备课素材：摩尔根果蝇杂交实验2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

摩尔根果蝇杂交实验 人教版高中生物学必修2中摩尔根对果蝇杂交实验（图1）所作出的假设为“控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体不含有它的等位基因”： 不少教师认为该假设并不很严谨，因为控制白眼的基因在X、Y的同源区段（图2），同样能解释实验现象。这不禁让人产生疑问：摩尔根的实验设计不严谨吗？摩尔根当年用什么方法证明了Y染色体上没有白眼基因？ 图 1 果蝇杂交实验图解 图2白眼基因在X、Y染色体上的可能分布 【教材拓展】果蝇的性别是由什么决定的? 1.人教版高中《生物》必修2中摩尔根果蝇杂交实验与1910年摩尔根发表论文的区别 摩尔根关于“果蝇的伴遗传”的第1篇研究论文发表于1910年。当时人们对遗传物质的认识是模糊的，无论是孟德尔基于对数据分析指出遗传因子的存在（1909年，约翰逊改称“基因”），还是1903年萨顿通过观察指出基因在染色体上，都是假说。摩尔根不喜欢假说，尤其不喜欢必须依赖其他假说的帮助才能成立的假说。摩尔根在1910年发表的论文中，根据杂交实验的实际情况，其遗传图解如图3所示。   图3 1910年摩尔根论文中的遗传图解 由此可知，摩尔根在做果蝇杂交实验时，是不知道基因与染色体的关系的，所以根据孟德尔的方法在解释上将颜色因子（R）与决定性别的因子（X）分开考虑，并由此推测出“事实是这个R同X结合在一起，从不单独分开”，用现代生物学术语即为“连锁”。但即使这样，摩尔根对控制白眼基因在X染色体上的这一结论还是保留谨慎态度。所以摩尔根在书写上还是将颜色因子（R）与决定性别的因子（X）并列关系书写。其次，由于当时摩尔根用的显微镜不过是把一般的放大镜架起来，受实验条件及认识的局限，摩尔根没有考虑到Y染色体的存在，所以在书写上，雌性果蝇用XX，雄性果蝇用X表示。 因此，目前生物学教师所普遍认为的“摩尔根设计白眼雌蝇与红眼雄蝇杂交实验，判断白眼基因是否在Y染色体上”，这种认识超出了摩尔根当时的认识水平。 2.摩尔根果蝇杂交实验的目的是什么？ 当时人们对孟德尔遗传规律的认识还是存在争议的，摩尔根并不信孟德尔。1909年，摩尔根在进行果蝇杂交实验的过程中，还发表文章抨击孟德尔的方法。首先，在方法上，摩尔根认为孟德尔是通过对数字进行分析推理，然后提出理论，该方法是从理论上预测了基因与性状的关系，在统计学上“可见”，但并没有遗传学的物理基础。摩尔根认为孟德尔的假说不过是“结果被很好地解释了，因为发明了解释来解释它们”，并称之为“高级杂耍”。其次，摩尔根反对染色体遗传学说，对于遗传单位是否存在，以及在何处存储也不感兴趣。 因此，1909年摩尔根所做的果蝇杂交实验并不是为了证明孟德尔学说，而是为了推翻孟德尔学说。直到1911年，摩尔根才在《科学》上发表论文声明果蝇的突变符合孟德尔的理论，变成了孟德尔学说的坚定支持者。他说：“凡是密切观察这些新类型发展史的人，都会对以下事实留下一个深刻的印象：性状确实会‘分离’，而且在多数情况下无中间类型发生”。所以，1909年摩尔根对果蝇的杂交方案的设计，首先是基于对孟德尔方法的质疑验证，其次是材料白眼雄性果蝇的获得。在此基础上，摩尔根设计了一系列杂交组合，试图通过对实验现象的分析否定孟德尔方法，但最终通过对实验结果的分析，摩尔根成为了孟德尔学说的坚定支持者。 据此，教学设计中“摩尔根判断基因的位置”各种假设确实能起到训练学生科学思维的作用，但是必须明确的是，事实上该前提偏离了摩尔根进行果蝇杂交实验的目的。 3.1910年摩尔根发表论文时到底做了哪些实验？ 1910年摩尔根在发现问题阶段和演绎推理阶段一共做了如下几组实验，如表1所示。 其中，在演绎推理阶段，白眼雌性和红眼雄性的杂交组合最为关键，实验结果与预测完全吻合，假设得到完美证实，摩尔根据此确定了控制眼色的基因在X染色体上。 随着实验条件的改善和实验研究的不断深入，摩尔根的学生布里吉斯为基因在染色体上提供了无可辩驳的证据。1916年布里吉斯发现，白眼雌蝇和红眼雄蝇交配，理论上子代应该是白眼雄蝇和红眼雌蝇。但观察大量子代后发现，大约每2000只子代个体中，有1个红眼雄蝇或白眼雌蝇。对此现象的解释，布里吉斯提出如图5所示的假设：雌果蝇卵原细胞减数分裂过程，极少数细胞X染色体不分离，导致卵细胞或含有2条X染色体，或不含有X染色体。异常卵细胞与精子结合得到的XXY个体为白眼雌蝇，XO个体为红眼雄蝇，这样就可解释异常果蝇的出现。   布里吉斯进一步推测该异常出现的白眼雌蝇与正常红眼雄蝇杂交，预期得到的后代应如图6所示：会产生8种个体，其中8号为YY，因无X染色体而不能存活。图6中4号红眼雄果蝇和7号白眼雌果蝇则是正常白眼雌果蝇与正常红眼雄果蝇杂交所不能产生的，但事实上在布里吉斯的杂交实验中却同时“例外”的出现，该实验结果与布里吉斯的预期相吻合，证实了布里