逍遥右脑 2013-02-26 03:23
第1节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）
●从容说
本节内容包括以下四个方面：
1.一对相对性状的遗传实验，即孟德尔的单因子遗传实验过程及实验结果。
2.F2为什么出现3∶1的性状分离比呢？孟德尔提出假说对分离现象进行解释。
3.对分离现象解释正确吗？孟德尔设计了巧妙的对分离现象解释的实验——测交实验进行验证。同时教材安排了“性状分离比的模拟实验”，使学生能更好地体会孟德尔的假说。
4.分离定律。这是对孟德尔一对相对性状杂交实验的结果及其解释进行分析而得出的结论。
本节内容有何内在联系呢？教材伊始，通过“问题探讨”栏目,既让学生了解“融合遗传”的内涵，为理解孟德尔的“颗粒遗传”埋下伏笔。同时也激发了学生的求知欲望。
在介绍实验前，教材首先介绍了孟德尔及孟德尔所选用的豌豆适于作为实验材料的生物学特征。这为讲述孟德尔的豌豆杂交实验，并获得成功作了必要的铺垫。
本节内容逻辑结构严密,层层深入地展开。其依次展开的顺序是：孟德尔的杂交实验方法和观察到的实验现象（发现问题）→孟德尔对实验现象的解释（提出假说）→对分离现象解释的验证（验证假设）→总结出分离定律。这种内容的内在逻辑性与学生的认识规律是相一致的。
教材的主导思想是以孟德尔发现遗传因子的实验过程为主线，突出科学史和科学研究方法的教育。本教材对原教材有新的突破，具体表现在：对杂交实验的解释和对遗传规律的总结完全是根据孟德尔的推理得出的；对实验过程采用问题的形式，层层深入地引发问题和解决问题，在分析和解决问题的过程中构建知识结构；为了加深学生对遗传因子的分离和配子的随机结合与性状之间关系的理解，体验孟德尔的假说，教材穿插了模拟实验——“性状分离比的模拟”。
本节教材的特色是以孟德尔发现遗传因子的过程为主线，通过一对相对性状的遗传实验的过程，层层深入地展开的。因而教材内在的逻辑性很强。这就是本节内容的思路脉络。执教者能否把握本节教材的这一结构特点,是在中能否左右逢、得心应手的关键。
本节教材在教学方法上要力求做到精心设计师生间的互动，特别是对难点——分离现象的解释和性状分离的模拟实验的设计上。在师生互动过程中突破难点。
●三维目标
1.知识与技能
（1）认知孟德尔一对相对性状的遗传实验。
（2）认知孟德尔分离定律的内容和实质。
（3）理解自交、杂交、测交、正交、反交、性状、相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离、纯合子、杂合子和分离定律等概念。
（4）运用分离定律解释一些遗传现象。
2.过程与方法
（1）自主探究：性状分离比的模拟实验。
（2）相互交流：对分离现象的解释，体会孟德尔对杂交实验分离现象解释的假说。
（3）自主学习：通过互联网、图书馆、新华书店等多种渠道,收集遗传学之父——孟德尔的个人资料等。
3.情感态度与价值观
（1）体验孟德尔遗传实验的科学方法和敢于质疑、勇于创新，以及严谨求实的科学态度和科学精神。
（2）尝试进行杂交实验的设计。
●教学重点
1.一对相对性状的遗传实验。
2.对分离现象的解释。
3.对分离现象解释的验证。
4.分离定律的内容和实质。
●教学难点
1.对分离现象的解释。
2.对分离定律的理解。
●教具准备
1.实验材料和用具。
2.孟德尔的豌豆杂交实验（一）。
●时安排
本节内容需安排两个时进行教学：
第1时 一对相对性状的遗传实验
对分离现象的解释
第2时 性状分离比的模拟实验
对分离现象解释的验证
分离定律
第1时
●教学过程
［前准备］
1.学生查找孟德尔的生平资料。
2.一对相对性状的杂交实验遗传图。
3.认知豌豆适于杂交实验的生物学特征。
［情境创设］
室（或多媒体室）屏幕显示：问题探讨
［师生互动］
以上问题的呈现激发了学生的求知欲望。很快把学生引入新，进入学习状态。
〔屏幕显示题：第1节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）〕
同学们，遗传是生物界普遍的现象，但其中的奥秘却隐藏至深啊！让我们从140多年前孟德尔的植物杂交实验开始，看看科学家们是如何探索其奥秘的！
1.孟德尔的生平简介
师：请同学们把前收集到的孟德尔的生平资料互相交流一下。哪位同学能把你收集整理的孟德尔的生平资料在堂上与大家共享呢？
生：孟德尔于1822年7月22日,出生于奥地利一个贫寒的农民家庭。从小爱劳动，念中学时就对自然科学发生了兴趣。21岁做了修道士，以后,当过中等学校的代理教员，在此期间，业余时间进行科学实验。他对天、气象、园艺和养蜂等都进行过研究，其中杂交实验，潜心研究了8年，而豌豆的杂交实验是非常成功的。他对科学研究工作严肃认真，在自己的通信中说过，“从春到秋，天天都要全神贯注、小心翼翼地监视着实验”。他通过观察对比、统计分析，从大量的数据中揭示了两个遗传规律,成为遗传学的奠基人！
师：同学们,这位同学对孟德尔的生平描述得怎么样？
生：很不错。使我们从他的介绍中感受到了遗传学的奠基者孟德尔进行科学实验时所表现出的科学精神和科学态度。
2.豌豆适于杂交实验的生物学特征
师：为什么用豌豆作遗传实验材料容易取得成功？
生：豌豆是闭花自花授粉的植物,自然状态下是纯种。用豌豆做人工杂交实验，结果既可靠，又容易分析；同时，豌豆还有易于区分的性状，实验结果很容易观察和分析；豌豆的花大,便于人工授粉。因此，豌豆是理想的遗传实验材料。
孟德尔经过观察,在34个豌豆品种中选择了七对相对性状。如茎的高度：高茎和矮茎这是一对性状。相对性状是指：同一种生物同一性状的不同表现类型。他首先是对每对相对性状的遗传各自进行研究的。
3.一对相对性状的遗传实验
孟德尔是如何进行豌豆的杂交实验的呢？下面我们一起看看孟德尔的一对相对性状的遗传实验。
大家先围绕以下问题各自看书（本P3～6）,进行自主学习，然后同桌之间进行讨论，交流学习的信息。
（1）注意弄清以下几组概念的含义：
①亲本、母本、父本；
②杂交、自交、正交、反交、测交；
③性状、相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离。
（2）在杂交实验中孟德尔选择的是什么样的亲本？他是如何设计杂交类型的？
（3）孟德尔在一对相对性状的遗传实验中观察到了哪些实验现象？
（4）你能用图解表示出孟德尔一对相对性状杂交实验的过程吗？
思考题参考答案：
（1）见教材内容。
（2）孟德尔选择的是纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆作亲本。在杂交亲本的选择上既用高茎作母本（接受花粉的称母本）,矮茎作父本（传出花粉的称为父本）；同时又用高茎作父本，矮茎作母本。如果将第一种杂交类型称为正交，那么第二种杂交类型就称为反交了。但不管是正交，还是反交，F1都有表现高茎的植株。
（3）孟德尔观察到的实验现象是：
① F1都是高茎的。即F1只表现一个亲本的性状——高茎。
② F2出现了性状分离。即出现了两个亲本性状：高茎和矮茎。且高茎与矮茎之比接近3∶1。
③孟德尔一对相对性状杂交实验遗传图解。
师：从同学们交流自主学习信息的情况看，绝大部分同学对一对相对性状的遗传实验的设计和实验过程理解、掌握得比较好，也能用图解的方式表示孟德尔的杂交实验过程。这说明大部分同学有一定的自主获取知识的能力。这是值得赞赏的！（鼓掌）
为什么F1只表现高茎？
为什么F2出现了性状分离，且分离比为3∶1？
4.对分离现象的解释
孟德尔在对豌豆杂交实验观察统计分析的基础上，果断地摒弃了前人融合遗传的观点，通过严谨的推理和大胆的想象，对分离现象的原因，提出了独到的假说。
师：孟德尔认为生物的性状由什么决定的？
生：由遗传因子决定的。（第一次提出遗传因子的概念）
师：遗传因子有什么特点？
生：遗传因子的特点有：独立的颗粒状，互不融合，在传递中不会消失，每个遗传因子决定着对应的性状。
师：遗传因子有哪些类型？与性状有何关系？如何表示呢？
生：孟德尔认为遗传因子有显性和隐性之分。显性遗传因子控制显性性状，用大写字母表示；隐性因子控制隐性性状，用小写字母表示。
师：遗传因子在体细胞中的存在形式怎样？
生：孟德尔认为遗传因子在体细胞中是成对存在的。纯种高茎豌豆体细胞中有成对的遗传因子DD，而纯种矮茎豌豆的体细胞中有成对的遗传因子dd。体细胞中由相同的遗传因子组成的个体就叫纯合子。
师：F1细胞中遗传因子是怎样的呢？
生：F1细胞中遗传因子也是成对的。从F1自交产生的后代出现隐性性状看,F1细胞中必然含有隐性遗传因子。其体细胞中成对的遗传因子应是Dd。
师：大家能从中推断出F1为什么都表现高茎的原因吗？
生：对以上事实和老师提出的问题同学们进行认真的分析、讨论。有些同学跃跃欲试，想谈谈自己分析推断的结果。其中有几位同学阐述了自己的认知：因为显性遗传因子（D）和隐性遗传因子（d）在一起时，只表现控制豌豆高茎的遗传因子所控制的性状，可见豌豆的高茎对矮茎是显性性状,而矮茎是隐性性状。而隐性性状是在F1表现不出的。所以，不管是正交还是反交，F1全部表现高茎。
师：这几位同学依据孟德尔的假设进行的分析推断是完全正确的。给大家解开了F1为什么全部是高茎的奥秘。像F1这样的，由成对的控制相对性状的显性遗传因子和隐性遗传因子组成的个体称杂合子。遗传因子在生殖细胞中的存在与在体细胞中的存在有什么不同吗？
生：遗传因子在生殖细胞中是成单存在的。这就是它们之间的不同。（通过比较，可加深理解和记忆）
师：你能分析遗传因子在生殖细胞中成单存在的原因吗？
生：依据孟德尔的假设，在形成生殖细胞的时候，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。所以，生殖细胞中只含有成对遗传因子中的一个，因而也就形成了比值相等的雌、雄两种配子。
师：在受精作用时，雌雄配子结合的行为是怎样的？
生：孟德尔认为，雌雄配子的结合是随机的。含有D和d遗传因子的雌雄配子之间结合的机会是均等的。
师：F1产生的雌雄配子之间的遗传行为会产生怎样的结果？
生：从本P5图1－5看,F1（Dd）在形成生殖细胞时,各产生两种类型比值相等的雌、雄配子。由于雌雄配子之间的结合机会相等,因此，在F2体细胞中出了三种类型的遗传因子的组合，即DD、Dd、dd，它们的比值是1∶2∶1。由于DD和Dd表现高茎，dd表现矮茎。所以F1自交得到的F2出现了性状分离，分离比是3∶1。F2个体数目越多，统计的结果越是接近3∶1的理论值。
师：这位同学善于利用图解进行分析，回答得太妙了！大家现在知道F2为什么会发生性状分离了吗？
生：知道了！（大多数同学异口同声地说）
［教师精讲］
前面，我们对孟德尔的生平和对豌豆的生物学特征进行了认知，着重学习了孟德尔的一对相对性状的遗传实验。特别对孟德尔的假设——对分离现象的解释进行了细致认真的讨论。下面我想着重讲一讲关于孟德尔杂交实验设计和对实验现象的解释等问题，以加深同学们对这些问题的理解。
1.为什么孟德尔成为遗传学的奠基者？
首先是由于孟德尔对自然科学的热爱和兴趣,对待杂交实验的科学态度和科学精神；其次是他善于观察比较，找到了理想的遗传实验材料——豌豆；第三,他用数学统计的方法分析实验结果，揭示其内在规律。这是孟德尔获得实验成功,成为遗传学奠基者的主要原因。
2.孟德尔对豌豆杂交实验进行了精心的设计，如他从34个豌豆品种中选择了七对易于区分的相对性状进行实验；将亲本分别进行正交、反交对比观察；将F1自交，观察和统计分析F2的表现。这些都表现了孟德尔严谨求实的逻辑思维方法和设计思路，这是他对待科学实验的科学精神和科学态度的具体体现。
3.在对F2分离现象的解释时，孟德尔果断地否定了前人融合遗传的观点，而大胆地提出了自己对分离现象的解释的独到的假说。他认为：
（1）生物的性状是由遗传因子决定的。遗传因子间有独立、互不融合、不会消失的特征。
（2）遗传因子在体细胞中是成对存在的,而在生殖细胞中是成单存在的。
（3）在受精作用过程中，雌、雄配子（即生殖细胞）的结合是随机的,机会是均等的。
孟德尔运用这些假说的基本观点、基本原理，解释了豌豆杂交实验中F2出现性状分离现象的机理。这是认知过程中，从实践上升到理论，从感性上升到理性的过程。这是符合认知的一般规律的。这就是孟德尔科学思维方法之严密所在。同学们，你们认为呢？
［评价反馈］
1.用遗传图解法表示孟德尔一对相对性性状的遗传实验。（以此检测反馈学生对孟德尔豌豆的一对相对性状实验设计和实验过程的理解）
2.孟德尔一对相对性状杂交实验的实验现象是什么？为什么F2出现性状分离？孟德尔怎样解释F2出现的性状分离的？从中折射出孟德尔是怎样一个人？
（答案：略，详见前“师生互动”和“教师精讲”栏目）
［堂小结］
堂知识结构
［布置作业］
1.本P8基础题1～3。
2.预习本P6实验。
［后拓展］
1.选择题
（1）豌豆在自然状态下是纯种的原因是
A.豌豆品种间性状差异大
B.豌豆先开花后授粉
C.豌豆是闭花自花授粉的植物
D.豌豆是自花传粉的植物
解析：豌豆是自花传粉、闭花授粉的植物。在自然状态下，花未开放前就已经完成了传粉受精作用。所以能保持纯种。
答案：C
（2）下列各项中属于相对性状的是
A.玉米的黄粒和圆粒
B.家鸡的长腿和毛腿
C.绵羊的白毛和黑色
D.豌豆的高茎和豆荚的绿色
解析：相对性状是指同种生物同一性状的不同表现类型。绵羊的毛色白色和黑色是一对相对性状。
答案：C
（3）用纯种高茎豌豆（DD）与纯种矮茎豌豆（dd）杂交，得到F1全为高茎，将F1自交得F2，发现F2中高茎∶矮茎为3∶1。实现F2中高茎∶矮茎为3∶1的条是
A.F1形成配子时，遗传因子分离，形成两种配子
B.含有不同遗传因子的配子随机结合
C.含有不同遗传因子组合的种子必须有适宜的生长发育条
D.只需A项条，而不需B、C两项条
解析：F1自交后代出现性状分离，分离比为3∶1。条有：① F1形成配子时成对不同的遗传因子分离，形成D配子和d配子；②这两种类型的雌雄配子随机结合，且结合机会相等；③含各种遗传因子的种子必须有实现各自遗传因子表达的环境条。 答案：ABC
（4）下列叙述正确的是
A.纯合子测交后代都是纯合子
B.纯合子自交后代是纯合子
C.杂合子自交后代都是杂合子
D.杂合子测交后代都是杂合子
解析：本题主要考查学生对分离定律中一些概念的理解。根据分离定律可知是否正确。因纯合子自交，配子中含有相同的遗传因子，受精作用产生一种类型的纯合的合子，故B正确。根据测交概念的含义，纯合子测交一定是杂合子，所以A是错的。根据分离定律杂合子和自交的含义，杂合子自交有50%是杂合子，50%是纯合子，因此C也是错的。根据杂合子和测交的含义，杂合子测交有50%是杂合子，有50%是纯合子，故D也是错的。
答案：B
（5）桃果实表面光滑对有毛为显性，在毛桃的植株上授以纯合光桃的花粉，该雌蕊发育成的果实应为
A.毛桃B.光桃
C.毛桃的概率为1/3D.光桃的概率为1/3
解析：此题是考查果实的发育，果实的性状表现与亲本的关系。因果实是由子房发育成的，而子房是母本的一部分，因此发育成的果实只表现母本的性状。
答案：A
（6）羊的毛色白色对黑色为显性。两只杂合白羊为亲本，接连生下了3只小羊是白羊，若它们再生第4只小羊，其毛色
A.一定是白色的B.是白色的可能性大
C.一定是黑色的D.是黑色的可能性大
解析：此题是考查分离定律的知识。因羊的白色对黑色为显性。两杂合白羊为亲本，接连生下三只小羊是白羊，生第4只小羊也是生白色的可能性大。因为两种杂合的白羊交配，从理论上看这对亲本生出的小羊白（1显纯+2显杂）∶黑（隐纯）=3∶1。
答案：B
2.科学家发现了一只罕见的白色雄猴，请你设计一个最佳方案，可以较快地让这只白色雄猴繁殖成一群白色猴群。
解析：此题是考查分离定律的有关知识。猴子的白化病与人类白化病一样，是隐性性状。如果白色遗传因子用a表示，这只白色雄猴体细胞中遗传因子的组成是aa。
答案：最佳的设计方案是：先让这只白色雄猴与常色雌猴交配，再让F1雌猴与白色雄猴交配。因F1雌猴一定含有a遗传因子，因此F1雌猴与白色雄猴交配，子代一定会产生白猴。这样就会很快繁殖出一群白猴。
●板书设计
第1 遗传因子的发现
第1节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）
●习题详解
一、问题探讨（本P2）
1.解析：按照融合遗传的观点，双亲的遗传物质在子代体内融合，子代呈现双亲的中间性状，即红色和白色的中间性状——粉红色。
答案：粉红色。
2.提示：这个问题属开放性问题。目的在于引导学生观察身边的遗传现象，辨析融合遗传的观点是否正确。学生可能举出一些生活中大家谈论多又很关心的例子，如身高等,从而产生很多疑惑。教师主要是积极引导学生探讨，投入学习状态就可以了。
二、本节聚焦（本P2）
1.孟德尔从34个豌豆品种中选择了7对易于区分的相对性状，对每对相对性状的遗传分别进行研究，他的一对相对性状杂交实验的设计要点是：
（1）选用一对相对性状的两个纯种的亲本进行正交和反交的杂交实验得F1，以便对比观察其纯种高茎×纯种矮茎→F1。
（2）将F1自交得F2，观察和统计F2的性状表现及个体数，从中分析揭示性状的遗传规律。
2.孟德尔解释分离现象作了如下假说：①生物的性状是由遗传因子决定的,显性遗传因子决定显性性状，隐性性状由隐性遗传因子决定。②体细胞中的遗传因子是成对存在的。如纯种高茎（DD），纯种矮茎（dd），F1高茎（Dd）；配子（生殖细胞）中只含有成对遗传因子中的一个。③受精作用时，雌、雄配子的结合是随机的,机会是相等的。
为了检验对分离现象的解释是否正确，孟德尔又巧妙地设计了测交实验进行验证。即让F1与隐性亲本杂交。看测交结果与预计结果是否相一致，如果两者相一致，说明其解释是正确的。
3.分离定律，又称孟德尔第一定律。分离定律是指：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。
三、旁栏思考题（本P5）
不会。因为孟德尔解释分离现象的假设之一是雌雄配子的结合是随机的，且结合机会相等。这样不会出现3∶1的性状分离比。
●备资料
1.孟德尔发现遗传规律的背景
（1）当时生物遗传的研究状况
美国及欧洲各国的植物科学家为了提高农作物产量，于18世纪末19世纪初，进行了大量的杂交实验。
奈特 选用豌豆做杂交实验，认识到豌豆是严格闭花授粉的植物，在子代中有些性状也容易区分。他第一次发现豌豆种子的灰色对白色是显性，用杂交种子和白色种子回交，子代中有白色和灰色两种种子。他的缺陷，没有计算两种种子的数目比。这也是十分可惜的。
盖尔特纳（Gartner，1772～1850） 分析了9 000多个实验结果，揭示用混合花粉授粉，子代不会出现性状混合的事实。他认为，授粉的只一种花粉，同一胚珠中不会形成两种不同的胚胎。
克尔罗伊特（J.G.oelreuter，1733～1806） 他是第一个系统从事杂交研究的科学家。他成功地用黄花烟草与另一种烟草杂交，得到了中间类型的杂种。还提出用杂种与某一亲本反复回交，杂种可“转化”为亲本。
萨叶里（1763～1851） 用西葫芦做杂交实验时，第一次把两个亲本的性状排列成一组组相对性状。杂交得到的杂种，性状既不混合，也不是中间型，表现与亲本之一完全相同。可惜的是他没有对杂交后代作进一步研究，因此不能说明性状在后代中的分配情况。
孟德尔就是在此种背景下进行杂交实验研究的。
（2）当时的主要观点
对遗传和变异现象本质的认识，当时主要有两种观点：一种是泛生论，一种是种质论。
泛生论：是盛行了许多世纪的一种学说。这种学说认为，精液是在全身每个部分形成的，汇集后在血管中流动，通过睾丸进入阴茎。精液中含有能够传递特性的粒子，可以形成胚胎的各器官。由于这些粒子的相似性，所以能产生同一物种的个体。
达尔（C.R.Darwin，1809～1882）在1868年提出“暂定的泛生说”。
种质论：是魏斯曼对“泛生论”和“用进废退”“获得性遗传”而提出的。
2.孟德尔的论被埋没35年之久的主要原因
孟德尔（G.J.endel，1822～1884）出生于奥地利的名叫海因策多夫的小村中。父亲是个农民，擅长嫁接，母亲是个园林工人。由于家庭的影响，孟德尔从小就酷爱自然科学。
他上过小学和中学，1843年到布隆的奥古斯汀修道院当修道士，1847年被任命为神父。1849年起在附近的策奈姆中学任代教师，1851年去维也纳大学学习自然科学，1853年又回到修道院。1854年应聘到布隆高等技术学校任代教师，讲授物理学和博物学。一直以代教师的身份教学到1868年当选为修道院院长为止。
孟德尔兴趣广泛，他不但是遗传学家，还是园艺学家和气象学家。孟德尔最突出的成就是植物杂交实验，从1856年到1872年坚持了17年之久的植物杂交实验。其中豌豆杂交实验坚持了8年也是最有成就的。孟德尔将他研究的结果整理成实验研究论“Experiment in plant hybridixation”（译为植物杂交论）于1865年2月8日和3月8日在布隆博学会上分两次作了报告，并于1866年在学会会刊上发表。同时将论单印本分送到134个科学机构的图书馆，但都未引起任何反应。此后默默无闻达35年之久，直到1900年才被三位植物学家（荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯、奥地利的丘歇马克）各自重新发现。因此常把1900年看作遗传学作为一个独立学科而出现的一年。
为什么这篇奠立现代遗传学基础的论被埋没35年之久呢？主要原因在于：
（1）孟德尔的理论超越了当时学者所能接受的水平。当时是融合遗传的观点占统治地位，认为父母的遗传特性在子代中融合在一起，呈现中间类型。而孟德尔的理论，认为遗传是由遗传因子决定的。控制各种性状的遗传因子在遗传中互不沾染。另外，孟德尔用数学统计方法分析实验结果，也超越了当时学者所能接受的水平。孟德尔本人在给他朋友的信中也谈到这一点，他说：“我知道所获得的实验结果是不容易同我们当代的科学家知识相容的，既然如此，发表这样孤立的实验就是加倍危险的。”
（2）1859年达尔的《物种起》出版了,当时的科学界正热衷于达尔的进化论。达尔进化论很快传播到许多国家，引起各国学者的重视、赞赏和支持。虽然孟德尔的遗传理论与达尔的进化论有深切的关系，但当时学者还认识不到这一点。
（3）孟德尔在宣读和发表论时，只是一个神父、中等学校代理教员，不是知名的学家,没有引起科学家们的重视。据报道，布隆自然学家协会刊登孟德论的杂志，共寄出了115本，其中8本寄往柏林，6本寄往维也纳，4本寄往美国，2本寄往英国，也没有引起寄往单位的重视。