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遗传学科学史在高三生物学总复习中的综合应用——以布里吉斯实验为案例

廖琦

云南省昆明市第十四中学普吉校区,云南昆明,650033

摘要: 遗传学科学史是遗传学发展的重要记录,不仅揭示了遗传学的基本规律和原理,也展示了科学研究的思维方法和探索过程。本文旨在探讨遗传学科学史在高三生物总复习中的综合应用,通过整合遗传学科学史与高中遗传学教学内容,帮助学生深入理解遗传学的基本概念和原理,提高复习效率,同时培养学生的科学思维和探索精神。
关键词: 遗传学科学史;高三生物复习;布里吉斯实验;染色体学说直接证据
DOI:10.12721/ccn.2024.157012
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一、遗传学科学史的回顾

遗传学科学史的研究对象包括遗传学的基本概念、遗传规律的发现、遗传物质的探索、基因工程的发展等。通过对遗传学科学史的回顾,我们可以更好地理解遗传学的发展历程,以及科学家们如何通过实验和观察,逐步揭示遗传学的奥秘。

二、遗传学科学史在高三总复习中的应用

1. 深化对遗传学基本概念的理解

在高三总复习中,遗传学的基本概念是重点之一。通过引入遗传学科学史的相关内容,可以帮助学生更深入地理解这些概念。例如,通过介绍孟德尔的豌豆杂交实验和遗传定律的发现过程,可以帮助学生理解基因的概念、遗传的基本规律以及基因与性状的关系。

2. 提高复习效率

遗传学科学史中的经典实验和案例,往往具有很高的教学价值。将这些内容融入高三总复习中,可以帮助学生快速掌握关键知识点,提高复习效率。同时,通过对遗传学科学史的学习,学生还可以更好地理解和掌握遗传学的基本方法和技能,为未来的学习和研究打下基础。

3. 培养科学思维和探索精神

遗传学科学史不仅是一部科学发展的历史,也是一部科学家们的探索史。通过对遗传学科学史的学习,学生可以了解科学家们是如何面对挑战、克服困难、不断创新和发现新知识的。这有助于培养学生的科学思维和探索精神,激发他们对科学的兴趣和热爱。

三、案例分析

以“布里吉斯实验”为例,对这一重大科学事件的回顾不仅可以帮助学生理解染色体的结构和功能,还可以让他们领略科学家如摩尔根和布里吉斯是如何通过团队合作、创新思维和实验验证,最终揭示了基因位于染色体上的直接证据。

背景:果蝇伴性遗传实验是由遗传学家摩尔根和他的学生布里吉斯等人在1910年至1915年间完成的。实验的主要目的是研究果蝇的性别决定机制和伴性遗传现象。

孟德尔的奠基性工作:伴性遗传的研究始于19世纪末期,当时奥地利遗传学家格雷戈·孟德尔通过豌豆实验,提出了遗传因子的分离定律和自由组合定律。这些定律为后来的伴性遗传研究提供了理论基础。

在20世纪初,遗传学领域主要围绕孟德尔的遗传定律展开研究。然而,关于基因是如何在染色体上排列以及它们是如何影响生物性状的,仍然是一个未解之谜。布里吉斯利用果蝇作为实验对象,对这一问题进行了深入研究。

实验过程与发现:1、性别决定机制的研究:布里吉斯首先研究了果蝇的性别决定机制。他揭示了果蝇的性别由受精卵中的X染色体的数目所决定。这一发现为后来的性别决定机制研究奠定了基础。

2、白眼雌果蝇与红眼雄果蝇的交配实验:为了进一步探索基因与染色体之间的关系,布里吉斯将白眼雌果蝇与野生型的红眼雄果蝇进行交配。除了得到正常的白眼雄果蝇和红眼雌果蝇外,还意外地出现了少量的(1/2000)白眼雌果蝇和不育的红眼雄果蝇。这一现象被称为“初级例外”。他又进一步把初级例外的雌蝇和正常红眼雄蝇进行杂交,结果约4%的后代是白眼雌蝇和可育的红眼雄蝇,他称其为“次级例外”。

“初级例外”的推测:布里吉斯认为,“初级例外”几乎不可能是基因突变导致的。他推测这是由于亲本的白眼雌果蝇在减数分裂时X染色体未正常分离,移向细胞的同一极,从而形成了含两条X染色体或不含性染色体的卵细胞。

基于上述推测,布里吉斯进一步分析了果蝇的性染色体组成。他认为,“初级例外”的白眼雌果蝇和红眼雄果蝇的性染色体组成分别是XXY和XO;“次级例外”的白眼雌果蝇和红眼雄果蝇的性染色体组成分别是XXY和XY。

通过细胞学研究,他的模型推测得到了精确的检验,最终将W/w基因定位在X染色体上。

实验意义:与摩尔根的果蝇杂交实验相比(摩尔根的果蝇杂交实验虽然发现了性连锁这样一个重要的规律,但仍是一种推理,还不能作为基因位于染色体上的直接证据。),布里吉斯的果蝇实验为遗传的染色体学说提供了更直接的实验证据,他的实验更加有力地证明了“基因位于染色体上”。此外,他的研究还揭示了染色体数目变异与遗传性状之间的关系,为后来的遗传学研究和医学实践提供了重要的启示。

四、结论

综上所述,遗传学科学史在高三总复习中具有重要的应用价值。通过将遗传学科学史与高三遗传学教学内容相结合,可以帮助学生更好地理解和掌握遗传学的基本概念、原理和方法,提高复习效率,同时培养学生的科学思维和探索精神。因此,在高中生物学教学中,应加强对遗传学科学史的重视和应用。

五、建议与展望

建议在高三总复习中增加遗传学科学史的内容,通过课堂讲解、小组讨论、案例分析等多种形式,让学生更全面地了解遗传学的发展历程和科学精神。同时,鼓励学生自主阅读相关文献和资料,培养他们的自主学习和探究能力。展望未来,随着遗传学研究的不断深入和发展,遗传学科学史在生物学教学中的作用将更加凸显。因此,我们需要不断更新和完善遗传学科学史的教学内容和方法,以适应时代的发展和学生的需求。

参考文献:

1、 Morgan, T. H. (1910). The origin of linkage groups in barbara fruit flies. Science, 32(829), 481-485.

2、 Bridges, C. B. (1916). Mutations and crossing over in Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2(6), 352-356.

3、 Sturtevant, A. H., & Beadle, G. W. (1936). Introduction to genetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press.

4、 高翼之.摩尔根与染色体遗传学说的建立.遗传,2002,24(4):459

5、 谢仁荣,吴志强.染色体不分离现象为染色体遗传学说提供了直接证据.中学生物学,2019,35(8):4.

6、 徐晋麟、徐沁、陈淳 编著;现代遗传学原理(修订版)。北京:科学出版社

7、中华人民共和国教育部制定;普通高中生物学课程标准(2017版)。北京:人民教育出版社