陳錦標
高中生物必修二第7頁,“科學方法”欄目介紹了“假說—演繹法”。下面以孟德爾對基因的分離定律的探究幫助學生建成演繹推理思維。
提出問題:孟德爾用豌豆作實驗材料,設計了高莖和矮莖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)及不同性狀表現(xiàn)的個體數(shù)據(jù)。孟德爾發(fā)現(xiàn),用高莖和矮莖的豌豆雜交,雜交子一代都表現(xiàn)為高莖性狀;子二代中高莖個體與矮莖個體表現(xiàn)出3:1的性狀分離比。
提出假說:孟德爾在觀察和統(tǒng)計分析的基礎上,通過嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂螅瑢Ψ蛛x現(xiàn)象的原因提出了如下假說——生物的性狀遺傳是由遺傳因子控制的,高莖性狀由顯性遺傳因子控制,矮莖性狀由隱性遺傳因子控制;控制同一性狀遺傳的遺傳因子在體細胞中成對存在,在配子中成單個存在;雌雄配子受精機會均等。用孟德爾假說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。
演繹推理:孟德爾設計了測交實驗檢驗他的假說,即把雜交子一代與隱性類型相交。根據(jù)假設作演繹推理可知雜交子一代是雜合子,能產(chǎn)生兩種等量的含顯、隱性遺傳因子的配子,隱性類型只產(chǎn)生含隱性遺傳因子的一種配子,測交后代會出現(xiàn)1:1的性狀分離結(jié)果。
實驗驗證:孟德爾做完測交實驗,并對其結(jié)果進行統(tǒng)計分析,高莖與矮莖的比接近1:1,與根據(jù)假設演繹推理得到的預測結(jié)果相符。
得出結(jié)論:假說成立,即在生物的體細胞中,控制同一性狀的遺傳因子成對存在;在形成配子時,成對遺傳因子發(fā)生分離,分離后遺傳因子分別進入不同的配子,隨配子遺傳給后代。
摩爾根運用假說一演繹法,通過研究果蠅眼色的遺傳證明了薩頓提出的“基因在染色體上”假說。
提出問題:P:紅眼(♀)×白眼(♂)→F1紅眼(♀、♂);F1紅眼(♀、♂)相互交配→F2紅眼(♀):紅眼(♂):白眼(♂)=2:1:1;為什么果蠅眼色的遺傳在雌雄之間表現(xiàn)有差異,只有雄果蠅表現(xiàn)出白眼?
提出假說:由于白眼的遺傳和性別相關聯(lián),而且與X染色體的遺傳相似,于是摩爾根及其同事設想:控制果蠅顏色的基因位于X染色體上,Y染色體上沒有它的等位基因。這樣就能夠圓滿地解釋果蠅眼色遺傳雜交實驗中出現(xiàn)的各種實驗結(jié)果。
演繹推理:我們可以用遺傳圖解表示上述假說對測交的演繹過程(假設控制眼色的基因為W-a):
實驗驗證:摩爾根等人做的測交實驗得到的實驗結(jié)果:測交實驗1,紅眼雌果蠅:白眼雌果蠅:紅眼雄果蠅:白眼雄果蠅≈1:1:1:1;測交實驗2,紅眼雌果蠅:白眼雄果蠅≈1:1。
得出結(jié)論:測交實驗結(jié)果與演繹推理的預期結(jié)果一致,說明假說正確,即控制果蠅眼色的基因色位于X染色體上,Y染色體上沒有它的等位基因。
導學生運用“假說—演繹法”來探究DNA的復制方式。
提出問題:DNA上的遺傳信息在親子代之間具有連續(xù)性,那么親代DNA是通過什么樣的復制方式將遺傳信息準確傳遞給子代DNA的?
提出假說:親代DNA是通過半保留復制的方式復制的。
演繹推理:先用含有15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌,讓大腸桿菌繁殖多代,這時,大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標記的,密度最大。然后,將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA,獲得子一代大腸桿菌的DNA和子二代大腸桿菌的DNA。由于DNA是以半保留的方式復制,得到的子一代大腸桿菌的DNA應該是一條鏈只含14N,另一條鏈只含15N的雙鏈DNA,密度居中;得到的子二代大腸桿菌的DNA應該是一半為只含14N的雙鏈DNA,密度最小,另一半為一條鏈只含14N,另一條鏈只含15N的雙鏈DNA,密度居中。
實驗驗證:科學家先用含有15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌,讓大腸桿菌繁殖多代,這時,大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標記的。然后,將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA,再將提取的DNA進行離心,記錄離心管中DNA的位置。科學家完成上述實驗的結(jié)果是:親代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理后,試管中只出現(xiàn)了一條DNA帶,位置靠近試管底部;將轉(zhuǎn)移培養(yǎng)后第一代細菌的DNA離心后,試管中也只有一條帶,位置居中;將第二代細菌的DNA離心后,試管中出現(xiàn)兩條帶,一條帶位置居中,另一條帶的位置更靠上。
得出結(jié)論:實驗結(jié)果與演繹推理結(jié)果一致,說明DNA復制的方式是半保留復制。