向孟德爾和摩爾根學習

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

“伴性遺傳”內容選自人教版普通高中教科書《生物學·必修2·遺傳與進化》（以下簡稱“教材”）第2章第3節。依據《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）的要求，該章節的核心目標是概述性染色體上基因的傳遞與性別的關聯。鑒于學生已掌握遺傳基本規律與染色體遺傳理論的基礎知識，且已理解“成對基因決定性狀\"\"染色體通過配子傳遞給子代”“基因伴隨染色體傳遞”等核心概念，因此，筆者在本節的教學中采用以下教學策略：引導學生學習孟德爾與摩爾根的科學思想并模擬其探索歷程，遵循“實施紅綠色盲系譜調查一探究紅綠色盲的遺傳及婚配模式一進行紅綠色盲遺傳的統計分析一列舉生物界伴性遺傳實例一構建伴性遺傳概念框架一關注伴性遺傳的實際應用\"的教學路徑。此教學路徑有助于學生深刻理解“伴性遺傳\"的根本原因與基本規律，并達成《課程標準》所要求的學業目標。[1

1孟德爾豌豆雜交實驗中的科學思想

1.1孟德爾超越時代的遺傳因子創想

在生物性狀遺傳研究尚處于混沌與探索階段的時期，孟德爾（G.J.Mende1）依據其實驗結果，首次引人了“顯性”與“隱性\"這兩個科學術語，以精準描述植物雜交過程中的性狀表現。孟德爾開創性地提出性狀是由遺傳因子（基因）所調控的，這一理論見解標志著遺傳學作為一門科學領域的開創性突破。

此外，孟德爾創造性地運用不同字母來代表不同的遺傳因子。這一科學符號體系的建立不僅極大地簡化了遺傳學概念的表述，使其更加準確與直觀，而且通過遺傳圖解的方式，生動地展示了遺傳因子的傳遞形式與過程。這一創新使得遺傳學的研究方法從單純的描述性研究上升到理性推導與實驗驗證相結合的高度。

1.2孟德爾在數學思想指導下的科學探究

在孟德爾所處的時代，其他科學家在進行雜交實驗時大多僅局限于對親子代間性狀傳遞的定性分析，而未能量化雜交后代出現的不同表型數量，基于雜交后代的世代數據準確預測這些表型的發生情況，或確定表型之間的數量關系。[2]而孟德爾在豌豆雜交實驗中，詳盡地記錄了各世代、各對性狀的數據，同時還將數理統計方法應用于遺傳實驗結果的處理與分析中，構建了性狀遺傳的數學模型。孟德爾從各種表型之間的數量關系中總結出了規律，從而揭示了各對性狀在雜交后代中的分配規律與組合模式。

1.3“假說-演繹”法：孟德爾科學思維的核心

孟德爾的研究遵循了從現象到本質、由表及里的邏輯路徑，深刻體現了“假說-演繹\"法的精髓。“假說-演繹\"法強調尊重事實與證據，將科學認識從經驗層面提升至理論層面，成為現代科學研究中不可或缺的思維方法。

孟德爾的研究還嚴格遵循了從具體到抽象、從特殊到一般的邏輯順序。在豌豆雜交實驗中，孟德爾首先揭示了一對相對性狀的分離規律。隨后，孟德爾對兩對或多對性狀進行了綜合研究，進而發現了自由組合規律。其中，分離規律是自由組合規律的基礎，自由組合規律則包含了分離規律并成為其延伸，充分展現了孟德爾在遺傳分析中的洞察能力與科學思維。

2摩爾根果蠅雜交實驗中的科學思想

2.1摩爾根證明基因位于染色體上

摩爾根（T.H.Morgan）憑借偶然發現的一只白眼雄果蠅，開展了一系列實驗，不僅揭示了果蠅眼色遺傳與性別的關聯，還再次驗證了孟德爾遺傳規律的正確性。摩爾根的實驗證實，控制果蠅白眼的基因位于性染色體（X染色體）上，該研究也是“假說-演繹\"法在遺傳學研究中的經典范例。

2.2摩爾根對孟德爾理論的繼承與發展

摩爾根的科學生涯經歷了對孟德爾理論從擁護、質疑到最終繼承并發展的歷程。在果蠅體色與翅型的雜交實驗中，摩爾根觀察到了與自由組合規律不符的現象。基于“染色體為基因載體，基因在染色體上線性排列\"的見解，并結合減數分裂中染色體的行為，摩爾根確立了基因的連鎖與互換規律。摩爾根及其團隊歷經十數年努力，發明了測定基因在染色體上相對位置的方法，并繪制出首張果蠅基因在染色體上相對位置的圖譜。摩爾根的染色體遺傳理論為現代遺傳學奠定了堅實的細胞學基礎，其研究對人類遺傳學的發展具有巨大的貢獻。

3 “伴性遺傳”的教學過程

依據《課程標準》和教材內容，筆者設計了一項科學探究活動，旨在模仿孟德爾與摩爾根的科學研究過程，組織學生深人探索人群中紅綠色盲的分布特征，并分析紅綠色盲遺傳的多種婚配模式。通過運用數學方法和遺傳學原理，學生將探討紅綠色盲的遺傳特點，并親身體驗科學探究的全過程。

在活動中，教師著重培養學生的圖文轉換與圖圖轉換能力，通過對系譜圖與遺傳圖解進行深人分析，引導學生直觀理解遺傳信息的傳遞過程。同時，教師鼓勵學生結合具有代表性的實際案例，對其進行歸納和概括，從而引導學生在構建“伴性遺傳”這一核心概念的同時深入理解伴性遺傳的機理與規律。

此外，教師還將引導學生領悟伴性遺傳在實踐中的應用價值，使其能夠將所學知識應用于解決實際問題，進一步提升科學思維和解決問題的能力。通過這一科學探究活動，學生不僅能夠掌握伴性遺傳的基本概念和原理，還能夠培養對科學研究的興趣和熱情，為未來的學術探索奠定堅實的基礎。

3.1開展紅綠色盲遺傳的系譜調查

在正式開展調查之前，學生需要選定合適的調查對象，制作調查記錄表，明確調查的具體方式并安排恰當的時間框架。調查活動既能以小組形式協同進行，也允許學生獨立開展。調查完成后，教師需要將小組與個人的調查數據進行整合匯總，隨后深入分析這些數據，以揭示人群中紅綠色盲的分布特征，并據此進一步推導其遺傳機制。這一流程（見圖1）旨在確保調查的科學性、系統性和有效性，為學生深入理解紅綠色盲的遺傳特點提供堅實的基礎。

3.2討論人群中與紅綠色盲相關的婚配方式

紅綠色盲的遺傳方式是伴X染色體隱性遺傳。學生假設色盲基因為 、正常基因為 ，則與紅綠色盲有關的表型和基因型如表1所示。學生依據男女的表型和基因型，總結出6種婚配方式及基因型組合（見表2）。

3.3從系譜圖到遺傳圖解分析紅綠色盲的遺傳特點

教師介紹資料：在與紅綠色盲遺傳有關的6種婚配方式中，正常女性 與正常男性 是最普遍的，女性患者 與男性患者 是最少見的，這也是人群中紅綠色盲發病率低的直接原因。教師引人一個典型的紅綠色盲家族案例，系譜圖如圖2所示。

學生分析系譜圖可知，紅綠色盲家庭的婚配方式一般是女性正常 與男性患者 、或女性攜帶者 與男性正常 ，這也是人群中紅綠色盲男性患者多于女性患者的直接原因。學生嘗試根據以上發現繪制遺傳圖解（見圖3、圖4）。

3.4應用概率理論和統計學原理分析紅綠色盲遺傳特點

教師補充背景知識：我國紅綠色盲男性的發病率約為 7.0% ，女性的發病率約為 0.5% 。人類的紅綠色盲遺傳總體上是隨機婚配的結果，男女中紅綠色盲基因的頻率相同，含有不同基因的配子受精能力相同，不同基因型的合子生存能力也相同。因此，合子的基因型頻率就約等于相應配子頻率的乘積，合子的基因型頻率即為后代個體的基因型頻率。不考慮基因突變和自然選擇等因素，紅綠色盲基因頻率和基因型頻率代代相傳，保持恒定。

學生假設人群中紅綠色盲基因 的頻率為 n 正常色覺基因 的頻率為 ，則 n+m=1 。學生應用概率理論和統計學原理，總結人群中正常人與紅綠色盲患者的基因型頻率（見表3）。

3.5基于事實和證據構建伴性遺傳的概念

教師介紹背景知識：與果蠅白眼遺傳類似，人類的紅綠色盲、血友病、抗維生素D向僂病、外耳道多毛癥，植物中的女婁菜窄葉遺傳，以及雞的蘆花羽毛遺傳等，均屬于伴性遺傳。伴性遺傳現象在生物界中廣泛存在。

師生對人類紅綠色盲遺傳等案例進行分析，不僅展示了遺傳染色體理論在真實情境中的應用，而且有助于學生在掌握“伴性遺傳\"這一核心概念的同時，深刻理解“遺傳信息控制生物性狀并代代相傳”的生物學大概念。

3.6關注伴性遺傳在實踐中的應用

依據伴性遺傳的規律，學生能夠為遺傳病患者的家庭提供科學的解釋，幫助其理解病情，并基于雙親表型對后代的患病概率進行預測。學生還可以從優生學的角度出發為這些家庭提供生育建議和指導。在動植物育種實踐中，教師引導學生利用伴性遺傳的特點進行性別鑒定，快速篩選出具有特定性狀的個體，從而提高生產效益。

4結語

本文聚焦“伴性遺傳”的教學實踐過程，通過深人借鑒孟德爾與摩爾根的科學探究方法，對人類紅綠色盲遺傳開展了一系列深入的調查與分析。這一過程不僅全面涵蓋了從實驗設計到結果解讀的各個環節，而且還涉及了文字描述的準確性、符號表示的簡潔性、表格整理的條理性及圖示呈現的直觀性等多個方面。這些方法的綜合運用不僅能夠全面鍛煉學生的科學思維能力，使其在面對復雜的生物學問題時，能夠靈活應用所學知識，進行理性分析和創新思考；還強調了學生的主體性，讓學生能夠主動參與到探究過程中。此外，通過對紅綠色盲遺傳機制的深人探究，學生不僅掌握了相關的生物學知識，還在實踐中培養了團隊合作精神，學會了在尊重事實、遵循科學規律的基礎上解決問題；通過對相關案例的分析，學生能夠更好地為有紅綠色盲患者的家庭提供科學的解釋和生育建議。同時，學生能夠在理解生命觀念的基礎上，自覺承擔起作為健康中國推動者和實踐者的社會責任。

筆者從孟德爾與摩爾根兩位科學家的事跡中汲取靈感，致力于在生物學教學中將科學知識的傳授、科學探究的實踐與科學精神的培養緊密結合，從而使生物學課堂洋溢著“科學蘊含人文、人文彰顯科學\"的氣息，真正成為“培根鑄魂、啟智增慧”的重要平臺。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]商周.孟德爾傳：被忽視的巨人[M].長沙：湖南科學技術出版社，2022：170-171.

[3]申斯樂.遺傳學的奠基人摩爾根[M].長春：吉林人民出版社，2011：52-61.