向孟德爾和摩爾根學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“伴性遺傳”內(nèi)容選自人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》（以下簡(jiǎn)稱“教材”）第2章第3節(jié)。依據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的要求，該章節(jié)的核心目標(biāo)是概述性染色體上基因的傳遞與性別的關(guān)聯(lián)。鑒于學(xué)生已掌握遺傳基本規(guī)律與染色體遺傳理論的基礎(chǔ)知識(shí)，且已理解“成對(duì)基因決定性狀\"\"染色體通過配子傳遞給子代”“基因伴隨染色體傳遞”等核心概念，因此，筆者在本節(jié)的教學(xué)中采用以下教學(xué)策略：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)孟德爾與摩爾根的科學(xué)思想并模擬其探索歷程，遵循“實(shí)施紅綠色盲系譜調(diào)查一探究紅綠色盲的遺傳及婚配模式一進(jìn)行紅綠色盲遺傳的統(tǒng)計(jì)分析一列舉生物界伴性遺傳實(shí)例一構(gòu)建伴性遺傳概念框架一關(guān)注伴性遺傳的實(shí)際應(yīng)用\"的教學(xué)路徑。此教學(xué)路徑有助于學(xué)生深刻理解“伴性遺傳\"的根本原因與基本規(guī)律，并達(dá)成《課程標(biāo)準(zhǔn)》所要求的學(xué)業(yè)目標(biāo)。[1

1孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思想

1.1孟德爾超越時(shí)代的遺傳因子創(chuàng)想

在生物性狀遺傳研究尚處于混沌與探索階段的時(shí)期，孟德爾（G.J.Mende1）依據(jù)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，首次引人了“顯性”與“隱性\"這兩個(gè)科學(xué)術(shù)語，以精準(zhǔn)描述植物雜交過程中的性狀表現(xiàn)。孟德爾開創(chuàng)性地提出性狀是由遺傳因子（基因）所調(diào)控的，這一理論見解標(biāo)志著遺傳學(xué)作為一門科學(xué)領(lǐng)域的開創(chuàng)性突破。

此外，孟德爾創(chuàng)造性地運(yùn)用不同字母來代表不同的遺傳因子。這一科學(xué)符號(hào)體系的建立不僅極大地簡(jiǎn)化了遺傳學(xué)概念的表述，使其更加準(zhǔn)確與直觀，而且通過遺傳圖解的方式，生動(dòng)地展示了遺傳因子的傳遞形式與過程。這一創(chuàng)新使得遺傳學(xué)的研究方法從單純的描述性研究上升到理性推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的高度。

1.2孟德爾在數(shù)學(xué)思想指導(dǎo)下的科學(xué)探究

在孟德爾所處的時(shí)代，其他科學(xué)家在進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)大多僅局限于對(duì)親子代間性狀傳遞的定性分析，而未能量化雜交后代出現(xiàn)的不同表型數(shù)量，基于雜交后代的世代數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這些表型的發(fā)生情況，或確定表型之間的數(shù)量關(guān)系。[2]而孟德爾在豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中，詳盡地記錄了各世代、各對(duì)性狀的數(shù)據(jù)，同時(shí)還將數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用于遺傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理與分析中，構(gòu)建了性狀遺傳的數(shù)學(xué)模型。孟德爾從各種表型之間的數(shù)量關(guān)系中總結(jié)出了規(guī)律，從而揭示了各對(duì)性狀在雜交后代中的分配規(guī)律與組合模式。

1.3“假說-演繹”法：孟德爾科學(xué)思維的核心

孟德爾的研究遵循了從現(xiàn)象到本質(zhì)、由表及里的邏輯路徑，深刻體現(xiàn)了“假說-演繹\"法的精髓。“假說-演繹\"法強(qiáng)調(diào)尊重事實(shí)與證據(jù)，將科學(xué)認(rèn)識(shí)從經(jīng)驗(yàn)層面提升至理論層面，成為現(xiàn)代科學(xué)研究中不可或缺的思維方法。

孟德爾的研究還嚴(yán)格遵循了從具體到抽象、從特殊到一般的邏輯順序。在豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中，孟德爾首先揭示了一對(duì)相對(duì)性狀的分離規(guī)律。隨后，孟德爾對(duì)兩對(duì)或多對(duì)性狀進(jìn)行了綜合研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了自由組合規(guī)律。其中，分離規(guī)律是自由組合規(guī)律的基礎(chǔ)，自由組合規(guī)律則包含了分離規(guī)律并成為其延伸，充分展現(xiàn)了孟德爾在遺傳分析中的洞察能力與科學(xué)思維。

2摩爾根果蠅雜交實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思想

2.1摩爾根證明基因位于染色體上

摩爾根（T.H.Morgan）憑借偶然發(fā)現(xiàn)的一只白眼雄果蠅，開展了一系列實(shí)驗(yàn)，不僅揭示了果蠅眼色遺傳與性別的關(guān)聯(lián)，還再次驗(yàn)證了孟德爾遺傳規(guī)律的正確性。摩爾根的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，控制果蠅白眼的基因位于性染色體（X染色體）上，該研究也是“假說-演繹\"法在遺傳學(xué)研究中的經(jīng)典范例。

2.2摩爾根對(duì)孟德爾理論的繼承與發(fā)展

摩爾根的科學(xué)生涯經(jīng)歷了對(duì)孟德爾理論從擁護(hù)、質(zhì)疑到最終繼承并發(fā)展的歷程。在果蠅體色與翅型的雜交實(shí)驗(yàn)中，摩爾根觀察到了與自由組合規(guī)律不符的現(xiàn)象。基于“染色體為基因載體，基因在染色體上線性排列\(zhòng)"的見解，并結(jié)合減數(shù)分裂中染色體的行為，摩爾根確立了基因的連鎖與互換規(guī)律。摩爾根及其團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十?dāng)?shù)年努力，發(fā)明了測(cè)定基因在染色體上相對(duì)位置的方法，并繪制出首張果蠅基因在染色體上相對(duì)位置的圖譜。摩爾根的染色體遺傳理論為現(xiàn)代遺傳學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，其研究對(duì)人類遺傳學(xué)的發(fā)展具有巨大的貢獻(xiàn)。

3 “伴性遺傳”的教學(xué)過程

依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》和教材內(nèi)容，筆者設(shè)計(jì)了一項(xiàng)科學(xué)探究活動(dòng)，旨在模仿孟德爾與摩爾根的科學(xué)研究過程，組織學(xué)生深人探索人群中紅綠色盲的分布特征，并分析紅綠色盲遺傳的多種婚配模式。通過運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和遺傳學(xué)原理，學(xué)生將探討紅綠色盲的遺傳特點(diǎn)，并親身體驗(yàn)科學(xué)探究的全過程。

在活動(dòng)中，教師著重培養(yǎng)學(xué)生的圖文轉(zhuǎn)換與圖圖轉(zhuǎn)換能力，通過對(duì)系譜圖與遺傳圖解進(jìn)行深人分析，引導(dǎo)學(xué)生直觀理解遺傳信息的傳遞過程。同時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合具有代表性的實(shí)際案例，對(duì)其進(jìn)行歸納和概括，從而引導(dǎo)學(xué)生在構(gòu)建“伴性遺傳”這一核心概念的同時(shí)深入理解伴性遺傳的機(jī)理與規(guī)律。

此外，教師還將引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟伴性遺傳在實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值，使其能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題，進(jìn)一步提升科學(xué)思維和解決問題的能力。通過這一科學(xué)探究活動(dòng)，學(xué)生不僅能夠掌握伴性遺傳的基本概念和原理，還能夠培養(yǎng)對(duì)科學(xué)研究的興趣和熱情，為未來的學(xué)術(shù)探索奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1開展紅綠色盲遺傳的系譜調(diào)查

在正式開展調(diào)查之前，學(xué)生需要選定合適的調(diào)查對(duì)象，制作調(diào)查記錄表，明確調(diào)查的具體方式并安排恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間框架。調(diào)查活動(dòng)既能以小組形式協(xié)同進(jìn)行，也允許學(xué)生獨(dú)立開展。調(diào)查完成后，教師需要將小組與個(gè)人的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整合匯總，隨后深入分析這些數(shù)據(jù)，以揭示人群中紅綠色盲的分布特征，并據(jù)此進(jìn)一步推導(dǎo)其遺傳機(jī)制。這一流程（見圖1）旨在確保調(diào)查的科學(xué)性、系統(tǒng)性和有效性，為學(xué)生深入理解紅綠色盲的遺傳特點(diǎn)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2討論人群中與紅綠色盲相關(guān)的婚配方式

紅綠色盲的遺傳方式是伴X染色體隱性遺傳。學(xué)生假設(shè)色盲基因?yàn)? 、正常基因?yàn)? ，則與紅綠色盲有關(guān)的表型和基因型如表1所示。學(xué)生依據(jù)男女的表型和基因型，總結(jié)出6種婚配方式及基因型組合（見表2）。

3.3從系譜圖到遺傳圖解分析紅綠色盲的遺傳特點(diǎn)

教師介紹資料：在與紅綠色盲遺傳有關(guān)的6種婚配方式中，正常女性 與正常男性 是最普遍的，女性患者 與男性患者 是最少見的，這也是人群中紅綠色盲發(fā)病率低的直接原因。教師引人一個(gè)典型的紅綠色盲家族案例，系譜圖如圖2所示。

學(xué)生分析系譜圖可知，紅綠色盲家庭的婚配方式一般是女性正常 與男性患者 、或女性攜帶者 與男性正常 ，這也是人群中紅綠色盲男性患者多于女性患者的直接原因。學(xué)生嘗試根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)繪制遺傳圖解（見圖3、圖4）。

3.4應(yīng)用概率理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理分析紅綠色盲遺傳特點(diǎn)

教師補(bǔ)充背景知識(shí)：我國(guó)紅綠色盲男性的發(fā)病率約為 7.0% ，女性的發(fā)病率約為 0.5% 。人類的紅綠色盲遺傳總體上是隨機(jī)婚配的結(jié)果，男女中紅綠色盲基因的頻率相同，含有不同基因的配子受精能力相同，不同基因型的合子生存能力也相同。因此，合子的基因型頻率就約等于相應(yīng)配子頻率的乘積，合子的基因型頻率即為后代個(gè)體的基因型頻率。不考慮基因突變和自然選擇等因素，紅綠色盲基因頻率和基因型頻率代代相傳，保持恒定。

學(xué)生假設(shè)人群中紅綠色盲基因 的頻率為 n 正常色覺基因 的頻率為 ，則 n+m=1 。學(xué)生應(yīng)用概率理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，總結(jié)人群中正常人與紅綠色盲患者的基因型頻率（見表3）。

3.5基于事實(shí)和證據(jù)構(gòu)建伴性遺傳的概念

教師介紹背景知識(shí)：與果蠅白眼遺傳類似，人類的紅綠色盲、血友病、抗維生素D向僂病、外耳道多毛癥，植物中的女婁菜窄葉遺傳，以及雞的蘆花羽毛遺傳等，均屬于伴性遺傳。伴性遺傳現(xiàn)象在生物界中廣泛存在。

師生對(duì)人類紅綠色盲遺傳等案例進(jìn)行分析，不僅展示了遺傳染色體理論在真實(shí)情境中的應(yīng)用，而且有助于學(xué)生在掌握“伴性遺傳\"這一核心概念的同時(shí)，深刻理解“遺傳信息控制生物性狀并代代相傳”的生物學(xué)大概念。

3.6關(guān)注伴性遺傳在實(shí)踐中的應(yīng)用

依據(jù)伴性遺傳的規(guī)律，學(xué)生能夠?yàn)檫z傳病患者的家庭提供科學(xué)的解釋，幫助其理解病情，并基于雙親表型對(duì)后代的患病概率進(jìn)行預(yù)測(cè)。學(xué)生還可以從優(yōu)生學(xué)的角度出發(fā)為這些家庭提供生育建議和指導(dǎo)。在動(dòng)植物育種實(shí)踐中，教師引導(dǎo)學(xué)生利用伴性遺傳的特點(diǎn)進(jìn)行性別鑒定，快速篩選出具有特定性狀的個(gè)體，從而提高生產(chǎn)效益。

4結(jié)語

本文聚焦“伴性遺傳”的教學(xué)實(shí)踐過程，通過深人借鑒孟德爾與摩爾根的科學(xué)探究方法，對(duì)人類紅綠色盲遺傳開展了一系列深入的調(diào)查與分析。這一過程不僅全面涵蓋了從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到結(jié)果解讀的各個(gè)環(huán)節(jié)，而且還涉及了文字描述的準(zhǔn)確性、符號(hào)表示的簡(jiǎn)潔性、表格整理的條理性及圖示呈現(xiàn)的直觀性等多個(gè)方面。這些方法的綜合運(yùn)用不僅能夠全面鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力，使其在面對(duì)復(fù)雜的生物學(xué)問題時(shí)，能夠靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行理性分析和創(chuàng)新思考；還強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的主體性，讓學(xué)生能夠主動(dòng)參與到探究過程中。此外，通過對(duì)紅綠色盲遺傳機(jī)制的深人探究，學(xué)生不僅掌握了相關(guān)的生物學(xué)知識(shí)，還在實(shí)踐中培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神，學(xué)會(huì)了在尊重事實(shí)、遵循科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上解決問題；通過對(duì)相關(guān)案例的分析，學(xué)生能夠更好地為有紅綠色盲患者的家庭提供科學(xué)的解釋和生育建議。同時(shí)，學(xué)生能夠在理解生命觀念的基礎(chǔ)上，自覺承擔(dān)起作為健康中國(guó)推動(dòng)者和實(shí)踐者的社會(huì)責(zé)任。

筆者從孟德爾與摩爾根兩位科學(xué)家的事跡中汲取靈感，致力于在生物學(xué)教學(xué)中將科學(xué)知識(shí)的傳授、科學(xué)探究的實(shí)踐與科學(xué)精神的培養(yǎng)緊密結(jié)合，從而使生物學(xué)課堂洋溢著“科學(xué)蘊(yùn)含人文、人文彰顯科學(xué)\"的氣息，真正成為“培根鑄魂、啟智增慧”的重要平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

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