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果蝇自身的生命力很强,体型较小,繁殖能力极强,这些特有的优势使它成为生物课上教师和学生研究生物遗传与变异的宠儿。果蝇这种小昆虫在新课标的生物教科书上频繁出现,说明了新教材对生物遗传和变异研究的重视。但是,这种微小的生物在高中生物教学中起到了什么样的重要作用呢?
一、基因位于染色体上的直接证据源于果蝇伴性遗传特性的研究
在孟德尔遗传规律被证实和广为熟知后,全球科学家都迫切地想知道基因存在于哪个位置。当萨顿提出“基因在染色体上”的观点时,美国遗传学家摩尔根不认同,他潜心研究果蝇的遗传行为,偶然在一群红色眼睛的果蝇中意外地发现了白色眼睛的果蝇,于是便做了很多的实验。他先将白眼雄果蝇和红眼雌果蝇放在一起进行杂交,发现二者的后代(记为F1)全都是红眼果蝇;然后再将F1这一代中的雌雄果蝇进行交配试验,结果在F2代果蝇中出现了红眼和白眼两种果蝇,而且红眼果蝇和白眼果蝇的比例为3∶1。这一比例符合分离定律,表明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的,且红眼为显性性状。可在果蝇所有的后代中,摩尔根发现了一个奇怪的现象,那就是白眼果蝇只限于雄性,如何才能解释这种奇特的现象呢?
当时,生物学家已经发现了性染色体,并对果蝇体细胞中的染色体有了比较充分的认识:果蝇有3对常染色体,与性别无关;一对性染色体决定性别,性染色体同型的XX表示为雌性,性染色体异型的XY表示为雄性。摩尔根有了这样的认识,提出设想:将果蝇的白眼基因(即w)控制在X染色体上,而在Y染色体上则不含等位基因。实验得到了合理的解释:P红眼雌(XWXW)×白眼雄(XwY),F1有红眼雌(XWXw)、红眼雄(XWY);F1间相互交配,得F2红眼雌(XWXW、XWXw)、红眼雄(XWY)、白眼雄(XwY)。该设想的正确性还需通过实验来验证,学生很自然想到测交实验:用F1中红眼雌果蝇与白眼雄果蝇交配,利用设想对实验结果进行预测。实验的实际结果与预测完全一致,说明果蝇白眼控制基因(w)位于X染色体上的这一试验假设成立,并且也为基因处于染色体上这一结论提供了有力的证据。当摩尔根发现这些奇妙的现象之后,他在之后的一段时间里利用果蝇做了大量的实验,最后发现了基因的互换定律。
二、染色体组这一概念源于果蝇染色体组成研究
在高中生物教学中,人教版教材“染色体变异”一章节是最难攻克的教学难点之一,其中染色体组的概念最难理解。如何突破这一教学难点?教材中以果蝇的染色体组成来分析染色体组的概念。雄果蝇的染色体组成为三对常染色体 XY四对同源染色体,通过减数分裂形成精子,此时同源染色体分离开来,而非同源染色体则随之自由结合。精子中染色体组成为三条常染色体 X或三条常染色体 Y,果蝇精子中的染色体由形态、功能各不相同及共同控制其生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体组成。书上说“雄果蝇精子中的染色体组成就是一个染色体组”,通过以上分析后,学生就比较容易理解了。
可为何用果蝇进行试验来论证染色体组概念?这是一个值得思考的问题。果蝇的染色体和其他生物相比非常少,只有四组染色体,其中最为神奇的一部分是果蝇的唾腺染色体。科学家们经过研究发现,果蝇身体内部的唾腺可以不停复制,在复制过程中可以始终不分开。因此,果蝇体内的唾腺染色体较之于其他类型的生物而言要大很多,因此常被称为巨型染色体。通过现代先进光学显微镜的应用,可对果蝇唾腺中的染色体进行更为直观的研究,使实验过程中的遗传操作更为容易。基于这些问题的考虑,现代教科书中基本上都选择了果蝇来对其进行说明和教学,这样简单、易懂。
三、在高中生物练习和试题中,经常会出现与果蝇性状遗传基因有关的问题
在之前的遗传学研究过程中,科学家试图让果蝇进行无数次变异,这主要是因为果蝇自身的突变性状非常多,基本上都属于形态变异,这些变异有助于科学家们今后的观察和研究。
就目前我国的高中生物而言,很多遗传、伴性遗传和染色体等内容以及试题都涉及果蝇。学生在完成课后作业或是在答题的时候,常遇到果蝇突变性状的问题,这些让学生原本就非常烦恼的问题以作业或考试的形式出现,更让他们觉得非常困难,且高考的生物试题中通常不会少了这类问题。从这些频繁出现的关于果蝇的试题中我们不难发现,掌握好果蝇的生物遗传和变异方式,对学生今后的生物学习会有很大帮助。
从2001年起,科学家们对果蝇的基因组序列基本建设完成,在研究中发现果蝇的基因和人类的基因基本相似,所以果蝇又成为人类最为理想的基因注释组模型。将果蝇的遗传和变异收录到高中生物教材中,不仅可以让学生在课堂上生动、客观地了解细胞变异以及基因遗传方面的知识,使他们对生物学科的相关内容、发展历史等有一个更为深刻的认识,而且对于全面培养学生的生物学素养和学习能力具有非常重要的作用。
(责任编辑杜华)
一、基因位于染色体上的直接证据源于果蝇伴性遗传特性的研究
在孟德尔遗传规律被证实和广为熟知后,全球科学家都迫切地想知道基因存在于哪个位置。当萨顿提出“基因在染色体上”的观点时,美国遗传学家摩尔根不认同,他潜心研究果蝇的遗传行为,偶然在一群红色眼睛的果蝇中意外地发现了白色眼睛的果蝇,于是便做了很多的实验。他先将白眼雄果蝇和红眼雌果蝇放在一起进行杂交,发现二者的后代(记为F1)全都是红眼果蝇;然后再将F1这一代中的雌雄果蝇进行交配试验,结果在F2代果蝇中出现了红眼和白眼两种果蝇,而且红眼果蝇和白眼果蝇的比例为3∶1。这一比例符合分离定律,表明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的,且红眼为显性性状。可在果蝇所有的后代中,摩尔根发现了一个奇怪的现象,那就是白眼果蝇只限于雄性,如何才能解释这种奇特的现象呢?
当时,生物学家已经发现了性染色体,并对果蝇体细胞中的染色体有了比较充分的认识:果蝇有3对常染色体,与性别无关;一对性染色体决定性别,性染色体同型的XX表示为雌性,性染色体异型的XY表示为雄性。摩尔根有了这样的认识,提出设想:将果蝇的白眼基因(即w)控制在X染色体上,而在Y染色体上则不含等位基因。实验得到了合理的解释:P红眼雌(XWXW)×白眼雄(XwY),F1有红眼雌(XWXw)、红眼雄(XWY);F1间相互交配,得F2红眼雌(XWXW、XWXw)、红眼雄(XWY)、白眼雄(XwY)。该设想的正确性还需通过实验来验证,学生很自然想到测交实验:用F1中红眼雌果蝇与白眼雄果蝇交配,利用设想对实验结果进行预测。实验的实际结果与预测完全一致,说明果蝇白眼控制基因(w)位于X染色体上的这一试验假设成立,并且也为基因处于染色体上这一结论提供了有力的证据。当摩尔根发现这些奇妙的现象之后,他在之后的一段时间里利用果蝇做了大量的实验,最后发现了基因的互换定律。
二、染色体组这一概念源于果蝇染色体组成研究
在高中生物教学中,人教版教材“染色体变异”一章节是最难攻克的教学难点之一,其中染色体组的概念最难理解。如何突破这一教学难点?教材中以果蝇的染色体组成来分析染色体组的概念。雄果蝇的染色体组成为三对常染色体 XY四对同源染色体,通过减数分裂形成精子,此时同源染色体分离开来,而非同源染色体则随之自由结合。精子中染色体组成为三条常染色体 X或三条常染色体 Y,果蝇精子中的染色体由形态、功能各不相同及共同控制其生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体组成。书上说“雄果蝇精子中的染色体组成就是一个染色体组”,通过以上分析后,学生就比较容易理解了。
可为何用果蝇进行试验来论证染色体组概念?这是一个值得思考的问题。果蝇的染色体和其他生物相比非常少,只有四组染色体,其中最为神奇的一部分是果蝇的唾腺染色体。科学家们经过研究发现,果蝇身体内部的唾腺可以不停复制,在复制过程中可以始终不分开。因此,果蝇体内的唾腺染色体较之于其他类型的生物而言要大很多,因此常被称为巨型染色体。通过现代先进光学显微镜的应用,可对果蝇唾腺中的染色体进行更为直观的研究,使实验过程中的遗传操作更为容易。基于这些问题的考虑,现代教科书中基本上都选择了果蝇来对其进行说明和教学,这样简单、易懂。
三、在高中生物练习和试题中,经常会出现与果蝇性状遗传基因有关的问题
在之前的遗传学研究过程中,科学家试图让果蝇进行无数次变异,这主要是因为果蝇自身的突变性状非常多,基本上都属于形态变异,这些变异有助于科学家们今后的观察和研究。
就目前我国的高中生物而言,很多遗传、伴性遗传和染色体等内容以及试题都涉及果蝇。学生在完成课后作业或是在答题的时候,常遇到果蝇突变性状的问题,这些让学生原本就非常烦恼的问题以作业或考试的形式出现,更让他们觉得非常困难,且高考的生物试题中通常不会少了这类问题。从这些频繁出现的关于果蝇的试题中我们不难发现,掌握好果蝇的生物遗传和变异方式,对学生今后的生物学习会有很大帮助。
从2001年起,科学家们对果蝇的基因组序列基本建设完成,在研究中发现果蝇的基因和人类的基因基本相似,所以果蝇又成为人类最为理想的基因注释组模型。将果蝇的遗传和变异收录到高中生物教材中,不仅可以让学生在课堂上生动、客观地了解细胞变异以及基因遗传方面的知识,使他们对生物学科的相关内容、发展历史等有一个更为深刻的认识,而且对于全面培养学生的生物学素养和学习能力具有非常重要的作用。
(责任编辑杜华)