分子遗传学的中心法则

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分子遗传学的中心法则范文第1篇

【关键词】问题串 遗传部分 教材编写 内在逻辑

1.问题的提出

实行新课改后，有部分教师反映新人教版教材（以下称“新教材”）的逻辑性不如旧人教版教材（以下称“旧教材”）。在刚接触到新教材时，笔者也有类似感觉，但细细体会之后，发现新教材的编写有着自己的内在逻辑。部分教师感觉逻辑性不如旧教材，实际上是思维惯性所致，即长期使用旧教材，对旧教材的逻辑形成思维定势，而对新教材的内在逻辑理解不深刻。所以，认真领会新教材的内在逻辑，是每一位教师钻研新教材，适应在新课标理念下教学的必然要求。

笔者在近年的教学实践中，对人教版《高中课程标准实验教科书生物必修②遗传与进化》遗传部分（第1章 ～ 第4章）编写的内在逻辑有了一点体会，并尝试着用问题串的形式将其层层揭示。这对深刻理解教材内容，把握知识之间的联系起到较好的效果。

2.教材编写的指导思想

遗传部分的内容为必修②第1章 ～ 第4章。其中，第1、2两章为经典遗传学，第3、4两章为分子遗传学。该部分教材的编写，总体上是以科学史的时间先后为序。目的是让学生能对人类认识遗传现象与规律的过程有一大致的了解；同时也使学生在了解科学史的过程中，领略并学习科学家们严谨的科学态度和精彩的科学思维。这正是新课标“倡导探究性学习”的理念在教材中的体现，也符合新课标实验版高考大纲（以下称“新高考大纲”） “关注生物科学发展史上的重要事件”的要求。

3.问题揭示教材编写的内在逻辑

该部分内容，以科学史的时间为序，环环相扣，层层递进。可用问题串的形式揭示其内在逻辑。现说明如下：

问题一：第1章的主要内容是：孟德尔提出“遗传因子”的概念并揭示了两个遗传基本定律。后约翰逊将“遗传因子”取名叫做“基因”。那么，什么是生物体遗传的基本单位呢？

答：见《生物必修①分子与细胞》第55页：“细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。”可见，生物体遗传的基本单位是“细胞”。（从中，我们从一个侧面看出了作为一套教材，不同模块之间的前后联系）。

那么，自然提出――

问题二：基因在哪里？具体在细胞的哪一部分结构呢？

答：回答这一问题的，主要是第2章内容。首先是萨顿根据基因和染色体行为的平行关系，用类比推理的方法提出“基因在染色体上”这一假设。后由摩尔根在解释果蝇眼色遗传现象时，运用假说――演绎法证实了这一假设。从而对这一问题给出了明确的答案――基因在染色体上。

问题三：由于染色体的主要成分是DNA和蛋白质。那么――基因的本质到底是什么？是染色体上的DNA，还是蛋白质？

答：这一问题的回答主要由第3章回答。故第3章标题即为《基因的本质》。通过“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”等一系列精彩有说服力的实验，证明 “染色体上的DNA是遗传物质，而蛋白质不是”。

于是又问――

问题四：DNA为什么能够作为遗传物质？

答：根据“结构与功能相适应”这一生物学基本观点。要回答这一问题，必须首先弄清楚DNA的空间结构。

自然要问――

问题五：DNA的空间结构是怎样的？

答：第3章第2节指出：沃森和克里克首先提出DNA的双螺旋结构模型。这一模型表明：DNA的空间结构特点，使其具备遗传物质必须具备的所有特点：

1.4种碱基的排列顺序多种多样，可以藏大量的遗传信息.

2.两条链通过碱基互补配对以氢键相连，使其结构具有稳定性.而这一特性是蛋白质不具备的。

由该结构，两人还预言了一种可能的DNA复制方式以维持遗传的稳定性.

问题六：DNA为什么能保持遗传的稳定性――即如何精确的自我复制？

答：见第3章第3节。从DNA的双螺旋结构特点出发，沃森、克里克预言了“半保留复制”的方式，这一方式由Meselson和Fstahl通过15N同位素示踪和密度梯度离心实验所证实。

综上，DNA是遗传物质，基因在染色体上控制遗传性状。

那么――

问题七：DNA与基因是什么关系？

答：第3章第4节明确指出：基因是有遗传效应的DN段。

既然如此，那么――

问题八：基因怎么控制性状？

答：由这一问题自然过渡到第4章内容。

由《必修①分子和细胞》第24页提到：“蛋白质是生命活动的主要承担者”。由此可知，生物的性状主要由蛋白质体现。所以基因是通过控制蛋白质的合成来控制性状。主要有两个途径：一是通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。另一个是通过直接控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

至此，又可提出以下问题：

问题八：DNA主要分布在细胞核内，而蛋白质主要分布在细胞质内，DNA如何指导蛋白质合成？

答：关于这一问题，克里克率先提出“中心法则”这一遗传信息流动方向的假说，并于后来被证实。即为

这样，问题又来了――

问题九：由中心法则可知，mRNA是蛋白质合成的直接模板。mRNA用的是“核苷酸语言”，而蛋白质用的是“氨基酸语言”。那么――这两种语言之间是怎样的对应关系？

答：这便是第4章第3节《遗传密码的破译》要讲的主要内容。通过伽莫夫、克里克、尼伦伯格、马太等科学家的努力，破译了全部的密码子，并发现密码子在生物界具有通用性，即绝大多数生物，从低等的细菌直至高等动物人类，共用一套遗传密码。

4.结语

分子遗传学的中心法则范文第2篇

关键词：假说—演绎法；孟德尔豌豆杂交实验；科学方法

假说—演绎法是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。它的基本特点是：在科学研究过程中，研究者在观察、实验的基础上，对所获得的事实材料进行加工制作，首先提出某种作为理论基本前提的假说来，然后以假说作为出发点，逻辑地演绎出可由经验检验的结论，构成一个理论系统。用这个理论系统解释和预见所研究的对象系统的各种现象，并用实验来进行检验和修正。图1为假说—演绎推理的逻辑关系。

图1假说—演绎推理的逻辑关系

近代科学到现代科学，以“观察（实验）—归纳”为主的方法逐渐让位给以假说—演绎为主的方法。假说—演绎法不仅仅是科学家进行科学研究的方法，也是学生认识客观事物，形成客观规律的重要的科学探究方法。假说—演绎法相对于观察—归纳法对于培养学生大胆想象的创新能力、严密的逻辑推理能力都有很好的作用。

一、假说—演绎法在高中生物新课程中的要求及体现

在《普通高中生物课程标准(实验)》的“课程设计思路”部分，阐述“遗传与进化”模块的教学价值时指出，该模块有助于学生领悟“假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。在新课标中分为了解、理解、应用三个水平要求，其中属于应用水平的仅有两项，一项是“总结人类对遗传物质的探索过程”，另一项是“分析孟德尔遗传实验的科学方法”。在课程标准必修二模块的前言部分，还特别指出要让学生“体验科学家探索生物生殖、遗传和进化奥秘的过程”，可见引导学生体验科学的过程和方法，是必修二模块的重要任务之一。

必修二教材中涉及假说—演绎方法的内容还有：dna分子半保留复制方式的提出与证实（第52页，沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说，1958年科学家以大肠杆菌为实验材料，设计了一个巧妙的实验，证实了dna是以半保留的方式复制的），整个中心法则的提出与证实（第68—第69页）以及遗传密码的破译（第73—第75页）等内容。这些内容可以让学生体会，领悟其中蕴含的方法。同时在教材中，编者也设计了类似的练习题对学生进行训练。如教材第38页拓展题“……你怎样解释这种奇怪的现象？如何验证你的解释”，及第71页的技能训练——提出假说，得出结论“请针对出现残翅果蝇的原因提出假说，进行解释”，必修三教材第69页进一步探究“根据你对影响酵母菌种群数量增长的因素作出的推测，设计实验进行验证”等。

二、假说—演绎法的典型课例分析

孟德尔的豌豆杂交实验是高中生物学教学的经典内容。遗传因子分离导致性状分离这一命题，是孟德尔通过豌豆的一对相对性状的杂交实验，运用假说—演绎法，历经“提出问题—构建假说—验证假说—获得结论”建立起来的。因此，这一内容非常适合作为培养学生科学探究能力的素材。构建假说需要大胆设想，演绎推理需要缜密思维,验证假设则需要设计实验，寻求证据,进行论证。这一系列过程非常有利于训练学生的思维。下面以一对相对性状的分离实验为例（如图2），看看孟德尔在进行豌豆杂交实验过程中，以及提出基因的分离定律的过程中，是怎样体现假说—演绎法的。

本案例教学的难点，在于让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎。学生看到的是，孟德尔提出假说后，就设计测交实验进行检验了，那么哪一步是演绎呢?事实上，测交实验所检验的不是假说本身，而是假说的推论。如果孟德尔要直接验证他的假说，只能用显微观察的方法，确定遗传因子的真实存在和遗传因子的传递方式，显然在当时这是不可能的。只能由假设演绎出一个必然的可证明的待检验陈述,即子一代如果是杂合体，则必然会产生两种数量相等的配子。那么如何最直观、最简单地证明这个推论呢？孟德尔非常巧妙地设计了测交方法，即将子一代与隐性亲本类型回交，这是因为隐性亲本性状不能遮盖显性性状，并能显出纯隐性性状，这样测交结果就能直接反映出子一代所产生的配子的类型和数目。如果测交结果能得到后代的性状分离比例是1：1的话，就证明了推论的正确性。这应该是孟德尔之所以采用测交试验的真正目的。孟德尔所做的测交实验结果与预期的结果完全相符，证明了推论的正确性，由此就得出被确证的结论，即分离定律。

三、在应用假说—演绎法时需注意的问题

（一）给学生更多思考的时间和空间

活跃的思维是课堂教学成功的保证，在再现孟德尔实验和思维的过程中，不仅有分析、推理、归纳、演绎，还有设计和想象等思维活动，教师要有足够的耐心，提出问题或由学生提出问题后，再引导学生分析，因此给学生足够的时间进行思考和讨论非常重要。

（二）引导学生进行合理推理而非主观臆断

在演绎推理这一环节中最好以问题“为什么孟德尔不是用f1代自交或用f1代与纯种高茎豌豆杂交来证明其假说，而是将f1代与矮茎豌豆进行测交呢”来引导学生思考，而非主观臆断地告诉学生，孟德尔当时就是这么想的，就是将f1代与纯隐性类型杂交，至于为什么这样做却没有进行分析。这种教学的结果是使学生失去了思考的动力，不进行分析和思考就被动接受，其后果是学生遇到检验某一生物个体是否是杂种的实际问题时，只会想到测交而不会根据实际情况进行分析判断，这是一种失败的教学。

四、假说—演绎法在科学发现中的应用与限制

回顾经典遗传学的历史就会发现，人们对基因和性状关系的认识，首先是从性状传递的规律变化提出合理的假说，然后再分析、演绎推理、实验验证，在“合理”和“不合理”的冲突中发现正确的结论。如孟德尔在不知道遗传因子为何物、在细胞何处的情况下，选取豌豆若干对相对性状进行杂交实验，对呈现的现象提出假说，合理演绎，实验验证，从而归纳得出两个遗传的基本规律。基于当时的情况，孟德尔的假说是合理的，可以演绎地说明其他类似的现象。如果联系到基因在染色体上的位置，就可以看出孟德尔假说的局限性，譬如孟德尔讲的颗粒式遗传、基因的独立自由问题。如摩尔根和他的合作者就是在觉得孟德尔遗传理论“不合理的”基础上，通过大量的果蝇杂交实验，发现连锁和交换定律。