“減數(shù)分裂和受精作用”一節(jié)的復習教學

廖 靜

(安徽省淮南第二中學 232038)

1 教學內(nèi)容分析

“減數(shù)分裂和受精作用”是人教版高中生物學教材《遺傳與進化》第二章第一節(jié)的內(nèi)容，主要是從細胞水平闡明生命的延續(xù)性。減數(shù)分裂的意義在于通過聯(lián)會及受其決定的后續(xù)行為實現(xiàn)遺傳信息的重排和隨機分配，使得子代產(chǎn)生多樣的基因型和表現(xiàn)型。在進化的過程中種群能夠適應復雜多變的環(huán)境，從而保證物種的延續(xù)性。本節(jié)內(nèi)容作為遺傳的細胞基礎，其中染色體行為與基因的變化、遺傳的規(guī)律、可遺傳的變異，以及對生物性狀和生物進化的影響是如何聯(lián)系起來的，既是一輪復習的重點，也是難點。

2 教學目標

2.1 知識目標 總結同源染色體的概念和特點；闡明減數(shù)分裂過程中染色體的變化及對染色體數(shù)目、染色體組成、核基因組成的影響。

2.2 能力目標 繪制減數(shù)分裂過程中染色體數(shù)目和DNA含量的變化曲線；解釋有性生殖導致遺傳穩(wěn)定性和多樣性的原因和意義。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標 認同有性生殖對于生物遺傳、變異、進化的的重大影響；領悟有性生殖的進步意義。

3 教學過程

3.1 突破重要概念：同源染色體 設置問題串，比較同源染色體中兩條染色體的異同：①圖1中細胞在進行哪種分裂？染色體A與B是什么關系？在該過程中存在什么特殊行為？②它們的形態(tài)、大小總是相同的嗎？來源相同嗎？③a與a′中所含的DNA堿基序列相同嗎？a′與b呢？④同源染色體同源片段上所含的基因一定是等位基因嗎？等位基因是怎樣產(chǎn)生的？堿基序列差異大嗎？

圖1 減數(shù)分裂圖解——聯(lián)會

通過比較，總結同源染色體的概念和特點：同源染色體是在減數(shù)分裂過程中配對的兩條染色體，它們的形態(tài)、大小一般相同，但來源不同；DNA堿基序列不同，但相似，同源片段上存在等位基因或相同基因。所以同源染色體本質(zhì)的區(qū)別是基因的組成不同。通過這個環(huán)節(jié)，引導學生突破同源染色體這一核心概念，為后續(xù)理解減數(shù)分裂過程中交叉互換引起染色體組成和基因組成的變化做好鋪墊。

3.2 減數(shù)分裂中染色體行為對染色體數(shù)目和核DNA數(shù)目的影響 進一步提出問題：圖1細胞中染色體、染色單體、DNA的數(shù)目分別為多少？染色體A與B、A與C、a′與b分別是什么關系？在細胞分裂中會發(fā)生什么變化？引導學生回憶減數(shù)分裂過程中染色體和DNA的變化，師生共同討論，并結合上述問題，完成表1。

表1 染色體行為變化對染色體數(shù)目和核DNA的影響

染色體數(shù)目的加倍是因為著絲點的斷裂，減半是由于末期子細胞的形成。核DNA的加倍源于DNA的復制，核DNA的減半是由于末期子細胞的形成。

通過減數(shù)分裂，配子中獲得的染色體數(shù)目是體細胞的一半。這些染色體形態(tài)、大小各不相同，是一組非同源染色體，構成一個染色體組。

3.3 減數(shù)分裂中的染色體行為對配子染色體組成和核基因組成的影響 正常情況下基因E與e、E與F、E與f、E與G、E與g會被分配到同配子中去嗎？為什么？如果發(fā)生了圖2中的情況，最終形成的配子中染色體的組成有多少種？基因的組成有多少種？(圖3)師生共同討論，并結合問題完成表2。

圖2 減數(shù)分裂圖解——交叉互換

圖3 配子中染色體組成和核基因組成

圖2中只考慮兩對同源染色體上的三對等位基因，而人的細胞中有23對同源染色體，含約3萬對基因。在減數(shù)分裂時，每對同源染色體平均發(fā)生2～3次交換[1]。經(jīng)過減數(shù)分裂，配子中染色體組成和基因組成的多樣性是無窮大的。

3.4 減數(shù)分裂中同源染色體聯(lián)會的意義 在減數(shù)第一次分裂前期，同源染色體聯(lián)會的意義在于一方面使兩個同源染色體穩(wěn)定在約100 nm的恒定距離中，這是同源染色體配對的必要條件；另一方面，可能在適當?shù)臈l件下激活染色體的交換，這對于基因重組有重要意義[1]。減數(shù)第一次分裂中期，同源染色體的非姐妹染色單體交叉互換而形成的交叉點將兩條染色體連接在一起。盡管來自細胞兩極的紡錘絲將同源染色體向相反方向拉扯，這些交叉點仍牢不可破。正是以這種方式，交叉點協(xié)助四分體定位和穩(wěn)定在中期的平面上。直到減數(shù)第一次分裂后期，交叉點脫開，完成重組的同源染色體分離，而后分配到不同的次級性母細胞中去。與此同時，非同源染色體自由組合。

表2 染色體行為對配子中染色體組成和核基因組成的影響

同源染色體在減數(shù)分裂中的一系列行為不僅保證了其平均分配，而且通過交叉互換而產(chǎn)生的基因重組增大了后代的變異量，這正是有性生殖的重大進步意義所在。

3.5 受精作用中的染色體行為 經(jīng)過減數(shù)分裂形成的每個配子中含有一個染色體組，這一組染色體含有每對等位基因中的一個，即擁有控制所有性狀的基因。所以，一個染色體組含有本物種全套的遺傳信息，可以控制生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異。由此設問：配子能獨立發(fā)育成為一個個體嗎？為什么自然界中絕大多數(shù)生物是二倍體而不是單倍體？

通過問題引發(fā)學生思考受精作用的意義。例如，通過雄蜂的發(fā)育及假減數(shù)分裂引導學生解釋上述問題——由配子能發(fā)育成單倍體，但無法進行減數(shù)分裂；雌、雄配子中的染色體通過雌雄原核的融合組合在一起，其受精作用完成后，受精卵中染色體的數(shù)目恢復，染色體組成和基因組成多樣，通過基因的表達，使得子代的性狀的多種多樣，為進化提供原材料；在不同自然條件的選擇之下，生物朝向不同方向進化所以，有性生殖的出現(xiàn)大大加快了生物進化的速度。

3.6 教學小結 性狀的遺傳從本質(zhì)上說是基因的代代相傳，可遺傳的變異從本質(zhì)上說是生物基因組成的變化[2]。無論是通過交叉互換還是自由組合實現(xiàn)的遺傳信息的重排，都是基于同源染色體本身遺傳信息的差異。同源染色體本身的基因組成就不相同，通過交叉互換形成的四條染色單體基因組成均不相同，這是染色體組成不同的第一層含義；通過自由組合形成的兩套非同源染色體，即染色體組，其基因組成也是不同的，這是染色體組成不同的第二層含義。

進行有性生殖的生物在減數(shù)分裂和受精作用的分與合中，實現(xiàn)了基因數(shù)目的穩(wěn)定性和基因組成的多樣性，即遺傳的穩(wěn)定性和多樣性。