对“孟德尔豌豆杂交实验”的认识与分析

秦四哥

“孟德尔豌豆杂交实验”首次采用假说-演绎法、数学统计方法，并提出了遗传因子（基因）控制生物的性状，揭示了基因的分离定律和基因的自由组合定律，开创了实验生物学的先河。从不同角度解读与分析“孟德尔豌豆杂交实验”，获得不同的结果及其存在的差异。本文从认识论角度，对“孟德尔豌豆杂交实验”教学中的几个基本认识进行了分析。

1对实验过程的感性认识和理性认识

对客观事物的认识，总是从感性认识逐步上升到理性认识的。而相应的知识是经验知识和理论知识。对“孟德尔豌豆杂交实验”过程的描述也分为实验操作过程的事实性描述、实验过程的概况性描述、实验过程的理论性概述三个层次，分别属于感性认识和理性认识。以豌豆高茎与矮茎这对相对性状杂交实验为例，说明如下。

1.1实验操作过程的事实性描述

对豌豆高茎与矮茎这对相对性状杂交实验过程进行事实性描述：在一块土地上，间行种植纯种高茎豌豆植株和纯种矮茎豌豆植株（图1）。在花未成熟之前，去掉高茎2的雄蕊和去掉矮茎4的雄蕊，并对去雄的花进行套袋。人为方法将矮茎1的花粉授到高茎2的雌蕊柱头上，将高茎3的花粉授到矮茎4的雌蕊柱头上，并对授粉后的花进行套袋（图2）。

待种子成熟后，收集高茎2和矮茎4上的豌豆种子，并分开种植。一段时间后，全部后代植株为高茎（图3）。

让这些高茎植株自然状态下开花结果，并收获其成熟的种子。种植这些种子，到成熟植株时观察统计植株高度和数目，其中高茎787株，矮茎277株，共1064株，高矮茎植株数目比接近3：1。

随后，在明确基本概念（亲本P、母本、父本、杂交、正交、反交、子一代F1、自交、子二代F2、显性性状、隐形性状、现状分离）的基础上，对实验过程进行概括性描述。

1.2实验过程的概括性描述

对豌豆高茎与矮茎这对相对性状杂交实验过程进行概括性描述：用纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆做亲本，不管是正交还是反交（杂交）。子一代总是高茎，让F1自花传粉（自交）子二代总是高茎矮茎数目比约为3：1。

在此基础上，分析归纳实验结果（F1总是高茎，F2中高矮植株数目比为3：1），提出问题，作出假设并解释实验结果，再分析推理预测，借助测交进行验证。

1.3实验过程的理论性概述

在对豌豆高茎与矮茎这对相对性状杂交实验的解释和验证后，利用豌豆的其他相对性状进行重复实验并验证的基础上，进一步理论归纳，逐步形成理性认识。具体概述为：用纯种具有相对性状的母本和父本杂交，不管是正交还是反交，F1总是显性个体，F1自交，F2中具有显性个体和隐形个体，发生性状分离且分离比为3：1。

2正交、反交的实验价值

“在科学实验中，可以利用各种实验手段创造出自然状态下无法出现的或稀有、罕见的特殊条件……在这种强化了的特殊条件下，可以观察到许多在自然状态下不能或不易发生的新现象，从而认识许多具有重大意义的新事实。”在孟德尔杂交实验和测交实验中，都进行了去雄处理，并为防止父本或母本单独对实验结果的干扰设计了正交和反交。因此，正交和反交同时存在杂交实验和测交实验中的实验价值是：可排除亲代中父本母本对实验结果的干扰，即是在实验中排除无关变量对实验结果的干扰，或是防止“性别”差异对实验结果的干扰。

3提出“遗传因子”的理论支撑点

孟德尔怎样会想到遗传因子决定生物的性状？其理论基础（支撑点）是什么？查阅孟德尔的生平，发现遗传因子决定生物性状的提出，是知识和观念综合作用的结果，是研究方法的更新，这是必然的，而不是偶然的。提出遗传因子决定生物性状的理论基础主要有原子论、唯物主义观和类比思维的运用。

3.1原子论类比思维的支撑

在遇到不能用已有生物学知识和观点解释生命现象时，可借助已有的其他学科的知识和观念，在类比思维的基础上，作出假设，提出新的观点。孟德尔师从多普勒效应的发现者——多普勒，并认可道尔顿的原子论，认识到：借助微小物质的聚会离散，说明物质的性质和化学过程。孟德尔从中引伸出新的想法：将原子置换为遗传因子来看待和理解生物的遗传现象。

3.2唯物主义观的支撑

尽管孟德尔是一位修道士，在自然科学的学习过程中逐步树立了一定的唯物主义观点，并指导科学研究。在科学研究中，遵循任何事物现象是由其内部的本质决定的观点，即在研究中把生物的性状视为现象，决定生物性状的遗传因子视为本质（图4）。

这样，不难理解孟德尔提出“生物的性状是由遗传因子决定的”理论支撑点。

——黎世清.对“孟德尔豌豆杂交实验”的认识与分析.生物学教学.2015年第3期