找准“范围”,妙解“概率”——一道遗传题引发的思考

发表时间:2020/4/23   来源:《教育学文摘》2020年1月2期   作者:陈小云
[导读] 以2017年江苏卷第32题改编题作为研究对象,分析考生错答原因及正解思路,并对确定“概率求解范围”中常犯错误进行总结归纳
        摘  要:以2017年江苏卷第32题改编题作为研究对象,分析考生错答原因及正解思路,并对确定“概率求解范围”中常犯错误进行总结归纳,从而形成一套行之有效的解题思路,旨在提升教师评讲试题的水平,拔高考生解答试题的能力。
关键词:遗传题;概率;范围;错因
       
        本题源自2017年江苏卷第32题,笔者略作修改。从试题来看,该题以系谱图为载体考查一对相对性状的遗传相关内容。试题在难度的设置上呈现一定的梯度性,其中,第2小题考查基因型频率的计算。概率计算题对于考生而言是“老大难”,尤其本小题着重考查概率求解范围的确定。为提高考生解答此类试题的能力,笔者对其做了深入分析和研究。
原题再现  (2017年江苏卷第32题改编)人类某遗传病受一对基因(T、t)控制。家系成员的性状表现如图。请回答下列问题:

(1)该遗传病的遗传方式为     ,其依据是__________________________________。
(2)Ⅱ-2基因型为Tt的概率为     ,Ⅲ-1为Tt的概率为     。
1 错因例析
        从考生答题数据来看,第1小题正确率为82.2%(124人答题,102人正确),难度系数较低,考生依据所学知识和题干信息基本都能回答正确。而第2小题第1空正确率为80.6%(124人答题,100人正确),第2空正确率为45.2%(124人答题,56人正确),第2空难度系数较大。这一现象引发笔者的思考,究竟是什么原因造成考生的在此普遍失分?初探后,笔者发现大部分考生在概率求解范围的确定上存在问题。因此,针对第2小题考生的答题错因进行了详细分析:
1.1 错扩“范围”,“概率”变小
1.1.1错扩Ⅱ-3(Ⅱ-2)的“范围”
        错解呈现:第一步,确定基因型及比例:由Ⅰ代推知Ⅱ-3(Ⅱ-2)的基因型为1/4TT、1/2Tt,Ⅱ-4的基因型为Tt。第二步,计算遗传概率:第一种情况是1/4TT×Tt→1/8Tt、1/8TT,第二种情况是1/2Tt×Tt→1/8TT、1/4Tt、1/8tt,Ⅲ-1为Tt的概率为(1/8+1/4)/(1-1/8)=3/7。
        错因分析:这一解答过程中Ⅱ-3的概率正确应为1/3TT、2/3Tt。这是由于部分同学在确定Ⅱ-3的概率时,把求解“范围”扩大到整个后代中。由系谱图可知Ⅱ-3的表现型是已知的且为正常,只需在正常后代个体中求解概率即可。
1.1.2错扩Ⅲ-1的“范围”
        错解呈现:第一步,确定基因型及比例:由Ⅰ代推知Ⅱ-3的基因型为1/3TT、2/3Tt,Ⅱ-4的基因型为Tt。第二步,计算遗传概率:第一种情况是:1/3TT×Tt→1/6Tt、1/6TT,第二种情况是2/3Tt×Tt→1/6TT、1/3Tt、1/6tt,Ⅲ-1为Tt的概率为1/6+1/3=1/2。
        错因分析:这一错解错得太可惜,从Ⅱ-3概率的求解范围确认来看该部分考生是没问题的,但在最后确定Ⅲ-1的概率求解范围却又犯错。同理,他们把求解“范围”扩大到整个后代中。其实,由系谱图也可知Ⅲ-1的表现型是已知的且为正常,求解范围也应在正常的后代中考虑即可。
1.2误缩“范围”,“概率”变大
        错解呈现:第一步,确定基因型及比例:由Ⅰ代推知Ⅱ-3的基因型为1/3TT、2/3Tt,Ⅱ-4的基因型为Tt。第二步,计算遗传概率:第一种情况是:1/3TT×Tt→1/6Tt、1/6TT,第二种情况是2/3Tt×Tt→2/9TT、4/9Tt,Ⅲ-1为Tt的概率为1/6+4/9=11/18。
        错因分析:这一错解是在第二种情况Ⅲ-1的概率求解范围确定时犯错。考生提前把后代概率求解的“范围”缩小为正常后代的,即为:1/3TT和2/3Tt,再与Ⅱ-3的概率2/3相乘。既然第一种情况的概率是在全部后代中求解的,那么第二种情况的概率也应在全部后代中求解。只有这样二者才能做加法,加起来之后再缩小“范围”为正常后代个体进行求解即可。
2 正解演绎
        遗传概率计算题对考生的科学思维素养要求较高。对于概率求解范围的确定,思维的严谨性、逻辑的合理性和方法的有效性缺一不可。
2.1列举法
        第一步,确定基因型及比例:由Ⅰ代推知Ⅱ-3的基因型为1/3TT、2/3Tt,Ⅱ-4的基因型为Tt。第二步,计算遗传概率:第一种是:1/3TT×Tt→1/6Tt、1/6TT,第二种是2/3Tt×Tt→1/6TT、1/3Tt、1/6tt,,Ⅲ-1为Tt的概率为(1/6+1/3)/(1-1/6)=3/5。
2.2配子法(棋盘法)
        第一步,确定基因型及比例:由题意可推知,Ⅰ-1和Ⅰ-2的基因型都为Tt,又由系谱图可知Ⅱ-3(Ⅱ-2)的表现型为正常,故Ⅱ-3(Ⅱ-2)的基因型为TT或 Tt ,TT的概率为1/3、Tt的概率为2/3。另外,由系谱图推知Ⅱ-4的基因型一定为Tt且概率为1。
        第二步,确定配子基因型及概率:Ⅱ-3的配子有两种T、t,T的概率为1/3+2/3×1/2=2/3,t的概率为2/3×1/2=1/3(或1-2/3=1/3);Ⅱ-4的配子有两种T、t,其概率都为1/2。
        第三步,画棋盘求解概率。由配子概率相乘可知,Ⅲ-1为Tt的概率为:(1/6+2/6)/(1-1/6)=3/5。
3 触类旁通
3.1在“性别”范围下求某基因型的概率
        例1:(2017年全国卷Ⅱ第32题改编)人血友病是伴X隐性遗传病,现有一对非血友病的夫妇生出了两个非双胞胎女儿。大女儿与一个非血友病的男子结婚并生出了一个患血友病的男孩。小女儿与一个非血友病的男子结婚,并已怀孕。那小女儿生出患血友病男孩的概率为______,小女儿生出男孩患血友病的概率为______。
        解析:(1)、大女儿生出的患血友病男孩的基因型为XhY,由题意推知大女儿和她母亲的基因型都为XHXh,再推知二女儿的基因型分别1/2XHX h和1/2XHXH。所以小女儿生出患血友病男孩的概率为1/2×1/4=1/8。(2)、由(1)得知二女儿的基因型分别1/2XHX h和1/2XHXH,分两种情况分析:第一种,1/2XHX h×XHY→1/8XHX h、1/8XHXH、1/8X hY、1/8XHY,第二种,1/2XHXH×XHY→1/4XHXH、1/4XHY。由题意可知,后代性别已知为男性,求解范围只需在男性中考虑,所以小女儿生出男孩患血友病的概率为:(1/8)/(1/2)=1/4。
        总结:若病名在前、性别在后,则根据双亲基因型推测后代基因型,应从全部后代中找出患病男(女)孩,即可求得患病男(女)孩的概率。若性别在前、病名在后,则根据双亲基因型推测后代基因型,求概率问题时只需考虑相应性别中的发病情况。前者实际为“孩子还未出生时的预测”,后者则是“已经生下一男(女)孩的预测”。
3.2在“已知表现型”范围下求某基因型的概率
        例2:某常染色体隐性遗传病在人群中的发病率为36%。现有一对正常的夫妇,他们所生小孩正常的概率是________,他们所生的正常小孩携带致病基因的概率是_______。
        解析:(1)常染色体隐性遗传病在人群中的发病率为36%,相关基因用A、a表示,说明aa概率为36%,根据哈迪—温伯格定律(设基因A的概率为p,基因a的概率为q,则基因频率p+q=1,AA、Aa、aa的基因型频率分别为p2、2pq、q2)得知人群中a基因占60%,A占40%,所以AA的概率为40%×40%=16%,Aa的概率为2×60%×40%=48%。已知父母正常,所以他们是Aa的概率为48%/64%=3/4,要生出患病的孩子,那么父母的基因型都要是Aa,都是Aa的概率是3/4×3/4,两个Aa生出aa的概率是1/4,所以总的来说孩子患病的概率是=3/4×3/4×1/4=9/64,孩子正常的概率为1-9/64=55/64。
        (2)第一步,由第(1)小题知,父母的基因型都有两种可能:1/4AA和3/4Aa。第二步,确定配子基因型及概率:父母的配子都有两种A、a,A的概率为1/4+3/4×1/2=5/8,a的概率为3/4×1/2=3/8(或1-5/8=3/8)。第三步,画棋盘求解概率。由配子概率相乘可知,他们所生的正常小孩携带致病基因的概率为:(15/64+15/64)/(1-9/64)=6/11。
        总结:若某个体的表现型未知,则根据双亲基因型推测后代基因型,应从全部后代中找出该基因型,即可求得该个体基因型的概率。若某个体的表现型已知,则根据双亲基因型推测后代基因型,求概率问题时只需在相应表现型中考虑。
       
        综上所述,一对相性状遗传中的概率计算的步骤一般分三步:第一步:明确谁交配。(确定基因型及比例)第二步:计算两法。(列举法:分别分析,合并计算;配子法:分析配子,棋盘解题)第三步:求解看准谁占谁。(注意题目要求)对比两种方法,第二种方法更直观,更简洁。但无论采取那种方法,只要解题思路清晰,求解范围准确,这类遗传概率题也就迎刃而解了。

参考文献
[1]  陈永生.遗传计算题中的范围确定[J].中学生物学,2017,(10):57~58.
[2]  张磊等.例谈遗传概率计算中求解范围的确定[J].中学生物教学,2011,(6):62.
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