淺談測交實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)教學(xué)中的處理

于紅煒 劉燕妮 郝為蘭

（1新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)第二中學(xué) 新疆阿克蘇 843000 2新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇市高級中學(xué) 新疆阿克蘇 843000 3內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗世紀(jì)中學(xué) 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)無疑是人類智慧的結(jié)晶，孟德爾通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)向人類展示了其中的奧秘。孟德爾到底是如何證明自己所作的假設(shè)正確？測交與最終實(shí)驗(yàn)的結(jié)論獲得有怎樣的關(guān)系？孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)與摩爾根果蠅雜交實(shí)驗(yàn)又有怎樣的聯(lián)系？在開展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，如何處理測交實(shí)驗(yàn)？筆者就此產(chǎn)生質(zhì)疑，并進(jìn)行了討論。

1 對孟德爾1對相對性狀雜交實(shí)驗(yàn)的再學(xué)習(xí)

1.1 1對相對性狀雜交實(shí)驗(yàn)的分析

為了解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的原因，人教版必修2第1章第1節(jié)給出了孟德爾的4個(gè)假設(shè)：1）生物的性狀是由遺傳因子決定的。2）體細(xì)胞遺傳因子成對存在。3）生物體形成生殖細(xì)胞——配子時(shí)，成對的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子中。4）受精時(shí)，雌、雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的，并通過測交實(shí)驗(yàn)證明了自己的假設(shè)正確：

在教學(xué)過程中，教師容易被分離定律的內(nèi)容干擾，認(rèn)為假設(shè)的核心是成對的遺傳因子彼此分離，所以，測交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和執(zhí)行是為了證明成對的遺傳因子是否會(huì)彼此分離，很明顯這是在已知結(jié)論的情況下生搬硬套，不符合常理。

1.2 豌豆測交實(shí)驗(yàn)的再處理 “一種正確的假說，僅能解釋已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不夠的，還應(yīng)該能夠預(yù)測另一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！保?］

筆者認(rèn)為，教材的這句話起了舉足輕重的作用，但是常常被忽視。孟德爾所處時(shí)代的人對遺傳因子、配子的形成過程都幾乎沒有什么認(rèn)識，所以要直接驗(yàn)證自己的假說根本不可能?？v觀所有實(shí)驗(yàn)過程不難看出，孟德爾所做的7對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，不論是對1對相對性狀獨(dú)立研究，還是任意2對相對性狀組合研究，都已完成純合親本的雜交實(shí)驗(yàn)和F1的自交實(shí)驗(yàn)。未進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中唯獨(dú)F1和隱性純合子的雜交結(jié)果是唯一可預(yù)測的，可以說這是實(shí)驗(yàn)的瓶頸。

如果之前的假設(shè)正確，那么F1與隱性純合子的預(yù)期雜交結(jié)果應(yīng)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，這才是測交的真正含義?？梢哉f測交是為了區(qū)別雜交和自交而命名的新實(shí)驗(yàn)。4個(gè)假設(shè)任何一個(gè)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的出現(xiàn)都是缺一不可的，不能草率地認(rèn)為測交只是為了測試成對的遺傳因子是否彼此分離，也并非是為了檢測F1是否為雜合子，因?yàn)?種純合子雜交F1必定為雜合子，無需測定。

2 果蠅測交實(shí)驗(yàn)的再設(shè)計(jì)

正確理解孟德爾的測交實(shí)驗(yàn)含義，有助于對摩爾根果蠅紅、白眼雜交實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。人教版必修2第2章給出的摩爾根果蠅雜交實(shí)驗(yàn)：

摩爾根對果蠅研究頗深，從親本雜交到F1的相互交配結(jié)果看，眼色的遺傳遵循分離定律，且眼色的遺傳與性別有聯(lián)系，與X染色體的遺傳相似，于是摩爾根與同事假設(shè)：控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體上不含有它的等位基因，合理地解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的原因。

人教版教材未對摩爾根的測交實(shí)驗(yàn)做具體介紹，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，嘗試進(jìn)行測交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。如果理解了孟德爾測交實(shí)驗(yàn)，問題將會(huì)變得很簡單，只需要預(yù)測還未進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，觀察結(jié)果與預(yù)期是否一致即可。從教材中給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，子一代紅眼雌蠅必定為雜合子，白眼雄果蠅的基因型也是確定的。以下是在筆者教學(xué)中學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)1：

或者實(shí)驗(yàn)2：

若預(yù)期和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，則證明假設(shè)正確。但是如果將測交理解成測試成對的遺傳因子是否彼此分離，很明顯沒有任何意義，與摩爾根假設(shè)基因在染色體上根本沒有關(guān)系，而且在摩爾根之前很多雜交實(shí)驗(yàn)都表明遺傳因子確實(shí)會(huì)發(fā)生分離，也沒有測試的意義。

此外，有同行認(rèn)為上述的測交實(shí)驗(yàn)1的設(shè)計(jì)及結(jié)果中，雌、雄表現(xiàn)相同，不能體現(xiàn)性狀與性別的關(guān)系，所以不能充分證明基因在染色體上的假說［2］。其實(shí)這個(gè)觀點(diǎn)是不符合邏輯的，這種理解將問題轉(zhuǎn)化為：摩爾根是為了證明基因在常染色體上，還是性染色體上。于是，給出了下面的測交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

分析這組實(shí)驗(yàn)后代中，雌、雄表型不同更能充分證明基因在性染色體上。其實(shí)仔細(xì)研究就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種觀點(diǎn)與教材內(nèi)容矛盾，與學(xué)生認(rèn)知矛盾：

首先，教材沒有給出白眼雌性果蠅的實(shí)驗(yàn)材料。其次，本節(jié)課是讓學(xué)生理解科學(xué)家是如何通過實(shí)驗(yàn)證明基因在染色體上，而不是證明基因在哪條染色體上。最后，按照教材提供的實(shí)驗(yàn)材料，F(xiàn)1雜合雌果蠅與白眼雄果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，都已經(jīng)證明了假設(shè)是正確的，即基因在染色體上。

從科學(xué)史資料看［3-4］，具備嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的摩爾根及團(tuán)隊(duì)除了教材提及的實(shí)驗(yàn)外，還設(shè)計(jì)完成了其他的實(shí)驗(yàn)：F1紅眼雌蠅×白眼雄蠅；F1紅眼雌蠅×紅眼雄蠅；在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，獲得了白眼雌蠅，又開展了F2白眼雌蠅×紅眼雄蠅實(shí)驗(yàn)。

最終發(fā)現(xiàn)，按照假設(shè)：控制白眼的基因在X染色體上，Y上沒有其等位基因。預(yù)期的多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。最終堅(jiān)定了基因在染色體上的結(jié)論。

3 結(jié)語

人教版教材中提及的測交實(shí)驗(yàn)，不應(yīng)該簡單理解為檢測成對的遺傳因子是否彼此分離。4條假設(shè)層層遞進(jìn)，脫離任何一個(gè)都不能解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的原因，不應(yīng)根據(jù)最終的結(jié)論揣測測交的含義。測交的真正含義是對那些未做實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測，在假設(shè)的條件下，未做的實(shí)驗(yàn)都可以稱為測交。若一種假設(shè)是正確的，理論上是可以解釋很多同類實(shí)驗(yàn)的結(jié)果；或者說，當(dāng)一個(gè)假設(shè)能解釋諸多事實(shí)出現(xiàn)原因的時(shí)候，說明已經(jīng)不是一種假設(shè)，而是客觀存在的事實(shí)。教材提及的孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)和摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)也是基于此，最終提出了遺傳規(guī)律的相關(guān)內(nèi)容。