“摩爾根實驗”教學探究

解耀國

摘 要：本文回顧了摩爾根實驗的內容，特別是測交實驗的結果及意義。為便于學生理解，設計了關于摩爾根實驗的一個探究教學流程。此教學流程共分三步，第一步“判定顯隱”，第二步“否定在常染色體上”，第三步“在性染色體上的情況分析”，其中第三步最為關鍵。

關鍵詞：摩爾根實驗 探究教學 教學流程

一、摩爾根實驗回顧

1910年5月，在摩爾根果蠅室的一群紅眼果蠅中出現了一只白眼雄果蠅。為了研究白眼性狀是如何遺傳的，他做了下面的實驗：

摩爾根觀察到了白眼性狀的遺傳和性別相聯系，并且以科學家極其敏銳的眼光注意到白眼的遺傳與白眼雄果蠅中X染色體的遺傳走向相似，而與Y染色體的遺傳走向不一致。于是，摩爾根直截了當地提出假設：控制白眼的基因位于X染色體上，而Y染色體上沒有它的等位基因。按此假說，將有三種情況出現。

首先他的實驗現象可以合理解釋為下圖2：

其次，按假說可知，F1 的紅眼雌果蠅應為雜合子，這是F2 出現白眼雄果蠅的關鍵原因，因此，若用它和白眼雄果蠅交配的話，則子代預計應該出現4種表現型：紅眼雌蠅、白眼雌蠅、紅眼雄蠅、白眼雄蠅，比例為1∶1∶1∶1，則繁衍系列如下圖3：

P XBXb × XbY

↓

F XBXb、XbXb、XBY、XbY

摩爾根做了F1紅眼雌蠅和最初出現的那只白眼雄蠅的回交實驗（即測交——用要測的單體與隱性基因交配），與預測的結果完全吻合。

再次，按假說可知紅眼雄果蠅只能表示為XBY，若用F1的紅眼雄果蠅和白眼雌果蠅交配（即測交），則子代預計應該出現的情況是：雌蠅都是紅眼，雄蠅都是白眼（如下圖4所示）：

P XBY × XbXb

↓

F XBXb、 XbY

此實驗非常關鍵，因為若Y染色體上也有決定眼色的基因的話，則紅眼雄果蠅可以表示為XBXB、XBYb、XbYB ，和白眼雌果蠅交配會出現三種可能的結果。摩爾根任意選擇紅眼雄果蠅和白眼雌果蠅交配，結果都只出現了子代雌蠅都是紅眼、雄蠅都是白眼這一種情況，與圖4的預期結果完全符合。摩爾根還設計了其他的實驗來驗證他的假設，而以上面兩個測交實驗最為關鍵。

二、摩爾根實驗探究教學的設計

摩爾根以一個科學家敏銳的觀察和分析能力，注意到白眼的遺傳與白眼雄果蠅中X染色體的遺傳走向相似，而與Y染色體的遺傳走向不一致，從而直截了當地提出假設：控制白眼的基因位于X染色體上，在Y染色體上沒有它的等位基因。但在探究性教學中，對學生來講，要馬上猜想到摩爾根的假設顯然不容易，實際教學時學生由于受孟德爾遺傳定律的影響，更容易想到的是控制眼色的基因X染色體和Y染色體上都有，且由于這種假設可以正確解釋摩爾根的實驗現象，要予以否定還真不容易做到。此時如果采取以下教學流程，似乎更為有效。

教學流程1：判定顯隱

前述圖1中F1全為紅眼，F2出現了白眼，說明這一對相對性狀中紅眼是顯性、白眼是隱性。否定在常染色體上若這一對等位基因在常染色體上，則摩爾根的實驗可以表示為下圖5：

P ♀BB × ♂bb

↓

F1 Bb

↓ 雌雄交配

F2 BB Bb bb （紅眼∶白眼為3∶1）

圖5

F2的表現與實驗結果的“白眼性狀的表現與雄性相聯系”不符合，不能解釋已知實驗結果，這一對等位基因在常染色體上不成立。

教學流程2：在性染色體上的情況分析

由于白眼性狀的表現總是與性別相聯系，又否定了在常染色體上，自然學生容易想到假定這一對等位基因在性染色體上，此時可給出下方示意圖6：

簡單講述X、Y這一對同源染色體與通常的同源染色體的不同，學生可以猜想到并歸納出決定紅、白眼的基因位于性染色體上的有三種可能：①X、Y的同源區段（學生最容易猜想到），②僅在Y的非同源區段，③僅在X的非同源區段。（1）若位于X、Y的同源區段，則摩爾根的實驗可表示為下圖7所示：

P XBXB × XbYb

↓

F1 XBXb XBYb

↓ 雌雄交配

F2 XBXB、XBXb、XBYb、XbYb

圖7

按此假設推出的結果與實驗結果符合。同時，在該假設下，果蠅的基因型應表示為下列的表1所示：

為了檢測紅果蠅的基因組成，若分別對紅眼雄果蠅和紅眼雌果蠅進行測交，則預計應得到如下列表2的結果：

而摩爾根做這些測交實驗的結果則為下列表3所示：

根據假設預測的結果與實驗結果不符，證明假說是不成立的。

（2）若僅位于Y染色體的非同源區段，則：①雌果蠅沒有眼色這一性狀的紅、白表現。②摩爾根實驗中的雄果蠅無論F1還是F2均為白眼。與客觀事實和實驗事實均不符，此假說不成立。（3）若僅位于X染色體的非同源區段，則摩爾根的實驗可表示為前圖2，按此假設推出的結果與實驗結果符合。同時，在該假設下，果蠅的基因型應表示為下列表4的情況：

為了檢測紅眼果蠅的基因組成是否確實如此，分別對紅眼雄果蠅和紅眼雌果蠅進行測交，預計應得到如下列表5的結果：

而摩爾根做這些實驗的結果為前表3。根據假設預測的結果與實驗結果相符，證明假說是正確的。◆（作者單位：江西師范大學附屬中學）

□責任編輯：潘中原