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吴成军:基因分离和自由组合定律的教与学  

2013-12-28 22:51:35|  分类: 2孟德尔定律 |  标签: |举报 |字号 订阅

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基因分离和自由组合定律的教与学
北京市第15中学 吴成军

孟德尔建立的两大遗传定律因为比较抽象和与学生的生活实际距离较远,是学生学习的难点和重点,怎样才能很好地理解和应用这两大定律,解决生产实践中的一些实际问题,是摆在教师和学生面前的一道难题。本人经过教学实践发现,在教学中“换位思考”,以孟德尔的研究方法和思维方式来学习这两大定律,并找出其中的记忆规律,可以起到明显的教学效果。

一、学习孟德尔的研究思路,领会科学探究的步骤和方法

孟德尔的研究思路和方法是十分经典的科学探究实验。学习孟德尔的实验过程,有利于学生从中获得科学实验和探究的能力,理解基因的分离和自由组合的本质,从而有助于学生科学素养的提高。以下为孟德尔的研究思路和方法:

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孟德尔的研究思路十分严谨,实验设计科学可行,他首先从一对相对性状的研究入手,进行实验、观察现象、统计数据、提出假说、进行演绎推理、设计实验进行验证、得出结论、进一步实验……,这种严谨的科学实验思想与方法正是学生探究学习的重点,也是理解孟德尔遗传定律的关键所在。教学中教师应该重现孟德尔的实验设计过程,并遵循孟德尔的思维和方法,逐级设问,层层递进,引导学生主动探究出基因分离和自由组合定律的内涵。

二、分析和理解实验设计中的关键环节,训练科学方法和思维习惯

1.理解杂交实验的操作步骤

孟德尔对杂交实验的研究并不是一帆风顺的。他曾花费了几年的时间研究山柳菊,结果却一无所获,后来改为研究豌豆,设计了一系列的科学实验,并将数学统计的方法引入杂交实验,从而获得了巨大的成功。因此,尽管孟德尔的成功经验有很多,但其中首要的一条就是选择了豌豆这一正确的实验材料。在教学中教师应该让学生观察豌豆花的结构,介绍豌豆花自花传粉、闭花受粉的特点。并针对这些特点进行设问:应该采取什么样的措施避免豌豆自花传粉并进行成功的杂交实验?从而引出杂交实验的步骤:为避免自花传粉,必须进行人工去雄,因为是闭花受粉,人工去雄的时期应该在花蕾期或花成熟前进行,为保证去雄后的豌豆花杂交按实验的要求进行,还要进行人工套袋,以避免其他的花粉受精,最后进行人工传粉才算基本完成杂交步骤。对这些杂交步骤的了解有利于学生更好地理解受精作用。

2.重视杂交实验的现象、假说及演绎推理

选择一对相对性状作为杂交实验的起点,是孟德尔实验成功的另一条重要因素,也是学生应该重点理解和掌握的实验单一变量原则。在一对相对性状的杂交实验中,F1代并没有像人们预期的那样表现出两个亲本的性状,而只表现出一个亲本的性状,但F2代中表现为性状的分离,这是引导学生提出问题,作出假说的重要环节。孟德尔正是观察到F2代出现了性状分离,并且比例为3:1,就提出了显性性状和隐性性状的概念,并且提出了显性基因和隐性基因的假设,他认为基因是成对存在的,有显隐之分,这就是等位基因,显性基因决定显性性状,隐性基因决定隐性性状,在形成配子时,等位基因会分离,受精形成合子时,基因又是成对的。根据这一假说,孟德尔演绎推理出测交的结果应为1:1,而结果证明了孟德尔演绎推理的正确性,从而证明了假说的正确性;这种假说-演绎法是训练学生逻辑推理能力和大胆合理的科学想象能力的重要方法。在两对相对性状的杂交实验中,F2中出现了亲本中没有的组合新类型,怎样才能正确地提出假说,根据假说进行演绎推理,并设计测交实验进行检验,是教师引导学生探究的重点。教师可以启发学生把自己想像成孟德尔,遵循孟德尔的探究思路,逐层深入,提出假说,进行演绎推理,真正理解科学定律的形成过程和本质。

3.理解测交实验的设计原因

测交实验只能是将F1代与纯隐性类型杂交。大多数教师在讲课时只是告诉学生,孟德尔就是这样做的,至于为什么这样做不是很清楚。针对这一情况,可以引导学生分析如下:以高茎和矮茎为例,从性状来看,检验F1代高茎有以下的杂交和自交方式,分别是:F1代高茎与纯种高茎杂交;F1代高茎自交;F1代高茎与纯种矮茎杂交。第一种的后代全部为高茎,不能判断F1代高茎是杂种还是纯种。第二种是本实验中已有的实验步骤,不能用“提出假设的实验步骤”来证明根据这些实验步骤而作出的假设。第三种后代中高茎和矮茎的比值为1:1,正好解释所提出F1代是杂种的猜想,如果学生理解了测交实验的设计原因,就能很自然地理解测交的定义,并能解决生产中的一些实际问题。

三、理解孟德尔遗传定律的本质和局限性,树立辩证的观点

1.两大遗传定律的本质与减数分裂

孟德尔所生活的年代没有基因的概念,他是以“遗传因子”来解释这两大定律的,今天我们知道,孟德尔的两大遗传定律其实质是减数分裂产生配子中染色体和基因的变化规律。我们知道,在减数分裂产生配子中第一次分裂的后期,同源染色体要分离,那么位于同源染色体上的等位基因就随着分离,这就是基因的分离定律,基因的分离是指等位基因的分离;在同源染色体要分离的同时,非同源染色体表现为自由组合,位于非同源染色体上的非等位基因也相应地表现为自由组合,这就是基因的自由组合定律,这里的基因指的是非等位基因。因此,我们可以理解,基因的分离和自由组合表现为同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合。由此可以理解为,染色体是基因的载体,染色体的行为变化最终导致了等位基因和非等位基因的变化。

2.遗传定律的适用范围和局限性

任何定律都有其适用范围,孟德尔的遗传定律也是一样,首先这两大定律只在有性生殖的生物中才能实现,无性生殖的生物不可能进行基因的分离和自由组合;其次,在有性生殖的生物中,一对等位基因一定遵循基因的分离定律,因为一对等位基因在减数分裂时会随着同源染色体的分离而分离,而对于两对或两对以上的等位基因来说,只有当这些基因位于不同对的同源染色体上时,才遵循基因的自由组合定律。事实上,位于一对同源染色体上的等位基因有很多,它们控制着不同的相对性状,例如,在豌豆杂交实验中,实际上孟德尔只选用了豌豆二十多对相对性状中的七对来进行实验,而幸运的是,只有这七对相对性状刚好分别位于七对同源染色体上,其他的基因与这七对等位基因是连锁的,它们遵循的是摩尔根的基因的连锁与互换定律;别一方面,细胞质中的线粒体和叶绿体中也存在基因,这些基因也不遵循孟德尔的两大遗传定律。

四、引导学生发现两对相对性状遗传的内在规律,加强理解和记忆

两对相对性状的杂交实验是学习中的难点,也是考试中的重点,机械地记忆很难达到目标,也极易遗忘,如果从中发现一些内在的规律,理解性地记忆,则可以做到“事半功倍”的效果,下面以教材中的纯种黄色圆粒豌豆和纯种绿色皱粒豌豆杂交为例进行说明。

1.引导学生概括出不同基因型的共性,如下表所示:

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2.引导学生从16种组合中找出记忆规律

下图用不同的形状表示豌豆的不同的性状。

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规律一:注意两条对角线。右下斜对角线中的4种组合全部为纯种,其中的第一种、第四种与两个亲本的性状和基因型分别相同;左上斜的四种组合与F1代的性状及基因型完全一样。

规律二:椭圆表示的9种组合与F1代的表现型一样,也与亲本之一相同。

规律三:注意中间的两个三角形。每个三角形中的三种新组合类型其性状一样,分别为黄色皱粒和绿色圆粒,但每种性状有2种基因型,3个组合,一为纯种(处于对角线上),另两个为杂种,因此,纯种黄色皱粒占黄色皱粒总数的1/3,占F2代总数的1/16,绿色圆粒也是如此。

选自《中小学教材教学》2006年第12期

2007-01-12  
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