“細胞質遺傳”的難點分析及突破

在人民教育出版社出版的《 全日制普通高級中學生物教科書（選修）》中，“細胞質遺傳”是安排在孟德爾遺傳定律之后的一個重要內容，是對細胞核遺傳的補充。通過本節內容的學習，可以使學生對生物遺傳的物質基礎形成更加全面的認識。教學實踐表明，本節的教學難點有兩處：一是細胞質遺傳與母系遺傳的關系，有許多學生把細胞質遺傳等同于母系遺傳；二是教材中關于母系遺傳的表述，不少學生認為教材中“F1總是表現出母本性狀”的表述與紫茉莉花斑枝條上的花做母本，其后代產生三種植株的事實相矛盾。那么到底是教科書不夠嚴謹，還是學生的理解存在偏差呢？看來，本節的教學難點及突破仍是一個值得探討的問題。

一、難點解析

1．細胞質遺傳并非都是母系遺傳

細胞質遺傳現象的發現最早可追溯到1909年，德國學者科倫斯（Carl Correns）和鮑爾（Baur）分別在紫茉莉和天竺葵中發現葉色的遺傳不符合孟德爾定律，而表現為細胞質遺傳現象。后來的研究表明，大多數物種的細胞質性狀表現為母系遺傳的特征，因而有些學者甚至某些遺傳學教科書中也將細胞質遺傳與母系遺傳這兩種現象混為一談，將這兩個概念等同起來，并認為細胞質遺傳即為母系遺傳。

20世紀80年代以來，隨著分子生物學技術的發展，將DNA分子標記應用于細胞質遺傳研究，從DNA分子水平上研究細胞質遺傳物質的變異，使得人們對細胞質遺傳現象有了更進一步的認識。據研究表明，在所有高等真核生物中，線粒體DNA一般表現為母系遺傳的特征，包括人類、其他哺乳類動物、兩棲動物、魚類及高等植物等。但也發現，老鼠、衣藻、被子植物月見草屬的一個雜種、大麥和黑麥的屬間雜種、甘藍型油菜、北美紅杉等生物體中線粒體DNA是父系遺傳的。在被子植物中，對近60個物種的質體DNA的遺傳研究，發現大多數表現為母系遺傳特征，而其中20％的物種中存在著雙親遺傳的現象，紫花苜蓿、胡蘿卜等植物表現為典型的父系遺傳特征。與被子植物相比，大多數裸子植物的質體DNA則表現為父系遺傳特征。

可見，細胞質遺傳表現為多種形式的復雜性，沒有一種簡單的機制去解釋這種現象。母系遺傳是細胞質遺傳的主要特征，而不能代表細胞質遺傳的全部內容。隨著分子生物學技術的發展和應用，為人們對細胞質遺傳規律的研究和認識提供了強有力的手段，科學家們已揭示出了生物細胞質DNA遺傳的新規律和新現象，在細胞質遺傳方面表現為單親的母系遺傳、父系遺傳及雙親遺傳多種形式，大大豐富和逐步完善了細胞質遺傳研究的內容。[1]

2．下定義不同于作詮釋

下定義和作詮釋是在編寫教材時經常用到的、極易混淆的兩種邏輯學概念。所謂下定義，就是用準確、簡練、概括的語言說明事物本質的一種說明方法。[2]例如“基因是有遺傳效應的DNA片段”就運用了下定義的說明方法。其中，定義項“有遺傳效應的DNA片段”是對被定義項“基因”的本質特征的揭示。而作詮釋，則是對事物或事理的某些性質和特點進行適當解釋的一種說明方法。有些被說明的事物經過下定義，讀者理解起來感到困難，甚至產生誤解，這就需要采用作詮釋的方法。例如對“細胞分化”這一概念，教材是這樣表述的：“在個體發育中，由一個或一種細胞增殖產生的后代，在形態、結構和生理功能上發生穩定性差異的過程，叫做細胞分化。細胞分化是一種持久性的變化，細胞分化是生物界中普遍存在的生命現象，是生物個體發育的基礎?！痹谶@段話中，首先用了下定義的方法概括了細胞分化的本質，然后用作詮釋的方法對細胞分化做了進一步的說明。

下定義與作詮釋的區別是多方面的：下定義要揭示事物的本質特征，并且定義項的外延與被定義項的外延必須是全同的 [3]；而作詮釋并不要求從本質上去揭示概念，只要揭示概念的一部分內涵就可以了，并且解釋的對象與做出的解釋外延也可以不相等。例如“細胞質遺傳”這節內容，教材在介紹了紫茉莉花斑植株的雜交結果后，這樣表述細胞質遺傳的特點，“從上述雜交實驗的結果可以看出，紫茉莉F1植株的顏色，完全取決于種子產生于哪一種枝條，而與花粉來自哪一種枝條無關。也就是說，F1的性狀，完全是由母本決定的。像這樣具有相對性狀的親本雜交，F1總是表現出母本性狀的遺傳現象，叫做母系遺傳”。教材中這句話是采用了下定義還是作詮釋的說明方法呢？若是下定義，那么根據下定義說明方法的特點，定義項和被定義項的外延必須是全同的，即F1總是表現出母本性狀的遺傳現象就一定是母系遺傳；反過來，母系遺傳的F1也總是表現出母本性狀。事實是否如此呢？我們知道，椎實螺外殼的遺傳，其子一代F1外殼的旋轉方向總是與母本的表型相同，這是由核基因的產物積累在卵細胞中所決定的，生物學上稱之為母性影響，而不是母系遺傳。再如，本節內容中紫茉莉花斑植株的花做母本，其F1除了花斑植株，還出現了綠色和白色兩種不同于母本的植株?？梢姡現1總是表現出母本性狀的遺傳現象，并不一定是母系遺傳，而母系遺傳的F1也不一定僅表現出母本性狀。因此，教材中的表述不是給母系遺傳下定義，而是以作詮釋的方式介紹了母系遺傳的現象。

可見，學生把教材中對母系遺傳的詮釋當做嚴格的下定義，從而得出“‘母系遺傳’與‘F1總是表現出母本性狀’的外延有全同關系，因此具有母系遺傳特征的紫茉莉花斑枝條上的花做母本，F1必定是與母本一樣的花斑植株”等一系列邏輯推理，直至與F1產生三種植株的事實相矛盾，從而斷定“F1總是表現出母本性狀”的表述錯誤。殊不知，他們在推理的源頭就錯了。

綜上所述，混淆了細胞質遺傳與母系遺傳以及誤解了教材中關于母系遺傳現象的表述導致本節內容難點的產生。

二、難點突破

1．引發認知沖突

任何學科體系的構建都離不開眾多學科概念，概念混淆和錯位是概念學習中常見的錯誤。如何使學生從錯誤概念向正確概念轉變，是科學教育界研究的熱點問題。對于有些同學認定細胞質遺傳就是母系遺傳以及F1總是表現出母本性狀的遺傳就是母系遺傳的錯誤理解，教師不必急于糾正，可以提供一些與他們的理解相矛盾的事實，如Erickson和Kemble在雙子葉的甘藍型油菜中發現了線粒體DNA父系遺傳，Ohba等觀察到日本柳杉中質體DNA表現為雙親遺傳，椎實螺子一代F1外殼的旋轉方向總是與母本的表型相同，但不是母系遺傳等，引導學生認識到先前理解的錯誤，從而轉向正確理解細胞質遺傳的本質及與母系遺傳的關系。

2．繪制概念圖表

為了能更直觀地把握細胞質遺傳、母系遺傳和F1的表型之間的關系，還可以通過繪制概念圖來解決這一問題。所謂概念圖，實質上就是用于組織和表征知識信息的工具，它通常是將有關某一主題不同級別的概念或命題置于方框或圓圈中，再以各種連線將相關的概念和命題連接，這就形成了關于該主題的概念圖。

對于細胞質遺傳與母系遺傳、母系遺傳與F1的關系，教學中首先指出細胞質遺傳的本質是生物性狀通過細胞質內的遺傳物質控制的遺傳方式，主要表現為母系遺傳，但也有少數表現為父系遺傳和雙親遺傳（如圖1），F1與母本性狀一致并不一定是母系遺傳（如圖2），然后以概念圖的方式展示這些概念之間的關系，則細胞質遺傳、母系遺傳和F1的表型三者之間的關系就一目了然了。

以上是筆者對本節內容難點形成的看法及采取的對策。當然，本節內容的教學難點與重點并不完全一致，在教學中不能花費太多時間，因此探討巧妙突破難點、進行有效教學的策略仍是擺在我們教學工作者面前的重要課題。

（作者單位：占芳龍，都昌三汊港中學，江西 都昌，332600；吳笑臣，贛南師范學院化生學院，江西 贛南，341000）

參考文獻：

［1］田志宏．細胞質遺傳并非都是母系遺傳［J］．生物學通報，1999（1）：14-15.

［2］曾樹銀．如何區分下定義與作詮釋［J］．南京師范大學文學院學報，1999（6）：5.

［3］金岳霖．形式邏輯［M］．北京：人民出版社，2005：57.