王天譽(yù)

假說(shuō)演繹法是科學(xué)探索中一種非常重要的科學(xué)方法，在遺傳學(xué)發(fā)展過(guò)程中有著非常重要的應(yīng)用。近年高考題中有關(guān)“假說(shuō)演繹法”的題目頻繁出現(xiàn)，重點(diǎn)考查假說(shuō)演繹法的應(yīng)用。以下將對(duì)高中生物學(xué)中假說(shuō)演繹法的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單概括。

一、方法介紹

“假說(shuō)—演繹法”是在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過(guò)推理和想象提出解釋問題的假說(shuō)，根據(jù)假說(shuō)進(jìn)行演繹推理，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)演繹推理得出的預(yù)期結(jié)果。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，就證明假說(shuō)是正確的；反之，則證明假說(shuō)是錯(cuò)誤的。其基本思路簡(jiǎn)要表示如下：提出問題→做出假說(shuō)→演繹推理→預(yù)期結(jié)果→根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果是否一致，判斷假說(shuō)是否正確→得出結(jié)論（即正確的假說(shuō)）。

二、“假說(shuō)—演繹法”應(yīng)用舉例

以人教版高中生物必修二第一章第一節(jié)“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）”為例介紹“假說(shuō)—演繹法”的應(yīng)用。

1.提出問題。在孟德爾以前，人們對(duì)生物的遺傳也進(jìn)行了探索。但這些探索都沒有用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行，大多是猜想和臆斷，所以不能對(duì)生物的遺傳作出科學(xué)的解釋。孟德爾設(shè)想，對(duì)生物的遺傳規(guī)律用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行探究，可能從中找出遺傳的科學(xué)規(guī)律。

豌豆是自花授粉植物，后代一般是純種；豌豆的相對(duì)性狀區(qū)別比較明顯，易于觀察和分析。孟德爾運(yùn)用豌豆作實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)了具有相對(duì)性狀的豌豆作為親本進(jìn)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)和不同性狀表現(xiàn)的個(gè)體的數(shù)據(jù)。在分析數(shù)據(jù)以前，孟德爾對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象進(jìn)行概念規(guī)范，建立了一套雜交實(shí)驗(yàn)知識(shí)的概念體系。孟德爾在分析雜交子二代的數(shù)據(jù)時(shí)，運(yùn)用當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)領(lǐng)域的最新成果——統(tǒng)計(jì)學(xué)。所以他對(duì)數(shù)據(jù)分析的規(guī)律性和科學(xué)性都比較強(qiáng)。孟德爾發(fā)現(xiàn)，用具有一對(duì)相對(duì)性狀的豌豆雜交，雜交子一代都表現(xiàn)為顯性性狀；子二代都表現(xiàn)出3∶1的性狀分離比。

2.做出假說(shuō)。

（1）生物的性狀遺傳是由基因（孟德爾當(dāng)時(shí)稱遺傳因子）控制的。

（2）根本原因（后來(lái)的分離定律）：控制某個(gè)性狀遺傳的基因在體細(xì)胞中成對(duì)存在，在生殖細(xì)胞中成單個(gè)存在。

（3）必要因素：雌雄配子受精機(jī)會(huì)均等。

（4）重要條件：個(gè)體發(fā)育（基因的表達(dá)）必須具有適宜的環(huán)境條件。

以上就是“孟德爾假設(shè)”的主要內(nèi)容。用孟德爾假設(shè)能夠圓滿地解釋植物雜交實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.演繹推理?！懊系聽柤僭O(shè)”能圓滿地解釋植物雜交實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他進(jìn)一步設(shè)想，如果他的假設(shè)是正確的，則他的假設(shè)不僅能夠解釋以上相同類型的雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要能夠解釋并預(yù)期其他不同類型的雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，孟德爾根據(jù)“孟德爾假設(shè)”設(shè)計(jì)了測(cè)交實(shí)驗(yàn)，即把雜交子一代與隱性類型相交，根據(jù)“孟德爾假設(shè)”的預(yù)期，測(cè)交后代會(huì)出現(xiàn)1∶1的性狀分離結(jié)果。

4.驗(yàn)證假說(shuō)。孟德爾做完測(cè)交實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，果然與“孟德爾假設(shè)”預(yù)期的結(jié)果完全相符。

5.分析結(jié)果，得出結(jié)論?！懊系聽柤僭O(shè)”是從實(shí)踐中得出的，現(xiàn)在又被測(cè)交實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是正確的。所以，孟德爾假設(shè)可以上升為理論，即基因的分離定律。

三、“假說(shuō)—演繹法”的推廣應(yīng)用

素材：人教版高中生物必修二第三章第一節(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”。其中DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史是“假設(shè)—演繹法”一次成功的應(yīng)用。案例如下。

1.提出問題。20世紀(jì)20年代以前，人們一直認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。首先向這一觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)的是艾弗里，而艾弗里的實(shí)驗(yàn)又是在英國(guó)科學(xué)家格里菲斯的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

1928年，英國(guó)科學(xué)家格里菲思利用肺炎雙球菌進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：①無(wú)毒性的R型活細(xì)菌注射到鼠體內(nèi)，小鼠不死亡；②有毒性的S型活細(xì)菌注射到鼠體內(nèi)，小鼠死亡；③加熱殺死的S型細(xì)菌注射到鼠體內(nèi)，小鼠不死亡；④無(wú)毒性的R型活細(xì)菌與加熱殺死的S細(xì)菌混合后注射到鼠體內(nèi)，小鼠死亡。格里菲思的結(jié)論：第④組實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)可分離出有毒性的S型活細(xì)菌，推測(cè)已加熱殺死的S型細(xì)菌中必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)。

在此基礎(chǔ)上，1944年美國(guó)的科學(xué)家艾弗里和他的同事改進(jìn)了格里菲斯的實(shí)驗(yàn)：①?gòu)腟型活細(xì)菌中提取得到DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)；②將上述提取得到的DNA加入已培養(yǎng)了R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時(shí)間后，在培養(yǎng)基上出現(xiàn)了有毒性的活的S型細(xì)菌菌落和無(wú)毒性的活的R型細(xì)菌菌落；③將上述提取得到的蛋白質(zhì)或多糖加入已培養(yǎng)了R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時(shí)間后，在培養(yǎng)基上只出現(xiàn)了無(wú)毒性的活的R型細(xì)菌菌落；④將上述提取得到的DNA先與DNA酶混合一段時(shí)間后，再加入已培養(yǎng)了R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一段時(shí)間后，在培養(yǎng)基上只出現(xiàn)了無(wú)毒性的活的R型細(xì)菌菌落。

2.做出假說(shuō)。通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)，艾弗里提出假說(shuō)：S型細(xì)菌的DNA是促成R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的活性物質(zhì)，DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)等不是遺傳物質(zhì)。在格里菲斯實(shí)驗(yàn)中，用65℃溫度對(duì)S型細(xì)菌進(jìn)行加熱處理，僅僅使蛋白質(zhì)變性，而DNA在緩慢降溫后仍然可以復(fù)性，稱為“轉(zhuǎn)化因子”。另一方面，R型活肺炎雙球菌（受體菌）在生長(zhǎng)后期約40分鐘內(nèi)處于“感受態(tài)”，吸收外源DNA的能力比其他時(shí)期大1000倍。加熱殺死的S型細(xì)菌的DNA進(jìn)入R型細(xì)菌，外源DNA與受體細(xì)胞DNA之間的重組，受體細(xì)胞獲得了新的遺傳信息，使受體菌的遺傳特性發(fā)生改變，于是R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。

3.演繹推理。根據(jù)艾弗里提出DNA是遺傳物質(zhì)的假說(shuō)，即DNA控制生物的遺傳性狀。噬菌體侵染細(xì)菌，噬菌體DNA進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌表面，在噬菌體DNA指導(dǎo)下利用細(xì)菌體內(nèi)的核苷酸、氨基酸等原料合成噬菌體的DNA與蛋白質(zhì)，新合成的子代噬菌體具有與親代噬菌體相同的遺傳特性。

4.驗(yàn)證假說(shuō)。1952年，科學(xué)家赫爾希和蔡斯利用T2噬菌體（一種病毒）作實(shí)驗(yàn)材料，用不同放射性同位素標(biāo)記的T2噬菌體侵染未標(biāo)記的細(xì)菌，實(shí)驗(yàn)推理子代噬菌體具有與親代噬菌體相同的遺傳特性，同時(shí)部分子代噬菌體DNA有放射性，蛋白質(zhì)外殼均無(wú)放射性。

5.分析結(jié)果，得出結(jié)論。用32P標(biāo)記DNA的噬菌體與未標(biāo)記的細(xì)菌混合培養(yǎng)一段時(shí)間后，攪拌、離心，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是上清液放射性很高，沉淀物放射性很低，表明部分子代噬菌體DNA中有32P標(biāo)記；另一組實(shí)驗(yàn)35S標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體與未標(biāo)記的細(xì)菌混合培養(yǎng)一段時(shí)間后，攪拌、離心，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是上清液放射性很低，沉淀物放射性很高，表明子代噬菌體外殼蛋白均無(wú)35S標(biāo)記，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，最終證明DNA是遺傳物質(zhì)假說(shuō)的正確性。