“假說—演繹法”的應(yīng)用

王天譽

假說演繹法是科學(xué)探索中一種非常重要的科學(xué)方法，在遺傳學(xué)發(fā)展過程中有著非常重要的應(yīng)用。近年高考題中有關(guān)“假說演繹法”的題目頻繁出現(xiàn)，重點考查假說演繹法的應(yīng)用。以下將對高中生物學(xué)中假說演繹法的應(yīng)用進行簡單概括。

一、方法介紹

“假說—演繹法”是在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理得出的預(yù)期結(jié)果。如果實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，就證明假說是正確的；反之，則證明假說是錯誤的。其基本思路簡要表示如下：提出問題→做出假說→演繹推理→預(yù)期結(jié)果→根據(jù)實驗結(jié)果與預(yù)測結(jié)果是否一致，判斷假說是否正確→得出結(jié)論（即正確的假說）。

二、“假說—演繹法”應(yīng)用舉例

以人教版高中生物必修二第一章第一節(jié)“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”為例介紹“假說—演繹法”的應(yīng)用。

1.提出問題。在孟德爾以前，人們對生物的遺傳也進行了探索。但這些探索都沒有用實驗的方法進行，大多是猜想和臆斷，所以不能對生物的遺傳作出科學(xué)的解釋。孟德爾設(shè)想，對生物的遺傳規(guī)律用實驗的方法進行探究，可能從中找出遺傳的科學(xué)規(guī)律。

豌豆是自花授粉植物，后代一般是純種；豌豆的相對性狀區(qū)別比較明顯，易于觀察和分析。孟德爾運用豌豆作實驗材料，設(shè)計了具有相對性狀的豌豆作為親本進行雜交，得到雜交子一代，讓雜交子一代自交，得到了雜交子二代。

孟德爾觀察和分析了雜交子一代和子二代性狀表現(xiàn)和不同性狀表現(xiàn)的個體的數(shù)據(jù)。在分析數(shù)據(jù)以前，孟德爾對實驗中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象進行概念規(guī)范，建立了一套雜交實驗知識的概念體系。孟德爾在分析雜交子二代的數(shù)據(jù)時，運用當(dāng)時數(shù)學(xué)領(lǐng)域的最新成果——統(tǒng)計學(xué)。所以他對數(shù)據(jù)分析的規(guī)律性和科學(xué)性都比較強。孟德爾發(fā)現(xiàn)，用具有一對相對性狀的豌豆雜交，雜交子一代都表現(xiàn)為顯性性狀；子二代都表現(xiàn)出3∶1的性狀分離比。

2.做出假說。

（1）生物的性狀遺傳是由基因（孟德爾當(dāng)時稱遺傳因子）控制的。

（2）根本原因（后來的分離定律）：控制某個性狀遺傳的基因在體細胞中成對存在，在生殖細胞中成單個存在。

（3）必要因素：雌雄配子受精機會均等。

（4）重要條件：個體發(fā)育（基因的表達）必須具有適宜的環(huán)境條件。

以上就是“孟德爾假設(shè)”的主要內(nèi)容。用孟德爾假設(shè)能夠圓滿地解釋植物雜交實驗中出現(xiàn)的各種實驗結(jié)果。

3.演繹推理。“孟德爾假設(shè)”能圓滿地解釋植物雜交實驗的實驗結(jié)果。他進一步設(shè)想，如果他的假設(shè)是正確的，則他的假設(shè)不僅能夠解釋以上相同類型的雜交實驗結(jié)果，還要能夠解釋并預(yù)期其他不同類型的雜交實驗結(jié)果。因此，孟德爾根據(jù)“孟德爾假設(shè)”設(shè)計了測交實驗，即把雜交子一代與隱性類型相交，根據(jù)“孟德爾假設(shè)”的預(yù)期，測交后代會出現(xiàn)1∶1的性狀分離結(jié)果。

4.驗證假說。孟德爾做完測交實驗，并對其結(jié)果進行統(tǒng)計分析，果然與“孟德爾假設(shè)”預(yù)期的結(jié)果完全相符。

5.分析結(jié)果，得出結(jié)論。“孟德爾假設(shè)”是從實踐中得出的，現(xiàn)在又被測交實驗檢驗是正確的。所以，孟德爾假設(shè)可以上升為理論，即基因的分離定律。

三、“假說—演繹法”的推廣應(yīng)用

素材：人教版高中生物必修二第三章第一節(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”。其中DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史是“假設(shè)—演繹法”一次成功的應(yīng)用。案例如下。

1.提出問題。20世紀20年代以前，人們一直認為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。首先向這一觀點提出挑戰(zhàn)的是艾弗里，而艾弗里的實驗又是在英國科學(xué)家格里菲斯的實驗基礎(chǔ)上進行的。

1928年，英國科學(xué)家格里菲思利用肺炎雙球菌進行轉(zhuǎn)化實驗：①無毒性的R型活細菌注射到鼠體內(nèi)，小鼠不死亡；②有毒性的S型活細菌注射到鼠體內(nèi)，小鼠死亡；③加熱殺死的S型細菌注射到鼠體內(nèi)，小鼠不死亡；④無毒性的R型活細菌與加熱殺死的S細菌混合后注射到鼠體內(nèi)，小鼠死亡。格里菲思的結(jié)論：第④組實驗鼠體內(nèi)可分離出有毒性的S型活細菌，推測已加熱殺死的S型細菌中必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)。

在此基礎(chǔ)上，1944年美國的科學(xué)家艾弗里和他的同事改進了格里菲斯的實驗：①從S型活細菌中提取得到DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)；②將上述提取得到的DNA加入已培養(yǎng)了R型細菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時間后，在培養(yǎng)基上出現(xiàn)了有毒性的活的S型細菌菌落和無毒性的活的R型細菌菌落；③將上述提取得到的蛋白質(zhì)或多糖加入已培養(yǎng)了R型細菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時間后，在培養(yǎng)基上只出現(xiàn)了無毒性的活的R型細菌菌落；④將上述提取得到的DNA先與DNA酶混合一段時間后，再加入已培養(yǎng)了R型細菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時間后，在培養(yǎng)基上只出現(xiàn)了無毒性的活的R型細菌菌落。

2.做出假說。通過觀察和實驗，艾弗里提出假說：S型細菌的DNA是促成R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌的活性物質(zhì)，DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)等不是遺傳物質(zhì)。在格里菲斯實驗中，用65℃溫度對S型細菌進行加熱處理，僅僅使蛋白質(zhì)變性，而DNA在緩慢降溫后仍然可以復(fù)性，稱為“轉(zhuǎn)化因子”。另一方面，R型活肺炎雙球菌（受體菌）在生長后期約40分鐘內(nèi)處于“感受態(tài)”，吸收外源DNA的能力比其他時期大1000倍。加熱殺死的S型細菌的DNA進入R型細菌，外源DNA與受體細胞DNA之間的重組，受體細胞獲得了新的遺傳信息，使受體菌的遺傳特性發(fā)生改變，于是R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌。

3.演繹推理。根據(jù)艾弗里提出DNA是遺傳物質(zhì)的假說，即DNA控制生物的遺傳性狀。噬菌體侵染細菌，噬菌體DNA進入細菌體內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在細菌表面，在噬菌體DNA指導(dǎo)下利用細菌體內(nèi)的核苷酸、氨基酸等原料合成噬菌體的DNA與蛋白質(zhì)，新合成的子代噬菌體具有與親代噬菌體相同的遺傳特性。

4.驗證假說。1952年，科學(xué)家赫爾希和蔡斯利用T2噬菌體（一種病毒）作實驗材料，用不同放射性同位素標記的T2噬菌體侵染未標記的細菌，實驗推理子代噬菌體具有與親代噬菌體相同的遺傳特性，同時部分子代噬菌體DNA有放射性，蛋白質(zhì)外殼均無放射性。

5.分析結(jié)果，得出結(jié)論。用32P標記DNA的噬菌體與未標記的細菌混合培養(yǎng)一段時間后，攪拌、離心，實驗結(jié)果是上清液放射性很高，沉淀物放射性很低，表明部分子代噬菌體DNA中有32P標記；另一組實驗35S標記蛋白質(zhì)的噬菌體與未標記的細菌混合培養(yǎng)一段時間后，攪拌、離心，實驗結(jié)果是上清液放射性很低，沉淀物放射性很高，表明子代噬菌體外殼蛋白均無35S標記，實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，最終證明DNA是遺傳物質(zhì)假說的正確性。