从分离定律的发现解析孟德尔的科学思维

从分离定律的发现解析孟德尔的科学思维

　　从分离定律的发现解析孟德尔的科学思维
　　
　　作者/李应胜
　　
　　一、孟德尔的科学探究思路
　　
　　遗传规律的发现是科学探究史上的经典案例。对孟德尔成功的原因，教材进行了详尽的分析，而对于孟德尔思考的出发点、能敏锐发现问题的原因、对科学探究方法和科学理论基本属性的准确把握则未作深入的说明。因此在教学中，教师应努力再现科学家的思维逻辑，体验科学探究中的分析思考方法，把各探究环节的内在联系和科学思维方法作为重点。让学生重走孟德尔思考分析之路，以此作为探究新课题的借鉴。这是培养学生科学思维能力的重要途径。
　　
　　科学探究的基本程序是：实验和观察发现问题、提出假设解释现象、设计实验验证假设、归纳总结得出结论。孟德尔的探究探究过程也遵循了这一基本程序。现以分离定律的发现为例来进行说明。首先，孟德尔通过对豌豆一对相对性状的杂交实验进行观察，发现了三个重大的遗传现象：具有相对性状的纯种亲本杂交时，F1总是只表现亲本之一的性状类型；F1自交时，F2会发生性状分离；F2的性状分离比总是接近于3∶1.接着，孟德尔以四个超越时代的假设合理解释了前述的三个现象。这些假设的提出，既体现了孟德尔非凡的科学思维能力，同时又体现了在科学的逻辑下，这些假说诞生的必然性。然后，孟德尔对假说进行演绎推理，预期新现象的出现。由此设计出了测交实验，并进行了实际验证。最后，将经过验证的假说进行归纳总结，形成分离定律。
　　
　　在此，我们以孟德尔对假说演绎法的应用来分析其科学思维。
　　
　　二、孟德尔提出四点假说的依据
　　
　　假说要点一：生物的性状由遗传因子决定；遗传因子不融合、不消失；显性因子决定显性性状，隐性因子决定隐性性状。提出这一假说的依据是什么呢？其实孟德尔是自觉或不自觉地将自己的思考出发点建立在了生命物质性这一科学观点的基础上。既然有遗传现象出现，则必然有控制遗传的物质存在。在不了解其本质的前提下，将其命名为遗传因子，以规避探究遗传物质本质这一超越时代的难题。遗传因子不融合、不消失，则是在对实验现象的观察和分析的基础上提出。(www.fwsir.com)若遗传因子相互融合，则F1会出现介于两个亲本之间的中间型，且F2不会重新分离出两种亲本型。而实验事实刚好与之相反，据此否定了融合遗传的观点。若F1中控制某一性状类型的遗传因子消失，则杂交后代会永久性地丢失这一性状类型。但事实却是F2中又重新出现了两个亲本的类型，因此只能说明在F1中未出现的性状类型是被掩盖而非遗传因子丢失，继而显隐性的假设就自然出现了。
　　
　　假说要点二：体细胞中，遗传因子成对存在。这样假说要点的依据是：F1获得了两个亲本的遗传物质；F1中隐性因子未丢失，同时又表现显性性状，所以在F1的体细胞中至少有显性和隐性两种类型的因子；F2重新出现两种亲本的性状类型，而F2的遗传物质来自F1.这些都说明F1的体细胞中遗传因子很可能是成对存在的。基于物种遗传的统一性和稳定性，则亲本和F2也应该成对存在。
　　
　　假说要点三：在形成配子时，成对的遗传因子相互分离，分别进入不同配子。这一要点是分离定律的核心内容。其思考出发点是建立在前两个假设基础之上，由F2的性状分离联想到其原因是遗传因子的分离。隐性因子只有摆脱了显性因子而独立存在时，才能使其控制的性状类型得以表现。此外，若遗传因子不分离，则会出现一个与遗传事实相悖的结论：体细胞中的遗传因子会随着世代的繁衍而逐代倍增。因此，只有假设成对的遗传因子分离，分别进入不同配子，使配子中遗传因子数减半，才能合理解释隐性性状的重新出现以及生物前后代遗传因子数量稳定问题。
　　
　　假说要点四：受精时，雌雄配子随机结合。在排除任何影响因素的情况下，事物本来就具有随机发展的属性。对植物来说，雌雄配子的产生部位不同，传粉和受精过程本身就是随机性和偶然性很强的事件。再者，如果配子之间只能选择性地结合，则不论是含相同因子的雌雄配子对应组合还是含异种因子的雌雄配子交叉组合都不可能形成3∶1的性状分离比。相反，用随机结合却能很好地解释这一现象。
　　
　　三、假说演绎和测交实验的设计应用
　　
　　孟德尔对假说演绎法的成功应用，反映了其思想深处对科学理论本质属性的深刻理解和把握。一个正确的理论，不仅要能合理地解释当前的实验现象，而且要对未来事件具有高度准确的预见性。只有通过科学的预见和严格的实证，才能证明它的成立。
　　
　　由此，孟德尔作出了如下演绎推理：如前所述四个方面的假设成立，则必然有如下的预期——让F1与隐性类型交配，F1的配子必有显性和隐性两种类型且比例为1∶1;隐性类型产生的配子只有一种且不会掩盖F1的遗传因子所控制的性状；当雌雄配子随机结合后，出现的子代类型必为显性和隐性两种且数量比例为1∶1.
　　
　　这一推理其实就是测交实验的设计。而实际测交结果是否能证实理论上的预期呢？孟德尔用豌豆的相对性状遗传进行了严格的验证。以高茎和矮茎这对性状为例：F1高茎豌豆与隐性类型（矮茎）交配后，共得到64株后代，其中30株是高茎，34株是矮茎。非常接近于1∶1的理论预期。由此证明了其假说的正确性。经过严密的推理和严格的实证，孟德尔对假说的核心内容进行归纳总结，上升为理论，从而完成了基因分离定律这一里程碑式的发现。
　　
　　（作者单位 湖北省咸丰县第一中学）

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