雌性  黄色雄性   灰色雄性  
后代的性状表现： 后代的性状表现：
雄性全部表现灰色，雌性全部表现黄色。 雌雄都有黄色和灰色，黄色个体多于灰色个体。
假设4 灰色为显性，基因位于X染色体上。
则 P 灰色雌蝇×黄色雄蝇                                           P  黄色雌蝇×灰色雄蝇
XAXA(或XAXa)  XaY                                                                            XaXa      XAY     
             ↓                                                    ↓ 
       F1 XA Xa  XA Y (或XA Xa    Xa Xa    XA Y    Xa Y)          F1 XAXa      XaY 
   灰色雌性  灰色雄性    灰色雌性   黄色雌性    灰色雄性    黄色雄性         灰色雌性 黄色雄性
后代的性状表现： 后代的性状表现：
雌雄都有黄色和灰色，灰色个体多于黄色个体。   雄性全部表现黄色，雌性全部表现灰色。 
根据以上分析，我们可以比较方便的写出第(4)小题的正确答案。
如果两个杂交组合的子一代中都是黄色个体多于灰色个体，并且体色的遗传与性别无关，则黄色为显性，基因位于常染色体上。
如果两个杂交组合的子一代中都是灰色个体多于黄色个体，并且体色的遗传与性别无关，则灰色为显性，基因位于常染色体上。
如果在杂交组合灰色雌蝇×黄色雄蝇中，子一代中的雄性全部表现灰色，雌性全部表现黄色；在杂交组合黄色雌蝇×灰色雄蝇中，子一代中的黄色个体多于灰色个体，则黄色为显性，基因位于X染色体上。
如果在杂交组合黄色雌蝇×灰色雄蝇中，子一代中的雄性全部表现黄色，雌性全部表现灰色；在杂交组合灰色雌蝇×黄色雄蝇中，子一代中的灰色个体多于黄色个体，则灰色为显性，基因位于X染色体上。
总之，“假说--演绎法”对于学生的逆向思维的培养，对于学生能力的提高都有很好的作用，我们应该在平时思考问题和解题时多用“假说——演绎法”。
例2：鸽子从出生到成年，雌雄个体在外观上几乎完全一样，仅凭肉眼难以区别性别，已知雌性鸽子的性染色体组成为ZW，雄性鸽子的性染色体组成为ZZ。在鸽子中，有一半Z染色体的复等位基因系列，BA(灰红色)对B(蓝色)显性，B对b(巧克力色)显性。现有一只灰红色鸽子和一只蓝色鸽子，它们的后代中出现了一只巧克力色的个体，据此：
(1)能否判断出这3只鸽子的性别?请用遗传图解辅以文字表达的方式推导结果。
(2)若题中灰红色鸽子和蓝色鸽子进行多次杂交，请求出后代的表现型及其比例(理论值),写出推导过程。
（1）假设一：灰红色鸽子为雄性，蓝色鸽子为雌性，则有：
P：♂ZBAZ-（灰红色）×♀ZBW（蓝色）
↓
F Zb－（巧克力色）
由子代的表现型可知，亲本中灰红色鸽子的基因型必然为ZBAZb，所以子代鸽子的基因型必然为ZbW，为雌性。
假设二：灰红色鸽子为雌性，蓝色鸽子为雄性，则有：
P：♀ZBAW（灰红色）×♂ZBZ-（蓝色）
↓
Zb－（巧克力色）
由子代的表现型可知，亲本中蓝色鸽子的基因型必然为ZBZb，所以子代鸽子的基因型必然为ZbW，为雌性。
结论：两种假设中，子代巧克力色鸽子的基因型均为ZbW，所以其性别可以确定为雌性，但两种假设都成立，故亲本的性别无法确定。
（2）若假设一成立，则有： 若假设二成立：则有：
P：♂ ZBAZb（灰红色）×♀ZBW（蓝色） P：♀ZBAW（灰红色）×♂ZBZb（蓝色）
↓ ↓
F： ZBAZB ZBAW ZBZb ZbW F： ZBAZB ZBAZb ZBW ZbW
（灰红色）（灰红色）（蓝色）（巧克力色） （灰红色）（灰红色）（蓝色）（巧克力色）
2 ： 1 ： 1 2 ： 1 ： 1
故灰红色鸽子和蓝色鸽子进行多次杂交后，后代的表现型及其比例为：灰红色：蓝色：巧克力色＝2：1：1
附：课堂练习：
1.在解释分离现象的原因时，下列哪项不属于孟德尔假说的内容
A．生物的性状是由遗传因子决定的 B．基因在体细胞染色体上成对存在
C．受精时雌雄配子的结合是随机的 D．配子只含有每对遗传因子中的一个
2. 某遗传试验小组用纯合的紫花香豌豆（AABB）和白花香豌豆（aabb）杂交，得到F1植株366棵全部表现为紫花，F1自交后代1650棵，性状分离比为9﹕7。是F1产生配子时不遵循自由组合定律呢？还是F1产生配子时仍遵循自由组合定律，只是其他原因导致这一特殊性状分离比呢？请用假说—演绎法对其进行讨论。
(1)你的假说是_________________________________________ ______________，根据你的假说，你演绎推理的结论是______________________________ _______。
(2)请设计一个实验证明你的假说是否正确。
Ⅰ.实验步骤：
①_______________________________________________________________。
②_______________________________________________________________。
Ⅱ实验结果及结论：①_______________________________________________________________。
②_______________________________________________________________。
3.孔雀鱼是一种常见的观赏鱼，其性别决定方式属于XY型，是非常好的遗传学实验材料。几十年前，德国的一位育种者在众多的孔雀鱼幼鱼中发现一条身体后半部为暗色的个体，并以此个体为基础培育出了“礼服”品种。用“礼服”品种的雌鱼作亲本（P）与其它品种的雄鱼杂交，所得子代（F1）个体中，雌雄鱼均表现“礼服”性状；将子代（F1）雌雄个体自由交配，所得子代（F2）个体中，雌鱼均表现 “礼服”性状，雄鱼表现为1/2“礼服”性状、1/2无“礼服”性状。
请用“假说－演绎法”对“礼服”性状的遗传进行研究。
（1）“假说－演绎法”的一般步骤为：①提出问题→② →③ →④实验检验→⑤得出结论。
（2）在研究“礼服”性状遗传的①步骤中，你的具体内容是 。
（3）在研究“礼服”性状遗传的②步骤中，你的具体内容是 。（2分）
（4）在研究“礼服”性状遗传的③步骤中，你的具体内容是 （并请用遗传图解表示，基因符号为A、a）。（2分）

（5）根据你的研究，请预测F2个体自由交配所得F3的性状表现型之比为：雌“礼服”： 雌无“礼服”： 雄“礼服”： 雄无“礼服”= 。
4.经研究发现一只雌鼠的染色体上的某基因发生突变，使得野生型性状变为突变型。假定上述突变后的雌鼠为杂合子，让其与野生型雄鼠杂交，F1代的表现型有4种，分别为突变型♀、野生型♀、突变型♂、野生型♂，比例为1∶1∶1∶1。从F1代选用野生型♀、突变型♂的个体进行杂交，其下一代的表现型中所有的♂都为野生型，所有的♀都为突变型。
该突变基因是位于X染色体上还是常染色体上呢？现有一同学根据上述情况，对于这一问题作出了以下的分析判断，请你填写该同学还没完成的内容。
假设1：突变基因位于X染色体上 假设2：突变基因位于常染色体上
遗传图解： 遗传图解 ：
分析判断：____________________________________________________________。

5.在减数分裂中每对同源染色体配对形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生交换。实验表明，交换也可以发生在某些生物体的有丝分裂中，这种现象称为有丝分裂交换。图39一1是某高等动物一个表皮细胞发生有丝分裂交换的示意图，其中D和d, E和e ，F和f表示某对同源染色体上的三对等位基因。

图39一1交换过程示意图（左：交换前的染色体；右：交换后的染色体）
（1）请问该细胞在发生有丝分裂交换后，产生几种基因型的子代表皮细胞？并分别写出基因型。
（2）如果不考虑该生物在产生配子时发生的交换，那么该生物产生的配子有几种基因型？并写出基因型。
（3）如果图39一1是该生物的精原细胞在产生精细胞时发生减数分裂交换后的结果，请问由它产生的配子类型有几种？并写出基因型。
（4）如果细胞在减数分裂和有丝分裂中都发生交换，你认为哪一种分裂方式对于遗传多样性的贡献更大？为什么？

参考答案：
1.B
2. （1）一个性状可以由多个基因控制 基因型为A__B__的香豌豆开紫花，基因型为aaB_、a_bb、aabb的香豌豆开白花
（2）Ⅰ.①第一年选用F1植株与亲本白花香豌豆测交，得到香豌豆种子②第二年将香豌豆种子种植，统计花的种类及数量
Ⅱ.①如果出现紫花与白花的比例约为1﹕3，说明F1产生配子时遵循自由组合定律②如果出现紫花与白花为其他比例，说明F1产生配子时不遵循自由组合定律

3.（1）（提出）假说 演绎（推理）
（2）“礼服”性状的遗传存在性别差异（“礼服”性状的遗传与性别相关联）
（3）控制“礼服”性状的基因为显性基因，且位于X染色体上
（4）雌性无“礼服”性状个体与F1中雄性“礼服”性状的个体交配 （如右图）
（5）7：1：6：2

4.

分析判断：假设1的遗传图解所表示的推理结果与杂交实验结果一致，假设2的遗传图解所表示的推理结果与杂交实验结果不一致，所以，突变基因位于X染色体上。
5.（1）2种或1种（有2种可能，一种可能出现2种基因型，一种可能出现1种基因型）。DdEeFF和DdEeff或DdEeFf。（不考虑字母顺序）
若答案为：有2种可能，每种可能出现2种基因型，基因型写为DEF/deF和DEf/def或DEF/def和DEf/deF，才给分。提供这种答案是考虑到考生可能运用了基因在染色体上的位置效应知识回答该问题。
（2）2种。DEF和def。（不考虑字母顺序）
（3）4种。DEF、DEf、deF、def。（不考虑字母顺序）
（4）减数分裂的贡献更大。因为减数分裂所产生的重组配子能遗传到下一代，而有丝分裂产生的细胞只是对个体的局部有影响。
（立意：综合考查考生对细胞学和遗传学核心知识的理解和掌握，考查构建知识网络和读图获取信息的能力，考查用比较、分析与综合等方法对遗传学现象进行推理、做出合理解释和正确判断的能力。）