分子遺傳學的中心法則

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分子遺傳學的中心法則范文第1篇

【關鍵詞】問題串 遺傳部分 教材編寫 內在邏輯

1.問題的提出

實行新課改后，有部分教師反映新人教版教材（以下稱“新教材”）的邏輯性不如舊人教版教材（以下稱“舊教材”）。在剛接觸到新教材時，筆者也有類似感覺，但細細體會之后，發現新教材的編寫有著自己的內在邏輯。部分教師感覺邏輯性不如舊教材，實際上是思維慣性所致，即長期使用舊教材，對舊教材的邏輯形成思維定勢，而對新教材的內在邏輯理解不深刻。所以，認真領會新教材的內在邏輯，是每一位教師鉆研新教材，適應在新課標理念下教學的必然要求。

筆者在近年的教學實踐中，對人教版《高中課程標準實驗教科書生物必修②遺傳與進化》遺傳部分（第1章 ～ 第4章）編寫的內在邏輯有了一點體會，并嘗試著用問題串的形式將其層層揭示。這對深刻理解教材內容，把握知識之間的聯系起到較好的效果。

2.教材編寫的指導思想

遺傳部分的內容為必修②第1章 ～ 第4章。其中，第1、2兩章為經典遺傳學，第3、4兩章為分子遺傳學。該部分教材的編寫，總體上是以科學史的時間先后為序。目的是讓學生能對人類認識遺傳現象與規律的過程有一大致的了解；同時也使學生在了解科學史的過程中，領略并學習科學家們嚴謹的科學態度和精彩的科學思維。這正是新課標“倡導探究性學習”的理念在教材中的體現，也符合新課標實驗版高考大綱（以下稱“新高考大綱”） “關注生物科學發展史上的重要事件”的要求。

3.問題揭示教材編寫的內在邏輯

該部分內容，以科學史的時間為序，環環相扣，層層遞進。可用問題串的形式揭示其內在邏輯。現說明如下：

問題一：第1章的主要內容是：孟德爾提出“遺傳因子”的概念并揭示了兩個遺傳基本定律。后約翰遜將“遺傳因子”取名叫做“基因”。那么，什么是生物體遺傳的基本單位呢？

答：見《生物必修①分子與細胞》第55頁：“細胞既是生物體結構的基本單位，也是生物體代謝和遺傳的基本單位。”可見，生物體遺傳的基本單位是“細胞”。（從中，我們從一個側面看出了作為一套教材，不同模塊之間的前后聯系）。

那么，自然提出――

問題二：基因在哪里？具體在細胞的哪一部分結構呢？

答：回答這一問題的，主要是第2章內容。首先是薩頓根據基因和染色體行為的平行關系，用類比推理的方法提出“基因在染色體上”這一假設。后由摩爾根在解釋果蠅眼色遺傳現象時，運用假說――演繹法證實了這一假設。從而對這一問題給出了明確的答案――基因在染色體上。

問題三：由于染色體的主要成分是DNA和蛋白質。那么――基因的本質到底是什么？是染色體上的DNA，還是蛋白質？

答：這一問題的回答主要由第3章回答。故第3章標題即為《基因的本質》。通過“肺炎雙球菌的轉化實驗”和“噬菌體侵染細菌的實驗”等一系列精彩有說服力的實驗，證明 “染色體上的DNA是遺傳物質，而蛋白質不是”。

于是又問――

問題四：DNA為什么能夠作為遺傳物質？

答：根據“結構與功能相適應”這一生物學基本觀點。要回答這一問題，必須首先弄清楚DNA的空間結構。

自然要問――

問題五：DNA的空間結構是怎樣的？

答：第3章第2節指出：沃森和克里克首先提出DNA的雙螺旋結構模型。這一模型表明：DNA的空間結構特點，使其具備遺傳物質必須具備的所有特點：

1.4種堿基的排列順序多種多樣，可以藏大量的遺傳信息.

2.兩條鏈通過堿基互補配對以氫鍵相連，使其結構具有穩定性.而這一特性是蛋白質不具備的。

由該結構，兩人還預言了一種可能的DNA復制方式以維持遺傳的穩定性.

問題六：DNA為什么能保持遺傳的穩定性――即如何精確的自我復制？

答：見第3章第3節。從DNA的雙螺旋結構特點出發，沃森、克里克預言了“半保留復制”的方式，這一方式由Meselson和Fstahl通過15N同位素示蹤和密度梯度離心實驗所證實。

綜上，DNA是遺傳物質，基因在染色體上控制遺傳性狀。

那么――

問題七：DNA與基因是什么關系？

答：第3章第4節明確指出：基因是有遺傳效應的DN段。

既然如此，那么――

問題八：基因怎么控制性狀？

答：由這一問題自然過渡到第4章內容。

由《必修①分子和細胞》第24頁提到：“蛋白質是生命活動的主要承擔者”。由此可知，生物的性狀主要由蛋白質體現。所以基因是通過控制蛋白質的合成來控制性狀。主要有兩個途徑：一是通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。另一個是通過直接控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。

至此，又可提出以下問題：

問題八：DNA主要分布在細胞核內，而蛋白質主要分布在細胞質內，DNA如何指導蛋白質合成？

答：關于這一問題，克里克率先提出“中心法則”這一遺傳信息流動方向的假說，并于后來被證實。即為

這樣，問題又來了――

問題九：由中心法則可知，mRNA是蛋白質合成的直接模板。mRNA用的是“核苷酸語言”，而蛋白質用的是“氨基酸語言”。那么――這兩種語言之間是怎樣的對應關系？

答：這便是第4章第3節《遺傳密碼的破譯》要講的主要內容。通過伽莫夫、克里克、尼倫伯格、馬太等科學家的努力，破譯了全部的密碼子，并發現密碼子在生物界具有通用性，即絕大多數生物，從低等的細菌直至高等動物人類，共用一套遺傳密碼。

4.結語

分子遺傳學的中心法則范文第2篇

關鍵詞：假說—演繹法；孟德爾豌豆雜交實驗；科學方法

假說—演繹法是形成和構造科學理論的一種重要思維方法。它的基本特點是：在科學研究過程中，研究者在觀察、實驗的基礎上，對所獲得的事實材料進行加工制作，首先提出某種作為理論基本前提的假說來，然后以假說作為出發點，邏輯地演繹出可由經驗檢驗的結論，構成一個理論系統。用這個理論系統解釋和預見所研究的對象系統的各種現象，并用實驗來進行檢驗和修正。圖1為假說—演繹推理的邏輯關系。

圖1假說—演繹推理的邏輯關系

近代科學到現代科學，以“觀察（實驗）—歸納”為主的方法逐漸讓位給以假說—演繹為主的方法。假說—演繹法不僅僅是科學家進行科學研究的方法，也是學生認識客觀事物，形成客觀規律的重要的科學探究方法。假說—演繹法相對于觀察—歸納法對于培養學生大膽想象的創新能力、嚴密的邏輯推理能力都有很好的作用。

一、假說—演繹法在高中生物新課程中的要求及體現

在《普通高中生物課程標準(實驗)》的“課程設計思路”部分，闡述“遺傳與進化”模塊的教學價值時指出，該模塊有助于學生領悟“假說演繹、建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用”。在新課標中分為了解、理解、應用三個水平要求，其中屬于應用水平的僅有兩項，一項是“總結人類對遺傳物質的探索過程”，另一項是“分析孟德爾遺傳實驗的科學方法”。在課程標準必修二模塊的前言部分，還特別指出要讓學生“體驗科學家探索生物生殖、遺傳和進化奧秘的過程”，可見引導學生體驗科學的過程和方法，是必修二模塊的重要任務之一。

必修二教材中涉及假說—演繹方法的內容還有：dna分子半保留復制方式的提出與證實（第52頁，沃森和克里克提出遺傳物質自我復制的假說，1958年科學家以大腸桿菌為實驗材料，設計了一個巧妙的實驗，證實了dna是以半保留的方式復制的），整個中心法則的提出與證實（第68—第69頁）以及遺傳密碼的破譯（第73—第75頁）等內容。這些內容可以讓學生體會，領悟其中蘊含的方法。同時在教材中，編者也設計了類似的練習題對學生進行訓練。如教材第38頁拓展題“……你怎樣解釋這種奇怪的現象？如何驗證你的解釋”，及第71頁的技能訓練——提出假說，得出結論“請針對出現殘翅果蠅的原因提出假說，進行解釋”，必修三教材第69頁進一步探究“根據你對影響酵母菌種群數量增長的因素作出的推測，設計實驗進行驗證”等。

二、假說—演繹法的典型課例分析

孟德爾的豌豆雜交實驗是高中生物學教學的經典內容。遺傳因子分離導致性狀分離這一命題，是孟德爾通過豌豆的一對相對性狀的雜交實驗，運用假說—演繹法，歷經“提出問題—構建假說—驗證假說—獲得結論”建立起來的。因此，這一內容非常適合作為培養學生科學探究能力的素材。構建假說需要大膽設想，演繹推理需要縝密思維,驗證假設則需要設計實驗，尋求證據,進行論證。這一系列過程非常有利于訓練學生的思維。下面以一對相對性狀的分離實驗為例（如圖2），看看孟德爾在進行豌豆雜交實驗過程中，以及提出基因的分離定律的過程中，是怎樣體現假說—演繹法的。

本案例教學的難點，在于讓學生理解孟德爾研究過程中的哪個步驟是演繹。學生看到的是，孟德爾提出假說后，就設計測交實驗進行檢驗了，那么哪一步是演繹呢?事實上，測交實驗所檢驗的不是假說本身，而是假說的推論。如果孟德爾要直接驗證他的假說，只能用顯微觀察的方法，確定遺傳因子的真實存在和遺傳因子的傳遞方式，顯然在當時這是不可能的。只能由假設演繹出一個必然的可證明的待檢驗陳述,即子一代如果是雜合體，則必然會產生兩種數量相等的配子。那么如何最直觀、最簡單地證明這個推論呢？孟德爾非常巧妙地設計了測交方法，即將子一代與隱性親本類型回交，這是因為隱性親本性狀不能遮蓋顯性性狀，并能顯出純隱性性狀，這樣測交結果就能直接反映出子一代所產生的配子的類型和數目。如果測交結果能得到后代的性狀分離比例是1：1的話，就證明了推論的正確性。這應該是孟德爾之所以采用測交試驗的真正目的。孟德爾所做的測交實驗結果與預期的結果完全相符，證明了推論的正確性，由此就得出被確證的結論，即分離定律。

三、在應用假說—演繹法時需注意的問題

（一）給學生更多思考的時間和空間

活躍的思維是課堂教學成功的保證，在再現孟德爾實驗和思維的過程中，不僅有分析、推理、歸納、演繹，還有設計和想象等思維活動，教師要有足夠的耐心，提出問題或由學生提出問題后，再引導學生分析，因此給學生足夠的時間進行思考和討論非常重要。

（二）引導學生進行合理推理而非主觀臆斷

在演繹推理這一環節中最好以問題“為什么孟德爾不是用f1代自交或用f1代與純種高莖豌豆雜交來證明其假說，而是將f1代與矮莖豌豆進行測交呢”來引導學生思考，而非主觀臆斷地告訴學生，孟德爾當時就是這么想的，就是將f1代與純隱性類型雜交，至于為什么這樣做卻沒有進行分析。這種教學的結果是使學生失去了思考的動力，不進行分析和思考就被動接受，其后果是學生遇到檢驗某一生物個體是否是雜種的實際問題時，只會想到測交而不會根據實際情況進行分析判斷，這是一種失敗的教學。

四、假說—演繹法在科學發現中的應用與限制

回顧經典遺傳學的歷史就會發現，人們對基因和性狀關系的認識，首先是從性狀傳遞的規律變化提出合理的假說，然后再分析、演繹推理、實驗驗證，在“合理”和“不合理”的沖突中發現正確的結論。如孟德爾在不知道遺傳因子為何物、在細胞何處的情況下，選取豌豆若干對相對性狀進行雜交實驗，對呈現的現象提出假說，合理演繹，實驗驗證，從而歸納得出兩個遺傳的基本規律。基于當時的情況，孟德爾的假說是合理的，可以演繹地說明其他類似的現象。如果聯系到基因在染色體上的位置，就可以看出孟德爾假說的局限性，譬如孟德爾講的顆粒式遺傳、基因的獨立自由問題。如摩爾根和他的合作者就是在覺得孟德爾遺傳理論“不合理的”基礎上，通過大量的果蠅雜交實驗，發現連鎖和交換定律。