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經典遺傳學關于基因的概念范文1
【關鍵詞】： 植物分子；群體；遺傳學；研究
中圖分類號：Q37 文獻標識碼：E文章編號：1006-0510(2008)09091-04
分子群體遺傳學是在經典群體遺傳的基礎上發展起來的，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構及引起群體遺傳變化的因素與群體遺傳結構的關系，從而使得遺傳學家能夠從數量上精確地推知群體的進化演變，不僅克服了經典的群體遺傳學通常只能研究群體遺傳結構短期變化的局限性，而且可檢驗以往關于長期進化或遺傳系統穩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爾文的以"自然選擇"為核心的進化學說。到目前為止，分子群體遺傳學已經取得長足的發展，闡明了許多重要的科學問題，如一些重要農作物的DNA多態性式樣、連鎖不平衡水平及其影響因素、種群的變遷歷史、基因進化的遺傳學動力等，更為重要的是，在分子群體遺傳學基礎上建立起來的新興的學科如分子系統地理學等也得到了迅速的發展。文中綜述了植物分子群體遺傳研究的內容及最新成果。
1. 理論分子群體遺傳學的發展簡史
經典群體遺傳學最早起源于英國數學家哈迪和德國醫學家溫伯格于1908年提出的遺傳平衡定律。以后，英國數學家費希爾、遺傳學家霍爾丹(Haldane JBS)和美國遺傳學家賴特(Wright S)等建立了群體遺傳學的數學基礎及相關計算方法，從而初步形成了群體遺傳學理論體系，群體遺傳學也逐步發展成為一門獨立的學科。群體遺傳學是研究生物群體的遺傳結構和遺傳結構變化規律的科學，它應用數學和統計學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境選擇效應、遺傳突變作用、遷移及遺傳漂變等因素與遺傳結構的關系，由此來探討生物進化的機制并為育種工作提供理論基礎。從某種意義上來說， 生物進化就是群體遺傳結構持續變化和演變的過程， 因此群體遺傳學理論在生物進化機制特別是種內進化機制的研究中有著重要作用。
在20世紀60年代以前， 群體遺傳學主要還只涉及到群體遺傳結構短期的變化，這是由于人們的壽命與進化時間相比極為短暫，以至于沒有辦法探測經過長期進化后群體遺傳的遺傳變化或者基因的進化變異，只好簡單地用短期變化的延續來推測長期進化的過程。而利用大分子序列特別是DNA序列變異來進行群體遺傳學研究后，人們可以從數量上精確地推知群體的進化演變， 并可檢驗以往關于長期進化或遺傳系統穩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爾文的以"自然選擇"為核心的生物進化學說。20世紀60年代末、70年代初，Kimura、King和Jukes相繼提出了中性突變的隨機漂變學說: 認為多數大分子的進化變異是選擇性中性突變隨機固定的結果。此后，分子進化的中性學說得到進一步完善，如Ohno關于復制在進化中的作用假說: 認為進化的發生主要是重復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制事件。盡管中性學說也存在理論和實驗方法的缺陷， 但是它為分子進化的非中性檢測提供了必要的理論基礎。目前， "選擇學說"和"中性進化學說"仍然是分子群體遺傳學界討論的焦點。
1971年，Kimura最先明確地提出了分子群體遺傳學這一新的學說。其后， Nei從理論上對分子群體遺傳學進行了比較系統的闡述。1975年， Watterson估算了基于替代模型下的DNA多態性的參數Theta(θ)值和期望方差。1982年， 英國數學家Kingman構建了"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行群體遺傳結構的研究成為可能， 并可以進一步推斷影響遺傳結構形成的各種演化因素。溯祖原理的"回溯"分析使得對群體進化歷史的推測更加合理和可信。1983年， Tajima推導了核甘酸多樣度參數Pi(π)的數學期望值和方差值。此后， 隨著中性平衡的相關測驗方法等的相繼提出， 分子群體遺傳學的理論及分析方法日趨完善。
近20年來， 在分子群體遺傳學的基礎上， 又衍生出一些新興學科分支， 如分子系統地理學(molecular phylogeography)等。系統地理學的概念于1987年由Avise提出， 其強調的是一個物種的基因系譜當前地理分布方式的歷史成因， 同時對物種擴散、遷移等微進化歷史等進行有效的推測。
2. 實驗植物分子群體遺傳研究內容及進展
基于DNA序列變異檢測手段的實驗分子群體遺傳學研究始于1983年， 以Kreitman發表的"黑腹果蠅的乙醇脫氫酶基因位點的核苷酸多態性"一文為標志。以植物為研究對象的實驗分子群體遺傳學論文最早發表于20世紀90年代初期， 但是由于當時DNA測序費用昂貴等原因， 植物分子群體遺傳學最初發展比較緩慢， 隨著DNA測序逐漸成為實驗室常規的實驗技術之一以及基于溯祖理論的各種計算機軟件分析程序的開發和應用， 實驗分子群體遺傳學近10年來得到了迅速的發展， 相關研究論文逐年增多， 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。其研究內容涵蓋了群體遺傳結構(同源DNA分化式樣)、各種進化力量如突變， 重組， 連鎖不平衡、選擇等對遺傳結構的影響、群體內基因進化方式(中性或者適應性進化)、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多態性比較研究， 分子群體遺傳學在研究作物馴化的遺傳學原因及結果等也取得了重要的進展， 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多態性
分子群體遺傳學的研究基礎是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構的主要指標， 其分化式樣則是理解群體遺傳結構產生和維持的進化內在驅動力諸如遺傳突變、重組、基因轉換的前提。隨著DNA測序越來越快捷便利及分子生物學技術的飛速發展， 越來越多的全基因組序列或者基因序列的測序結果被發表， 基因在物種或群體中的DNA多態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多態性的調查最為系統， 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性進行了調查， 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等的研究結果顯示: 擬南芥基因組核甘酸多態性平均為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序列的分析結果顯示玉米具有較高的DNA多態性(1SNP/27.6 bp、 =0.0096)。Ching等研究顯示: 36份玉米優系的18個基因位點的非編碼區平均核苷酸多態性為1SNP/31 bp， 編碼區平均為1SNP/124 bp， 位點缺矢和插入則主要出現在非編碼區。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多態性也得到調查， 結果表明不同的物種的DNA多態性存在較大的差異。
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性低， 這已經被一些親緣關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)的核苷酸多態性， 結果發現A. thaliana的核苷酸多態性參數Pi值為0.0069， 遠高于A. lyrata的核苷酸多態性(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建遺傳圖譜進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、重組率、群體遺傳隔離、居群亞結構、選擇作用、群體大小、遺傳突變率、基因組重排以及其他隨機因素等。物種的繁育系統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位點的連鎖不平衡存在于15～25 kb左右的基因組距離內， 但是在特定位點如控制開花時間的基因及鄰接區域， 連鎖不平衡達到250 kb的距離。擬南芥基因組高度變異區段同樣具有較強的連鎖不平衡。這些研究結果說明擬南芥非常適合構建連鎖圖譜， 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到100 kb以上。
與大多數自交物種相比， 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。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分裂時發生的同源染色體之間的交換或者轉換。它通過打破遺傳連鎖而影響群體的DNA多態性式樣， 其在基因組具點發生的概率與該位點的結構有很大的關系， 基因組上往往存在重組熱點區域， 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； 并且重組主要發生在染色體上的基因區域， 而不是基因間隔區。同時， 在基因密度高的染色體區段比基因密度低的染色體區段發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。
目前有很多關于重組和DNA多態性之間的相關關系的研究， 但是沒有得到一致的結論。部分研究顯示重組對DNA多態性具有較強的影響。如Tenaillon等研究顯示玉米1號染色體的DNA多態性高低與重組率具有較高的相關性(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象。而在擬南芥中， 重組對DNA多態性的貢獻率就非常低。Schmid等用大量的基因位點對擬南芥群體的核苷酸多態性進行調查后發現: 重組率與核苷酸多態性相關關系不顯著； Wright等調查了擬南芥1號和2號染色體的6個自然群體序列變異式樣， 結果顯示， 在著絲粒附近重組被抑制的染色體區域， 核苷酸多態性并沒有隨之降低。說明了擬南芥基因組的重組率與DNA多態性并沒有必然的相關關系。Baudry等對番茄屬內5個種進行了比較研究， 結果也顯示重組對種群間的DNA多態性的影響也不明顯。
2.4 基因進化方式(中性進化或適應性進化)
分子群體遺傳學有兩種關于分子進化的觀點: 一種是新達爾文主義的自然選擇學說， 認為在適應性進化過程中， 自然選擇在分子進化起重要作用， 突變起著次要的作用。新達爾文主義的主要觀點包括: 任何自然群體中經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， 突變是隨機的； 進化幾乎完全取決于環境變化和自然選擇； 一個自然群體的遺傳結構往往對它生存的環境處于或者接近于最適合狀態； 在環境沒有發生改變的情況下， 新突變均是有害的。另一種是日本學者Kimura為代表的中性學說， 認為在分子水平上， 種內的遺傳變異(蛋白質或者DNA序列多態性)為選擇中性或者近中性， 種內的遺傳結構通過注入突變和隨機漂變之間的平衡來維持， 生物的進化則是通過選擇性突變的隨機固定(有限群體的隨機樣本漂移)來實現， 即認為遺傳漂變是進化的主要原因， 選擇不占主導地位。這兩種學說， 在實驗植物分子群體遺傳學的研究中都能得到一定的支持。
對植物基因在種內進化方式的研究主要集中在擬南芥菜、玉米、大麥等農作物及少數森林樹種。Wright和Gaut對2005以前發表的相關文章進行詳細的統計， 結果顯示: 擬南芥中大約有30%的基因表現為適應性進化； 玉米中大約有24%的基因表現為非中性進化； 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、背景選擇及穩定選擇， 它們單獨或者聯合對特定基因的進化方式產生影響。如花旗松中的控制木材質量和冷硬性狀的基因、火炬松的耐旱基因、歐洲山楊(European aspen)的食草動物誘導的蛋白酶抑制基因(Herbivore-induced Protease Inhibitor)等， 經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， 大部分研究結果顯示抗性基因具有高度的多態性， 并經受了復雜的選擇作用。Liu和Burke對栽培大麥和野生大麥群體中9個基因在調查顯示其中的8個基因受到穩定選擇。Simko等對47份馬鈴薯66個基因位點調查表明， 大部分基因位點在馬鈴薯群體進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調了分子進化的非中性的結果， 這說明選擇在基因的進化過程中具有非常重要的作用； 另一方面， 中性進化的結果報道較少， 或被有意或者無意地忽略， 事實上即使在強調選擇作用的研究文獻中， 仍然有相當一部分基因表現為中性進化， 說明在種內微觀進化的過程中， 選擇作用和中性漂變作用可能單獨或者聯合影響了物種內不同的基因位點， 共同促進了物種的進化。
2.5 群體遺傳分化
分子群體遺傳學一個重要的研究內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)遺傳結構的差異即遺傳分化， 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。
經典遺傳學關于基因的概念范文2
一、“假說――演繹法”概述
1.“假說―演繹法”的基本內涵
“假說―演繹法”是現代科學研究中常用的一種科學方法，它是在觀察分析的基礎上提出問題以后，通過推理和想象提出解決問題的假說，根據假說進行演繹推理（形成推論），再通過實驗檢驗演繹推理的結論（推論）。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的；反之，則證明假說是錯誤的。
科學假說是科學理論發展的思維形式，是人們根據已知的科學事實，以已經掌握的科學原理為指導，對未知的自然現象及其規律性，經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，對已有的經驗材料進行加工），預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。假設通過這兩種成分的搭配明確問題解決途徑，在條件與結果之間建構設想。
假說是通向科學理論的必要環節?？茖W研究和科學理論的主要任務是試探性地對已有的經驗和事實作出解釋，并對未來的經驗和事實提出預測。作為一種正確的假說，不僅能夠解釋已有的實驗結果，還應必須能夠預測另一些實驗結果。即除了解釋性條件，還必須有預見性條件。如果由假說作出的科學預見得到實際的證實，那么就標志著假說已經轉化為理論。就假說能否解釋已知事實與能否預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，當然更能作為假說是否能轉化為理論的鮮明標志。假說必須經過科學實踐的檢驗才能發展為科學理論。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（演繹）出來的描述個別現象或事件的推論。當然，對假說的實踐檢驗過程是很復雜的，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思維方法，從近代科學到現代科學，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。這是因為現代科學從總體上來說，已經不是處在經驗材料的收集階段，而是處于高度的理論概括和演繹的階段。由于數學、計算機科學等工具學科的發展，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?！凹僬f――演繹法”被認為是構造科學理論的理想方法，也被一些人看做科學知識增長的基本模式。牛頓創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狀結構等，都是“假說――演繹法”的典型案例。
二、“遺傳與進化”模塊中“假說――演繹法”的教學素材
“假說――演繹法”的典型性教學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代并沒有像人們預期的那種表現出兩個親本的性狀，而只是表現出一個親本的性狀，但F2代中表現為性狀分離。孟德爾正是觀察到F2代出現性狀的分離，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，用以解釋產生性狀分離現象的原因。孟德爾提出的遺傳因子假說的構成如圖1所示。
圖1 遺傳因子假說的構成
在當時條件下，孟德爾不可能用顯微觀察法直接證明他的假設，只能借助于實驗法證明由假說演繹出的推論。孟德爾根據遺傳因子假說進行演繹推理，并設計測交實驗對推理過程及結果進行驗證見圖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，那么根據假說可以對測交實驗結果進行理論推導和預測。然后，將實驗獲得的數據與理論推導值進行比較，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。
當然，對假說的實踐檢驗過程是很復雜的，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果，后來又有數位科學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，孟德爾假說最終發展為遺傳學的經典理論。
“遺傳與進化”模塊中“假說――演繹法”的教學素材還包括：基因與染色體關系的探究歷程；DNA分子結構、復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”不僅是經典遺傳學研究的一種重要方法，而且在現代遺傳學的發展歷程中發揮了重要的作用。因此，高中生物課標準在生物2“遺傳和進化”模塊中要求學生領悟“假說――演譯法”是十分正確的。
三、“假說――演繹法”的教學策略
孟德爾的豌豆雜交實驗是高中生物學教學的經典內容?，F以孟德爾一對相對性狀的雜交實驗為例，對“假說――演譯法”的教學提幾點建議。
1.模擬孟德爾的實驗過程，理解“假說”內涵
很多教師在孟德爾的豌豆雜交實驗的教學時，往往喜歡單刀直入，直接深入基因分離定律的本質，即減數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學生對基因的分離定律的本質的認識和理解，但學生分析問題、形成假說和進行推理的能力并沒有得到訓練和提高，特別是“假說――演繹”的科學方法沒有得到學習和訓練。
通過“模擬性狀分離的雜交實驗”，幫助學生認識和理解等位基因的分離和配子的隨機結合與性狀之間的數量關系，促進對孟德爾提出的“假說”的理解。本模擬實驗的教學關鍵是做好兩件事：（1）確保實驗操作規范以得到合理的結果；（2）引導學生分析認識模擬實驗結果與孟德爾解釋的關系，認同孟德爾解釋的合理性。關于確保實驗操作的規范性問題，主要是教師對教學的組織，以及采用各小組實驗數據匯總的方式，就可以得到合理的實驗結果；關于引導學生分析模擬實驗結果與孟德爾解釋的關系問題，需要在教學中抓住以下四個關鍵問題:物品模擬的是什么?操作模擬什么?隨機取出并組合代表著配子的隨機結合；對模擬實驗結果的統計結果與孟德爾單因子雜交實驗結果進行對比等。
通過模擬孟德爾的提出問題、進行分析、形成假說、演繹推理、設計測交實驗，這是對科學發現史的再現，既是思維能力和科學方法的訓練，也是深入理解科學知識的一種重要途徑。
2.剖析孟德爾的科學研究思路
表3孟德爾的研究過程與“假說――演繹法”思路的對應關系
通過表3幫助學生理清孟德爾的科學研究思路。同時，引導學生剖析假說的構想過程。例如，孟德爾提出遺傳因子在生物的體細胞中是成對存在的，并且顯性遺傳因子對隱性遺傳因子具有顯性作用，是基于哪些實驗現象做出的假設?控制隱性性狀的遺傳因子在F1代體細胞中消失了嗎?為什么子二代中隱性性狀又出現了?學生自然會聯想到F1自交后代中出現了隱性性狀，所以在Fl體細胞中必然含有隱性遺傳因子；而Fl表現的是顯性性狀，因此F1體細胞中的遺傳因子應該是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了，是因為在F1細胞中D與d保持各自的獨立性，沒有相互混雜和融合；當F1產生配子時成對的遺傳因子彼此分離，分別進入不同的配子中，當含有d的雌雄配子相遇時就會出現隱性性狀。如此剖析假說的構想過程有利于學生思維的磨煉、智慧的增長，消除了他們對假說的神秘感。
3.分析“測交”實驗，認識“演繹”本質
演繹是在假說的基礎上所做的一種邏輯推理，讓學生理解孟德爾研究過程中的哪個步驟是演繹則是教學中的難點。
教學時首先介紹孟德爾選用F1與隱性純合子進行的測交實驗，再讓學生根據孟德爾的假說進行演繹推理，對測交實驗結果作出預測，并畫出相應的遺傳圖解。然后向學生呈現孟德爾的測交實驗結果，引導學生嘗試根據測交后代的表現型及其比例，推知F1的配子種類及其比例，進而推知F1的基因組合方式及其遺傳行為，從而掌握科學的測交驗證方法，并明確孟德爾設計的測交實驗實際上檢驗的是推論，即根據假說對測交實驗所進行演繹得到的：雜合子生成配子時具有相對性狀關系的遺傳因子（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系的遺傳因子（等位基因）果真分離嗎?
4.留給學生更多思考的時間與空間
經典遺傳學關于基因的概念范文3
關鍵詞: 高中生物 遺傳與進化 STS教育
自20世紀80年代以來,STS的理念和教育模式作為科學教育領域內的一種新的嘗試得到了世界眾多國家的認同,成為世界科學教育改革的一個重要方向。STS是“Science,Technology and Society”(科學、技術和社會)的英文縮寫,是研究科學、技術與社會的相互關系,以及科學技術服務于社會生產、生活及發展的科學教育思想,它要求學生懂得科學知識的應用,知道科學技術與社會之間的相互影響和作用,培養學生關注社會的意識,并能以正確的價值觀和方法解決科技發展所帶來的社會問題。
《普通高中生物課程標準(實驗)》在課程性質部分明確指出:“高中生物課程將在義務教育基礎上,進一步提高學生的生物學素養。尤其是發展學生的科學探究能力,幫助學生理解生物科學、技術和社會的相互關系,增強學生對自然和社會的責任感,促進學生形成正確的世界觀和價值觀。”
“遺傳與進化”是高中生物必修模塊,它是生物學的一個基礎和核心內容,也是生物科學與社會、個人生活關系最密切的領域,在本部分內容里包含遺傳的細胞基礎、分子基礎、遺傳的基本規律、生物的變異、人類遺傳病、生物的進化六部分,該模塊主要從細胞水平和分子水平闡述生命的延續性及生物進化的過程和原因。本文以該模塊為切入點,對STS教育在生物學中的滲透進行探討。
一、系統化生物學知識,在教學中貫穿STS教育
生物具有嚴整的結構,通過代謝表現為生長、繁殖等生命現象,具有應激性,能夠適應并影響環境,因此生物學的基本概念和原理不是孤立的,而是彼此有著一定關聯。在教學中,教師應心中有STS理念,在有意識地引導學生在學習生物學知識、技能的同時,建立起生物科技與社會的教育觀念。
例如:學習細胞分裂知識后,分析細胞分裂中DNA、染色體變化規律,推導DNA與生物的遺傳相關,通過“Avery實驗、噬菌體侵染細菌實驗”證明“DNA是主要的遺傳物質”,繼續追問思考:作為遺傳物質應該具備什么條件?為什么DNA可以作為遺傳物質?通過了解沃森和克里克成功的奧秘引出DNA結構、功能、中心法則這些遺傳學的基本知識,由此引導學生關注: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、生物技術制藥和研制疫苗、艾滋病病毒的遺傳機理、基因工程、酶工程、發酵工程、蛋白質工程、轉基因食品、害蟲和病原體抗藥性形成、干細胞的應用、克隆技術、人體器官移植、組織培養、朊病毒等,這些都是極好的STS教育素材,教師只要隨心巧用,必可達到良好的STS教育效果。
可遺傳的變異為生物的進化提供選擇的材料,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,推進了生物的進化,學生沿著達爾文的思路,能了解達爾文的自然選擇學說模型,教師提示學生達爾文進化學說的局限,能激發學生深入探究了解現代生物進化學說。不同的物種之間,生物和環境之間,在相互影響中不斷進化和發展,即共同進化。至此,又很自然地把生物與環境的相關知識水到渠成的聯系起來,在生物與環境里,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習中,任何一個生物學的基本概念和規律的拓展,均可以作為主線將STS生物學知識框架建構。教師心中應有生物整體的概念,善于從不同角度把STS教育落實于生物教學實踐中。
二、穿插應用生物科學史,滲透STS教育
生物科學史是一部科學發展的歷史,它揭示了人類生命科學的發展規律,蘊含著豐富的STS教育材料。如孟德爾、摩爾根在經典遺傳學上的貢獻、我國首次人工合成結晶牛胰島素和酵母丙氨酸轉運核糖核酸、袁隆平兩系雜交水稻法、DNA雙螺旋結構提出、《寂靜的春天》帶來的環保革命等,生物科學史為我們展示了生物科學事實、概念、原理、方法,以及技術發明的歷史背景、發展歷程、現實應用,對于學生深入了解生物學原理、生物學實驗設計的基本思路、掌握科學研究的一般方法,提供了極好的范例,同時,從生命科學的發展史來看,每一項成就的獲得無一不是生物學家們不斷思考、不斷探索,甚至是不斷失敗后反復實驗而獲得的成功,因此生物科學史在教學中的融合,既有助于學生理解知識和概念,培養科學思維,形成良好的知識結構,理解科學研究方法,掌握生物科學概念原理,又有利于培養學生科學態度和形成正確的價值觀。
例如,“基因的分離定律”可以采用以下教學步驟:(1)問題引導,設疑激趣:簡單解釋“融合遺傳”的觀點,預測孟德爾豌豆雜交實驗F1會是什么樣顏色?實際結果F1紫色,與“融合理論”不符合,怎么解釋?(2)設問: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3∶1這樣的結果?是偶然的嗎?怎么解釋孟德爾的發現?(3)帶著疑問,引導學生思考孟德爾對該實驗現象的解釋;它與“融合理論”的本質區別是什么?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”,指導學生繪制一對相對性狀的遺傳圖解,理解測交實驗過程,預測測交實驗結果,領悟“假說―演繹法”在科學實驗研究中的價值。(5)師生共同歸納總結孟德爾基因分離定律的實質,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實踐上的應用。通過設疑探究模擬孟德爾關于基因分離定律的過程,再現生物學家的實驗設計和操作,讓學生親身體驗和感受科學探究過程,學生能夠較好理解基因的分離定律實質,理解“生物―技術―社會”之間的關系,并對“觀察、發現問題―分析問題、假設―實驗設計、驗證―歸納總結”的一般研究過程有了真實的體驗,實現知識(分離定律)、技能(科學研究方法)目標的達成。
三、情境創設、課堂引導,落實STS教育
建構主義觀點認為:知識是從情境和活動中來的,學習是在真實的活動和社會性的互動里發生的,情境教學是教學研究中的一個重要問題,所謂“情境教學”,就是“從情與境、情與辭、情與理,情與全面發展的辯證關系出發,創設典型的場景,激起兒童熱烈的情緒,把情感活動和認識活動結合起來,所創建的一種教學模式”,即“情境教學”指的是教師人為“創設”的情境中所進行的教學。[1]創設情境的目的或激發學習興趣,或啟迪思維,總的來說是為實現有效的教學服務,因此創設恰當的教學情境,開展STS教育活動,是生物教師的基本素質和能力體現。如學習“性別決定和伴性遺傳”的內容時,我先給學生展示一位男明星和一位女明星的照片,設問:人都是由受精卵發育而來,為什么有的發育成雄性,有點發育成雌性?再講述“色盲的發現”“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?為什么會出現這樣的情形呢?面對可能出現的不同的遺傳病,如果你是一個遺傳咨詢師,你怎么給一個懷孕的母親進行遺傳咨詢?在這樣創設的提問情境,學生產生了價值取向,注意力集中,認真思考,為相關知識的學習做好了準備。隨著一個個問題的解決,學生較好掌握了知識,同時在假設的情景里應用所學習知識分析問題,解決問題,“科學、技術、社會”的意識也自然地融入在教學活動中。
四、活動延伸,課外拓展STS教育
課堂教學的時間是有限的,因此教師在做好課堂教學的活動的同時,應充分組織學生圍繞與生物學有關的科學、技術及社會問題開展以學生為主體,以實踐性、趣味性為主要特征的活動課,對生物學課堂教予以必要延伸和拓展補充。如舉辦“基因工程和轉基因技術”“克隆技術與人類未來”“人類基因組計劃”等專題講座,進行“生物與人類未來”“環境污染”“健康與生命”“健康與營養”等專題調查,推薦適合中學生的科普讀物,收集報刊雜志上最新科技發展動態,開展閱讀競賽活動,進行小制作、小發明、小實驗等豐富多彩的活動。學生通過活動的參與,能鞏固已學的生物學知識,學和合作與分享,認識體會生物學科學的重要性,養成關注與生物學有關的社會問題的習慣,自覺運用生物學的相關知識解決人類面臨的社會問題。
當今世界,生命科學日新月異,生物工程、克隆技術、轉基因技術、人類基因組計劃的研究在環境保護、醫藥生產和疾病預治等方面發揮巨大作用的背景下,在新課程理念的指導下,生物教學與STS教育相結合,把知識與應用、科技進步與社會發展,價值觀與關注社會的理念融于教學過程中,能使生物教學的內容更趨于完整。教師應立足于社會生活中的實際情況和問題,利用好教材,使學生能夠積極思考,理解生物科學與技術在社會中的作用及反作用,作出判斷和決策,主動學習,尋求當今社會發展中的生物科學、技術運用的最佳方案,培養科學的價值觀,具有對社會問題進行預測、判斷、決策和解決的能力,使生物學科教學真正著眼于每個學生的全面發展和終身發展的需要,真正全面提高學生的生物科學素養。
參考文獻:
經典遺傳學關于基因的概念范文4
【關鍵詞】基因組學 教學 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】湖南農業大學課程質量標準建設遴選項目《基因組學》和湖南農業大學教改項目B2015021資助。
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】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前沿學科基因組學（ Genomics）應運而生。不同于以往的分子遺傳學以“單個”基因為研究對象的思路，基因組學從物種的整個基因組入手來研究基因的結構、功能和進化[1]。經過近20年的迅速發展，基礎基因組學研究已經形成了結構基因組學、功能基因組學和比較基因組學三個不同的領域[1-3]，還衍生出了轉錄物組、蛋白質組、代謝組、甲基化組等一系列組學研究的分支，引發了生物科學研究的系統觀熱潮[2]。
目前，基因組學已成為高校生物學課程體系中的重要組成部分，越來越多的高校都將其設為生物學相關專業的必修課或選修課。課程的開設不僅有利于學生了解生命科學發展的前沿，還能為學生研究生階段開展相關課題提供研究思路和背景知識。然而，基因組學發展迅速，如何使教學緊跟學科發展的步伐，讓學生在有限的課堂教學中既能掌握基因組學的基礎知識，又能及時了解最新的基因組學發展技術，成為教學中的難點。因此，教師需要不斷更新教學內容，緊跟學科發展的步伐，以增強學生的學習興趣，提高學習的主動性。此外，基因組學與其他學科具有很強的交叉性，教師授課過程中既要避免內容的重復，又要能深入淺出地把內容抽象、過程復雜的研究方法條理清晰、簡單明了地傳授給學生。針對基因組學課程的上述特點以及這幾年的教學實踐，筆者從基因組學教學內容和教學手段進行了調整和優化，探索了適合本門課程的教學方法和模式，以期提高基因組學的教學效果，以適應新形勢下素質教育的需要。
一、選擇合適的教材
我國許多高校的生物信息、生物技術等相關專業課程設置中都將基因組學設為專業課或選修課，如華中科技大學、暨南大學、揚州大學等。我校也在學生先修遺傳學、分子生物學和生物信息學的基礎上，開設基因組學課程作為生物信息學的一門專業課，共設置40課時。經過了解，國內廣泛使用的基因組學教材主要有兩本，即國內復旦大學楊金水教授編著的《基因組學》（2002年第一版，2007年第二版，2013年第三版）和英國曼徹斯特大學理工學院TA.Brown教授編著的《Genomes》（1999年版、2002年版、2006年版）。根據課程需要和課時數，我校自2005年生物信息學專業開設以來一直選擇結構體系比較完整、內容相對簡潔的楊金水編著的《基因組學》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，補充楊金水編著的《基因組學》，部分內容敘述不夠詳盡的不足。該教材和參考書都更新及時，每隔數年就會補充基因組學研究領域的新成果和新技術然后再版，便于跟蹤學科前沿，掌握最新研究動態。參考書中英文對應，可方便學生對專業名詞的理解和把握，也有助于學生提高對英文文獻的閱讀能力。
二、構建系統的教學內容
基因組學教學內容與遺傳學、分組生物學和生物信息學課程的內容相互聯系、相互滲透。因此課程內容既要避免與現行課程中重復的部分，又突出本學科的特有內容，為此我們在與其他相關課程教師充分溝通的情況下進行了授課內容的安排?；蚪M學的知識結構可以分為結構基因組學、功能基因組學和比較基因組學三部分。結構基因組學是基因組研究的前提，是功能基因組學和比較基因組學內容理解和掌握的基礎，其主要目標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構和組成進行了解，然后在此基礎上進行基因組作圖，包括遺傳圖譜、物理圖譜的制作，最后進行基因組的測序與序列組裝。這部分屬于基因組學課程重點學習的內容，安排20個課時，主要涉及選用教材的前四章內容[4]。功能基因組學，被稱為后基因組學，它利用結構基因組學研究所提供的信息和產物，發展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統水平上全面分析基因的功能。這部分內容是目前發展最快的研究重點[5]，涉及很多關于研究基因功能的實驗方法，因此也是課程的難點。研究內容包括基因組序列中基因功能的發現、單個基因功能的確定、基因表達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課時學習該部分內容，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于基因組的復制與轉錄調控的內容，分子生物學中有過講述，在基因組學的課程中不再重復。第八章和第九章關于轉錄組和蛋白組的內容另開設有相關的課程，也不在基因組學課程的講述范圍內。比較基因組學是基于結構基因組的基礎上，對已知的基因和基因組結構進行比較，來了解基因的功能、表達機理和物種進化的學科。通過對不同親緣關系物種的基因組序列進行比較，能夠鑒定出編碼序列、非編碼調控序列及給定物種獨有的序列。而基因組范圍之內的序列比對，可以了解不同物種在核苷酸組成、同線性關系和基因順序方面的異同，進而得到基因分析預測與定位、生物系統發生進化關系等方面的信息。這部分內容安排6課時，主要涉及教材的第十二至十四章的內容。這樣合理安排授課內容，使學生在頭腦中建立起一個從結構基因組學研究到功能基因組學研究再到比較基因組學研究的完善的知識體系。
此外，基因組學發展迅速，除了三大部分基本內容外還在課堂上及時補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，了解基因組學的最新研究進展和方法，使學生及時把握學科發展脈絡和方向，把基因組學課程真正建設成為一門開闊學生視野的課程。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的知識，如精準醫療等。還可以講述一些相關的故事，如諾貝爾獎得主的一些鮮為人知的故事。一些相關知識的應用，比如如何利用分子標記進行親子鑒定及法醫鑒定等也可以再課堂上適時的插入。這些內容可以極大地激發學生的興趣，拓寬學生的視野，提高學生學習的積極性。
三、多媒體與板書相結合教學
多媒體教學具有圖文并茂的效果，可以把抽象、微觀、枯燥、復雜的內容形象的展示出來。但多媒體課件播放比板書講解速度快，如果學生的思維無法跟上，則會大大地降低教學效果。傳統的板書教學則可以將知識更加系統地呈現給學生，更利于師生間的交流[6]。但板書教學比較耗時，尤其對于高等教育中較多的授課內容，完全采用板書會影響教學進度。此外，對于圖像和圖形的呈現，板書教學也無法勝任。因此，可采用“多媒體+板書”相結合的授課方式。授課提綱板書在黑板上，使學生整堂課都可以看見，讓學生對學習內容有整體的印象。多媒體課件解釋不清的問題，及時用板書補充。重點難點內容，也要結合板書詳細講解，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，提高課堂教學效果。
四、組織學生參與科學研究
基因組學課程內容涉及許多研究方法和技術，部分經典的實驗技術在分子生物學與遺傳學中有過介紹，但一些新發展起來的技術上述課程學習的過程中沒有涉及。有些技術原理深奧、抽象，難以理解，最好的方法是讓學生親自參與實驗[7-9]。教師可組建基因組學科研興趣小組，讓學生利用課外時間參與老師的科研課題。學生通過親自參與基因組學相關實驗，可以深刻理解這些技術的原理，并掌握具體操作技術，將理論知識與實踐相結合，在幫助教師完成科研工作的同時培養了學生對科研工作的熱情，為學生進一步考研深造打下基礎。
五、應用靈活多樣的考核方式
科學、合理的考核方式有助于提高教學質量、培養創新型和應用型人才。傳統的考核方式主要是閉卷考試，容易使學生把考試當成最終的學習目標，不利于培養學生利用所學知識解決實際問題的能力。因此，改革教學考核方式的非常重要。考核除了對學生進行基本理論知識考試外，在成績評定標準上適當加大對學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置一些小實驗在實驗課的課堂上讓學生進行計算機模擬分析，充分激發學生的學習興趣。此外，還可以把科研過程中的一些小項目交給學生，讓學生查閱資料后根據所學內容進行試驗設計，教師進行指導修改后再反饋給學生。學生的平時成績最終按30%的比例計入最終成績?？茖W合理地應用上述方法可以很大程度改變學生的學習目標和學習方式，培養學生的創新能力和實踐能力。
經過幾年的實踐，我們的教學改革獲得了大多數學生的好評與認可。在今后的教學中，隨著教師教學經驗的積累和教學水平的進一步提高，將會不斷完善基因組學教學工作。基因組學發展迅速，如今已經滲透到生命科學研究的各個領域，尤其是近幾年基因組學研究領域的重大成果層出不窮，對生命科學的發展產生了極大的推動作用。針對基因組學教學過程中存在的主要問題[10，11]，在構建系統課程內容體系的同時，還應根據農林院校的專業特點，不斷改革和探索課程的教學方法，加強教師隊伍建設，不斷完善理論與實踐相結合的教學模式，為推進和實現高素質的創新型和應用型人才培養目標奠定基礎。
參考文獻：
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經典遺傳學關于基因的概念范文5
［關鍵詞］西方科學；科學創新；文化因素
科學的生命力在于創新?？茖W創新推動了科學的進步和發展?？v觀科學發展史，每一次重大的科學創新都導致了科學理論體系和結構的重新建構，使科學前所未有地迅速發展。而科學又轉變為一種改變世界面貌的強大的物質力量，推動了經濟乃至整個社會的變革和進步。
什么是科學創新？科學創新是人們在科學活動中的一種精神勞動。它體現在科學研究人員的創新思想、創新精神、創新能力等方面，也包括科學活動中的整個環境，即創新的氛圍?？茖W創新的成果是知識、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“進化”的“基因”［1］。
眾所周知，文化有強烈的民族性，不同的民族有不同的文化?！翱茖W是一種文化過程”［2］，“作為一種文化現象，科學同其他文化一樣，也表現出強烈的民族性”［3］。不同民族或國家有著不同的文化，有著不同的科學?！拔鞣娇茖W幾乎是唯一存留到今天的科學形態，取得了深刻影響人類社會生活的卓越成就，并展現了發展的遠景”［3］。為什么只有西方科學能夠如此呢?這無疑是由于西方科學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，在創新中持續發展。
西方科學的發展實際上是科學創新的過程。表現在科學家身上是他們具有強烈的創新意識和創新精神，表現在西方國家則是他們有著良好的創新氛圍，而這些都與文化息息相關。一年一度的諾貝爾科學獎就是一個最好的證明，至今獲獎的科學家已經有幾百位了，他們當中大多數是西方科學家。華裔科學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事業的，中國本土至今未曾有一人獲得。這說明，每個做出重大科學創新的科學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。
西方科學是在西方文化的滋潤下發展起來的，并造就了西方國家的國富民強。本文試圖以西方傳統文化為切入點，探討科學創新中的西方文化因素，分析這些文化因素在科學創新中所起的作用，以及我國傳統文化對科學創新的影響。
一、熱衷于探索自然界的奧秘是科學創新的初衷和源泉
西方科學和西方文化都起源于古希臘的自然哲學，這種哲學同時也是科學。古希臘自然哲學是西方科學的萌芽，古希臘的哲學家幾乎全是自然哲學家。
古希臘哲學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，探索常見的自然現象。第三，熱衷于幾何學研究。如亞里士多德研究小雞發育，準備了21只雞蛋，每天打破一個雞蛋，詳細記錄小雞坯胎的發育過程。又比如阿里斯塔克對太陽、月亮和地球三個星球進行深入的研究，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、5個公理、23個定義，推導出467個命題，得出歐氏幾何定理。
古希臘哲學家思考自然問題到了癡迷的境界。關于這一點，泰勒思掉進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得以誕生，成為科學創新的初衷和源泉。與之相反的是，中國古代哲學屬于道德哲學，儒家文化占主導地位，古代哲人對研究自然界興趣不大，因為他們認為“天道淵微，非人力所能窺測”［6］，而更多關注和研究人與人之間的關系，因此無科學創新的初衷和源泉。
二、為了求知和擺脫愚昧是科學創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，最有價值的學術活動。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術，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”而從事自由學術研究，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別的。比如古代埃及有比較發達的幾何學，但埃及人之所以重視這門學科，是因為丈量土地的需要。又比如古代中國人的天文學發達，但中國的天文學主要是為王朝政治服務的，同占星術密不可分。
在科學史上，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的基礎；麥克斯韋也絕不是為了今天的無線電通訊技術才把法拉第的電磁學理論抽象化、數學化，并預言電磁波存在的；普朗克也絕不是為了今天的量子計算機、激光技術和超導技術才提出量子假說的；孟德爾、韋斯曼、摩爾根更不是為了今天的轉基因技術才去研究生物的遺傳現象的。事實上，西方科學的幾乎所有重大成果的獲得都與實用目的無關。當然，其中許多成果后來都變成了技術，有了實用價值，但那只是科學的“副產品”。
對此，科學史家丹皮爾有過一段發人深省的話：“不幸，科學主要是為了發展經濟的觀念，傳播到許多別的國家，科學研究的自由又遭到了危險。科學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，那是副產品，縱然它們是由于政府資助而獲得的發現。如果自由的、純粹的科學遭到忽略，應用科學遲早也會枯萎而死的?！保?］
三、注重探尋自然現象背后的原因使科學創新的源泉永不枯竭
西方科學的本質在于它是對自然現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沿傳至今。
看一看古希臘自然哲學家的思想，我們可以深刻地體會到這一文化因素的內涵。赫拉克利特認為，“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生，一切事情的發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。亞里士多德更把認識自然現象背后的原因看做是哲學探索的基本任務。他明確指出：“認識是我們研究的目標；人們在掌握一樣東西的為什么(即根本原因)之前，是不會認為自己認識了它的”［10］58?！爸腔劬褪怯嘘P某些原理與原因的知識”［7］。所以，“我們必須求取原因的知識，因為我們只能在認明一事物的基本原因后，才能說知道了這事物?！保?］古希臘人的這種注重探尋自然現象背后的原因以統一地解釋某類現象的傳統，經過文藝復興后又進一步得到了發揚光大，并不斷推動科學的進步。大自然的無限，從宏觀世界的廣垠宇宙，到微觀世界的原子、質子；從生物界的人、動物到遺傳基因、染色體，這些自然現象背后的原因成為科學創新素材的寶庫，是科學創新源源不斷的河流。正是西方人這種熱衷于探索自然現象背后原因，才使得新的科學理論層出不窮，科學創新的源泉永不枯竭。
值得比較的是，中國沒有這種文化因素，所以中國傳統科學不具備探索自然現象背后原因的本質。中國傳統科學偏重于對自然現象的忠實描述和經驗總結?？v觀中國科學史，人們不難發現，中國傳統科學的經典著作,諸如《墨經》、《徐霞客游記》、《齊民要術》、《農政全書》、《傷寒雜病論》、《夢溪筆談》等，幾乎無一不是對自然現象的描述或經驗總結，而對這些自然現象為什么會產生，這些經驗是如何獲得的，則從不加以深入探討［11］。
四、具有強烈的懷疑和批判精神使得科學創新永無止境
科學的發展需要創新，而創新需要懷疑和批判。沒有懷疑和批判，就意味著科學生命的終結。西方科學之所以能持續向前發展，不斷出現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世紀皮浪的懷疑主義。懷疑主義作為一種哲學流派在古希臘羅馬時期持續了500多年時間，對古希臘羅馬時期人們的思想產生了不可忽視的影響。皮浪認為,“沒有一件事情可以固定下來當作教訓，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思潮，同時也反映了這一時期學術界的實際情況。
當時的學術界確實幾乎不存在任何權威，每一位哲學家除了相信自己外，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，也是后來所有學生在學術上與老師分道揚鑣的理由。
從科學史也可以看出，懷疑和批判精神是推動科學進步的決定因素。試想，如果哥白尼對“地心說”深信不疑，他會創立“日心說”嗎？如果達爾文對物種不變論深信不疑，他會創立生物進化論嗎？如果愛因斯坦對絕對時空觀深信不疑，他會創立相對論嗎？所以說，科學上的懷疑、批判精神與創造精神是一對孿生兄弟；沒有懷疑和批判就沒有創造；沒有創造，也不需要懷疑和批判。
勇敢地懷疑和批判，大膽地標新立異、自創理論，循著這條創新的路走下去，才有可能攀登上科學的一座又一座高峰。西方文化中的這種懷疑和批判精神在中國傳統文化中是非常缺乏的。中國傳統文化是儒家文化，崇尚的是中庸之道，打擊的是標新立異。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。西方人認為科學是“可錯的”，中國認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”，中國學生極力維護自己老師的學說，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創新良好氛圍的前提
西方的民主傳統是自古就有的［5］235。經過聲勢浩大的文藝復興運動的洗禮后，西方文化中又增添了所謂的自由、人權、民主、平等的思想，在這種思想基礎上建構起的社會政治體制從制度上保證了學術的自由和繁榮，從而大大地推動了科學的進步。
誰也不能否認，近代以來自由、人權、民主、平等思想已經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、南北戰爭都直接與這些思想密切相關。不言而喻，西方文化中的這種尊重人的自由權利，強調人與人之間的相互平等的思想極大地促進了學術研究的自由化、多樣化和不同學術觀點之間的平等爭鳴。這種自由化、多元化和平等爭鳴的風氣對科學的“進化”(發展)而言，無疑起了一種“優勝劣汰，適者生存”的作用。
實際上，不同學術觀點之間的爭鳴非常類似于生物的生存競爭。按照達爾文的進化論和孟德爾、摩爾根遺傳學［12］［13］可知，生物在進化過程中必須進行生存斗爭（競爭）。包括同一種群內部的斗爭，不同種群之間的斗爭以及生物與自然界無機環境之間的斗爭。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，生物進化就會停滯不前，最終會被淘汰。同樣道理，如果某一學科只允許或規定一種理論存在，那么這種理論也肯定不會得到發展，其結果當然就是該學科的停滯不前。可見，個人自由和人與人之間的平等是形成科學創新良好氛圍的前提。
總之，科學創新與文化是密切相關的。科學家的創新思想、創新意識、創新精神、創新能力，即他們的創新素質，總會打上文化的烙印。人的創新素質不是一句口號、一個大力提倡就能培養起來的，非要經過文化的洗禮和熏陶。西方文化對西方科學的影響是積極的、深遠的，對西方科學的發展起了非常關鍵的作用超級秘書網：
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經典遺傳學關于基因的概念范文6
關鍵詞：突現論；心身問題；意識。
自心身問題產生以來，人們對其一直孜孜以求，但因其復雜性和抽象性，至今仍然莫衷一是，形成了關于心身問題的多種理論學說。針對復雜性科學研究而出現的"突現論"提出了意識的反作用問題，闡釋了意識活動的本質，對于人們正確認識心身問題有一定的借鑒意義。
一、突現論的產生及含義
突現論的誕生，源于關于物種起源與進化的漸進論和突變論之爭。按照達爾文的觀點，自然界沒有飛躍，物種主要是通過微小變異逐漸產生新種并進化的。與此同時，生物學也獲得了長足的發展，不斷產生出以實驗進行研究的專門領域，如細胞學、遺傳學等。圍繞進化模式問題，遺傳學家和博物學家各抒己見。遺傳學家通過對細胞、基因的研究，強調進化是跳躍的、非連續的；博物學家則通過對生物群體、物種的演進分析，認為進化是漸進的、連續的。這樣進化是漸進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，解釋了達爾文自然選擇學說無法解釋的各種疑問。例如反進化論者開爾文爵士針對達爾文關于物種是通過微小變異進化的觀點，提出地球的年齡遠沒有足夠時間允許如此繁多的動植物緩慢進化。而根據突變論的觀點，大量物種在科學家估算的地球年齡之內出現，就容易得到解釋了。由于德弗里斯的努力，從1900年到1910年，突變論統治了生物界的思想，并且影響著哲學家。他們從哲學的角度出發，吸取了突變論的合理營養，使其成為解決大量哲學問題的科學基礎和方法論原則，漸而演變成哲學上的突現論。
現代意義上的"突現"概念100多年前由英國哲學家劉易斯（G·H·Lewes）提出，意為"出現"、"突然發生"。1956年，艾什比在《控制論導論》一書中對突現作了如下說明：
"突現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:(1)氨是氣體，HCL也是氣體。這兩種氣體混合在一起,結果得到固體--這是兩種反應物原來都沒有的性質。(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)細菌體內20種左右的氨基酸都沒有繁殖的性質，但它們合在一起(再加上一些別的物質)之后,卻具有了這種性質。"[1]
后來，邦格對突現概念下了較為明確的定義：
"設x為一具有A組成的CA(x)系統，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)，當且僅當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(或相對于層次A突現)"。[2]
突現強調的是系統從無到有的創生過程，是一系統新質（未曾有過的結構或其子系統都不具有的功能）作為整體的突然出現的過程，是事物形成發展過程中的一種普遍模式，說明了進化具有不可預見性、整體性、新奇性和不可還原性。高層次的事物或屬性是從低層次的事物或屬性的整體中穿刺出來的，但不能還原為低層次的事物或屬性。同時，突現現象既不能從其組成部分中預測和推論，也不能還原為其組成部分。
二、突現論的心身觀
針對自然界中最令人困惑的突變現象而興起的突現論屬于復雜性研究中的熱點問題，對許多復雜現象具有巨大的解釋力。而心身關系問題就是長期困擾人類的復雜現象之一。自中世紀以來，圍繞心身問題曾出現過幾種較有系統和影響的理論。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，但終因受傳統的心身二元論影響較深，其實質仍為心身二元論的不同表現形式。20世紀中葉后，由于腦科學和突現論的發展，并由于哲學在心身問題上的正確觀點，逐漸出現了一些用突現論來解釋心身關系的理論，使心身理論朝唯物一元論的方向發展。其代表人物是美國神經心理學家R·W·.斯佩里和加拿大當代著名心靈哲學馬利奧·邦格(MarioBunge)，這里主要介紹斯佩里在心身問題上提出的"突現論的相互作用論"。
斯佩里是美國當代著名的腦科學專家，以研究裂腦人著稱。他通過割裂腦手術對大腦兩半球功能分工這一神經心理學方面的精細研究，終于發現胼胝體切斷以后，左、右半球便獨立地進行活動。這種情況下所進行的心理學實驗表明，絕大多數右利手患者對于呈現到左半球的語詞可以認知，而對呈現在右半球的卻不能認知。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物體的名稱卻說不出左手內的，但可以用左手指出曾經握過的物體。左右腦的功能分立就是通過這些行為實驗被證實的。在意識活動的本質問題上，斯佩里強調用突現論加以解釋，提出了著名的"突現論的相互作用理論"。它主要包括兩個假定：①大腦雖然是由物理的、化學的、生物的等各種因素相互作用組成的有機整體，但是意識活動與大腦神經的運動是不同的，意識是整個腦活動所突現的一種新的特性，是"高水平的腦過程的動力系統的特性"，[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、動態的和新突現出的特性。意識不同于并多于它據以建立的神經－物理－化學諸事件的總和，具有物理、生理過程所不具有的新的性質，并可反過來影響到物理、生理事件。神經事件由許多事件組成，其中包括神經沖動的傳遞、生理和其下的化學事件，以及各種亞原子規律和高能物理現象等，但這些只是神經事件的原材料，它們本身并不是意識現象。②意識與腦生理活動具有相互作用。由于意識位于腦系統內物質活動諸層系的最高層系，故對其下包括腦生理層系在內的諸層系具有因果的決定作用。他認為這一決定作用具有關鍵意義，為其理論中的創新成分："較高層次的精神模式和程序一旦從神經事件中產生出來之后，即有了自身的主動特性和進展，并以其自身的、不能還原成神經生理學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，他進而將其理論由心腦關系擴大到廣泛的心物關系中，而且認為在外界事物或人的環境中最主要的是社會事物或社會環境，從而使以腦為中介的心物關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。
心身關系問題以其特有的復雜性引起無數哲人和科學家的探索興趣，不具穿透力的空間事物如何能與非空間事物相聯系？非時間的事物如何能與時間性的事物相聯系？機械地引發的事物如何能與有目的的行為相聯系……等等問題，在生物科技高度發達的今天仍然未能給出令人滿意的答案。突現論的心身觀在總結了現代自然科學有關成果的基礎上，從神經生理學的角度，用突現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。堅持和發展了意識是人腦的機能這一基本原則。使我們更清楚地認識到意識活動與心理活動的本質。斯佩里認為，意識是"高水平的腦過程的動力系統的特性"。說明了意識活動對大腦的依賴性和意識活動的本質特征，對我們正確理解心身關系問題有一定的借鑒意義。但是，在意思的反作用問題上，唯物主義認為，意識作為人腦的機能不是無用的副現象，而是對大腦和外部環境具有能動反作用的。而突現論對此卻持有異議，認為作用和反作用是以物質能量的消耗和轉化為前提的，作為人腦機能的意識本身不具有物質，能量屬性，怎么能動地反作用于物質客體呢。這一觀點對于揭示意識發揮反作用機制的原理問題富有啟發意義，遺憾的是，"突現論的心身說并沒有真正解答人腦意識的反作用問題，斯佩里認為意識能以獨立的形式發揮反作用，邦格又簡單地歸結為大腦的某一或某些子系統對身體其它部分的作用"。[5]另外，從哲學基本原理以及有關自然科學的最新成果來看，還存在很多不盡人意之處。
三、結語
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的兩大范式--二元論和唯物論心身觀各執一端卻又各有欠缺：如果說心是非空間性的和持續的經驗，而分子是具有空間性卻無延續性且沒有經驗的東西，那么心何以對分子產生影響，或者，分子何以對心產生影響？二元論者沒法回答。如果我只是物質，那么我如何能堅持認為物質不存在經驗、感知和內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，便不能夠駕馭經驗的事實，特別是對經驗本身的經驗。而唯物論也正確地堅持認為，如果心和身被理解為毫不相同的事物，那么它們的關系便是不可理喻的。"[6]如果心和身被理解為相互關聯的事物，那么它們之間的關聯何在？現代科技對物質的研究在微觀層次上雖然已經深入到層子和夸克的層次，但是在心身關系問題上仍然沒有取得突破性的進展。這也從一個方面說明了還原論方法在研究心身關系問題上的局限性。就目前情況而言，或許突現論心身觀是人類最明智和無奈的選擇。不管怎樣，人們仍然堅信心和身之間必然存在著緊密的關聯，只是這種聯系目前尚未被發現而已。相信隨著科技的進步，心身關系問題終會得到徹底的唯物論解釋。
參考文獻：
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［4］[美]斯佩里：腦--精神相互作用[J]自然科學哲學問題，1981（4），第27頁。
