2017高考生物复习孟德尔遗传实验的科学方法

　　

      2017高考生物复习孟德尔遗传实验的科学方法，“分析孟德尔遗传实验的科学方法”是《普通高中生物课程标准》的具体内容标准之一，学习目标属于应用水平，要求孩子能“在新的情境中使用抽象的概念、原则;进行总结、推广;建立不同情境下的合理联系等。”但在实际教学过程中，许多老师常常是对孟德尔获得成功的原因进行简单的总结，没有提供新的情境让孩子思考与应用，孩子缺少对科学方法的感悟和内化过程，从而影响课程标准具体目标的达成。从总结孟德尔成功的原因到分析和运用科学方法，是一个从感性到理性的过程。

　　1、选择理想的模式生物

　　实验材料的选择是决定研究工作成功与否的关键因素之一。人们研究某种具有普遍规律的生命现象过程中，长期和反复作为研究材料的物种称为模式生物。1856年始，孟德尔在修道院的花园里，种植山柳菊、菜豆、豌豆、玉米等植物进行杂交实验，也饲养小家鼠和蜜蜂做杂交实验，许多实验是一无所获，而较终揭示遗传学基本定律的连续8年的豌豆杂交实验，因为豌豆是严格的自花传粉植物，从市场买来的豌豆种子都是纯种，杂交实验从纯种开始，这样才能得到真正的杂种;相对性状稳定而易于区分;容易去雄和人工授粉;一年生植物，结实率高。豌豆所具有的优良特性，使其成为那个年代遗传学研究的模式生物。

　　现代发育生物学和分子遗传学常用的模式生物有果蝇、大肠杆菌、酵母菌、线虫、斑马鱼、小鼠、拟南芥等。模式生物的共同点是：有利于回答研究者关注的问题，能够代表生物界的某一大类群;对人体和环境无害，容易获得并能在实验室内生长和繁殖;世代短、子代数量多、遗传背景清楚;容易进行实验操作。孩子在领悟了豌豆作为模式生物的特点后，就可以推广到其他生物学研究领域中使用的生物实验材料，如利用果蝇进行遗传学实验、利用酵母菌探究细胞呼吸方式和尝试建立数学模型解释种群的数量变动等。

　　2、单因子分析法

　　现在已知在豌豆体细胞中有7对同源染色体，孟德尔研究的7对相对性状的遗传因子分布在4对同源染色体上，其中子叶颜色和花的颜色两对基因位于先进对同源染色体上，植株高矮、豆荚形状、花的位置三对基因位于第四对同源染色体上，豆荚颜色的等位基因位于第五对同源染色体上，种子形状的等位基因位于第七对同源染色体上。如果孟德尔同时研究二因子或多因子的杂交实验时，所涉及的性状由非同源染色体或同源染色体上的基因决定，存在基因的自由组合和连锁互换两种现象，所获得的数据不但数量巨大，而且难以发现规律。

　　孟德尔采取单因子分析法，即分别观察和分析在一个时期内某一对相对性状的遗传规律，较大限度地排除各种因素的干扰，在发现了分离定律的基础上，由简到繁，进一步研究两对甚至多对相对性状的遗传，较终发现自由组合定律。

　　在判断某种性状是否属于伴性遗传时、两对或两对以上相对性状的遗传概率时，我们需要运用单因子分析法，先分析一对相对性状的遗传特性，统计或后代显性或隐性的概率，然后分析第二对相对性状，再根据研究目的，对相关数据进行组合，得出结论。

　　3、数学统计分析法和模型方法

　　18世纪以来，许多学者开展了大量的植物杂交的实验。德国植物学家克尔罗伊特在18世纪60年代首先从事各种烟草的杂交试验，他发现无论是正交还是反交，杂种的外表都难以区分。德国植物学家格特纳在19世纪20年代统计出玉米杂交第二代的性状分离比为3.18∶1，但他无法给予解释。

　　孟德尔从事豌豆杂交试验8年，进行了200多次杂交试验，观察植株27225株，详细记录了不同性状在各代中出现的数据。他对大量的实验结果进行数理统计，发现在一对相对性状的杂交实验中，子二代不同性状的数据虽然有差异，但都接近3∶1的比例关系，两对相对性状的杂交实验中，子二代存在9∶3∶3∶1的关系。

　　生命现象常常可以大量地重复出现，但生命现象的出现又受到多种外界环境和内在因素的随机干扰。格特纳统计出杂交第二代的性状分离比为3.18∶1，而孟德尔建构了3∶1的数学模型，这一数学模型可以排除环境因素、子代数量多少等无关变量的干扰，寻找出杂交实验过程中相关变量之间的本质关系，使遗传学的研究从定性描述向定量分析的方向转变。当杂交第二代的显性与隐性数量间模糊的关系被明确的数学模型表达出来的时候，人们就可以做更多的实验，得到更多的数据，并把数据代回到模型中去，检验模型的正确性。虽然孟德尔的成就对他同时代的生物学家和有关遗传的研究没有产生影响，但是在埋没了35年之后，荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯、奥地利的丘歇马克分别用实验证实了孟德尔的发现，从此他被誉为现代遗传学奠基人。

　　4、假说演绎法

　　孟德尔所处的时代，许多学者认为生物的遗传是融合遗传。孟德尔通过豌豆杂交实验，发现无论是哪一对相对性状，F1只表现出显性性状，F2中显性与隐性的比为3∶1，从而否定了融合遗传，并感悟到“遗传中有某些特征可看作是不可分割和显然不变的单元”，提出遗传因子的假说，认为遗传因子成对存在，并独立分配到配子中，而当时生物学界还没有认识到配子形成和受精过程中染色体的变化，这一创造性的假说是超越时代的非凡的设想。遗传因子是一种思想模型，用大小写的英文字母来表示具体的显性和隐性性状，是对原型的简化和理想化，由此产生的遗传图解也一种思想模型，是将复杂的遗传过程简单化，用以反映和解释遗传的过程和结果。自孟德尔开始，遗传学便开始使用模型来表征概念及判断和推理。

　　演绎推理是从一般到特殊的逻辑推理方法。孟德尔创造了遗传因子的假说，可以根据假说进行演绎推理，再通过实验检测演绎推理的结论是否正确，从而说明假说的正确性。孟德尔设计了F1与隐性纯合子进行测交的实验，并预测后代性状分离比在理论上1∶1，然后通过实验，令人信服地证明了假说的正确性。优秀而巧妙的测交实验，已成为遗传学研究的经典方法，在判断某显性个体是否为纯合子时，测交至今仍然是较简单而有效的方法。

　　较后，需要特别说明的是，在人民教育出版社、江苏教育出版社和中国地图出版社出版的三套教材中，对“分析孟德尔遗传实验的科学方法”的呈现方式各不相同。人教版在基因分离定律与自由组合定律之后呈现，但减数分裂、基因与染色体的关系等内容还没有学习;苏教版在基因分离定律之后呈现，孩子已学习减数分裂的内容;中图版在基因分离定律之前呈现，是独立的一节内容，而孩子已学习减数分裂和染色体变异对性状的影响的内容。教科书内容的组织和呈现方式不同，就应该选择不同的教学策略，可以化整为零地分析孟德尔遗传实验的科学方法，较后再进行总结，也可以对教科书的内容进行重组，使其更符合学科的内在逻辑和孩子的认知逻辑，更需要在今后的教学过程中，不断创设情境，让孩子运用孟德尔遗传实验的科学方法去分析和解决实际问题。

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