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2019-2020年高二生物 對(duì)摩爾根果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的分析及教學(xué)策略 1.對(duì)教材內(nèi)容的分析 1903年，美國遺傳學(xué)家薩頓用蝗蟲細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，研究精子和卵細(xì)胞的形成過程。他發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂過程中，基因和染色體的行為的一致性，所以薩頓用類比推理的方法提出假說：基因在染色體上。但是類比推理的出的結(jié)論并不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要觀察和實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。 接下來，美國生物學(xué)家摩爾根用果蠅雜交實(shí)驗(yàn)為基因位于染色體上提供了證據(jù)。摩爾根選用果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料的原因：果蠅是一種昆蟲，有體小、繁殖快、生育力強(qiáng)、飼養(yǎng)容易等優(yōu)點(diǎn)。1909年，摩爾根從野生型的紅眼果蠅培養(yǎng)瓶中發(fā)現(xiàn)了一只白眼的雄果蠅，這只例外的白眼雄果蠅特別引起了他的重視，他抓住這個(gè)例外不放，用它作了一系列設(shè)計(jì)精巧的實(shí)驗(yàn)。 摩爾根首先做了實(shí)驗(yàn)一： P 紅眼（雌） 白眼（雄） 　　　　　　　　　↓ F1 紅眼（雌、雄） 　　　　　　　　　↓F1雌雄交配 F2 紅眼（雌、雄） 白眼（雄） 3/4 1/4 從實(shí)驗(yàn)一中，不難看出F1中，全為紅眼，說明紅眼對(duì)白眼為顯性，而F2中紅眼和白眼數(shù)量之比為3:1，這也是符合遺傳分離規(guī)律的，也表明果蠅的紅眼和白眼由一對(duì)等位基因來控制。所不同的是白眼性狀總與性別相關(guān)聯(lián)。如何解釋這一現(xiàn)象呢？ 摩爾根認(rèn)為，既然果蠅的眼色遺傳與性別相關(guān)聯(lián)，說明控制紅眼和白眼的基因在性染色體上。在20世紀(jì)初期，生物學(xué)家對(duì)于果蠅的性染色體有了一定的了解。果蠅是XY型性別決定的生物，果蠅的Y染色體比X染色體長(zhǎng)一些。X染色體和Y染色體上的片段可以分為三個(gè)區(qū)段：X染色體上的非同源區(qū)段、Y染色體上的非同源區(qū)段和同源區(qū)段。（如下圖）。在雌果蠅中，有一對(duì)同型的性染色體XX，在雄果蠅中，有一對(duì)異型的性染色體XY。 那果蠅的眼色基因到底在哪里呢？是在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中哪個(gè)區(qū)段上呢？ 教材出示了摩爾根的假設(shè)，他認(rèn)為：控制白眼性狀的隱性基因由X染色體所攜帶，Y染色體上不帶有白眼基因的等位基因， 即控制果蠅眼色的基因在Ⅰ區(qū)段上。之后摩爾根用這個(gè)假設(shè)合理的解釋了他所得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象即實(shí)驗(yàn)一。后來通過測(cè)交實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行了驗(yàn)證。到這里，難免讓人產(chǎn)生如此疑問：摩爾根怎么如此“草率”的認(rèn)為控制眼色的基因在Ⅰ區(qū)段上？難道不需要排 除基因在Ⅱ、Ⅲ區(qū)段的可能性嗎？ 事實(shí)上，摩爾根的果蠅實(shí)驗(yàn)是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模俗隽松厦娴膶?shí)驗(yàn)一，還做了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)二：將實(shí)驗(yàn)一中所得的F1中的紅眼雌蠅和白眼雄蠅進(jìn)行雜交。 P 紅眼（雌） 白眼（雄） 　　　　　　　　↓ F1 紅眼（雌、雄） 白眼（雌、雄） 實(shí)驗(yàn)三：摩爾根將實(shí)驗(yàn)二所得白眼雌蠅和紅眼雄蠅進(jìn)行雜交。 P 白眼（雌） 紅眼（雄） 　　　　　　　　↓ F1 紅眼（雌） 白眼（雄） 簡(jiǎn)單推理就容易得到，控制眼色的基因不可能在Ⅲ上，那么在Ⅱ區(qū)段上呢? 假設(shè)控制眼色的基因在Ⅱ區(qū)段上，果蠅眼色基因用B、b來表示，則實(shí)驗(yàn)一、二、三的遺傳分析圖解如下： 實(shí)驗(yàn)一： P XB XB (紅、雌) Xb Yb ( 白、雄) 　　　　　　　　　　　↓ F1 XB Xb (紅、雌) XB Yb（紅、雄） 　　　　　　　　　　　↓F1雌雄交配 F2 XB XB (紅、雌) XB Xb (紅、雌) XB Yb（紅、雄）Xb Yb ( 白、雄) 可知基因在Ⅱ區(qū)段上，可以解釋實(shí)驗(yàn)一。 實(shí)驗(yàn)二：將實(shí)驗(yàn)一中所得的F1中的紅眼雌蠅和白眼雄蠅進(jìn)行雜交。 P XB Xb (紅、雌) Xb Yb ( 白、雄) 　　　　　　　　　　　　↓ F1 XB Xb (紅、雌) Xb Xb(白、雌) XB Yb（紅、雄）Xb Yb ( 白、雄) 可知基因在Ⅱ區(qū)段上，可以解釋實(shí)驗(yàn)二。 實(shí)驗(yàn)三：將實(shí)驗(yàn)二所得白眼雌蠅和紅眼雄蠅進(jìn)行雜交。 P Xb Xb(白、雌) XB YB（紅、雄） 　　　　　　　　↓ F1 XB Xb (紅、雌) Xb YB ( 紅、雄) 果蠅種群中紅眼雄果蠅的基因型有三種，只需要以上一個(gè)雜交組合就足以證明基因在Ⅱ區(qū)段上，不能解釋實(shí)驗(yàn)三。 綜上所述，控制果蠅紅眼和白眼的基因在X染色體的非同源區(qū)段上，即Y染色體上并沒有其等位基因。 2.摩爾根果蠅雜交試驗(yàn)的教學(xué)策略 我在設(shè)計(jì)之初也想按照課本思路進(jìn)行授課，也聽過類似思路的課，而且我發(fā)現(xiàn)大家的處理都是在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)果蠅 眼色的遺傳符合孟德爾規(guī)律，跟性別有關(guān)之后，教師就出示了摩爾根的假設(shè)，之后用假設(shè)來解釋他所做的實(shí)驗(yàn)。這種處 理方式使得科學(xué)家經(jīng)過那么艱難的思維過程才得出的結(jié)論現(xiàn)在被我們不費(fèi)任何力氣就得到了，這個(gè)過程好像“太容易了”， 感覺沒有充分利用好這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而且設(shè)計(jì)過程沒有真正引導(dǎo)學(xué)生去探究，也沒有引起學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的矛盾沖突，那么 到底應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)才能充分利用好這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生充分探究呢？為引導(dǎo)學(xué)生重演摩爾根當(dāng)年的思維過程，我進(jìn)行了如 下的教學(xué)嘗試： 【教學(xué)片斷】 布置學(xué)生閱讀課本上的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)。 師：大家思考一下，摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)與前面的孟德爾遺傳規(guī)律矛盾嗎？ 生：從3：1的分離比可知，并不矛盾。 師：那這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果有沒有特別之處呢？ 生：白眼性狀與性別有關(guān)。 師：（出示果蠅體細(xì)胞染色體圖解，引導(dǎo)學(xué)生明確性染色體的形態(tài)）針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你能提出怎樣的假設(shè)呢？ 生：控制果蠅眼色的基因在性染色體上。 師：很好。（出示果蠅X、Y染色體圖，介紹X非同源區(qū)段、Y非同源區(qū)段和同源區(qū)段）請(qǐng)大家再認(rèn)真的觀察一下果蠅的 X、Y染色體，結(jié)合果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，你能提出什么問題呢？ 生：控制果蠅眼色的基因到底是在哪個(gè)區(qū)段上？ 師：大家能自己找到解決這個(gè)問題的方法嗎？（學(xué)生分組討論，教師下去巡視，及時(shí)提示并觀察問題解決的進(jìn)度。 學(xué)生很容易排除基因在Y染色體非同源區(qū)段上，但是通過遺傳圖解的書寫，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)另外兩種情況都能解釋課本 上的實(shí)驗(yàn)） 師：（正當(dāng)學(xué)生一籌莫展時(shí)給予及時(shí)提示）X非同源區(qū)段和同源區(qū)段的差異表現(xiàn)在雄性個(gè)體的基因型上。如果在同 區(qū)段上，那么一只純合紅眼雄蠅基因型應(yīng)該是XBYB，如果在X非同源區(qū)段上，則紅眼雄基因型為XBY，那如何讓這兩種情 況下產(chǎn)生的配子都顯現(xiàn)出來呢？ 生：測(cè)交，即與白眼雌果蠅雜交。 師：那如何獲得白眼雌果蠅呢？（學(xué)生討論） 生：將實(shí)驗(yàn)中所得的F1中的紅眼雌蠅和白眼雄蠅進(jìn)行雜交。 然后，師生共同完善相應(yīng)的遺傳圖解及推理過程，很快，學(xué)生們就得到基因在X染色體非同源區(qū)段上的結(jié)論。 最后，教師再介紹摩爾根的實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三，到這時(shí)，學(xué)生們才恍然大悟，原來他們想到的方法和摩爾根是一樣的！ 3.對(duì)本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)感悟 在這個(gè)教學(xué)片斷中，我沒有直接按照課本上的教學(xué)內(nèi)容來進(jìn)行教學(xué)，而是對(duì)其進(jìn)行了合理的再加工。以上教學(xué)過程的設(shè)計(jì)以學(xué)生的思維過程為線索，力求再現(xiàn)摩爾根當(dāng)初的探究過程，可能當(dāng)初摩爾根的思路和我們想的并不完全一樣， 但是我覺得這種教學(xué)過程的設(shè)計(jì)有利于引起學(xué)生探究過程中的矛盾沖突，便于突破教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。在這節(jié)課中，學(xué)生經(jīng)歷了一個(gè)科學(xué)探究過程，首先深入思考作出自己的假設(shè)，并與其他同學(xué)一起探討交流，然后自己的推理分析又推翻了 自認(rèn)為很有道理的假設(shè)，當(dāng)三組提出不同假設(shè)的學(xué)生集合自己的智慧結(jié)晶，最終用遺傳圖解的方式解決這個(gè)矛盾后，學(xué)生對(duì)正確的結(jié)論會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí)，在自己的腦海中也會(huì)留下深刻的印象，同時(shí)通過嘗試書寫遺傳圖解解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象， 不僅能提高應(yīng)用遺傳圖解分析和解釋遺傳學(xué)問題的能力，還可以提高學(xué)生分析現(xiàn)象、推理驗(yàn)證和解決問題的綜合思維能力。 通過這個(gè)探究過程也讓學(xué)生明白了科學(xué)研究的艱辛，感受了科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的精神，也在這種潛移默化的學(xué)習(xí)中提升了學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)