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2019-2020年高二生物 對摩爾根果蠅雜交實驗的分析及教學策略 1.對教材內容的分析 1903年，美國遺傳學家薩頓用蝗蟲細胞作為實驗材料，研究精子和卵細胞的形成過程。他發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂過程中，基因和染色體的行為的一致性，所以薩頓用類比推理的方法提出假說：基因在染色體上。但是類比推理的出的結論并不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要觀察和實驗的檢驗。 接下來，美國生物學家摩爾根用果蠅雜交實驗為基因位于染色體上提供了證據(jù)。摩爾根選用果蠅作為實驗材料的原因：果蠅是一種昆蟲，有體小、繁殖快、生育力強、飼養(yǎng)容易等優(yōu)點。1909年，摩爾根從野生型的紅眼果蠅培養(yǎng)瓶中發(fā)現(xiàn)了一只白眼的雄果蠅，這只例外的白眼雄果蠅特別引起了他的重視，他抓住這個例外不放，用它作了一系列設計精巧的實驗。 摩爾根首先做了實驗一： P 紅眼（雌） 白眼（雄） 　　　　　　　　　↓ F1 紅眼（雌、雄） 　　　　　　　　　↓F1雌雄交配 F2 紅眼（雌、雄） 白眼（雄） 3/4 1/4 從實驗一中，不難看出F1中，全為紅眼，說明紅眼對白眼為顯性，而F2中紅眼和白眼數(shù)量之比為3:1，這也是符合遺傳分離規(guī)律的，也表明果蠅的紅眼和白眼由一對等位基因來控制。所不同的是白眼性狀總與性別相關聯(lián)。如何解釋這一現(xiàn)象呢？ 摩爾根認為，既然果蠅的眼色遺傳與性別相關聯(lián)，說明控制紅眼和白眼的基因在性染色體上。在20世紀初期，生物學家對于果蠅的性染色體有了一定的了解。果蠅是XY型性別決定的生物，果蠅的Y染色體比X染色體長一些。X染色體和Y染色體上的片段可以分為三個區(qū)段：X染色體上的非同源區(qū)段、Y染色體上的非同源區(qū)段和同源區(qū)段。（如下圖）。在雌果蠅中，有一對同型的性染色體XX，在雄果蠅中，有一對異型的性染色體XY。 那果蠅的眼色基因到底在哪里呢？是在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中哪個區(qū)段上呢？ 教材出示了摩爾根的假設，他認為：控制白眼性狀的隱性基因由X染色體所攜帶，Y染色體上不帶有白眼基因的等位基因， 即控制果蠅眼色的基因在Ⅰ區(qū)段上。之后摩爾根用這個假設合理的解釋了他所得到的實驗現(xiàn)象即實驗一。后來通過測交實驗 進行了驗證。到這里，難免讓人產生如此疑問：摩爾根怎么如此“草率”的認為控制眼色的基因在Ⅰ區(qū)段上？難道不需要排 除基因在Ⅱ、Ⅲ區(qū)段的可能性嗎？ 事實上，摩爾根的果蠅實驗是很嚴謹?shù)模俗隽松厦娴膶嶒炓?，還做了如下兩個實驗。 實驗二：將實驗一中所得的F1中的紅眼雌蠅和白眼雄蠅進行雜交。 P 紅眼（雌） 白眼（雄） 　　　　　　　　↓ F1 紅眼（雌、雄） 白眼（雌、雄） 實驗三：摩爾根將實驗二所得白眼雌蠅和紅眼雄蠅進行雜交。 P 白眼（雌） 紅眼（雄） 　　　　　　　　↓ F1 紅眼（雌） 白眼（雄） 簡單推理就容易得到，控制眼色的基因不可能在Ⅲ上，那么在Ⅱ區(qū)段上呢? 假設控制眼色的基因在Ⅱ區(qū)段上，果蠅眼色基因用B、b來表示，則實驗一、二、三的遺傳分析圖解如下： 實驗一： P XB XB (紅、雌) Xb Yb ( 白、雄) 　　　　　　　　　　　↓ F1 XB Xb (紅、雌) XB Yb（紅、雄） 　　　　　　　　　　　↓F1雌雄交配 F2 XB XB (紅、雌) XB Xb (紅、雌) XB Yb（紅、雄）Xb Yb ( 白、雄) 可知基因在Ⅱ區(qū)段上，可以解釋實驗一。 實驗二：將實驗一中所得的F1中的紅眼雌蠅和白眼雄蠅進行雜交。 P XB Xb (紅、雌) Xb Yb ( 白、雄) 　　　　　　　　　　　　↓ F1 XB Xb (紅、雌) Xb Xb(白、雌) XB Yb（紅、雄）Xb Yb ( 白、雄) 可知基因在Ⅱ區(qū)段上，可以解釋實驗二。 實驗三：將實驗二所得白眼雌蠅和紅眼雄蠅進行雜交。 P Xb Xb(白、雌) XB YB（紅、雄） 　　　　　　　　↓ F1 XB Xb (紅、雌) Xb YB ( 紅、雄) 果蠅種群中紅眼雄果蠅的基因型有三種，只需要以上一個雜交組合就足以證明基因在Ⅱ區(qū)段上，不能解釋實驗三。 綜上所述，控制果蠅紅眼和白眼的基因在X染色體的非同源區(qū)段上，即Y染色體上并沒有其等位基因。 2.摩爾根果蠅雜交試驗的教學策略 我在設計之初也想按照課本思路進行授課，也聽過類似思路的課，而且我發(fā)現(xiàn)大家的處理都是在引導學生發(fā)現(xiàn)果蠅 眼色的遺傳符合孟德爾規(guī)律，跟性別有關之后，教師就出示了摩爾根的假設，之后用假設來解釋他所做的實驗。這種處 理方式使得科學家經(jīng)過那么艱難的思維過程才得出的結論現(xiàn)在被我們不費任何力氣就得到了，這個過程好像“太容易了”， 感覺沒有充分利用好這個實驗，而且設計過程沒有真正引導學生去探究，也沒有引起學生學習過程中的矛盾沖突，那么 到底應該怎么設計才能充分利用好這個實驗，讓學生充分探究呢？為引導學生重演摩爾根當年的思維過程，我進行了如 下的教學嘗試： 【教學片斷】 布置學生閱讀課本上的果蠅雜交實驗。 師：大家思考一下，摩爾根的果蠅雜交實驗與前面的孟德爾遺傳規(guī)律矛盾嗎？ 生：從3：1的分離比可知，并不矛盾。 師：那這一實驗結果有沒有特別之處呢？ 生：白眼性狀與性別有關。 師：（出示果蠅體細胞染色體圖解，引導學生明確性染色體的形態(tài)）針對上述實驗現(xiàn)象，你能提出怎樣的假設呢？ 生：控制果蠅眼色的基因在性染色體上。 師：很好。（出示果蠅X、Y染色體圖，介紹X非同源區(qū)段、Y非同源區(qū)段和同源區(qū)段）請大家再認真的觀察一下果蠅的 X、Y染色體，結合果蠅雜交實驗，你能提出什么問題呢？ 生：控制果蠅眼色的基因到底是在哪個區(qū)段上？ 師：大家能自己找到解決這個問題的方法嗎？（學生分組討論，教師下去巡視，及時提示并觀察問題解決的進度。 學生很容易排除基因在Y染色體非同源區(qū)段上，但是通過遺傳圖解的書寫，學生們發(fā)現(xiàn)另外兩種情況都能解釋課本 上的實驗） 師：（正當學生一籌莫展時給予及時提示）X非同源區(qū)段和同源區(qū)段的差異表現(xiàn)在雄性個體的基因型上。如果在同 區(qū)段上，那么一只純合紅眼雄蠅基因型應該是XBYB，如果在X非同源區(qū)段上，則紅眼雄基因型為XBY，那如何讓這兩種情 況下產生的配子都顯現(xiàn)出來呢？ 生：測交，即與白眼雌果蠅雜交。 師：那如何獲得白眼雌果蠅呢？（學生討論） 生：將實驗中所得的F1中的紅眼雌蠅和白眼雄蠅進行雜交。 然后，師生共同完善相應的遺傳圖解及推理過程，很快，學生們就得到基因在X染色體非同源區(qū)段上的結論。 最后，教師再介紹摩爾根的實驗二和實驗三，到這時，學生們才恍然大悟，原來他們想到的方法和摩爾根是一樣的！ 3.對本節(jié)內容的教學感悟 在這個教學片斷中，我沒有直接按照課本上的教學內容來進行教學，而是對其進行了合理的再加工。以上教學過程的設計以學生的思維過程為線索，力求再現(xiàn)摩爾根當初的探究過程，可能當初摩爾根的思路和我們想的并不完全一樣， 但是我覺得這種教學過程的設計有利于引起學生探究過程中的矛盾沖突，便于突破教學重點和難點。在這節(jié)課中，學生經(jīng)歷了一個科學探究過程，首先深入思考作出自己的假設，并與其他同學一起探討交流，然后自己的推理分析又推翻了 自認為很有道理的假設，當三組提出不同假設的學生集合自己的智慧結晶，最終用遺傳圖解的方式解決這個矛盾后，學生對正確的結論會有更深刻的認識，在自己的腦海中也會留下深刻的印象，同時通過嘗試書寫遺傳圖解解釋實驗現(xiàn)象， 不僅能提高應用遺傳圖解分析和解釋遺傳學問題的能力，還可以提高學生分析現(xiàn)象、推理驗證和解決問題的綜合思維能力。 通過這個探究過程也讓學生明白了科學研究的艱辛，感受了科學家嚴謹治學的精神，也在這種潛移默化的學習中提升了學生的生物科學素養(yǎng)