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遗传与进化

关于高中生物“遗传与进化”模块中几个问题的探讨

来源:网络转摘 发布时间:2012-02-08 浏览次数: 【字体:

    因人教社的邀请和自身工作需要,前后参加了多次省内外高中生物教材培训和课堂教学观摩。培训活动中教师们先后提出了若干问题与我们探讨,教学观摩中一些师生的观点涉及到若干问题,现将一些带有普遍性的问题整理出来,并进行简要解释,欢迎大家批评指正。需要特别说明的是,我提出和解释这些问题的目的并不是让学生掌握这些知识、给学生增加学习负担,而是期盼通过与教师们的交流,让我们共同站在一个瞭望的知识高地,使我们在教学和评价中的理解和表达更加科学、严谨。
  1、为什么要先学习“孟德尔遗传规律”、再学习“减数分裂”、最后学习“遗传的物质基础”?
  在教材培训中不少教师对人教版教材在本模块内容编排顺序提出疑问:为什么要先学习“孟德尔遗传规律”、再学习“减数分裂”、最后学习“遗传的物质基础”?其实,这正是人教版教材独具匠心之处:①恢复科学发展历史的原貌,尊重科学发展进程和人类认知规律。“遗传与进化”模块教学内容的编排顺序基本上是按照科学发展的历史时序安排的,从孟德尔到摩尔根再到沃森、克里克等,从拉马克到达尔文再到现代生物进化理论。任何科学思想的诞生都经历了发生、发展和不断成熟的过程,孟德尔遗传规律也不例外,教材尊重和再现了这个重大理论的形成历史。再从人类的认知规律来说,人们对自然的探索和研究,往往都是从宏观走向微观、从实证研究走向理论猜想再到实验验证,教材的编排符合人类的认知规律。②突出体现了“领悟假说-演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”的课程目标。如果教材仍然采用过去版本教材中“减数分裂→遗传物质→遗传规律”的内容编排顺序,那只能引导学生用现代遗传学理论去解释过去的科学发现,难以达到“领悟”的课程目标,难以生动地再现“假说-演绎、建立模型等科学方法”在那个特定时代背景下“在科学研究中的应用”的过程和场景。因此笔者认为,这样的教材内容的编排顺序更能体现课程标准的要求,更加有利于学生在历史的进程中体悟科学方法、科学思想的形成与发展。③符合知识之间内在的逻辑关系。本模块教材通过“孟德尔杂交实验→减数分裂→遗传物质”的内容编排顺序,不仅展示了科学过程与方法、科学思想形成与发展,还遵循了“个体水平→细胞水平→分子水平”的内在逻辑关系和生命系统的结构层次序列。④更加有利于实施体验、探究和启发式教学。《现代汉语词典》对“体验”一词的解释为:通过实践认识周围的事物;亲身经历。也就是说,体验是通过接触实物或实践活动而对原貌对象进行真切感受、感知,因此体验必须以真实情境为条件。探究式教学必须以现象与问题作先导,学生观察现象、提出问题、探究问题和解决问题,从而掌握探究的方法、启迪自己的思维、提升思维品质。启发式教学的效果取决于学生面对问题时能否形成“愤”、“悱”的心理状态,“心求通而未得,口欲言而未能”(朱熹)是启发式教学关键的心理基础。教材这样的内容编排顺序为实施上述教学方法并取得良好的教学效果奠定了基础,因为只有这样,才能引导学生站在历史的实景中像当时科学家那样提出问题、分析问题和解决问题,从而更加有利于开发学生的智力,发展学生的创造性思维,掌握科学方法,领悟科学思想;因为只有这样,才能使学生更加真切地感受科学研究的严谨和科学发现的伟大,更加有利于培养学生的科学精神、科学态度。
  2、是“受粉”,还是“授粉”?
  包括大学、中小学课本在内的各类书籍中,“受粉”和“授粉”的混用现象引起了老师们的关注。他们提出:“受粉”和“授粉”到底有没有区别?两者之间能否通用?要不要将两者加以严格而规范地区分?根据教材编写规范,科学名词的写法要以“全国自然科学名词审定委员会”公布的名词为准,不要使用一些自造的、不规范的简称;若没有规定的,可以按习惯叫法,但全文必须统一;最好在名词第一次出现时后面加注英文;包括一般词语在内的用语须严格遵照国家语言文字的有关规范标准。我查阅了李行健主编的《现代汉语规范词典》,对“受粉”一词的解释为“开花期雌蕊接受雄蕊的花粉”,对“授粉”一词的解释为“花粉从雄蕊传到雌蕊柱头或胚柱上”(注:其中“胚柱”来源不得而知,可能是“花柱”的代名词,但是花柱却与授粉无关)。从对这两个词语的解释来看,两者的区别在于:“受粉”强调“雌蕊”“接受”花粉,符合“受粉”中“受”为“接受、得到”的汉语含义,因此使用该词的主语应是“雌蕊”;“授粉”强调“雄蕊”将花粉“传给”雌蕊,符合“授粉”中“授”为“给予、交付”的汉语含义,因此使用该词的主语应是“雄蕊”。但是这样的区别并不为大家所注意,因而出现“受粉”与“授粉”普遍通用现象。还有人认为,“授粉”中“授”比“受粉”中“受”多了一个“扌”偏旁,还暗含“人工操作”之意,因此至少在“人工授粉”、“人工授精”等词语中应用“授”字,既合“授”字的“给予”本意,又暗含“人工操作”之意,当然这只是一家之言。石孝殊等翻译的《牛津高阶英汉双解词典(Oxford Advanced Learner’s English-Chinese Dictionary)》对“pollination”的解释为“授粉”、“传粉”,“授粉”、“传粉”翻译成英文均为“pollination”。
  3、烟草自花传粉能产生后代吗?
  首先遗传学的“自交”、植物学的“自交”和“自花受粉”这三者之间有联系也有区别,我们在课堂教学和考试命题时不能混用。遗传学的自交是指同一个体或同一基因型的不同个体之间雌雄配子的结合;植物学的自交特指同一个体雌雄配子的结合,即自花受粉。由此可见,遗传学的自交定义比植物学的自交定义广,植物学的自花受粉属于遗传学的自交,但是植物学的异花受粉可能是遗传学的自交,也有可能是遗传学的杂交。关于“植物自花传粉产生后代”的说法,在课堂用语和命题遣词时要慎用,因为自交不亲和性(self-incompatibility)是植物界较为普遍的一种现象,广泛存在于十字花科、禾本科、豆科、茄科、菊科、蔷薇科、石蒜科、罂粟科等80多个科的3000多种植物,其中以十字花科植物最为普遍。植物自交不亲和性是植物在长期进化过程中形成的有利于异花受粉、从而保持高度杂合性的一种生殖机制。植物自交不亲和性,有两种基本类型:①配子体型自交不亲和性,即花粉萌发的花粉管可侵入柱头,并能在花柱组织中延伸一段,此后就受到抑制,常见于豆科、茄科和禾本科的一些植物。②孢子体型自交不亲和性,即花粉在柱头上不能正常萌发,或萌发后在柱头乳突细胞上缠绕而无法侵入柱头,多见于十字花科和菊科植物。植物自交不亲和性的内在机制有:①遗传控制。不论配子体型还是孢子体型自交不亲和性,在遗传上都是由特定的复等位基因控制的,如美国学者伊斯特(East.E.M)等对烟草属植物的研究发现,有一组复等位基因S(烟草有15个)控制着自交不亲和性的遗传;后来陆续发现禾本科植物由两个位点上复等位基因控制配子型自交不亲和性,芝麻菜(Eruca sativa)至少有三组等位基因共同控制孢子体型自交不亲和性的遗传。②生理机制。落在柱头上的花粉是否亲和,由成熟柱头乳突细胞表面的一种特殊的糖蛋白和花粉外壁释放的特定蛋白质所决定。
  4、体细胞中染色体数为奇数的生物一定不育吗?
  在课堂教学观摩时,常听到教师或学生这样的解释:“骡子之所以没有生殖能力,是因为其体细胞中染色体数为奇数。”体细胞中染色体数为奇数的生物就不育吗?显然,这是一个错误的判断,因为性别决定类型中的XO型雄性个体,以及ZO型雌性个体体细胞中染色体数都为奇数,但是它们能产生后代。直翅膜昆虫如蝗虫、蟋蟀、蟑螂等性别决定类型属于XO型,雌性个体体细胞中含有2条X染色体;雄性个体体细胞中仅含有1条X染色体。如,雌性蝗虫体细胞中有24条染色体(22+XX),而雄性蝗虫体细胞中只有23条染色体(22+X);植物中的花椒也是属于XO型。鳞翅目昆虫中的少数个体,雄性为ZZ,雌性为ZO的类型,称为ZO型性别决定,其雌性个体体细胞中只含有1条性染色体。
  5、观察细胞减数分裂过程时,为什么不用雌性生殖器官作实验材料?
  观察减数分裂的实验材料,不同版本的中学教材提供的实验材料有所不同,有的是蝗虫的精巢,有的是蚕豆的花药,那么高等植物的雌蕊和哺乳动物的卵巢可以不可以作为实验材料?要解决这个问题,我们首先要对实验选材的原则进行思考:我们要观察减数分裂过程,那么所选择的材料中必须正在发生减数分裂过程;为了提高实验效果,便于、易于观察到减数分裂过程,那么组织细胞中发生减数分裂的频率要高,这样在显微镜下才容易找到处于减数分裂各时期的细胞。经过上述分析,我们不难理解桃花的雌蕊和小鼠的卵巢并非是观察减数分裂的理想材料,因为它们发生减数分裂的频率很低,而且哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备,是在出生前的胎儿时期完成的,发情期时发展并停留在减数第二次分裂中期,如果成功受精才会继续减数第二次分裂的后续过程,因此想通过桃花的雌蕊和小鼠的卵巢观察减数分裂各个时期特点几乎是不可能的。
  6、病毒在侵染过程中一定只有核酸进入受体细胞吗?
  病毒是一种非细胞形态的生物,主要有蛋白质和核酸组成,有的病毒还含有脂质和糖类物质。病毒对宿主细胞的侵染性是由核酸决定的。在T系噬菌体中以T2噬菌体的研究最清楚,T2噬菌体由于入侵宿主细胞时,只把DNA从尾部注入细胞,而将外壳留在细胞外面,故作为证明DNA是遗传物质的经典实验。但是并不是所有病毒侵染细胞时一定只有核酸进入受体细胞,如烟草花叶病毒在侵染宿主细胞时,就是整个病毒粒子都进入细胞的。因此,在教学中不能将教材所举实例的任何方面推而广之。
  7、DNA复制过程中,不需要DNA连接酶吗?
  有一道选择题在中学课堂教学和考试中颇为流行:“在下列各项中,不能作为DNA复制基本条件的是( )A.ATP B.脱氧核苷酸 C.解旋酶 D.DNA连接酶”,教师提供的正确答案是“D”,理由是:“根据教材叙述,模板、原料、能量和酶是DNA复制的基本条件,ATP是提供能量的物质,脱氧核苷酸是原料,解旋酶是解旋时需要的生物催化剂,而DNA连接酶则是基因工程中才用到的工具酶。”那么,DNA复制过程中真的不需要DNA连接酶?答案是“需要!”DNA连接酶(DNA ligase)是1967年在三个实验室同时被发现的,它是一种封闭DNA链上缺口的酶。虽然DNA连接酶最初是在大肠杆菌中被发现的,但是普遍存在于各种各类细胞中。DNA复制时,在DNA聚合酶的作用下,前导链按5′→3′方向连续合成;而滞后链的合成却是不连续的,DNA聚合酶在每一个引物后合成一段冈崎片断,引物被切除后,相邻冈崎片断的连接正是靠DNA连接酶的催化作用。DNA连接酶借助ATP或NAD水解提供的能量催化DNA链的5'-磷酸基团的末端与另一DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键。如此看来,教学需要教材,但不能拘泥于教材,不能因为教材中没有“DNA复制中需要DNA连接酶”的知识信息,我们采取想当然的做法而加以否定。
  8、DNA指纹是人类个体特征性基因吗?
  DNA指纹是指在人体(或其他生物)DNA不表达的碱基序列中具有完全个体特异性的一部分串联重复的短序列,其个体特异性足以与手指指纹相媲美,因而得名。DNA指纹的识别是目前法医学检测案例最常采用的方法之一,可以快速、准确地提高个人识别几率,用于个体识别、亲权鉴定及骨髓移植后监测,还可用于孑遗物种的保存和繁殖。DNA指纹具有如下特点:①高度的特异性研究表明,两个随机个体具有相同DNA图形的概率仅3×10-11,两个个体完全相同的概率小于5×10-19,因此除非是同卵双生,否则几乎不可能有两个人的DNA指纹的图形完全相同。②稳定的遗传性。分析发现,DNA指纹图谱中几乎每一条带纹都能在其双亲之一的图谱中找到,这种带纹遗传符合经典的孟德尔遗传规律,而且非常稳定。③体细胞稳定性。同一个人的不同组织如血液、肌肉、毛发、精液等产生的DNA指纹图形完全一致。 需要特别说明的是,DNA指纹的特异性是由不同个体染色体DNA中不表达的碱基对中部分串联重复短序列的显著差异所决定的。由于是人体染色体DNA中不表达的串联重复短序列,因此不要误认为DNA指纹就是人的基因。
  9、杂种优势与杂交育种是一回事吗?
  在生产实践中,人们常常把杂交方法培育优良品种或利用杂种优势都称作为杂交育种,而事实上两者之间存在着显著差别。杂种优势是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代,在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量及其品质等多种性状方面优于两个亲本的现象,如骡子就是古人利用杂种优势的典型实例;杂交育种通常是指把不同遗传类型的生物进行交配,使双方的优良性状结合于杂种后代中,再通过培育和选择,最终形成新品种的方法,如应用最普遍的品种间杂交。杂种优势主要是利用杂种子一代的优良性状,在后代优良性状遗传的稳定性上并不作要求,而不断通过亲本杂交的办法获得大量的杂种子一代;而杂交育种要在杂交后代众多类型中不断选育获得优良性状稳定遗传的新品种,因此要求其优良性状能够相对稳定地遗传给后代。
  主要参考文献
  1、王亚馥等.遗传学.北京:高等教育出版社,1999.
  2、陈阅增.普通生物学.北京:高等教育出版社,1997.
  3、朱正威,赵占良.教师教学用书.北京:人民教育出版社,2004.

  通讯地址:江苏省南京市北京西路77号教科研大楼江苏省教研室(邮编:210013)
  作者简介:吴举宏,江苏省特级教师,江苏省首批教授级中学高级教师,江苏省“333高层次人才培养工程”首批中青年科学技术带头人。

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