用超輕黏土模型解決細(xì)胞分裂中的同位素標(biāo)記問題

浙江 糜洛施

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）（2016年版）中強(qiáng)調(diào)，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動(dòng)參與的過程，讓學(xué)生積極參與動(dòng)手和動(dòng)腦活動(dòng)，可加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的能力。理性思維是生物學(xué)科素養(yǎng)內(nèi)容之一，學(xué)生能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法。

模型可將知識(shí)可視化，將抽象的事物或過程轉(zhuǎn)變成圖形、圖像等展示出來。但部分學(xué)生對(duì)符號(hào)語(yǔ)言的理解、運(yùn)用、推理能力較為薄弱。因此，在細(xì)胞分裂專題復(fù)習(xí)過程中，通過用超輕黏土制作細(xì)胞分裂模型，實(shí)現(xiàn)生生互動(dòng)、師生互動(dòng)，有利于突破教學(xué)重難點(diǎn)，簡(jiǎn)化試題分析，提高學(xué)生解題能力。

1.簡(jiǎn)易模型，突破核心概念

學(xué)生經(jīng)常在同位素標(biāo)記類的細(xì)胞分裂試題中失分，根本原因是學(xué)生沒有掌握核心概念，這里涉及的是“基因”和“染色體”兩個(gè)核心概念中的分支概念：半保留復(fù)制、同源染色體與非同源染色體、性染色體與常染色體。

在教學(xué)過程中，全體學(xué)生利用不同顏色的超輕黏土制作簡(jiǎn)易染色體模型：用紅色超輕黏土制作1條8 cm的染色體、1條5 cm的染色體（代表X染色體）；用藍(lán)色超輕黏土制作1條8 cm的染色體、1條3 cm的端著絲粒染色體（代表Y染色體）。

復(fù)制后的染色體模型：用紅色超輕黏土制作2條8 cm的染色單體、2條5 cm的染色單體（代表X染色體）；用藍(lán)色超輕黏土制作2條8 cm的染色單體、2條3 cm的端著絲粒染色單體（代表Y染色體），將顏色、形態(tài)相同的單體著絲粒部分粘在一起。

基于染色體學(xué)說的DNA復(fù)制模型（1條染色體為例，未被標(biāo)記的細(xì)胞，放于有標(biāo)記物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)），用紅色超輕黏土制作5條8 cm的染色體，并將其中兩條的著絲粒部分粘在一起（代表有絲分裂前期和中期的染色體狀態(tài)）；用白色超輕黏土制作未標(biāo)記的6條8 cm長(zhǎng)的DNA鏈；用綠色超輕黏土制作4條8 cm長(zhǎng)的被標(biāo)記的DNA鏈。其中兩條白色細(xì)條粘在一起，并螺旋化。余下的綠色與白色細(xì)條粘在一起，并螺旋化。把螺旋化后的細(xì)條放于染色體上，含姐妹染色單體的染色體中每條單體上粘上綠色與白色螺旋化的細(xì)條。

通過學(xué)生的自我展示、學(xué)生互評(píng)和教師指導(dǎo)，學(xué)生基本掌握染色體未在復(fù)制或已復(fù)制條件下如何分辨同源染色體與非同源染色體、性染色體與常染色體。學(xué)會(huì)分析未被標(biāo)記的DNA在含有標(biāo)記物的培養(yǎng)基中、被標(biāo)記的DNA在不含標(biāo)記物的培養(yǎng)基中，這兩種情況下，DNA復(fù)制一次的基本過程。

2.互動(dòng)模型，體驗(yàn)動(dòng)態(tài)過程

因課時(shí)緊張，超輕黏土干燥的時(shí)間為3小時(shí)左右，課前由興趣小組學(xué)生制作完成DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂中涉及的一定數(shù)量的相關(guān)模型。在課堂上，請(qǐng)學(xué)生分別在三塊展示板上完善模型，并請(qǐng)其他學(xué)生點(diǎn)評(píng)、找錯(cuò)并及時(shí)更正。當(dāng)有絲分裂、精卵細(xì)胞形成動(dòng)態(tài)過程、細(xì)胞分裂中DNA復(fù)制相關(guān)情況全部呈現(xiàn)于展示板上后，教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)以上3個(gè)細(xì)胞分裂圖像進(jìn)行比較分析。

2.1 染色體行為比較

通過對(duì)有絲分裂、精細(xì)胞的形成過程和卵細(xì)胞的形成過程三個(gè)分裂過程模型的比較，分析并總結(jié)細(xì)胞分裂過程中染色體數(shù)目的變化情況、有絲分裂與減數(shù)分裂中染色體行為的異同點(diǎn)、端著絲粒染色體與中間著絲粒染色體的形態(tài)變化情況。

2.2 DNA標(biāo)記情況比較

若將已被標(biāo)記的細(xì)胞放于普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)，請(qǐng)學(xué)生參考基于染色體學(xué)說的DNA復(fù)制模型，在展板上完成第一次有絲分裂和第二次有絲分裂過程中，染色體上的DNA被標(biāo)記情況。討論后，一起得出結(jié)論：第一次有絲分裂結(jié)束的兩個(gè)子細(xì)胞中，染色體中都帶有標(biāo)記物；第二次有絲分裂結(jié)束的子細(xì)胞中，帶有標(biāo)記物的染色體可能有0～4條。

3.思維可視，提升推理能力

思維可視化是利用圖形化、形象化的形式表達(dá)人們頭腦中形成的概念、知識(shí)、思想等。通過利用超輕黏土制作的互動(dòng)模型進(jìn)行例題分析，呈現(xiàn)思考路徑與思維規(guī)律，實(shí)現(xiàn)思維可視化，有利于學(xué)生迅速理解相關(guān)知識(shí)，促進(jìn)知識(shí)遷移。

【例題】（2017年4月浙江省選考，第24題）若將處于G1期的胡蘿卜愈傷組織細(xì)胞置于3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養(yǎng)液中，培養(yǎng)至第2 次分裂中期。下列敘述正確的是 （ ）

A.每條染色體中的兩條染色單體均含3H

B.每個(gè)DNA 分子的兩條脫氧核苷酸鏈均含3H

C.每個(gè)DNA 分子中均只有一條脫氧核苷酸鏈含3H

D.每條染色單體均只有一個(gè)DNA 分子的兩條脫氧核苷酸鏈含3H

【答案】A

根據(jù)題干信息，請(qǐng)學(xué)生完成染色體標(biāo)記的模型。學(xué)生可發(fā)現(xiàn)，在第2次有絲分裂中期每個(gè)染色體中的兩個(gè)單體上，一個(gè)粘有綠色與白色螺旋化的細(xì)條，一個(gè)粘有綠色與綠色螺旋化的細(xì)條，因此可得出答案為A選項(xiàng)。

【變式1】將蠶豆根尖置于含放射性3H標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)一個(gè)細(xì)胞周期的時(shí)間。取出根尖，移至不含放射性物質(zhì)的培養(yǎng)液中，繼續(xù)培養(yǎng)兩個(gè)細(xì)胞周期的時(shí)間。在第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)細(xì)胞周期取樣，檢測(cè)中期細(xì)胞染色體上的放射性分布。下列判斷錯(cuò)誤的是（ ）

A.第一個(gè)細(xì)胞周期中的染色體均如甲所示

B.第二個(gè)細(xì)胞周期中的染色體均如乙所示

C.第三個(gè)細(xì)胞周期中1/4 的染色體如丙所示

D.圖丙所示染色體僅出現(xiàn)在第三個(gè)細(xì)胞周期

【答案】C

根據(jù)題干信息，第一個(gè)細(xì)胞周期中每個(gè)染色體的兩個(gè)單體上分別都粘有綠色與白色螺旋化的細(xì)條；第二個(gè)細(xì)胞周期中每個(gè)染色體的兩個(gè)單體上，一個(gè)粘有綠色與白色螺旋化的細(xì)條，一個(gè)粘有白色與白色螺旋化的細(xì)條。請(qǐng)學(xué)生自主分析第三個(gè)細(xì)胞周期情況。因第二個(gè)細(xì)胞周期后的子細(xì)胞中，帶有標(biāo)記物的染色體可能有0～4條，故得出答案為C選項(xiàng)。

【變式2】將某一經(jīng)3H充分標(biāo)記DNA的雄性動(dòng)物細(xì)胞（染色體數(shù)為2N）置于不含3H的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過連續(xù)兩次細(xì)胞分裂。下列有關(guān)說法正確的是 （ ）

A.若進(jìn)行有絲分裂，則子細(xì)胞含3H的染色體數(shù)一定為N

B.若進(jìn)行減數(shù)分裂，則子細(xì)胞含3H的DNA分子數(shù)為N/2

C.若子細(xì)胞中有的染色體不含3H，則是因?yàn)橥慈旧w彼此分離

D.若子細(xì)胞中染色體都含3H，則細(xì)胞分裂過程中可能發(fā)生基因重組

【答案】D

連續(xù)兩次細(xì)胞分裂可能是一次減數(shù)分裂，也可能是兩次有絲分裂。若進(jìn)行有絲分裂，第一個(gè)細(xì)胞周期的子細(xì)胞中每條染色體都粘有綠色與白色螺旋化的細(xì)條，而第二個(gè)細(xì)胞周期的中期每個(gè)染色體的兩個(gè)單體上，一個(gè)粘有綠色與白色螺旋化的細(xì)條，一個(gè)粘有白色與白色螺旋化的細(xì)條，因此第二次分裂結(jié)束的子細(xì)胞中，有標(biāo)記物的染色體可能有0～4條，故A、C項(xiàng)錯(cuò)誤。若進(jìn)行減數(shù)分裂，染色體復(fù)制一次，連續(xù)分裂兩次，分裂期的染色體或者染色單體上的DNA都是綠色與白色螺旋化的細(xì)條，得出答案為D選項(xiàng)。

通過制作、演示超輕黏土細(xì)胞分裂模型，將抽象轉(zhuǎn)化為具體，更利于學(xué)生理解細(xì)胞分裂，以及與細(xì)胞分裂相關(guān)的同位素標(biāo)記問題。同時(shí)也能提高學(xué)生識(shí)圖、繪圖的能力。