孟德爾雜交實驗之科學研究思維

王曉冰

[摘 要]孟德爾在做植物雜交實驗時，發現了生物遺傳的基本定律。他更是通過一系列的實驗研究和大量的統計分析，為現代遺傳學的發展打下了堅實的基礎。實驗材料的精心選擇，實驗方法的精心設計，數理統計分析法的運用及測交實驗法的首創，這些都是孟德爾雜交實驗取得成功的必不可少的條件。科學研究不僅僅需要無限的熱情、濃厚的興趣、

堅忍不拔的毅力，還需掌握多種研究方法，多學科交叉學習，開拓科研新思路，正是因為這些優良的科學素養，才使孟德爾雜交實驗獲得了成功。

[關鍵詞]孟德爾雜交實驗；科學研究思維；交叉學習

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2018）02008102

近百年來，以孟德爾雜交實驗所展現的科學理論和實驗方法為基礎，解釋了生命發展過程中的最本質的特征及作用規律。迄今為止，遺傳學已經發展為當代自然科學的重要組成部分。孟德爾從1856年開始，在八年期間進行過無數次的實驗修正和改進，才成功地完成了豌豆雜交實驗。在孟德爾雜交實驗之前，人們已經對生物遺傳問題進行了研究和探索，并且進行了多次的、多種植物的雜交實驗。但這些實驗研究，由于實驗選材和實驗方法的限制，只是停留在混合遺傳上面，因此并沒有得出遺傳的本質和規律。孟德爾在總結過去的經驗和吸取前人教訓的基礎上，對實驗選材和研究方法都進行了改進和創新。孟德爾雜交實驗的設計理念，與當時的社會背景和主流思想息息相關。比如在1868年，達爾文提出了融合遺傳的概念；19世紀中葉，由于原子論觀念的影響，很容易使人聯想到遺傳物質也是顆粒式的。科學研究不僅僅需要無限的熱情、濃厚的興趣、堅忍不拔的毅力，還需要多學科交叉學習，開拓科研新思路。而正是因為孟德爾擁有這些優良的科學素養，才成功完成了豌豆雜交實驗，為遺傳學定律的誕生打下了堅實的基礎。

一、新研究方法的提出

1.相對性狀分類和單因子分析法

孟德爾在眾多植株中經過層層篩選和對比，最終選定了豌豆作為實驗材料。為什么偏偏選豌豆呢？它又有什么特別之處呢？豌豆是自花傳粉，且閉花受粉（自然狀態下兩株豌豆是不能進行相互受粉的），因此在自然狀態下一般都是純種。確定豌豆為實驗材料之后，雖然豌豆具有多對易于區分的形狀，但是孟德爾并沒有一次性地對豌豆的所有相對性狀進行分析。最開始時，他

僅研究豌豆的高莖和矮莖這一對相對性狀。在研究清楚這一對相對性狀后，以此作為研究的基礎對豌豆的其他相對性狀進行分析。這種研究方式由簡到繁，由單因素到多因素，更便于實驗結果的得出。

2.數理統計分析法

孟德爾在總結分析前人實驗的經驗教訓中意識到，能否精確地對數量龐大的實驗結果進行有條理的分析是至關重要的，因為它關系到實驗能否成功。在實驗中，他記錄了豌豆的不同后代所表現出來的不同性狀，并用精確的數理統計分析法對記錄的實驗結果進行精確的分析。這樣分析的結果，使得第二代F2中本來看似無序的性狀，呈現出了一定的規律——性狀分離比。孟德爾把數學統計方法創新地引入了生物學的研究中，這是超越前人的創新，也是孟德爾雜交實驗能夠成功的重要原因之一。這也有助于他后來發現基因分離定律，為以后的理論假設提供了非常重要的數據支持。

3.假說—演繹法

孟德爾通過用兩種自然狀態下純種的紫色豌豆和白色豌豆進行雜交實驗，得到了第一代F1（觀察發現全部都是紫色的）。通過讓第一代F1自交得到第二代F2，孟德爾運用數理統計分析法，把第二代F2以性狀作為依據進行分組，發現紫色豌豆和白色豌豆的數量比近似為3∶1。

觀察到上述現象之后，孟德爾充滿了疑惑：這些背后是不是存在什么特定的規律？于是他提出了若干問題：為什么第一代F1全是紫色？而第一代F1自交所產生的第二代F2，紫色和白色的比卻是3∶1呢？背后是不是存在什么規律？于是他進行積極地想象和推理，并提出合理的假說。其中最重要的假說是“決定同一性狀的成對的遺傳因子彼此分離進入到各自的配子中去”。接下來就是進行演繹推理。孟德爾分析：如果第一代F1產生兩種配子，它們的數量比是1∶1，用第一代F1與純種的白色豌豆雜交，則會出現兩種基因型的個體，它們所表現出來的性狀只有兩種，且數量之比是1∶1。這就是巧妙的測交實驗，是對假說的演繹。果不其然，孟德爾進行測交實驗之后，測交實驗的結果與預期的推論一致。這樣，通過實驗完成了對推論的驗證。孟德爾最終得到了實驗結論，此時分離定律的雛形已然出現。

二、交叉學習，開拓科研新思路

“數理統計分析法”和“假設—演繹法”這兩種方法得以使用，得益于孟德爾集眾多學科知識于一身，并且敢于創新，懂得融會貫通，把數學的一些思維方法應用到生物的科學研究中，開創了科學探究的新思路。因此，作為生物教師，應不斷充實自我，多進行學科的交叉學習，并學會創新，不斷開拓科學研究的新思路 。

三、科學精神產生推動力

科學精神是人類精神文明的產物，是一種勇于開拓創新和在追求真理道路上能夠一往無前的大無畏精神。孟德爾實驗中所用的豌豆是一年生草本植物。在豌豆的雜交實驗中，要完成一個實驗過程，不僅要考慮如何避免各種外因的影響，更需要年復一年地耐心等待。與此同時，要觀察豌豆種子的子葉顏色，必須逐粒剝開種皮來進行統計。工作時不僅僅需要細心，面對如此大的工作量，更需要的是耐心。八年的實驗中，不知道有多少汗水和淚水，這需要多么大的精神支撐才能夠完成實驗呀！

我們現在來看孟德爾實驗之所以能夠成功，一方面是源于實驗材料的精心選擇，實驗方法的精心設計，數理統計分析法的運用，及首創了測交實驗法。另一方面，孟德爾從小在生物、數學、物理這些學科上都有過系統的學習，能夠集眾多學科知識本領于一身，并且他敢于創新，懂得融會貫通，將數學思維方法與生物學的科學探究有機結合，從而開辟了科學研究的新思路。科學研究是困難重重、非常漫長的過程，科學家要承受來自各個方面的壓力。他們既要謹小慎微，又要大膽創新，缺少哪一樣，都有可能導致失敗。因此，我們在科學研究中，不但要學習學科基礎知識，更要體會和領悟每個學科的思維方法。科學研究思維方法是科學精神的外在表現，人們的實踐創造活動既不能缺乏科學精神的引導，也不能缺乏科學思維方法的應用，只有具備科學精神并掌握和運用科學研究思維方法的人，才能真正發現科學的本質和規律。

[ 參 考 文 獻 ]

[1]張青祺.孟德爾的生平、科學成就和科學方法[J].生物學通報，1983（1）.

[2]王莉芹，陳雅敏.數學史教育：科學與人文的巧妙結合[J].基礎教育參考，2012（10）.

（責任編輯 黃春香）