多模型結(jié)合分析比較細(xì)胞分裂

湯良文

細(xì)胞分裂是基本的生命活動(dòng)之一，真核細(xì)胞的分裂方式包括無(wú)絲分裂、有絲分裂和減數(shù)分裂。有絲分裂和減數(shù)分裂是個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳變異等生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)，其中學(xué)習(xí)和掌握有絲分裂和減數(shù)分裂過(guò)程中DNA、染色體等含量變化規(guī)律是教學(xué)的難點(diǎn)，過(guò)程復(fù)雜，題型多變，是理解遺傳規(guī)律的基礎(chǔ)。

一、減數(shù)分裂過(guò)程中相關(guān)數(shù)量變化的模型分析

1.模型構(gòu)建的程序

首先，認(rèn)識(shí)基本概念是建模的基礎(chǔ)，這里面涉及很多概念，如同源染色體、染色單體、聯(lián)會(huì)、四分體等，理解這些概念之間的相互關(guān)系是學(xué)習(xí)減數(shù)分裂的基礎(chǔ)；其次，學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)減數(shù)分裂的過(guò)程，尤其是此過(guò)程中染色體的數(shù)量和行為變化；第三，再以人體精卵細(xì)胞的形成過(guò)程為例構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，這種數(shù)學(xué)模型可以以表格的形式表示減數(shù)分裂過(guò)程中染色體、染色單體、DNA等數(shù)量變化規(guī)律，也可以以曲線圖的形式描述其數(shù)量變化規(guī)律，表格模型可以讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成，曲線模型可以指導(dǎo)學(xué)生嘗試構(gòu)建；第四，構(gòu)建人體性原細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程中染色體、染色單體、DNA等數(shù)量變化規(guī)律的模型。模型如下：2.模型要點(diǎn)

根據(jù)構(gòu)建模型的順序和要求得到如上模型（模型分析一）。要點(diǎn)如下：

（1）N和2N的含義；

（2）人體生殖細(xì)胞形成過(guò)程中染色體、染色單體及DNA的數(shù)量變化的表格模型；

（3）染色體、染色單體及DNA變化的曲線模型；

（4）人體生殖細(xì)胞形成過(guò)程中染色體、染色單體及DNA的數(shù)量變化的物理模型。

3.模型分析

掌握染色體的行為和數(shù)量變化才能掌握減數(shù)分裂的實(shí)質(zhì)。由于染色體是遺傳物質(zhì)DNA的載體，通過(guò)模型分析我們就能更好地認(rèn)識(shí)遺傳物質(zhì)在世代中的傳遞方式。數(shù)學(xué)模型雖然讓我們直觀地認(rèn)識(shí)有關(guān)量的變化規(guī)律，但解決具體問(wèn)題時(shí)仍比較棘手，尤其是涉及人體細(xì)胞的減數(shù)分裂時(shí)。所以以人體細(xì)胞減數(shù)分裂為例構(gòu)建物理模型能更加具體地幫助我們認(rèn)識(shí)染色體等的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上更深刻地認(rèn)識(shí)減數(shù)分裂的過(guò)程實(shí)質(zhì)。

數(shù)學(xué)模型有利于我們認(rèn)識(shí)染色體、DNA等的變化趨勢(shì)和規(guī)律；而物理模型更加突出染色體的行為變化，并有助于理解染色體行為變化和遺傳物質(zhì)DNA數(shù)量變化的關(guān)系，所以能使學(xué)生更好地在染色體的水平上認(rèn)識(shí)DNA在有性生殖過(guò)程中的傳遞方式。不同模型的結(jié)合從不同的角度認(rèn)識(shí)減數(shù)分裂的過(guò)程和實(shí)質(zhì)，幫助學(xué)生更加深刻地理解有性生殖的實(shí)質(zhì)，能取得理想的教學(xué)效果。

二、有絲分裂過(guò)程中相關(guān)數(shù)量變化的模型分析

1.模型構(gòu)建的程序

首先，認(rèn)識(shí)染色體和DNA的關(guān)系是建構(gòu)模型的基礎(chǔ)；其次，認(rèn)識(shí)有絲分裂的過(guò)程，尤其是熟悉染色體在有絲分裂過(guò)程中的行為變化；第三，再以人體精卵細(xì)胞的形成過(guò)程為例構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)模型反映有絲分裂過(guò)程中染色體、染色單體、DNA等數(shù)量變化規(guī)律，模型可以以表格的形式表示，也可以以曲線圖的形式描述；第四，以人體精卵細(xì)胞的形成過(guò)程為例構(gòu)建物理模型。模型如下：

2.模型要點(diǎn)

（1）N和2N的含義；

（2）人體體細(xì)胞分裂過(guò)程中染色體、染色單體及DNA的數(shù)量變化的表格模型；

（3）染色體、染色單體及DNA變化的曲線模型；

（4）人體體細(xì)胞分裂過(guò)程中染色體、染色單體及DNA的數(shù)量變化的物理模型。

3.模型分析

掌握有絲分裂過(guò)程中染色體、DNA等行為變化和數(shù)量變化規(guī)律才能理解有絲分裂的實(shí)質(zhì)，才能理解有絲分裂在個(gè)體的生長(zhǎng)、發(fā)育以及遺傳和變異等生命活動(dòng)過(guò)程中的意義。

以人體細(xì)胞的分裂為例，通過(guò)不同模型的結(jié)合從不同的角度直觀地再現(xiàn)和分析染色體等相關(guān)數(shù)量變化規(guī)律，借助數(shù)學(xué)模型可直觀地分析各種量的變化趨勢(shì)，借助物理模型可直觀地分析染色體的行為變化，由此能幫助學(xué)生更好地理解如何通過(guò)染色體的分離把復(fù)制的兩個(gè)DNA分配到兩個(gè)子細(xì)胞當(dāng)中去。

在教學(xué)中，教師應(yīng)構(gòu)建物理模型分析染色體行為的具體變化，指導(dǎo)學(xué)生嘗試構(gòu)建曲線模型，培養(yǎng)學(xué)生思維轉(zhuǎn)換能力和建模能力。

三、利用模型解決相關(guān)試題

【例1】某動(dòng)物的精原細(xì)胞在減數(shù)分裂過(guò)程中形成4個(gè)四分體，則次級(jí)精母后期細(xì)胞中染色體數(shù)、染色單體數(shù)和DNA分子數(shù)為（）。

A.4、8、8B.2、4、8C.8、16、16D.8、0、8

解析：4個(gè)四分體有8條染色體，減數(shù)第一次分裂結(jié)束，染色體數(shù)減半。減數(shù)第二次分裂后期著絲點(diǎn)分裂，染色體暫時(shí)加倍，為8條，DNA也為8個(gè)，染色單體降為0。可以根據(jù)染色體、DNA的變化曲線直接判斷，曲線初始染色體、DNA為8，也可以通過(guò)物理模型直接判斷。答案為D。

【例2】某真核生物的體細(xì)胞有絲分裂后期染色體數(shù)為8，那么該細(xì)胞有絲分裂前期染色體、染色單體及DNA數(shù)分別是（）。

A.4、4、8B.8、4、8C.4、8、8D.4、8、4

解析：由有絲分裂過(guò)程的曲線模型可以直接判斷后期染色體為8，前期染色體就是4，可以直接判斷DNA的含量，通過(guò)物理模型也可直接判斷。答案為C。

（責(zé)任編輯黃春香）endprint