姚浪平
“基因的顯性和隱性”一節是《義務教育生物學課程標準(2022年版)》所選取的七大主題中第六大主題“遺傳與進化”的重要內容。本文引導學生在構建“生物體的性狀主要由基因控制”這一重要概念中發展科學思維。
一、重返經典實驗,發現問題
資料1:奧地利植物學家孟德爾選擇“具有多種相對性狀,易于區別,同時是自花傳粉、閉花受粉,在自然狀態下是純種”的豌豆作為實驗材料,進行多次豌豆雜交實驗。1865年,孟德爾通過實驗發現了遺傳規律,解釋了性狀遺傳的現象。
分析資料1,學生發現其他科學家也做過豌豆實驗,卻沒有發現遺傳規律,為什么孟德爾能推開“遺傳學大門”呢?
資料2:孟德爾把高莖豌豆和矮莖豌豆作為親代(用P表示)播種,他通過人工授粉的方式將矮莖豌豆的花粉授給高莖豌豆(或相反),發現長出來的雜交子一代(簡稱子一代,用F1表示)全是高莖豌豆。
筆者進一步展示“黃色豌豆和綠色豌豆、圓粒豌豆和皺粒豌豆等雜交實驗”的實驗結果,學生發現雜交子一代都只出現了這些相對性狀的其中一種性狀,對這種現象產生疑問。
筆者提出問題:高莖豌豆和矮莖豌豆雜交生成的子一代為什么都是高莖的,在這個過程中傳下去的是高莖這種性狀嗎?學生提出各自的猜想,但無法證實。筆者提出孟德爾當時也對這種現象存在疑問和作出假說,但他還通過實驗來研究,引導學生繼續探索孟德爾的豌豆雜交實驗。
資料3:孟德爾繼續把F1高莖豌豆得到的種子種下,長成的植株(子二代,用F2表示)有高莖也有矮莖,矮莖的數量比高莖少得多。與此同時,查爾斯·達爾文也在做類似的金魚草實驗,他發現F2中正?;ǖ臄盗慷?,異?;ǖ臄盗可?,和孟德爾豌豆雜交實驗F2中看到高莖豌豆多、矮莖豌豆少是類似的。
學生通過F2的實驗結果得出控制矮莖性狀的基因并沒有消失,也有在親子代間傳遞,但也迎來了第二個問題:為什么子二代中又出現了矮莖性狀,而且矮莖比高莖要少得多呢?筆者引導:達爾文等科學家也發現了類似的現象,卻無法解釋原因,孟德爾是如何分析和解釋的?
資料4:孟德爾推開“遺傳學大門”的關鍵之一:用統計法分析F2高莖和矮莖的數量,發現1064株F2植株中,787株是高莖,277株是矮莖,高莖與矮莖比值接近3∶1。他還對種子的形狀等6種相對性狀進行實驗研究,發現類似現象:F2都出現了性狀分離,且比例均接近3∶1??磥?,F2中出現3∶1的性狀分離比不是偶然。
在通過統計學分析F2結果發現比例規律后,學生明確了要進一步探究的問題:為什么遺傳性狀在子二代中會按3∶1的比例出現呢?學生帶著問題,在學案的引導下進行合作探究。
二、小組合作探究,解決問題
四人小組展開模擬實驗:每個小組提供2個紅色球、2個透明球;可用紅色球模擬控制高莖的基因,透明球模擬控制矮莖的基因,根據小組的猜想情況來確定使用球的數量。
根據學生的討論和認知情況,展示以下分析過程,請學生分析以下3種情況是否正確:(1)高莖(D)×矮莖(d)→高莖(D);(2)高莖(Dd)×矮莖(dd)→高莖(Dd);(3)高莖(DD)×矮莖(dd)→高莖(Dd)。
學生聯系已有知識,判斷出情況(3)是正確的。并在筆者引導下分析得出:子一代(Dd)的生殖細胞,有的含有D基因,有的含有d基因,生殖細胞隨機結合。
通過模擬實驗和表格法讓學生更加形象、清晰地理解控制相對性狀的一對基因的傳遞特點,有助于對孟德爾豌豆雜交實驗的結果進行分析,理解相對性狀與顯性基因、隱性基因的關系。結合實驗,以問題推進的方式,引導學生逐步得出結論。
隨堂進行三道經典選擇題的練習以及一道筆者改編的題目,讓學生及時地鞏固知識,查漏補缺并聯系生活,運用所學的科學方法解釋生活中的遺傳現象。
最后引導學生課后閱讀學案中“點撥發散”的科學史,并思考:孟德爾有什么品質?對你有什么啟發?以此讓學生進一步感悟科學家嚴謹求實、努力探索的科學精神。
責任編輯 李少杰