师:同学们好,这节课老师将带领大家一起复习孟德尔的豌豆杂交实验。首先是豌豆的一对相对性状的杂交实验。孟德尔通过科学的研究方法,对实验过程中发现的问题进行了解释,并验证了自己的解释,这个解释被后人归纳为孟德尔第一定律,也就是分离定律。接下来,这节课我们重点复习以下三部分内容:一是豌豆作为遗传实验材料的优点;二是一对相对性状的杂交实验;三是分离定律。我们先来看第一部分内容,豌豆作为遗传实验材料的优点。同学们知道,孟德尔除了研究豌豆,还研究了山柳菊、玉米等多种植物,但只有研究豌豆获得了成功。那么豌豆到底有哪些优点呢?豌豆主要有三个方面的优点:两性花自花传粉、闭花授粉,自然状态下为纯种;花大,便于进行人工异花传粉操作;具有易于区分的相对性状。
第一个方面,豌豆是两性花。那么豌豆花有什么结构呢?请同学们观察豌豆花结构图,从图中可以看出,豌豆花主要包括5个部分:雌蕊、雄蕊、花瓣、花萼和花托。其中,雌蕊又包括柱头、花柱和子房,雄蕊包括花药和花丝。豌豆花在开放前,中间有一对花瓣紧紧包裹着雌蕊和雄蕊,这时已经完成了授粉。所以,豌豆花是严格自花传粉、闭花授粉的,这就保证了在自然状态下豌豆都是纯种。用豌豆做人工杂交实验,结果既可靠又容易分析。
第二个方面,豌豆花大,便于进行人工异花传粉操作。那么如何进行人工异花传粉呢?人工异花传粉一共有四步:去雄、套袋、人工授粉、再套袋。请同学们认真观察人工异花传粉过程图,思考以下几个问题:第一步,去雄的目的是什么?应该在什么时期进行?请同学们观察操作。去雄就是把雄蕊全部去掉,只保留雌蕊。所以,去雄的目的是防止自花传粉,应该在自花传粉前,也就是开花前的花蕾期进行。第二步,套袋的目的是什么?是为了防止外来花粉的干扰。第四步,再套袋,它的目的和第二步一样,都是为了防止外来花粉的干扰,从而保证所结的种子都是人工异花传粉的结果。第三步,人工授粉。在这里,人工授粉的父本和母本分别指什么呢?人工授粉就是将图中b矮茎花的花粉涂抹在a高茎花的雌蕊柱头上。所以,b为提供花粉的植株,是父本;a为接受花粉的植株,是母本。
第三个方面,豌豆植株具有易于区分的相对性状。相对性状指的是什么?如何判断相对性状呢?下面我们来分析一对概念。性状是指生物体所有特征的总和,包括形态特征和生理特征。例如,豌豆茎的高度、豌豆子叶的颜色都属于生物的性状。而相对性状指的是同种生物同一种性状的不同表现类型。例如,豌豆的高茎和矮茎是一对相对性状,豌豆的圆粒和皱粒也是一对相对性状。关于相对性状的判断,请同学们注意,概念中有“两同一不同”。“两同”指的是同种生物、同一种性状,“一不同”指的是表现类型不同。正是由于豌豆具有多对易于区分的相对性状,使得实验结果容易进行分析和观察。
以上三点就是豌豆作为遗传实验材料的优点,正确选择材料是孟德尔获得成功的原因之一。另外,科学的研究方法——假说演绎法运用到实验过程中,也是孟德尔获得成功的另一个原因。下面我们来看第二部分,一对相对性状的杂交实验。请同学们回顾一下假说演绎法的内容。假说演绎法可以分为哪几步呢?可以分为四个步骤:第一步,依据现象提出问题;第二步,提出假说解释现象;第三步,演绎推理做出预期;第四步,实验验证得出结论。如果实验结果与演绎推理的预期结论相符,证明假说是正确的;反之,则说明假说是错误的。
下面我们先来看第一步,依据现象提出问题。孟德尔进行了一个什么样的实验,又发现了什么现象呢?首先,孟德尔选择了纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆做亲本进行杂交。高茎和矮茎为一对相对性状,正反交产生的子一代全部为高茎豌豆,高茎为显性性状,矮茎为隐性性状。然后将子一代自交,子二代出现了高茎和矮茎。像这种后代同时出现显性性状和隐性性状的现象,叫做性状分离。孟德尔统计了子二代的数目,性状分离比为3 : 1。根据这些现象,孟德尔提出了以下几个问题:一、为什么子一代都是高茎而没有矮茎呢?二、为什么子二代中矮茎性状又出现了呢?三、子二代中出现3 : 1的性状分离比是什么原因?针对这几个问题,孟德尔进行了严谨的推理和大胆的想象,对以上问题进行了解释。
下面我们再来看第二步,提出假说,解释问题。孟德尔提出的解释也就是假说,可以用遗传图解来表示。请同学们注意遗传图解的写法:首先左边要标出亲本P、配子、子一代F1和子二代F2,然后还要写出亲本的表现型、基因型、配子的种类,以及子代的表现型、基因型及比例。根据遗传图解,我们来分析假说的内容:一、生物的性状由遗传因子决定,显性性状由显性遗传因子决定,隐性性状由隐性遗传因子决定。这些因子就像一个个独立的颗粒,既不会融合也不会消失。可以用一对大小写字母表示一对遗传因子,这里用D表示显性遗传因子,d表示隐性遗传因子。二、体细胞中遗传因子成对存在,所以亲本高茎的遗传因子组成为DD,矮茎为dd,均为纯合子。三、产生生殖细胞时,成对的遗传因子分开,配子中遗传因子成单存在。所以DD只产生一种配子D,dd只产生一种配子d。四、受精时雌雄配子结合是随机的,因此子一代为Dd,表现为高茎。再将子一代自交,子一代产生的雌配子有两种,比例为1 : 1,雄配子也有两种,比例为1 : 1。用棋盘法来表示遗传图解,我们可以看到子二代一共有四个组合,三种遗传因子组成,两种表现型,比例为3 : 1。孟德尔提出的假说完美地解释了性状分离比为3 : 1的问题。
那么假说一定是正确的吗?不一定。一种正确的假说不仅能够解释已有的实验结果,还应该能够预测另外一些实验结果,所以还需要对假说进行演绎推理,这就是假说演绎法的第三步,演绎推理做出预期。这一步,孟德尔设计了一个巧妙的实验,就是测交。测交的概念是什么呢?测交指的是将子一代与隐性纯合子进行杂交。测交会出现什么结果呢?根据孟德尔提出的假说,我们来分析测交的遗传图解。测交的亲本为子一代杂合高茎Dd和矮茎dd。由于Dd会产生两种配子D和d,比例为1 : 1,而dd只能产生一种配子d,所以雌雄配子随机结合后将出现两种遗传因子组成,性状为高茎和矮茎,比例为1 : 1。
