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經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念范文1
【關(guān)鍵詞】： 植物分子；群體；遺傳學(xué)；研究
中圖分類號：Q37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：E文章編號：1006-0510(2008)09091-04
分子群體遺傳學(xué)是在經(jīng)典群體遺傳的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它利用大分子主要是DNA序列的變異式樣來研究群體的遺傳結(jié)構(gòu)及引起群體遺傳變化的因素與群體遺傳結(jié)構(gòu)的關(guān)系，從而使得遺傳學(xué)家能夠從數(shù)量上精確地推知群體的進(jìn)化演變，不僅克服了經(jīng)典的群體遺傳學(xué)通常只能研究群體遺傳結(jié)構(gòu)短期變化的局限性，而且可檢驗以往關(guān)于長期進(jìn)化或遺傳系統(tǒng)穩(wěn)定性推論的可靠程度。同時，對群體中分子序列變異式樣的研究也使人們開始重新審視達(dá)爾文的以"自然選擇"為核心的進(jìn)化學(xué)說。到目前為止，分子群體遺傳學(xué)已經(jīng)取得長足的發(fā)展，闡明了許多重要的科學(xué)問題，如一些重要農(nóng)作物的DNA多態(tài)性式樣、連鎖不平衡水平及其影響因素、種群的變遷歷史、基因進(jìn)化的遺傳學(xué)動力等，更為重要的是，在分子群體遺傳學(xué)基礎(chǔ)上建立起來的新興的學(xué)科如分子系統(tǒng)地理學(xué)等也得到了迅速的發(fā)展。文中綜述了植物分子群體遺傳研究的內(nèi)容及最新成果。
1. 理論分子群體遺傳學(xué)的發(fā)展簡史
經(jīng)典群體遺傳學(xué)最早起源于英國數(shù)學(xué)家哈迪和德國醫(yī)學(xué)家溫伯格于1908年提出的遺傳平衡定律。以后，英國數(shù)學(xué)家費希爾、遺傳學(xué)家霍爾丹(Haldane JBS)和美國遺傳學(xué)家賴特(Wright S)等建立了群體遺傳學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及相關(guān)計算方法，從而初步形成了群體遺傳學(xué)理論體系，群體遺傳學(xué)也逐步發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科。群體遺傳學(xué)是研究生物群體的遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳結(jié)構(gòu)變化規(guī)律的科學(xué)，它應(yīng)用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的原理和方法研究生物群體中基因頻率和基因型頻率的變化，以及影響這些變化的環(huán)境選擇效應(yīng)、遺傳突變作用、遷移及遺傳漂變等因素與遺傳結(jié)構(gòu)的關(guān)系，由此來探討生物進(jìn)化的機(jī)制并為育種工作提供理論基礎(chǔ)。從某種意義上來說， 生物進(jìn)化就是群體遺傳結(jié)構(gòu)持續(xù)變化和演變的過程， 因此群體遺傳學(xué)理論在生物進(jìn)化機(jī)制特別是種內(nèi)進(jìn)化機(jī)制的研究中有著重要作用。
在20世紀(jì)60年代以前， 群體遺傳學(xué)主要還只涉及到群體遺傳結(jié)構(gòu)短期的變化，這是由于人們的壽命與進(jìn)化時間相比極為短暫，以至于沒有辦法探測經(jīng)過長期進(jìn)化后群體遺傳的遺傳變化或者基因的進(jìn)化變異，只好簡單地用短期變化的延續(xù)來推測長期進(jìn)化的過程。而利用大分子序列特別是DNA序列變異來進(jìn)行群體遺傳學(xué)研究后，人們可以從數(shù)量上精確地推知群體的進(jìn)化演變， 并可檢驗以往關(guān)于長期進(jìn)化或遺傳系統(tǒng)穩(wěn)定性推論的可靠程度。同時， 對生物群體中同源大分子序列變異式樣的研究也使人們開始重新審視達(dá)爾文的以"自然選擇"為核心的生物進(jìn)化學(xué)說。20世紀(jì)60年代末、70年代初，Kimura、King和Jukes相繼提出了中性突變的隨機(jī)漂變學(xué)說: 認(rèn)為多數(shù)大分子的進(jìn)化變異是選擇性中性突變隨機(jī)固定的結(jié)果。此后，分子進(jìn)化的中性學(xué)說得到進(jìn)一步完善，如Ohno關(guān)于復(fù)制在進(jìn)化中的作用假說: 認(rèn)為進(jìn)化的發(fā)生主要是重復(fù)基因獲得了新的功能，自然選擇只不過是保持基因原有功能的機(jī)制；最近Britten甚至推斷幾乎所有的人類基因都來自于古老的復(fù)制事件。盡管中性學(xué)說也存在理論和實驗方法的缺陷， 但是它為分子進(jìn)化的非中性檢測提供了必要的理論基礎(chǔ)。目前， "選擇學(xué)說"和"中性進(jìn)化學(xué)說"仍然是分子群體遺傳學(xué)界討論的焦點。
1971年，Kimura最先明確地提出了分子群體遺傳學(xué)這一新的學(xué)說。其后， Nei從理論上對分子群體遺傳學(xué)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的闡述。1975年， Watterson估算了基于替代模型下的DNA多態(tài)性的參數(shù)Theta(θ)值和期望方差。1982年， 英國數(shù)學(xué)家Kingman構(gòu)建了"溯祖"原理的基本框架， 從而使得以少量的樣本來代表整個群體進(jìn)行群體遺傳結(jié)構(gòu)的研究成為可能， 并可以進(jìn)一步推斷影響遺傳結(jié)構(gòu)形成的各種演化因素。溯祖原理的"回溯"分析使得對群體進(jìn)化歷史的推測更加合理和可信。1983年， Tajima推導(dǎo)了核甘酸多樣度參數(shù)Pi(π)的數(shù)學(xué)期望值和方差值。此后， 隨著中性平衡的相關(guān)測驗方法等的相繼提出， 分子群體遺傳學(xué)的理論及分析方法日趨完善。
近20年來， 在分子群體遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上， 又衍生出一些新興學(xué)科分支， 如分子系統(tǒng)地理學(xué)(molecular phylogeography)等。系統(tǒng)地理學(xué)的概念于1987年由Avise提出， 其強(qiáng)調(diào)的是一個物種的基因系譜當(dāng)前地理分布方式的歷史成因， 同時對物種擴(kuò)散、遷移等微進(jìn)化歷史等進(jìn)行有效的推測。
2. 實驗植物分子群體遺傳研究內(nèi)容及進(jìn)展
基于DNA序列變異檢測手段的實驗分子群體遺傳學(xué)研究始于1983年， 以Kreitman發(fā)表的"黑腹果蠅的乙醇脫氫酶基因位點的核苷酸多態(tài)性"一文為標(biāo)志。以植物為研究對象的實驗分子群體遺傳學(xué)論文最早發(fā)表于20世紀(jì)90年代初期， 但是由于當(dāng)時DNA測序費用昂貴等原因， 植物分子群體遺傳學(xué)最初發(fā)展比較緩慢， 隨著DNA測序逐漸成為實驗室常規(guī)的實驗技術(shù)之一以及基于溯祖理論的各種計算機(jī)軟件分析程序的開發(fā)和應(yīng)用， 實驗分子群體遺傳學(xué)近10年來得到了迅速的發(fā)展， 相關(guān)研究論文逐年增多， 研究的植物對象主要集中在模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)及重要的農(nóng)作物如玉米(Zea mays L.)、大麥(Hordeum vulgare L.)， 水稻(Orazy sativa L.)、高粱(Sorghum bicolor L.)、向日葵(Helianthus annuus L.)等上。其研究內(nèi)容涵蓋了群體遺傳結(jié)構(gòu)(同源DNA分化式樣)、各種進(jìn)化力量如突變， 重組， 連鎖不平衡、選擇等對遺傳結(jié)構(gòu)的影響、群體內(nèi)基因進(jìn)化方式(中性或者適應(yīng)性進(jìn)化)、群體間的遺傳分化及基因流等。同時， 通過對栽培物種與野生祖先種或野生近緣種的DNA多態(tài)性比較研究， 分子群體遺傳學(xué)在研究作物馴化的遺傳學(xué)原因及結(jié)果等也取得了重要的進(jìn)展， 如作物馴化的遺傳瓶頸， 人工選擇對"馴化基因"核苷酸多態(tài)性的選擇性清除(selective sweep)作用等等。
2.1 植物基因或基因組DNA多態(tài)性
分子群體遺傳學(xué)的研究基礎(chǔ)是DNA序列變異。同源DNA序列的遺傳分化程度是衡量群體遺傳結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)， 其分化式樣則是理解群體遺傳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生和維持的進(jìn)化內(nèi)在驅(qū)動力諸如遺傳突變、重組、基因轉(zhuǎn)換的前提。隨著DNA測序越來越快捷便利及分子生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， 越來越多的全基因組序列或者基因序列的測序結(jié)果被發(fā)表， 基因在物種或群體中的DNA多態(tài)性式樣也越來越多地被闡明。
植物中， 對擬南芥和玉米基因組的DNA多態(tài)性的調(diào)查最為系統(tǒng)， 研究報道也較多。例如， Nordborg等對96個樣本組成的擬南芥群體中的876個同源基因片段(0.48 Mbp)的序列單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行了調(diào)查， 共檢測到17 000多個SNP， 大約平均每30 bp就存在1個SNP位點。而Schmid等的研究結(jié)果顯示: 擬南芥基因組核甘酸多態(tài)性平均為0.007( W)。Tenaillon等對22個玉米植株的1號染色體上21個基因共14 420 bp序列的分析結(jié)果顯示玉米具有較高的DNA多態(tài)性(1SNP/27.6 bp、 =0.0096)。Ching等研究顯示: 36份玉米優(yōu)系的18個基因位點的非編碼區(qū)平均核苷酸多態(tài)性為1SNP/31 bp， 編碼區(qū)平均為1SNP/124 bp， 位點缺矢和插入則主要出現(xiàn)在非編碼區(qū)。此外， 其他物種如向日葵、馬鈴薯(Solanum tuberosum)、高粱、火矩松(Pinus taeda L.)、花旗松(Douglas fir)等中部分基因位點的DNA多態(tài)性也得到調(diào)查， 結(jié)果表明不同的物種的DNA多態(tài)性存在較大的差異。
繁育方式是顯著影響植物基因組的DNA多態(tài)性重要因素之一。通常來說， 自交物種往往比異交物種的遺傳多態(tài)性低， 這已經(jīng)被一些親緣關(guān)系相近但繁育方式不同的物種如Lycopersicon屬植物和Leavenworthia屬植物的種間比較研究所證實。但是在擬南芥屬中則不然， Savolainen等比較了不同繁育方式的兩個近緣種Arabidopsis thaliana(自交種)和Arabidopsis lyrata(異交種)的乙醇脫氫酶基因(Alcohol Dehydrogenase)的核苷酸多態(tài)性， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)A. thaliana的核苷酸多態(tài)性參數(shù)Pi值為0.0069， 遠(yuǎn)高于A. lyrata的核苷酸多態(tài)性(Pi=0.0038)。
2.2 連鎖不平衡
不同位點的等位基因在遺傳上不總是獨立的， 其連鎖不平衡程度在構(gòu)建遺傳圖譜進(jìn)行分子育種及圖位克隆等方面具有重要的參考價值。Rafalski和Morgante等在比較玉米和人類群體的連鎖不平衡和重組的異同時對連鎖不平衡的影響因素做了全面的闡述， 這些因素包括繁育系統(tǒng)、重組率、群體遺傳隔離、居群亞結(jié)構(gòu)、選擇作用、群體大小、遺傳突變率、基因組重排以及其他隨機(jī)因素等。物種的繁育系統(tǒng)對連鎖不平衡程度具有決定性的影響， 通常來說， 自交物種的連鎖不平衡水平較高， 而異交物種的連鎖不平衡水平相對較低。但是也有例外， 如野生大麥屬于自交物種， 然而它的連鎖不平衡水平極低。
擬南芥是典型的自交植物， 研究表明: 擬南芥組基因大多數(shù)位點的連鎖不平衡存在于15～25 kb左右的基因組距離內(nèi)， 但是在特定位點如控制開花時間的基因及鄰接區(qū)域， 連鎖不平衡達(dá)到250 kb的距離。擬南芥基因組高度變異區(qū)段同樣具有較強(qiáng)的連鎖不平衡。這些研究結(jié)果說明擬南芥非常適合構(gòu)建連鎖圖譜， 因為用少量的樣本就可以組成一個有效的作圖群體。除擬南芥外， 其它自交物種大多表現(xiàn)出較高的連鎖不平衡水平， 如大豆的連鎖不平衡大于50 kb； 栽培高粱的連鎖不平衡大于15 kb； 水稻的Xa位點連鎖不平衡可以達(dá)到100 kb以上。
與大多數(shù)自交物種相比， 異交物種的連鎖不平衡程度則要低得多。例如， 玉米的1號染色體的體連鎖不平衡衰退十分迅速，大約200 bp距離就變得十分微弱， 但是在特定的玉米群體如遺傳狹窄的群體或者特定基因位點如受到人工選擇的位點， 連鎖不平衡水平會有所增強(qiáng)。野生向日葵中， 連鎖不平衡超過200 bp的距離就很難檢測到(r=0.10)， 而栽培向日葵群體連鎖不平衡程度則可能夠達(dá)到約1 100 bp的距離(r=0.10)。馬鈴薯的連鎖不平衡在短距離內(nèi)下降迅速(1 kb降到r2=0.2左右)， 但在1Kb以外下降卻十分緩慢(10 cM降到r2=0.1)。此外， 異交繁育類型的森林樹種如火矩松、花旗松等同樣顯示出低水平的連鎖不平衡。
2.3 基因組重組對DNA多態(tài)性的影響
基因組的遺傳重組是指二倍體或者多倍體植物或者動物減數(shù)分裂時發(fā)生的同源染色體之間的交換或者轉(zhuǎn)換。它通過打破遺傳連鎖而影響群體的DNA多態(tài)性式樣， 其在基因組具點發(fā)生的概率與該位點的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系， 基因組上往往存在重組熱點區(qū)域， 如玉米的bronze(bz)位點， 其重組率高于基因組平均水平100倍以上； 并且重組主要發(fā)生在染色體上的基因區(qū)域， 而不是基因間隔區(qū)。同時， 在基因密度高的染色體區(qū)段比基因密度低的染色體區(qū)段發(fā)生重組的頻率也要高得多； 在不同的物種中， 基因組重組率平均水平也有很大的差異。如大麥群體基因組的重組率為 =7～8×10-3，高于擬南芥( =2×10-4)40倍， 但只有玉米( =12～14×10-3)的一半左右。
目前有很多關(guān)于重組和DNA多態(tài)性之間的相關(guān)關(guān)系的研究， 但是沒有得到一致的結(jié)論。部分研究顯示重組對DNA多態(tài)性具有較強(qiáng)的影響。如Tenaillon等研究顯示玉米1號染色體的DNA多態(tài)性高低與重組率具有較高的相關(guān)性(r=0.65， P=0.007)， 野生玉米群體、大麥及野生番茄也都存在同樣的現(xiàn)象。而在擬南芥中， 重組對DNA多態(tài)性的貢獻(xiàn)率就非常低。Schmid等用大量的基因位點對擬南芥群體的核苷酸多態(tài)性進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn): 重組率與核苷酸多態(tài)性相關(guān)關(guān)系不顯著； Wright等調(diào)查了擬南芥1號和2號染色體的6個自然群體序列變異式樣， 結(jié)果顯示， 在著絲粒附近重組被抑制的染色體區(qū)域， 核苷酸多態(tài)性并沒有隨之降低。說明了擬南芥基因組的重組率與DNA多態(tài)性并沒有必然的相關(guān)關(guān)系。Baudry等對番茄屬內(nèi)5個種進(jìn)行了比較研究， 結(jié)果也顯示重組對種群間的DNA多態(tài)性的影響也不明顯。
2.4 基因進(jìn)化方式(中性進(jìn)化或適應(yīng)性進(jìn)化)
分子群體遺傳學(xué)有兩種關(guān)于分子進(jìn)化的觀點: 一種是新達(dá)爾文主義的自然選擇學(xué)說， 認(rèn)為在適應(yīng)性進(jìn)化過程中， 自然選擇在分子進(jìn)化起重要作用， 突變起著次要的作用。新達(dá)爾文主義的主要觀點包括: 任何自然群體中經(jīng)常均存在足夠的遺傳變異， 以對付任何選擇壓力； 就功能來說， 突變是隨機(jī)的； 進(jìn)化幾乎完全取決于環(huán)境變化和自然選擇； 一個自然群體的遺傳結(jié)構(gòu)往往對它生存的環(huán)境處于或者接近于最適合狀態(tài)； 在環(huán)境沒有發(fā)生改變的情況下， 新突變均是有害的。另一種是日本學(xué)者Kimura為代表的中性學(xué)說， 認(rèn)為在分子水平上， 種內(nèi)的遺傳變異(蛋白質(zhì)或者DNA序列多態(tài)性)為選擇中性或者近中性， 種內(nèi)的遺傳結(jié)構(gòu)通過注入突變和隨機(jī)漂變之間的平衡來維持， 生物的進(jìn)化則是通過選擇性突變的隨機(jī)固定(有限群體的隨機(jī)樣本漂移)來實現(xiàn)， 即認(rèn)為遺傳漂變是進(jìn)化的主要原因， 選擇不占主導(dǎo)地位。這兩種學(xué)說， 在實驗植物分子群體遺傳學(xué)的研究中都能得到一定的支持。
對植物基因在種內(nèi)進(jìn)化方式的研究主要集中在擬南芥菜、玉米、大麥等農(nóng)作物及少數(shù)森林樹種。Wright和Gaut對2005以前發(fā)表的相關(guān)文章進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計， 結(jié)果顯示: 擬南芥中大約有30%的基因表現(xiàn)為適應(yīng)性進(jìn)化； 玉米中大約有24%的基因表現(xiàn)為非中性進(jìn)化； 大麥的9個基因中， 有4個受到了選擇作用的影響。
選擇作用主要包括正向選擇、平衡選擇、背景選擇及穩(wěn)定選擇， 它們單獨或者聯(lián)合對特定基因的進(jìn)化方式產(chǎn)生影響。如花旗松中的控制木材質(zhì)量和冷硬性狀的基因、火炬松的耐旱基因、歐洲山楊(European aspen)的食草動物誘導(dǎo)的蛋白酶抑制基因(Herbivore-induced Protease Inhibitor)等， 經(jīng)檢測在各自的群體受到了正向選擇、平衡選擇、背景選擇單獨或者多重影響。植物抗性基因(R基因)是研究得比較深入的一類基因， 大部分研究結(jié)果顯示抗性基因具有高度的多態(tài)性， 并經(jīng)受了復(fù)雜的選擇作用。Liu和Burke對栽培大麥和野生大麥群體中9個基因在調(diào)查顯示其中的8個基因受到穩(wěn)定選擇。Simko等對47份馬鈴薯66個基因位點調(diào)查表明， 大部分基因位點在馬鈴薯群體進(jìn)化過程中受到了直接選擇或者分化選擇作用。以上對不同物種的不同基因位點的研究都強(qiáng)調(diào)了分子進(jìn)化的非中性的結(jié)果， 這說明選擇在基因的進(jìn)化過程中具有非常重要的作用； 另一方面， 中性進(jìn)化的結(jié)果報道較少， 或被有意或者無意地忽略， 事實上即使在強(qiáng)調(diào)選擇作用的研究文獻(xiàn)中， 仍然有相當(dāng)一部分基因表現(xiàn)為中性進(jìn)化， 說明在種內(nèi)微觀進(jìn)化的過程中， 選擇作用和中性漂變作用可能單獨或者聯(lián)合影響了物種內(nèi)不同的基因位點， 共同促進(jìn)了物種的進(jìn)化。
2.5 群體遺傳分化
分子群體遺傳學(xué)一個重要的研究內(nèi)容是闡明物種不同群體之間甚至不同物種群體之間(通常近緣種， 如栽培種及其近緣種或祖先野生種)遺傳結(jié)構(gòu)的差異即遺傳分化， 并推測形成這種差異的原因， 從而使人能夠更好地理解種群動態(tài)。
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一、“假說――演繹法”概述
1.“假說―演繹法”的基本內(nèi)涵
“假說―演繹法”是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一種科學(xué)方法，它是在觀察分析的基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想象提出解決問題的假說，根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理（形成推論），再通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論（推論）。如果實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)論相符，就證明假說是正確的；反之，則證明假說是錯誤的。
科學(xué)假說是科學(xué)理論發(fā)展的思維形式，是人們根據(jù)已知的科學(xué)事實，以已經(jīng)掌握的科學(xué)原理為指導(dǎo)，對未知的自然現(xiàn)象及其規(guī)律性，經(jīng)過一系列的思維過程（往往要運用分析和綜合、歸納和演繹、類比及想象等思維方法和研究方法，對已有的經(jīng)驗材料進(jìn)行加工），預(yù)先在自己頭腦中作出的假定性解釋。就其組成而言，包含已知事實和推測性假定兩種基本成分。假設(shè)通過這兩種成分的搭配明確問題解決途徑，在條件與結(jié)果之間建構(gòu)設(shè)想。
假說是通向科學(xué)理論的必要環(huán)節(jié)。科學(xué)研究和科學(xué)理論的主要任務(wù)是試探性地對已有的經(jīng)驗和事實作出解釋，并對未來的經(jīng)驗和事實提出預(yù)測。作為一種正確的假說，不僅能夠解釋已有的實驗結(jié)果，還應(yīng)必須能夠預(yù)測另一些實驗結(jié)果。即除了解釋性條件，還必須有預(yù)見性條件。如果由假說作出的科學(xué)預(yù)見得到實際的證實，那么就標(biāo)志著假說已經(jīng)轉(zhuǎn)化為理論。就假說能否解釋已知事實與能否預(yù)見未知事實相比而言，后者是假說具有真理性的更有力的證明，當(dāng)然更能作為假說是否能轉(zhuǎn)化為理論的鮮明標(biāo)志。假說必須經(jīng)過科學(xué)實踐的檢驗才能發(fā)展為科學(xué)理論。觀察、實驗所檢驗的常常不是假說本身，而是假說的推論，即從該假說中邏輯地推導(dǎo)（演繹）出來的描述個別現(xiàn)象或事件的推論。當(dāng)然，對假說的實踐檢驗過程是很復(fù)雜的，不能單靠一兩個實驗來說明問題。
2.“假說――演繹法”的作用
就思維過程的方法論而言，觀察――歸納和假說――演繹都是重要的科學(xué)思維方法，從近代科學(xué)到現(xiàn)代科學(xué)，以觀察（實驗）――歸納為主的方法逐漸讓位給以假說―演繹為主的方法。這是因為現(xiàn)代科學(xué)從總體上來說，已經(jīng)不是處在經(jīng)驗材料的收集階段，而是處于高度的理論概括和演繹的階段。由于數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等工具學(xué)科的發(fā)展，人們能夠憑借這些工具提出假說，然后演繹出理論體系或具體推論，再通過觀察和實驗來檢驗。“假說――演繹法”被認(rèn)為是構(gòu)造科學(xué)理論的理想方法，也被一些人看做科學(xué)知識增長的基本模式。牛頓創(chuàng)立光的顏色理論的過程、愛因斯坦的廣義相對論的提出和驗證的過程、凱庫勒提出苯分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)等，都是“假說――演繹法”的典型案例。
二、“遺傳與進(jìn)化”模塊中“假說――演繹法”的教學(xué)素材
“假說――演繹法”的典型性教學(xué)素材是孟德爾用豌豆做一對相對性狀的雜交實驗。通過實驗，他觀察到了F1代并沒有像人們預(yù)期的那種表現(xiàn)出兩個親本的性狀，而只是表現(xiàn)出一個親本的性狀，但F2代中表現(xiàn)為性狀分離。孟德爾正是觀察到F2代出現(xiàn)性狀的分離，并且比例為3:1，他提出了顯性性狀和隱性性狀的概念，并且提出了顯性遺傳因子和隱性遺傳因子的假設(shè)，用以解釋產(chǎn)生性狀分離現(xiàn)象的原因。孟德爾提出的遺傳因子假說的構(gòu)成如圖1所示。
圖1 遺傳因子假說的構(gòu)成
在當(dāng)時條件下，孟德爾不可能用顯微觀察法直接證明他的假設(shè)，只能借助于實驗法證明由假說演繹出的推論。孟德爾根據(jù)遺傳因子假說進(jìn)行演繹推理，并設(shè)計測交實驗對推理過程及結(jié)果進(jìn)行驗證見圖2。
圖2 假說的演繹推理與驗證
測交實驗不能直接驗證遺傳因子假說本身，而是驗證由遺傳因子假說演繹出的推論，即如果遺傳因子決定生物性狀的假說是成立的，那么根據(jù)假說可以對測交實驗結(jié)果進(jìn)行理論推導(dǎo)和預(yù)測。然后，將實驗獲得的數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)值進(jìn)行比較，如果二者一致說明假說正確的，如果不一致則證明假說是錯誤的。
當(dāng)然，對假說的實踐檢驗過程是很復(fù)雜的，不能單靠一兩個實驗來說明問題。事實上，孟德爾做了很多實驗都得到了相似的結(jié)果，后來又有數(shù)位科學(xué)家做了許多與孟德爾相似的觀察，大量的實驗都驗證了孟德爾假說的真實性之后，孟德爾假說最終發(fā)展為遺傳學(xué)的經(jīng)典理論。
“遺傳與進(jìn)化”模塊中“假說――演繹法”的教學(xué)素材還包括：基因與染色體關(guān)系的探究歷程；DNA分子結(jié)構(gòu)、復(fù)制方式及中心法則的提出與證實；遺傳密碼的破譯等等。
“假說――演繹法”不僅是經(jīng)典遺傳學(xué)研究的一種重要方法，而且在現(xiàn)代遺傳學(xué)的發(fā)展歷程中發(fā)揮了重要的作用。因此，高中生物課標(biāo)準(zhǔn)在生物2“遺傳和進(jìn)化”模塊中要求學(xué)生領(lǐng)悟“假說――演譯法”是十分正確的。
三、“假說――演繹法”的教學(xué)策略
孟德爾的豌豆雜交實驗是高中生物學(xué)教學(xué)的經(jīng)典內(nèi)容。現(xiàn)以孟德爾一對相對性狀的雜交實驗為例，對“假說――演譯法”的教學(xué)提幾點建議。
1.模擬孟德爾的實驗過程，理解“假說”內(nèi)涵
很多教師在孟德爾的豌豆雜交實驗的教學(xué)時，往往喜歡單刀直入，直接深入基因分離定律的本質(zhì)，即減數(shù)分裂中基因隨染色體的分離而分離，這種講授方式確實能促進(jìn)學(xué)生對基因的分離定律的本質(zhì)的認(rèn)識和理解，但學(xué)生分析問題、形成假說和進(jìn)行推理的能力并沒有得到訓(xùn)練和提高，特別是“假說――演繹”的科學(xué)方法沒有得到學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。
通過“模擬性狀分離的雜交實驗”，幫助學(xué)生認(rèn)識和理解等位基因的分離和配子的隨機(jī)結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，促進(jìn)對孟德爾提出的“假說”的理解。本模擬實驗的教學(xué)關(guān)鍵是做好兩件事：（1）確保實驗操作規(guī)范以得到合理的結(jié)果；（2）引導(dǎo)學(xué)生分析認(rèn)識模擬實驗結(jié)果與孟德爾解釋的關(guān)系，認(rèn)同孟德爾解釋的合理性。關(guān)于確保實驗操作的規(guī)范性問題，主要是教師對教學(xué)的組織，以及采用各小組實驗數(shù)據(jù)匯總的方式，就可以得到合理的實驗結(jié)果；關(guān)于引導(dǎo)學(xué)生分析模擬實驗結(jié)果與孟德爾解釋的關(guān)系問題，需要在教學(xué)中抓住以下四個關(guān)鍵問題:物品模擬的是什么?操作模擬什么?隨機(jī)取出并組合代表著配子的隨機(jī)結(jié)合；對模擬實驗結(jié)果的統(tǒng)計結(jié)果與孟德爾單因子雜交實驗結(jié)果進(jìn)行對比等。
通過模擬孟德爾的提出問題、進(jìn)行分析、形成假說、演繹推理、設(shè)計測交實驗，這是對科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的再現(xiàn)，既是思維能力和科學(xué)方法的訓(xùn)練，也是深入理解科學(xué)知識的一種重要途徑。
2.剖析孟德爾的科學(xué)研究思路
表3孟德爾的研究過程與“假說――演繹法”思路的對應(yīng)關(guān)系
通過表3幫助學(xué)生理清孟德爾的科學(xué)研究思路。同時，引導(dǎo)學(xué)生剖析假說的構(gòu)想過程。例如，孟德爾提出遺傳因子在生物的體細(xì)胞中是成對存在的，并且顯性遺傳因子對隱性遺傳因子具有顯性作用，是基于哪些實驗現(xiàn)象做出的假設(shè)?控制隱性性狀的遺傳因子在F1代體細(xì)胞中消失了嗎?為什么子二代中隱性性狀又出現(xiàn)了?學(xué)生自然會聯(lián)想到F1自交后代中出現(xiàn)了隱性性狀，所以在Fl體細(xì)胞中必然含有隱性遺傳因子；而Fl表現(xiàn)的是顯性性狀，因此F1體細(xì)胞中的遺傳因子應(yīng)該是Dd，并且顯性遺傳因子對隱性遺傳因子具有顯性作用。隱性狀之所以在子二代又出現(xiàn)了，是因為在F1細(xì)胞中D與d保持各自的獨立性，沒有相互混雜和融合；當(dāng)F1產(chǎn)生配子時成對的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子中，當(dāng)含有d的雌雄配子相遇時就會出現(xiàn)隱性性狀。如此剖析假說的構(gòu)想過程有利于學(xué)生思維的磨煉、智慧的增長，消除了他們對假說的神秘感。
3.分析“測交”實驗，認(rèn)識“演繹”本質(zhì)
演繹是在假說的基礎(chǔ)上所做的一種邏輯推理，讓學(xué)生理解孟德爾研究過程中的哪個步驟是演繹則是教學(xué)中的難點。
教學(xué)時首先介紹孟德爾選用F1與隱性純合子進(jìn)行的測交實驗，再讓學(xué)生根據(jù)孟德爾的假說進(jìn)行演繹推理，對測交實驗結(jié)果作出預(yù)測，并畫出相應(yīng)的遺傳圖解。然后向?qū)W生呈現(xiàn)孟德爾的測交實驗結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生嘗試根據(jù)測交后代的表現(xiàn)型及其比例，推知F1的配子種類及其比例，進(jìn)而推知F1的基因組合方式及其遺傳行為，從而掌握科學(xué)的測交驗證方法，并明確孟德爾設(shè)計的測交實驗實際上檢驗的是推論，即根據(jù)假說對測交實驗所進(jìn)行演繹得到的：雜合子生成配子時具有相對性狀關(guān)系的遺傳因子（等位基因）分離這一論題；也就是教材中提到的測交實驗結(jié)果所要證實的推論：F1究竟是不是雜合體（Dd）如果是雜合體，生成配子時具有相對性狀關(guān)系的遺傳因子（等位基因）果真分離嗎?
4.留給學(xué)生更多思考的時間與空間
經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念范文3
關(guān)鍵詞: 高中生物 遺傳與進(jìn)化 STS教育
自20世紀(jì)80年代以來,STS的理念和教育模式作為科學(xué)教育領(lǐng)域內(nèi)的一種新的嘗試得到了世界眾多國家的認(rèn)同,成為世界科學(xué)教育改革的一個重要方向。STS是“Science,Technology and Society”(科學(xué)、技術(shù)和社會)的英文縮寫,是研究科學(xué)、技術(shù)與社會的相互關(guān)系,以及科學(xué)技術(shù)服務(wù)于社會生產(chǎn)、生活及發(fā)展的科學(xué)教育思想,它要求學(xué)生懂得科學(xué)知識的應(yīng)用,知道科學(xué)技術(shù)與社會之間的相互影響和作用,培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會的意識,并能以正確的價值觀和方法解決科技發(fā)展所帶來的社會問題。
《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》在課程性質(zhì)部分明確指出:“高中生物課程將在義務(wù)教育基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)。尤其是發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力,幫助學(xué)生理解生物科學(xué)、技術(shù)和社會的相互關(guān)系,增強(qiáng)學(xué)生對自然和社會的責(zé)任感,促進(jìn)學(xué)生形成正確的世界觀和價值觀。”
“遺傳與進(jìn)化”是高中生物必修模塊,它是生物學(xué)的一個基礎(chǔ)和核心內(nèi)容,也是生物科學(xué)與社會、個人生活關(guān)系最密切的領(lǐng)域,在本部分內(nèi)容里包含遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)、分子基礎(chǔ)、遺傳的基本規(guī)律、生物的變異、人類遺傳病、生物的進(jìn)化六部分,該模塊主要從細(xì)胞水平和分子水平闡述生命的延續(xù)性及生物進(jìn)化的過程和原因。本文以該模塊為切入點,對STS教育在生物學(xué)中的滲透進(jìn)行探討。
一、系統(tǒng)化生物學(xué)知識,在教學(xué)中貫穿STS教育
生物具有嚴(yán)整的結(jié)構(gòu),通過代謝表現(xiàn)為生長、繁殖等生命現(xiàn)象,具有應(yīng)激性,能夠適應(yīng)并影響環(huán)境,因此生物學(xué)的基本概念和原理不是孤立的,而是彼此有著一定關(guān)聯(lián)。在教學(xué)中,教師應(yīng)心中有STS理念,在有意識地引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)知識、技能的同時,建立起生物科技與社會的教育觀念。
例如:學(xué)習(xí)細(xì)胞分裂知識后,分析細(xì)胞分裂中DNA、染色體變化規(guī)律,推導(dǎo)DNA與生物的遺傳相關(guān),通過“Avery實驗、噬菌體侵染細(xì)菌實驗”證明“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”,繼續(xù)追問思考:作為遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備什么條件?為什么DNA可以作為遺傳物質(zhì)?通過了解沃森和克里克成功的奧秘引出DNA結(jié)構(gòu)、功能、中心法則這些遺傳學(xué)的基本知識,由此引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注:人類基因組計劃、中國超級雜交水稻基因組計劃、親子鑒定、基因診斷與治療、生物技術(shù)制藥和研制疫苗、艾滋病病毒的遺傳機(jī)理、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程、轉(zhuǎn)基因食品、害蟲和病原體抗藥性形成、干細(xì)胞的應(yīng)用、克隆技術(shù)、人體器官移植、組織培養(yǎng)、朊病毒等,這些都是極好的STS教育素材,教師只要隨心巧用,必可達(dá)到良好的STS教育效果。
可遺傳的變異為生物的進(jìn)化提供選擇的材料,在生存斗爭過程中適者生存,不適者淘汰,有利變異不斷積累和加強(qiáng),推進(jìn)了生物的進(jìn)化,學(xué)生沿著達(dá)爾文的思路,能了解達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說模型,教師提示學(xué)生達(dá)爾文進(jìn)化學(xué)說的局限,能激發(fā)學(xué)生深入探究了解現(xiàn)代生物進(jìn)化學(xué)說。不同的物種之間,生物和環(huán)境之間,在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展,即共同進(jìn)化。至此,又很自然地把生物與環(huán)境的相關(guān)知識水到渠成的聯(lián)系起來,在生物與環(huán)境里,生物性污染、生物凈化、生物資源合理利用、綠色消費等又是滲透STS教育的良好素材。
以上的知識梳理只是一個示例,在任何一個模塊的學(xué)習(xí)中,任何一個生物學(xué)的基本概念和規(guī)律的拓展,均可以作為主線將STS生物學(xué)知識框架建構(gòu)。教師心中應(yīng)有生物整體的概念,善于從不同角度把STS教育落實于生物教學(xué)實踐中。
二、穿插應(yīng)用生物科學(xué)史,滲透STS教育
生物科學(xué)史是一部科學(xué)發(fā)展的歷史,它揭示了人類生命科學(xué)的發(fā)展規(guī)律,蘊(yùn)含著豐富的STS教育材料。如孟德爾、摩爾根在經(jīng)典遺傳學(xué)上的貢獻(xiàn)、我國首次人工合成結(jié)晶牛胰島素和酵母丙氨酸轉(zhuǎn)運核糖核酸、袁隆平兩系雜交水稻法、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出、《寂靜的春天》帶來的環(huán)保革命等,生物科學(xué)史為我們展示了生物科學(xué)事實、概念、原理、方法,以及技術(shù)發(fā)明的歷史背景、發(fā)展歷程、現(xiàn)實應(yīng)用,對于學(xué)生深入了解生物學(xué)原理、生物學(xué)實驗設(shè)計的基本思路、掌握科學(xué)研究的一般方法,提供了極好的范例,同時,從生命科學(xué)的發(fā)展史來看,每一項成就的獲得無一不是生物學(xué)家們不斷思考、不斷探索,甚至是不斷失敗后反復(fù)實驗而獲得的成功,因此生物科學(xué)史在教學(xué)中的融合,既有助于學(xué)生理解知識和概念,培養(yǎng)科學(xué)思維,形成良好的知識結(jié)構(gòu),理解科學(xué)研究方法,掌握生物科學(xué)概念原理,又有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和形成正確的價值觀。
例如,“基因的分離定律”可以采用以下教學(xué)步驟:(1)問題引導(dǎo),設(shè)疑激趣:簡單解釋“融合遺傳”的觀點,預(yù)測孟德爾豌豆雜交實驗F1會是什么樣顏色?實際結(jié)果F1紫色,與“融合理論”不符合,怎么解釋?(2)設(shè)問:在孟德爾豌豆雜交實驗里為什么F1全是高莖?矮莖消失了嗎?F2為什么會出現(xiàn)3∶1這樣的結(jié)果?是偶然的嗎?怎么解釋孟德爾的發(fā)現(xiàn)?(3)帶著疑問,引導(dǎo)學(xué)生思考孟德爾對該實驗現(xiàn)象的解釋;它與“融合理論”的本質(zhì)區(qū)別是什么?孟德爾的解釋是否合理呢?怎么檢驗它的正確性?(4)介紹“假說―演繹法”,指導(dǎo)學(xué)生繪制一對相對性狀的遺傳圖解,理解測交實驗過程,預(yù)測測交實驗結(jié)果,領(lǐng)悟“假說―演繹法”在科學(xué)實驗研究中的價值。(5)師生共同歸納總結(jié)孟德爾基因分離定律的實質(zhì),并組織模擬性狀分離比實驗,體會模型意義。(6)介紹孟德爾定律在生產(chǎn)實踐上的應(yīng)用。通過設(shè)疑探究模擬孟德爾關(guān)于基因分離定律的過程,再現(xiàn)生物學(xué)家的實驗設(shè)計和操作,讓學(xué)生親身體驗和感受科學(xué)探究過程,學(xué)生能夠較好理解基因的分離定律實質(zhì),理解“生物―技術(shù)―社會”之間的關(guān)系,并對“觀察、發(fā)現(xiàn)問題―分析問題、假設(shè)―實驗設(shè)計、驗證―歸納總結(jié)”的一般研究過程有了真實的體驗,實現(xiàn)知識(分離定律)、技能(科學(xué)研究方法)目標(biāo)的達(dá)成。
三、情境創(chuàng)設(shè)、課堂引導(dǎo),落實STS教育
建構(gòu)主義觀點認(rèn)為:知識是從情境和活動中來的,學(xué)習(xí)是在真實的活動和社會性的互動里發(fā)生的,情境教學(xué)是教學(xué)研究中的一個重要問題,所謂“情境教學(xué)”,就是“從情與境、情與辭、情與理,情與全面發(fā)展的辯證關(guān)系出發(fā),創(chuàng)設(shè)典型的場景,激起兒童熱烈的情緒,把情感活動和認(rèn)識活動結(jié)合起來,所創(chuàng)建的一種教學(xué)模式”,即“情境教學(xué)”指的是教師人為“創(chuàng)設(shè)”的情境中所進(jìn)行的教學(xué)。[1]創(chuàng)設(shè)情境的目的或激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,或啟迪思維,總的來說是為實現(xiàn)有效的教學(xué)服務(wù),因此創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境,開展STS教育活動,是生物教師的基本素質(zhì)和能力體現(xiàn)。如學(xué)習(xí)“性別決定和伴性遺傳”的內(nèi)容時,我先給學(xué)生展示一位男明星和一位女明星的照片,設(shè)問:人都是由受精卵發(fā)育而來,為什么有的發(fā)育成雄性,有點發(fā)育成雌性?再講述“色盲的發(fā)現(xiàn)”“月亮的女兒”的故事,提問:色盲和白化病的患病人群有什么不同?為什么會出現(xiàn)這樣的情形呢?面對可能出現(xiàn)的不同的遺傳病,如果你是一個遺傳咨詢師,你怎么給一個懷孕的母親進(jìn)行遺傳咨詢?在這樣創(chuàng)設(shè)的提問情境,學(xué)生產(chǎn)生了價值取向,注意力集中,認(rèn)真思考,為相關(guān)知識的學(xué)習(xí)做好了準(zhǔn)備。隨著一個個問題的解決,學(xué)生較好掌握了知識,同時在假設(shè)的情景里應(yīng)用所學(xué)習(xí)知識分析問題,解決問題,“科學(xué)、技術(shù)、社會”的意識也自然地融入在教學(xué)活動中。
四、活動延伸,課外拓展STS教育
課堂教學(xué)的時間是有限的,因此教師在做好課堂教學(xué)的活動的同時,應(yīng)充分組織學(xué)生圍繞與生物學(xué)有關(guān)的科學(xué)、技術(shù)及社會問題開展以學(xué)生為主體,以實踐性、趣味性為主要特征的活動課,對生物學(xué)課堂教予以必要延伸和拓展補(bǔ)充。如舉辦“基因工程和轉(zhuǎn)基因技術(shù)”“克隆技術(shù)與人類未來”“人類基因組計劃”等專題講座,進(jìn)行“生物與人類未來”“環(huán)境污染”“健康與生命”“健康與營養(yǎng)”等專題調(diào)查,推薦適合中學(xué)生的科普讀物,收集報刊雜志上最新科技發(fā)展動態(tài),開展閱讀競賽活動,進(jìn)行小制作、小發(fā)明、小實驗等豐富多彩的活動。學(xué)生通過活動的參與,能鞏固已學(xué)的生物學(xué)知識,學(xué)和合作與分享,認(rèn)識體會生物學(xué)科學(xué)的重要性,養(yǎng)成關(guān)注與生物學(xué)有關(guān)的社會問題的習(xí)慣,自覺運用生物學(xué)的相關(guān)知識解決人類面臨的社會問題。
當(dāng)今世界,生命科學(xué)日新月異,生物工程、克隆技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、人類基因組計劃的研究在環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥生產(chǎn)和疾病預(yù)治等方面發(fā)揮巨大作用的背景下,在新課程理念的指導(dǎo)下,生物教學(xué)與STS教育相結(jié)合,把知識與應(yīng)用、科技進(jìn)步與社會發(fā)展,價值觀與關(guān)注社會的理念融于教學(xué)過程中,能使生物教學(xué)的內(nèi)容更趨于完整。教師應(yīng)立足于社會生活中的實際情況和問題,利用好教材,使學(xué)生能夠積極思考,理解生物科學(xué)與技術(shù)在社會中的作用及反作用,作出判斷和決策,主動學(xué)習(xí),尋求當(dāng)今社會發(fā)展中的生物科學(xué)、技術(shù)運用的最佳方案,培養(yǎng)科學(xué)的價值觀,具有對社會問題進(jìn)行預(yù)測、判斷、決策和解決的能力,使生物學(xué)科教學(xué)真正著眼于每個學(xué)生的全面發(fā)展和終身發(fā)展的需要,真正全面提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。
參考文獻(xiàn):
經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念范文4
【關(guān)鍵詞】基因組學(xué) 教學(xué) 改革
【Abstract】Genomics is a young discipline which is born with the successful implementation of the human genome project， and its content is involved in the leading edge and hot spot of the life science research. Learning genomics has a profound impact on enriching and improving the students’ knowledge system and cultivating students’ innovative consciousness and ability. After several years of teaching practice， from the teaching content， teaching methods to make a reasonable improvement， in order to improve the quality of teaching， and strive to cultivate high？鄄quality professionals.
【Key words】Genomics； education； innovation
【基金項目】湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)遴選項目《基因組學(xué)》和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教改項目B2015021資助。
【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0233-02
伴隨人類基因組計劃，一門新興的生命科學(xué)前沿學(xué)科基因組學(xué)（ Genomics）應(yīng)運而生。不同于以往的分子遺傳學(xué)以“單個”基因為研究對象的思路，基因組學(xué)從物種的整個基因組入手來研究基因的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化[1]。經(jīng)過近20年的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)基因組學(xué)研究已經(jīng)形成了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)三個不同的領(lǐng)域[1-3]，還衍生出了轉(zhuǎn)錄物組、蛋白質(zhì)組、代謝組、甲基化組等一系列組學(xué)研究的分支，引發(fā)了生物科學(xué)研究的系統(tǒng)觀熱潮[2]。
目前，基因組學(xué)已成為高校生物學(xué)課程體系中的重要組成部分，越來越多的高校都將其設(shè)為生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的必修課或選修課。課程的開設(shè)不僅有利于學(xué)生了解生命科學(xué)發(fā)展的前沿，還能為學(xué)生研究生階段開展相關(guān)課題提供研究思路和背景知識。然而，基因組學(xué)發(fā)展迅速，如何使教學(xué)緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，讓學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中既能掌握基因組學(xué)的基礎(chǔ)知識，又能及時了解最新的基因組學(xué)發(fā)展技術(shù)，成為教學(xué)中的難點。因此，教師需要不斷更新教學(xué)內(nèi)容，緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的主動性。此外，基因組學(xué)與其他學(xué)科具有很強(qiáng)的交叉性，教師授課過程中既要避免內(nèi)容的重復(fù)，又要能深入淺出地把內(nèi)容抽象、過程復(fù)雜的研究方法條理清晰、簡單明了地傳授給學(xué)生。針對基因組學(xué)課程的上述特點以及這幾年的教學(xué)實踐，筆者從基因組學(xué)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，探索了適合本門課程的教學(xué)方法和模式，以期提高基因組學(xué)的教學(xué)效果，以適應(yīng)新形勢下素質(zhì)教育的需要。
一、選擇合適的教材
我國許多高校的生物信息、生物技術(shù)等相關(guān)專業(yè)課程設(shè)置中都將基因組學(xué)設(shè)為專業(yè)課或選修課，如華中科技大學(xué)、暨南大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)等。我校也在學(xué)生先修遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的基礎(chǔ)上，開設(shè)基因組學(xué)課程作為生物信息學(xué)的一門專業(yè)課，共設(shè)置40課時。經(jīng)過了解，國內(nèi)廣泛使用的基因組學(xué)教材主要有兩本，即國內(nèi)復(fù)旦大學(xué)楊金水教授編著的《基因組學(xué)》（2002年第一版，2007年第二版，2013年第三版）和英國曼徹斯特大學(xué)理工學(xué)院TA.Brown教授編著的《Genomes》（1999年版、2002年版、2006年版）。根據(jù)課程需要和課時數(shù)，我校自2005年生物信息學(xué)專業(yè)開設(shè)以來一直選擇結(jié)構(gòu)體系比較完整、內(nèi)容相對簡潔的楊金水編著的《基因組學(xué)》系列版本為主要教材。同時選用袁建剛等翻譯的、BrownTA編著的《基因組》及其英文版原著作為參考，補(bǔ)充楊金水編著的《基因組學(xué)》，部分內(nèi)容敘述不夠詳盡的不足。該教材和參考書都更新及時，每隔數(shù)年就會補(bǔ)充基因組學(xué)研究領(lǐng)域的新成果和新技術(shù)然后再版，便于跟蹤學(xué)科前沿，掌握最新研究動態(tài)。參考書中英文對應(yīng)，可方便學(xué)生對專業(yè)名詞的理解和把握，也有助于學(xué)生提高對英文文獻(xiàn)的閱讀能力。
二、構(gòu)建系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容
基因組學(xué)教學(xué)內(nèi)容與遺傳學(xué)、分組生物學(xué)和生物信息學(xué)課程的內(nèi)容相互聯(lián)系、相互滲透。因此課程內(nèi)容既要避免與現(xiàn)行課程中重復(fù)的部分，又突出本學(xué)科的特有內(nèi)容，為此我們在與其他相關(guān)課程教師充分溝通的情況下進(jìn)行了授課內(nèi)容的安排。基因組學(xué)的知識結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)三部分。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)是基因組研究的前提，是功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)內(nèi)容理解和掌握的基礎(chǔ)，其主要目標(biāo)是通過基因組測序獲得基因組序列。而基因組測序的前提是對基因組的基本結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了解，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基因組作圖，包括遺傳圖譜、物理圖譜的制作，最后進(jìn)行基因組的測序與序列組裝。這部分屬于基因組學(xué)課程重點學(xué)習(xí)的內(nèi)容，安排20個課時，主要涉及選用教材的前四章內(nèi)容[4]。功能基因組學(xué)，被稱為后基因組學(xué)，它利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能。這部分內(nèi)容是目前發(fā)展最快的研究重點[5]，涉及很多關(guān)于研究基因功能的實驗方法，因此也是課程的難點。研究內(nèi)容包括基因組序列中基因功能的發(fā)現(xiàn)、單個基因功能的確定、基因表達(dá)分析及突變檢測和基因與基因之間的相互作用。本門課程中安排12課時學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容，主要涉及教材的第五章、第六章、第十章。教材的第七章和第十一章關(guān)于基因組的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的內(nèi)容，分子生物學(xué)中有過講述，在基因組學(xué)的課程中不再重復(fù)。第八章和第九章關(guān)于轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的內(nèi)容另開設(shè)有相關(guān)的課程，也不在基因組學(xué)課程的講述范圍內(nèi)。比較基因組學(xué)是基于結(jié)構(gòu)基因組的基礎(chǔ)上，對已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，來了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。通過對不同親緣關(guān)系物種的基因組序列進(jìn)行比較，能夠鑒定出編碼序列、非編碼調(diào)控序列及給定物種獨有的序列。而基因組范圍之內(nèi)的序列比對，可以了解不同物種在核苷酸組成、同線性關(guān)系和基因順序方面的異同，進(jìn)而得到基因分析預(yù)測與定位、生物系統(tǒng)發(fā)生進(jìn)化關(guān)系等方面的信息。這部分內(nèi)容安排6課時，主要涉及教材的第十二至十四章的內(nèi)容。這樣合理安排授課內(nèi)容，使學(xué)生在頭腦中建立起一個從結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究到功能基因組學(xué)研究再到比較基因組學(xué)研究的完善的知識體系。
此外，基因組學(xué)發(fā)展迅速，除了三大部分基本內(nèi)容外還在課堂上及時補(bǔ)充和完善一些最新的研究成果。比如可以通過查詢Science、Nature 和Cell等頂級期刊，了解基因組學(xué)的最新研究進(jìn)展和方法，使學(xué)生及時把握學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)和方向，把基因組學(xué)課程真正建設(shè)成為一門開闊學(xué)生視野的課程。另外，課堂上可以討論一些社會上的熱點話題或者普及一些與生活息息相關(guān)的知識，如精準(zhǔn)醫(yī)療等。還可以講述一些相關(guān)的故事，如諾貝爾獎得主的一些鮮為人知的故事。一些相關(guān)知識的應(yīng)用，比如如何利用分子標(biāo)記進(jìn)行親子鑒定及法醫(yī)鑒定等也可以再課堂上適時的插入。這些內(nèi)容可以極大地激發(fā)學(xué)生的興趣，拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
三、多媒體與板書相結(jié)合教學(xué)
多媒體教學(xué)具有圖文并茂的效果，可以把抽象、微觀、枯燥、復(fù)雜的內(nèi)容形象的展示出來。但多媒體課件播放比板書講解速度快，如果學(xué)生的思維無法跟上，則會大大地降低教學(xué)效果。傳統(tǒng)的板書教學(xué)則可以將知識更加系統(tǒng)地呈現(xiàn)給學(xué)生，更利于師生間的交流[6]。但板書教學(xué)比較耗時，尤其對于高等教育中較多的授課內(nèi)容，完全采用板書會影響教學(xué)進(jìn)度。此外，對于圖像和圖形的呈現(xiàn)，板書教學(xué)也無法勝任。因此，可采用“多媒體+板書”相結(jié)合的授課方式。授課提綱板書在黑板上，使學(xué)生整堂課都可以看見，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容有整體的印象。多媒體課件解釋不清的問題，及時用板書補(bǔ)充。重點難點內(nèi)容，也要結(jié)合板書詳細(xì)講解，同時借助多媒體手段將所需要的圖片、動畫和視頻插入課件，按照課程的需要播放，提高課堂教學(xué)效果。
四、組織學(xué)生參與科學(xué)研究
基因組學(xué)課程內(nèi)容涉及許多研究方法和技術(shù)，部分經(jīng)典的實驗技術(shù)在分子生物學(xué)與遺傳學(xué)中有過介紹，但一些新發(fā)展起來的技術(shù)上述課程學(xué)習(xí)的過程中沒有涉及。有些技術(shù)原理深奧、抽象，難以理解，最好的方法是讓學(xué)生親自參與實驗[7-9]。教師可組建基因組學(xué)科研興趣小組，讓學(xué)生利用課外時間參與老師的科研課題。學(xué)生通過親自參與基因組學(xué)相關(guān)實驗，可以深刻理解這些技術(shù)的原理，并掌握具體操作技術(shù)，將理論知識與實踐相結(jié)合，在幫助教師完成科研工作的同時培養(yǎng)了學(xué)生對科研工作的熱情，為學(xué)生進(jìn)一步考研深造打下基礎(chǔ)。
五、應(yīng)用靈活多樣的考核方式
科學(xué)、合理的考核方式有助于提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。傳統(tǒng)的考核方式主要是閉卷考試，容易使學(xué)生把考試當(dāng)成最終的學(xué)習(xí)目標(biāo)，不利于培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。因此，改革教學(xué)考核方式的非常重要。考核除了對學(xué)生進(jìn)行基本理論知識考試外，在成績評定標(biāo)準(zhǔn)上適當(dāng)加大對學(xué)生動手能力和綜合技能的考核比重，增加平時成績的考核，條件允許的話還可以設(shè)置一些小實驗在實驗課的課堂上讓學(xué)生進(jìn)行計算機(jī)模擬分析，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，還可以把科研過程中的一些小項目交給學(xué)生，讓學(xué)生查閱資料后根據(jù)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行試驗設(shè)計，教師進(jìn)行指導(dǎo)修改后再反饋給學(xué)生。學(xué)生的平時成績最終按30%的比例計入最終成績。科學(xué)合理地應(yīng)用上述方法可以很大程度改變學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。
經(jīng)過幾年的實踐，我們的教學(xué)改革獲得了大多數(shù)學(xué)生的好評與認(rèn)可。在今后的教學(xué)中，隨著教師教學(xué)經(jīng)驗的積累和教學(xué)水平的進(jìn)一步提高，將會不斷完善基因組學(xué)教學(xué)工作。基因組學(xué)發(fā)展迅速，如今已經(jīng)滲透到生命科學(xué)研究的各個領(lǐng)域，尤其是近幾年基因組學(xué)研究領(lǐng)域的重大成果層出不窮，對生命科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了極大的推動作用。針對基因組學(xué)教學(xué)過程中存在的主要問題[10，11]，在構(gòu)建系統(tǒng)課程內(nèi)容體系的同時，還應(yīng)根據(jù)農(nóng)林院校的專業(yè)特點，不斷改革和探索課程的教學(xué)方法，加強(qiáng)教師隊伍建設(shè)，不斷完善理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，為推進(jìn)和實現(xiàn)高素質(zhì)的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。
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經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念范文5
［關(guān)鍵詞］西方科學(xué)；科學(xué)創(chuàng)新；文化因素
科學(xué)的生命力在于創(chuàng)新。科學(xué)創(chuàng)新推動了科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。縱觀科學(xué)發(fā)展史，每一次重大的科學(xué)創(chuàng)新都導(dǎo)致了科學(xué)理論體系和結(jié)構(gòu)的重新建構(gòu)，使科學(xué)前所未有地迅速發(fā)展。而科學(xué)又轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N改變世界面貌的強(qiáng)大的物質(zhì)力量，推動了經(jīng)濟(jì)乃至整個社會的變革和進(jìn)步。
什么是科學(xué)創(chuàng)新？科學(xué)創(chuàng)新是人們在科學(xué)活動中的一種精神勞動。它體現(xiàn)在科學(xué)研究人員的創(chuàng)新思想、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力等方面，也包括科學(xué)活動中的整個環(huán)境，即創(chuàng)新的氛圍。科學(xué)創(chuàng)新的成果是知識、概念、原理、假說和理論等。這些都與文化有著密切的關(guān)系。
從文化的深層次層面，也即文化的狹義方面理解，文化是一種精神活動，它由人們的思維方式，信仰信念，價值取向等思想觀念因素組成。這些因素是文化的核心，是文化“進(jìn)化”的“基因”［1］。
眾所周知，文化有強(qiáng)烈的民族性，不同的民族有不同的文化。“科學(xué)是一種文化過程”［2］，“作為一種文化現(xiàn)象，科學(xué)同其他文化一樣，也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的民族性”［3］。不同民族或國家有著不同的文化，有著不同的科學(xué)。“西方科學(xué)幾乎是唯一存留到今天的科學(xué)形態(tài)，取得了深刻影響人類社會生活的卓越成就，并展現(xiàn)了發(fā)展的遠(yuǎn)景”［3］。為什么只有西方科學(xué)能夠如此呢?這無疑是由于西方科學(xué)攜帶了西方文化的全套基因，并在這種文化基因的“遺傳”下生存競爭，在創(chuàng)新中持續(xù)發(fā)展。
西方科學(xué)的發(fā)展實際上是科學(xué)創(chuàng)新的過程。表現(xiàn)在科學(xué)家身上是他們具有強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，表現(xiàn)在西方國家則是他們有著良好的創(chuàng)新氛圍，而這些都與文化息息相關(guān)。一年一度的諾貝爾科學(xué)獎就是一個最好的證明，至今獲獎的科學(xué)家已經(jīng)有幾百位了，他們當(dāng)中大多數(shù)是西方科學(xué)家。華裔科學(xué)家只有楊振寧等六人獲得［4］，而他們都不是在中國本土成長的或成就科學(xué)事業(yè)的，中國本土至今未曾有一人獲得。這說明，每個做出重大科學(xué)創(chuàng)新的科學(xué)家都受到西方文化的熏陶，思想觀念上打上了西方文化的烙印。
西方科學(xué)是在西方文化的滋潤下發(fā)展起來的，并造就了西方國家的國富民強(qiáng)。本文試圖以西方傳統(tǒng)文化為切入點，探討科學(xué)創(chuàng)新中的西方文化因素，分析這些文化因素在科學(xué)創(chuàng)新中所起的作用，以及我國傳統(tǒng)文化對科學(xué)創(chuàng)新的影響。
一、熱衷于探索自然界的奧秘是科學(xué)創(chuàng)新的初衷和源泉
西方科學(xué)和西方文化都起源于古希臘的自然哲學(xué)，這種哲學(xué)同時也是科學(xué)。古希臘自然哲學(xué)是西方科學(xué)的萌芽，古希臘的哲學(xué)家?guī)缀跞亲匀徽軐W(xué)家。
古希臘哲學(xué)家熱衷于探索自然界的奧秘。他們探索自然界主要集中在三個方面。第一，探索自然界的本原是什么。第二，探索常見的自然現(xiàn)象。第三，熱衷于幾何學(xué)研究。如亞里士多德研究小雞發(fā)育，準(zhǔn)備了21只雞蛋，每天打破一個雞蛋，詳細(xì)記錄小雞坯胎的發(fā)育過程。又比如阿里斯塔克對太陽、月亮和地球三個星球進(jìn)行深入的研究，得出《太陽和月亮的大小與距離》。再比如歐幾里得由5個公設(shè)、5個公理、23個定義，推導(dǎo)出467個命題，得出歐氏幾何定理。
古希臘哲學(xué)家思考自然問題到了癡迷的境界。關(guān)于這一點，泰勒思掉進(jìn)土坑的傳說很能說明問題。泰勒思成天思考天體問題，連走路也在思考。一天掉進(jìn)土坑里，被一名色雷斯婦女看見。這位婦人笑他說：你眼前的路都看不清，還去研究天上的事情［5］63。
古希臘人熱衷于探索自然界的奧秘使西方科學(xué)得以誕生，成為科學(xué)創(chuàng)新的初衷和源泉。與之相反的是，中國古代哲學(xué)屬于道德哲學(xué)，儒家文化占主導(dǎo)地位，古代哲人對研究自然界興趣不大，因為他們認(rèn)為“天道淵微，非人力所能窺測”［6］，而更多關(guān)注和研究人與人之間的關(guān)系，因此無科學(xué)創(chuàng)新的初衷和源泉。
二、為了求知和擺脫愚昧是科學(xué)創(chuàng)新的本意和目的所在
古希臘人思考自然，研究自然，他們把這看做是人類最有意義，最有價值的學(xué)術(shù)活動。這是由他們的價值取向決定的。正如亞里士多德所說：“他們探索哲理只是為擺脫愚蠢，顯然，他們是為了求知而從事學(xué)術(shù)，并無任何實用目的”。在他看來，“求知是人類的本性”
［7］。古希臘人的這種僅僅為了“求知”，為了“擺脫愚蠢”而從事自由學(xué)術(shù)研究，并不賦予其任何實用目的的價值取向為整個西方文化所繼承。
在探索自然的目的這一點上，古代東方各民族與古希臘人是有顯著區(qū)別的。比如古代埃及有比較發(fā)達(dá)的幾何學(xué)，但埃及人之所以重視這門學(xué)科，是因為丈量土地的需要。又比如古代中國人的天文學(xué)發(fā)達(dá)，但中國的天文學(xué)主要是為王朝政治服務(wù)的，同占星術(shù)密不可分。
在科學(xué)史上，法拉第花了11年時間研究磁生電的方法，并最終得到磁感應(yīng)原理。他絕沒有想到他的這一原理會成為未來改變整個世界面貌的電氣技術(shù)的基礎(chǔ)；麥克斯韋也絕不是為了今天的無線電通訊技術(shù)才把法拉第的電磁學(xué)理論抽象化、數(shù)學(xué)化，并預(yù)言電磁波存在的；普朗克也絕不是為了今天的量子計算機(jī)、激光技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)才提出量子假說的；孟德爾、韋斯曼、摩爾根更不是為了今天的轉(zhuǎn)基因技術(shù)才去研究生物的遺傳現(xiàn)象的。事實上，西方科學(xué)的幾乎所有重大成果的獲得都與實用目的無關(guān)。當(dāng)然，其中許多成果后來都變成了技術(shù)，有了實用價值，但那只是科學(xué)的“副產(chǎn)品”。
對此，科學(xué)史家丹皮爾有過一段發(fā)人深省的話：“不幸，科學(xué)主要是為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)的觀念，傳播到許多別的國家，科學(xué)研究的自由又遭到了危險。科學(xué)主要是追求純粹知識的自由研究活動。如果實際利益隨之而來，那是副產(chǎn)品，縱然它們是由于政府資助而獲得的發(fā)現(xiàn)。如果自由的、純粹的科學(xué)遭到忽略，應(yīng)用科學(xué)遲早也會枯萎而死的。”［8］
三、注重探尋自然現(xiàn)象背后的原因使科學(xué)創(chuàng)新的源泉永不枯竭
西方科學(xué)的本質(zhì)在于它是對自然現(xiàn)象背后原因的猜測或揭示［9］，而這正是古希臘理智的一個鮮明特征，并作為西方文化的一個主要傳統(tǒng)沿傳至今。
看一看古希臘自然哲學(xué)家的思想，我們可以深刻地體會到這一文化因素的內(nèi)涵。赫拉克利特認(rèn)為，“自然界喜歡躲藏起來”［10］26。留基伯首先提出“沒有什么事情無緣無故而發(fā)生，一切事情的發(fā)生都有原因和必然性”［10］133。德謨克利特寧肯找到一個因果的說明，也不愿獲得一個波斯王位。亞里士多德更把認(rèn)識自然現(xiàn)象背后的原因看做是哲學(xué)探索的基本任務(wù)。他明確指出：“認(rèn)識是我們研究的目標(biāo)；人們在掌握一樣?xùn)|西的為什么(即根本原因)之前，是不會認(rèn)為自己認(rèn)識了它的”［10］58。“智慧就是有關(guān)某些原理與原因的知識”［7］。所以，“我們必須求取原因的知識，因為我們只能在認(rèn)明一事物的基本原因后，才能說知道了這事物。”［7］古希臘人的這種注重探尋自然現(xiàn)象背后的原因以統(tǒng)一地解釋某類現(xiàn)象的傳統(tǒng)，經(jīng)過文藝復(fù)興后又進(jìn)一步得到了發(fā)揚(yáng)光大，并不斷推動科學(xué)的進(jìn)步。大自然的無限，從宏觀世界的廣垠宇宙，到微觀世界的原子、質(zhì)子；從生物界的人、動物到遺傳基因、染色體，這些自然現(xiàn)象背后的原因成為科學(xué)創(chuàng)新素材的寶庫，是科學(xué)創(chuàng)新源源不斷的河流。正是西方人這種熱衷于探索自然現(xiàn)象背后原因，才使得新的科學(xué)理論層出不窮，科學(xué)創(chuàng)新的源泉永不枯竭。
值得比較的是，中國沒有這種文化因素，所以中國傳統(tǒng)科學(xué)不具備探索自然現(xiàn)象背后原因的本質(zhì)。中國傳統(tǒng)科學(xué)偏重于對自然現(xiàn)象的忠實描述和經(jīng)驗總結(jié)。縱觀中國科學(xué)史，人們不難發(fā)現(xiàn)，中國傳統(tǒng)科學(xué)的經(jīng)典著作,諸如《墨經(jīng)》、《徐霞客游記》、《齊民要術(shù)》、《農(nóng)政全書》、《傷寒雜病論》、《夢溪筆談》等，幾乎無一不是對自然現(xiàn)象的描述或經(jīng)驗總結(jié)，而對這些自然現(xiàn)象為什么會產(chǎn)生，這些經(jīng)驗是如何獲得的，則從不加以深入探討［11］。
四、具有強(qiáng)烈的懷疑和批判精神使得科學(xué)創(chuàng)新永無止境
科學(xué)的發(fā)展需要創(chuàng)新，而創(chuàng)新需要懷疑和批判。沒有懷疑和批判，就意味著科學(xué)生命的終結(jié)。西方科學(xué)之所以能持續(xù)向前發(fā)展，不斷出現(xiàn)舊理論的淘汰和新理論的誕生，一個根本原因就是西方文化中滲透著強(qiáng)烈的懷疑和批判精神。
西方文化中的懷疑和批判精神起源于公元前3世紀(jì)皮浪的懷疑主義。懷疑主義作為一種哲學(xué)流派在古希臘羅馬時期持續(xù)了500多年時間，對古希臘羅馬時期人們的思想產(chǎn)生了不可忽視的影響。皮浪認(rèn)為,“沒有一件事情可以固定下來當(dāng)作教訓(xùn)，因此我們對任何一個命題都可以說出相反的命題來。”皮浪及其之后的懷疑主義思想不僅代表了希臘羅馬時期的一種哲學(xué)思潮，同時也反映了這一時期學(xué)術(shù)界的實際情況。
當(dāng)時的學(xué)術(shù)界確實幾乎不存在任何權(quán)威，每一位哲學(xué)家除了相信自己外，不相信其他任何人，包括自己的老師。亞里士多德的“吾愛吾師,吾更愛真理”的名言不僅是他自己離開老師，獨立門戶的充分理由，也是后來所有學(xué)生在學(xué)術(shù)上與老師分道揚(yáng)鑣的理由。
從科學(xué)史也可以看出，懷疑和批判精神是推動科學(xué)進(jìn)步的決定因素。試想，如果哥白尼對“地心說”深信不疑，他會創(chuàng)立“日心說”嗎？如果達(dá)爾文對物種不變論深信不疑，他會創(chuàng)立生物進(jìn)化論嗎？如果愛因斯坦對絕對時空觀深信不疑，他會創(chuàng)立相對論嗎？所以說，科學(xué)上的懷疑、批判精神與創(chuàng)造精神是一對孿生兄弟；沒有懷疑和批判就沒有創(chuàng)造；沒有創(chuàng)造，也不需要懷疑和批判。
勇敢地懷疑和批判，大膽地標(biāo)新立異、自創(chuàng)理論，循著這條創(chuàng)新的路走下去，才有可能攀登上科學(xué)的一座又一座高峰。西方文化中的這種懷疑和批判精神在中國傳統(tǒng)文化中是非常缺乏的。中國傳統(tǒng)文化是儒家文化，崇尚的是中庸之道，打擊的是標(biāo)新立異。諸如“人怕出名豬怕壯”，“槍打出頭鳥”等俗語人人皆知。這與西方文化的懷疑和批判精神形成鮮明對比。西方人認(rèn)為科學(xué)是“可錯的”，中國認(rèn)為真理神圣不可侵犯；西方人尊重自己的老師，但“吾愛吾師,吾更愛真理”，中國學(xué)生極力維護(hù)自己老師的學(xué)說，不敢越雷池一步。
五、重視個人自由和人與人之間的平等是形成科學(xué)創(chuàng)新良好氛圍的前提
西方的民主傳統(tǒng)是自古就有的［5］235。經(jīng)過聲勢浩大的文藝復(fù)興運動的洗禮后，西方文化中又增添了所謂的自由、人權(quán)、民主、平等的思想，在這種思想基礎(chǔ)上建構(gòu)起的社會政治體制從制度上保證了學(xué)術(shù)的自由和繁榮，從而大大地推動了科學(xué)的進(jìn)步。
誰也不能否認(rèn)，近代以來自由、人權(quán)、民主、平等思想已經(jīng)逐漸成為西方人的一種根深蒂固的觀念，成了西方文化的一塊不可動搖的基石。無論是英國資產(chǎn)階級革命、法國啟蒙運動、法國大革命，還是美國獨立革命、南北戰(zhàn)爭都直接與這些思想密切相關(guān)。不言而喻，西方文化中的這種尊重人的自由權(quán)利，強(qiáng)調(diào)人與人之間的相互平等的思想極大地促進(jìn)了學(xué)術(shù)研究的自由化、多樣化和不同學(xué)術(shù)觀點之間的平等爭鳴。這種自由化、多元化和平等爭鳴的風(fēng)氣對科學(xué)的“進(jìn)化”(發(fā)展)而言，無疑起了一種“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的作用。
實際上，不同學(xué)術(shù)觀點之間的爭鳴非常類似于生物的生存競爭。按照達(dá)爾文的進(jìn)化論和孟德爾、摩爾根遺傳學(xué)［12］［13］可知，生物在進(jìn)化過程中必須進(jìn)行生存斗爭（競爭）。包括同一種群內(nèi)部的斗爭，不同種群之間的斗爭以及生物與自然界無機(jī)環(huán)境之間的斗爭。生物種群通過生存競爭，自然選擇，適者生存。在生物進(jìn)化過程中，多樣性（即生物個體之間存在差異）是必備條件。如果生物的多樣性遭到破壞，生物進(jìn)化就會停滯不前，最終會被淘汰。同樣道理，如果某一學(xué)科只允許或規(guī)定一種理論存在，那么這種理論也肯定不會得到發(fā)展，其結(jié)果當(dāng)然就是該學(xué)科的停滯不前。可見，個人自由和人與人之間的平等是形成科學(xué)創(chuàng)新良好氛圍的前提。
總之，科學(xué)創(chuàng)新與文化是密切相關(guān)的。科學(xué)家的創(chuàng)新思想、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力，即他們的創(chuàng)新素質(zhì)，總會打上文化的烙印。人的創(chuàng)新素質(zhì)不是一句口號、一個大力提倡就能培養(yǎng)起來的，非要經(jīng)過文化的洗禮和熏陶。西方文化對西方科學(xué)的影響是積極的、深遠(yuǎn)的，對西方科學(xué)的發(fā)展起了非常關(guān)鍵的作用超級秘書網(wǎng)：
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經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念范文6
關(guān)鍵詞：突現(xiàn)論；心身問題；意識。
自心身問題產(chǎn)生以來，人們對其一直孜孜以求，但因其復(fù)雜性和抽象性，至今仍然莫衷一是，形成了關(guān)于心身問題的多種理論學(xué)說。針對復(fù)雜性科學(xué)研究而出現(xiàn)的"突現(xiàn)論"提出了意識的反作用問題，闡釋了意識活動的本質(zhì)，對于人們正確認(rèn)識心身問題有一定的借鑒意義。
一、突現(xiàn)論的產(chǎn)生及含義
突現(xiàn)論的誕生，源于關(guān)于物種起源與進(jìn)化的漸進(jìn)論和突變論之爭。按照達(dá)爾文的觀點，自然界沒有飛躍，物種主要是通過微小變異逐漸產(chǎn)生新種并進(jìn)化的。與此同時，生物學(xué)也獲得了長足的發(fā)展，不斷產(chǎn)生出以實驗進(jìn)行研究的專門領(lǐng)域，如細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)等。圍繞進(jìn)化模式問題，遺傳學(xué)家和博物學(xué)家各抒己見。遺傳學(xué)家通過對細(xì)胞、基因的研究，強(qiáng)調(diào)進(jìn)化是跳躍的、非連續(xù)的；博物學(xué)家則通過對生物群體、物種的演進(jìn)分析，認(rèn)為進(jìn)化是漸進(jìn)的、連續(xù)的。這樣進(jìn)化是漸進(jìn)的還是跳躍的問題就成為兩大陣營的主要沖突。生物突變論的創(chuàng)立者德弗里斯用月見草、罌粟等幾十個植物品種做雜交試驗，探究物種的變異與起源問題。經(jīng)過十六年的實驗，到1901--1903年，德弗里斯撰寫了二卷本的《突變論》（DieMutationstheoric），集中闡述了他的生物突變論思想，解釋了達(dá)爾文自然選擇學(xué)說無法解釋的各種疑問。例如反進(jìn)化論者開爾文爵士針對達(dá)爾文關(guān)于物種是通過微小變異進(jìn)化的觀點，提出地球的年齡遠(yuǎn)沒有足夠時間允許如此繁多的動植物緩慢進(jìn)化。而根據(jù)突變論的觀點，大量物種在科學(xué)家估算的地球年齡之內(nèi)出現(xiàn)，就容易得到解釋了。由于德弗里斯的努力，從1900年到1910年，突變論統(tǒng)治了生物界的思想，并且影響著哲學(xué)家。他們從哲學(xué)的角度出發(fā)，吸取了突變論的合理營養(yǎng)，使其成為解決大量哲學(xué)問題的科學(xué)基礎(chǔ)和方法論原則，漸而演變成哲學(xué)上的突現(xiàn)論。
現(xiàn)代意義上的"突現(xiàn)"概念100多年前由英國哲學(xué)家劉易斯（G·H·Lewes）提出，意為"出現(xiàn)"、"突然發(fā)生"。1956年，艾什比在《控制論導(dǎo)論》一書中對突現(xiàn)作了如下說明：
"突現(xiàn)這一概念從來沒有人明確下過定義,但以下例子也許可以作為討論的基礎(chǔ):(1)氨是氣體，HCL也是氣體。這兩種氣體混合在一起,結(jié)果得到固體--這是兩種反應(yīng)物原來都沒有的性質(zhì)。(2)碳、氫、氧幾乎都是無味的,但它們的一種特定化合物糖卻具有一種甜味，是三者都沒有的。(3)細(xì)菌體內(nèi)20種左右的氨基酸都沒有繁殖的性質(zhì)，但它們合在一起(再加上一些別的物質(zhì))之后,卻具有了這種性質(zhì)。"[1]
后來，邦格對突現(xiàn)概念下了較為明確的定義：
"設(shè)x為一具有A組成的CA(x)系統(tǒng)，p為x的屬性，則有
（1）P是A組合(resultant)(或相對于層次A的組合)，當(dāng)且僅當(dāng)X的每一A分量(component)都具有P。
（2）不然的話,即如果X的任一A都不具有P，則P是A的突現(xiàn)(或相對于層次A突現(xiàn))"。[2]
突現(xiàn)強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)從無到有的創(chuàng)生過程，是一系統(tǒng)新質(zhì)（未曾有過的結(jié)構(gòu)或其子系統(tǒng)都不具有的功能）作為整體的突然出現(xiàn)的過程，是事物形成發(fā)展過程中的一種普遍模式，說明了進(jìn)化具有不可預(yù)見性、整體性、新奇性和不可還原性。高層次的事物或?qū)傩允菑牡蛯哟蔚氖挛锘驅(qū)傩缘恼w中穿刺出來的，但不能還原為低層次的事物或?qū)傩浴Ｍ瑫r，突現(xiàn)現(xiàn)象既不能從其組成部分中預(yù)測和推論，也不能還原為其組成部分。
二、突現(xiàn)論的心身觀
針對自然界中最令人困惑的突變現(xiàn)象而興起的突現(xiàn)論屬于復(fù)雜性研究中的熱點問題，對許多復(fù)雜現(xiàn)象具有巨大的解釋力。而心身關(guān)系問題就是長期困擾人類的復(fù)雜現(xiàn)象之一。自中世紀(jì)以來，圍繞心身問題曾出現(xiàn)過幾種較有系統(tǒng)和影響的理論。除明顯的唯心論和典型的心身二元論外，其余幾種論點似乎都以不同形式企圖克服二元論，但終因受傳統(tǒng)的心身二元論影響較深，其實質(zhì)仍為心身二元論的不同表現(xiàn)形式。20世紀(jì)中葉后，由于腦科學(xué)和突現(xiàn)論的發(fā)展，并由于哲學(xué)在心身問題上的正確觀點，逐漸出現(xiàn)了一些用突現(xiàn)論來解釋心身關(guān)系的理論，使心身理論朝唯物一元論的方向發(fā)展。其代表人物是美國神經(jīng)心理學(xué)家R·W·.斯佩里和加拿大當(dāng)代著名心靈哲學(xué)馬利奧·邦格(MarioBunge)，這里主要介紹斯佩里在心身問題上提出的"突現(xiàn)論的相互作用論"。
斯佩里是美國當(dāng)代著名的腦科學(xué)專家，以研究裂腦人著稱。他通過割裂腦手術(shù)對大腦兩半球功能分工這一神經(jīng)心理學(xué)方面的精細(xì)研究，終于發(fā)現(xiàn)胼胝體切斷以后，左、右半球便獨立地進(jìn)行活動。這種情況下所進(jìn)行的心理學(xué)實驗表明，絕大多數(shù)右利手患者對于呈現(xiàn)到左半球的語詞可以認(rèn)知，而對呈現(xiàn)在右半球的卻不能認(rèn)知。另外的實驗表明，病人的左手保持了繪畫的能力但喪失了書寫技能，右手的情況則正好相反。病人可以說出右手內(nèi)物體的名稱卻說不出左手內(nèi)的，但可以用左手指出曾經(jīng)握過的物體。左右腦的功能分立就是通過這些行為實驗被證實的。在意識活動的本質(zhì)問題上，斯佩里強(qiáng)調(diào)用突現(xiàn)論加以解釋，提出了著名的"突現(xiàn)論的相互作用理論"。它主要包括兩個假定：①大腦雖然是由物理的、化學(xué)的、生物的等各種因素相互作用組成的有機(jī)整體，但是意識活動與大腦神經(jīng)的運動是不同的，意識是整個腦活動所突現(xiàn)的一種新的特性，是"高水平的腦過程的動力系統(tǒng)的特性"，[3]而非腦的任何局部的或諸局部總和的特性。它是腦興奮的一種功能的、操作的、動態(tài)的和新突現(xiàn)出的特性。意識不同于并多于它據(jù)以建立的神經(jīng)－物理－化學(xué)諸事件的總和，具有物理、生理過程所不具有的新的性質(zhì)，并可反過來影響到物理、生理事件。神經(jīng)事件由許多事件組成，其中包括神經(jīng)沖動的傳遞、生理和其下的化學(xué)事件，以及各種亞原子規(guī)律和高能物理現(xiàn)象等，但這些只是神經(jīng)事件的原材料，它們本身并不是意識現(xiàn)象。②意識與腦生理活動具有相互作用。由于意識位于腦系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)活動諸層系的最高層系，故對其下包括腦生理層系在內(nèi)的諸層系具有因果的決定作用。他認(rèn)為這一決定作用具有關(guān)鍵意義，為其理論中的創(chuàng)新成分："較高層次的精神模式和程序一旦從神經(jīng)事件中產(chǎn)生出來之后，即有了自身的主動特性和進(jìn)展，并以其自身的、不能還原成神經(jīng)生理學(xué)的因果律和原則運行著和相互作用著，與生理過程相比，意識事件更具有整體性，精神實體超越生理"。[4]70年代后，他進(jìn)而將其理論由心腦關(guān)系擴(kuò)大到廣泛的心物關(guān)系中，而且認(rèn)為在外界事物或人的環(huán)境中最主要的是社會事物或社會環(huán)境，從而使以腦為中介的心物關(guān)系具有豐富而深刻的社會價值含義，且以此來探索人性或人的特點問題。
心身關(guān)系問題以其特有的復(fù)雜性引起無數(shù)哲人和科學(xué)家的探索興趣，不具穿透力的空間事物如何能與非空間事物相聯(lián)系？非時間的事物如何能與時間性的事物相聯(lián)系？機(jī)械地引發(fā)的事物如何能與有目的的行為相聯(lián)系……等等問題，在生物科技高度發(fā)達(dá)的今天仍然未能給出令人滿意的答案。突現(xiàn)論的心身觀在總結(jié)了現(xiàn)代自然科學(xué)有關(guān)成果的基礎(chǔ)上，從神經(jīng)生理學(xué)的角度，用突現(xiàn)論原理提出了解釋心身問題的一條較為能夠讓人接受的途徑。堅持和發(fā)展了意識是人腦的機(jī)能這一基本原則。使我們更清楚地認(rèn)識到意識活動與心理活動的本質(zhì)。斯佩里認(rèn)為，意識是"高水平的腦過程的動力系統(tǒng)的特性"。說明了意識活動對大腦的依賴性和意識活動的本質(zhì)特征，對我們正確理解心身關(guān)系問題有一定的借鑒意義。但是，在意思的反作用問題上，唯物主義認(rèn)為，意識作為人腦的機(jī)能不是無用的副現(xiàn)象，而是對大腦和外部環(huán)境具有能動反作用的。而突現(xiàn)論對此卻持有異議，認(rèn)為作用和反作用是以物質(zhì)能量的消耗和轉(zhuǎn)化為前提的，作為人腦機(jī)能的意識本身不具有物質(zhì)，能量屬性，怎么能動地反作用于物質(zhì)客體呢。這一觀點對于揭示意識發(fā)揮反作用機(jī)制的原理問題富有啟發(fā)意義，遺憾的是，"突現(xiàn)論的心身說并沒有真正解答人腦意識的反作用問題，斯佩里認(rèn)為意識能以獨立的形式發(fā)揮反作用，邦格又簡單地歸結(jié)為大腦的某一或某些子系統(tǒng)對身體其它部分的作用"。[5]另外，從哲學(xué)基本原理以及有關(guān)自然科學(xué)的最新成果來看，還存在很多不盡人意之處。
三、結(jié)語
基于心身問題的特殊性和目前人類思維范式及科技水平的局限性，人類現(xiàn)今可能還無法完全揭示心身問題的全部奧秘。針對這一問題的研究出現(xiàn)的兩大范式--二元論和唯物論心身觀各執(zhí)一端卻又各有欠缺：如果說心是非空間性的和持續(xù)的經(jīng)驗，而分子是具有空間性卻無延續(xù)性且沒有經(jīng)驗的東西，那么心何以對分子產(chǎn)生影響，或者，分子何以對心產(chǎn)生影響？二元論者沒法回答。如果我只是物質(zhì)，那么我如何能堅持認(rèn)為物質(zhì)不存在經(jīng)驗、感知和內(nèi)部實在這些從外部觀察不明顯的東西？唯物論者也無言以對。"二元論有根有據(jù)地指出，唯物論如若不能公開地借鑒二元論，便不能夠駕馭經(jīng)驗的事實，特別是對經(jīng)驗本身的經(jīng)驗。而唯物論也正確地堅持認(rèn)為，如果心和身被理解為毫不相同的事物，那么它們的關(guān)系便是不可理喻的。"[6]如果心和身被理解為相互關(guān)聯(lián)的事物，那么它們之間的關(guān)聯(lián)何在？現(xiàn)代科技對物質(zhì)的研究在微觀層次上雖然已經(jīng)深入到層子和夸克的層次，但是在心身關(guān)系問題上仍然沒有取得突破性的進(jìn)展。這也從一個方面說明了還原論方法在研究心身關(guān)系問題上的局限性。就目前情況而言，或許突現(xiàn)論心身觀是人類最明智和無奈的選擇。不管怎樣，人們?nèi)匀粓孕判暮蜕碇g必然存在著緊密的關(guān)聯(lián)，只是這種聯(lián)系目前尚未被發(fā)現(xiàn)而已。相信隨著科技的進(jìn)步，心身關(guān)系問題終會得到徹底的唯物論解釋。
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