孟德尔杂交实验之科学研究思维

王晓冰

[摘 要]孟德尔在做植物杂交实验时，发现了生物遗传的基本定律。他更是通过一系列的实验研究和大量的统计分析，为现代遗传学的发展打下了坚实的基础。实验材料的精心选择，实验方法的精心设计，数理统计分析法的运用及测交实验法的首创，这些都是孟德尔杂交实验取得成功的必不可少的条件。科学研究不仅仅需要无限的热情、浓厚的兴趣、

坚忍不拔的毅力，还需掌握多种研究方法，多学科交叉学习，开拓科研新思路，正是因为这些优良的科学素养，才使孟德尔杂交实验获得了成功。

[关键词]孟德尔杂交实验；科学研究思维；交叉学习

[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2018）02008102

近百年来，以孟德尔杂交实验所展现的科学理论和实验方法为基础，解释了生命发展过程中的最本质的特征及作用规律。迄今为止，遗传学已经发展为当代自然科学的重要组成部分。孟德尔从1856年开始，在八年期间进行过无数次的实验修正和改进，才成功地完成了豌豆杂交实验。在孟德尔杂交实验之前，人们已经对生物遗传问题进行了研究和探索，并且进行了多次的、多种植物的杂交实验。但这些实验研究，由于实验选材和实验方法的限制，只是停留在混合遗传上面，因此并没有得出遗传的本质和规律。孟德尔在总结过去的经验和吸取前人教训的基础上，对实验选材和研究方法都进行了改进和创新。孟德尔杂交实验的设计理念，与当时的社会背景和主流思想息息相关。比如在1868年，达尔文提出了融合遗传的概念；19世纪中叶，由于原子论观念的影响，很容易使人联想到遗传物质也是颗粒式的。科学研究不仅仅需要无限的热情、浓厚的兴趣、坚忍不拔的毅力，还需要多学科交叉学习，开拓科研新思路。而正是因为孟德尔拥有这些优良的科学素养，才成功完成了豌豆杂交实验，为遗传学定律的诞生打下了坚实的基础。

一、新研究方法的提出

1.相对性状分类和单因子分析法

孟德尔在众多植株中经过层层筛选和对比，最終选定了豌豆作为实验材料。为什么偏偏选豌豆呢？它又有什么特别之处呢？豌豆是自花传粉，且闭花受粉（自然状态下两株豌豆是不能进行相互受粉的），因此在自然状态下一般都是纯种。确定豌豆为实验材料之后，虽然豌豆具有多对易于区分的形状，但是孟德尔并没有一次性地对豌豆的所有相对性状进行分析。最开始时，他

仅研究豌豆的高茎和矮茎这一对相对性状。在研究清楚这一对相对性状后，以此作为研究的基础对豌豆的其他相对性状进行分析。这种研究方式由简到繁，由单因素到多因素，更便于实验结果的得出。

2.数理统计分析法

孟德尔在总结分析前人实验的经验教训中意识到，能否精确地对数量庞大的实验结果进行有条理的分析是至关重要的，因为它关系到实验能否成功。在实验中，他记录了豌豆的不同后代所表现出来的不同性状，并用精确的数理统计分析法对记录的实验结果进行精确的分析。这样分析的结果，使得第二代F2中本来看似无序的性状，呈现出了一定的规律——性状分离比。孟德尔把数学统计方法创新地引入了生物学的研究中，这是超越前人的创新，也是孟德尔杂交实验能够成功的重要原因之一。这也有助于他后来发现基因分离定律，为以后的理论假设提供了非常重要的数据支持。

3.假说—演绎法

孟德尔通过用两种自然状态下纯种的紫色豌豆和白色豌豆进行杂交实验，得到了第一代F1（观察发现全部都是紫色的）。通过让第一代F1自交得到第二代F2，孟德尔运用数理统计分析法，把第二代F2以性状作为依据进行分组，发现紫色豌豆和白色豌豆的数量比近似为3∶1。

观察到上述现象之后，孟德尔充满了疑惑：这些背后是不是存在什么特定的规律？于是他提出了若干问题：为什么第一代F1全是紫色？而第一代F1自交所产生的第二代F2，紫色和白色的比却是3∶1呢？背后是不是存在什么规律？于是他进行积极地想象和推理，并提出合理的假说。其中最重要的假说是“决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离进入到各自的配子中去”。接下来就是进行演绎推理。孟德尔分析：如果第一代F1产生两种配子，它们的数量比是1∶1，用第一代F1与纯种的白色豌豆杂交，则会出现两种基因型的个体，它们所表现出来的性状只有两种，且数量之比是1∶1。这就是巧妙的测交实验，是对假说的演绎。果不其然，孟德尔进行测交实验之后，测交实验的结果与预期的推论一致。这样，通过实验完成了对推论的验证。孟德尔最终得到了实验结论，此时分离定律的雏形已然出现。

二、交叉学习，开拓科研新思路

“数理统计分析法”和“假设—演绎法”这两种方法得以使用，得益于孟德尔集众多学科知识于一身，并且敢于创新，懂得融会贯通，把数学的一些思维方法应用到生物的科学研究中，开创了科学探究的新思路。因此，作为生物教师，应不断充实自我，多进行学科的交叉学习，并学会创新，不断开拓科学研究的新思路 。

三、科学精神产生推动力

科学精神是人类精神文明的产物，是一种勇于开拓创新和在追求真理道路上能够一往无前的大无畏精神。孟德尔实验中所用的豌豆是一年生草本植物。在豌豆的杂交实验中，要完成一个实验过程，不仅要考虑如何避免各种外因的影响，更需要年复一年地耐心等待。与此同时，要观察豌豆种子的子叶颜色，必须逐粒剥开种皮来进行统计。工作时不仅仅需要细心，面对如此大的工作量，更需要的是耐心。八年的实验中，不知道有多少汗水和泪水，这需要多么大的精神支撑才能够完成实验呀！

我们现在来看孟德尔实验之所以能够成功，一方面是源于实验材料的精心选择，实验方法的精心设计，数理统计分析法的运用，及首创了测交实验法。另一方面，孟德尔从小在生物、数学、物理这些学科上都有过系统的学习，能够集众多学科知识本领于一身，并且他敢于创新，懂得融会贯通，将数学思维方法与生物学的科学探究有机结合，从而开辟了科学研究的新思路。科学研究是困难重重、非常漫长的过程，科学家要承受来自各个方面的压力。他们既要谨小慎微，又要大胆创新，缺少哪一样，都有可能导致失败。因此，我们在科学研究中，不但要学习学科基础知识，更要体会和领悟每个学科的思维方法。科学研究思维方法是科学精神的外在表现，人们的实践创造活动既不能缺乏科学精神的引导，也不能缺乏科学思维方法的应用，只有具备科学精神并掌握和运用科学研究思维方法的人，才能真正发现科学的本质和规律。

[ 参 考 文 献 ]

[1]张青祺.孟德尔的生平、科学成就和科学方法[J].生物学通报，1983（1）.

[2]王莉芹，陈雅敏.数学史教育：科学与人文的巧妙结合[J].基础教育参考，2012（10）.

（责任编辑 黄春香）