減數(shù)分裂模型制作與應用

摘要：以浙教版生物學必修二《遺傳與進化》第二章第一節(jié)“減數(shù)分裂”為例，應用模型建構法組織學生自主學習，對教材中模擬實驗進行一定改進有助于學生對抽象概念的理解以及過程的整體性把握。

關鍵詞：減數(shù)分裂;染色體;模型

減數(shù)分裂過程中染色體的形態(tài)和結構所表現(xiàn)的一系列有規(guī)律的變化，對于解釋孟德爾定律以及認識生物的遺傳和變異現(xiàn)象具有重要的意義。采用模型建構方法進行“減數(shù)分裂模型的制作研究”活動能夠直觀感受染色體行為變化，從而強化對減數(shù)分裂過程和特點的理解，并在討論的過程中最終形成對減數(shù)分裂相對完整的認識。在高中生物教學中減數(shù)分裂過程具有步驟復雜、多因素變化、抽象、易與有絲分裂混淆等特點，教師教學以講授為主，學生難以自我構建減數(shù)分裂概念體系。高中生物浙教版必修2《遺傳與進化》在減數(shù)分裂這一節(jié)中使用橡皮泥構建染色體模型模擬減數(shù)分裂過程，其可重復性差，同源染色體形態(tài)大小不一致，染色體上無法標注基因，不易模擬交叉互換、著絲粒分裂等現(xiàn)象。對材料和過程進行改進后，有效降低理解難度，且直觀性、可操作性更強。

1 實驗改進

1.1 材料改進

對教材中的材料進行改進后，使用串珠制作染色體可用記號筆標注基因，鞏固等位基因、非等位基因概念;使用串珠構建的同源染色體大小一致，用磁鐵替代鐵絲作為著絲粒且可構建端著絲粒染色體;方便模擬交叉互換、著絲粒分離等現(xiàn)象;所用材料不僅可重復利用，其中串珠還可用于模擬基因分離定律和自由組合定律。

1.2 過程改進

在教材原有過程的基礎上添加兩個步驟：①構建不同類型的染色體，鞏固相關概念;②模擬交叉互換過程（交叉互換相同基因、等位基因）。

2 教學應用

2.1 構建染色體

以串珠為基本的材料，磁鐵作為著絲粒，用鐵絲串聯(lián)，構建端著絲粒染色體、近端著絲粒染色體、中間著絲粒染色體及同源染色體。結合模型理解概念：根據(jù)著絲粒的位置，染色體分為端著絲粒染色體（圖1-1）、近端著絲粒染色體（圖1-2）和中間著絲粒染色體（圖1-3），同源染色體指來源不同，一個來自父方，一個來自母方，大小形態(tài)一般相同的染色體（來源不同在模型當中通過顏色表示出來，如圖1-4與1-5，1-6與1-7，1-8與1-9）。姐妹染色體指共用一個著絲粒的兩條染色單體（如圖1-I與1-II等）。非姐妹染色體指不共用一個著絲粒的兩條染色單體，包括兩種類型：同源染色體的非姐妹染色單體（如圖1-I與1-III）與非同源染色體的非姐妹染色單體（如圖1-I與1-V）。

2.2 模擬基因型為AaBb的精原細胞減數(shù)分裂過程中染色體行為變化，觀察減數(shù)分裂各時期細胞的基因型。

在串珠上標注基因，A、a位于一對同源染色體（短的），B、b位于另一對同源染色體（長的）。模擬減數(shù)分裂各時期染色體行為變化，例如：①模擬間期染色體的復制（圖2-2）：此時期染色體的行為是DNA復制蛋白質合成形成染色單體，每條染色體含有兩條姐妹染色單體。具體操作將大小顏色相同的染色體吸附在一起，此時每個染色體含有2個姐妹染色單體，姐妹染色單體上同一位置標注相同基因。鞏固等位基因、非等位基因概念，等位基因位于同源染色體相同位置，控制一對相對性狀的基因如圖1標注的A與a。非等位基因有兩種類型，一種位于非同源染色體上的基因如圖1標注的A與B，另一種位于同源染色體或同一染色體不同位置的基因如圖1標注的A與D。②模擬減I后期（圖2-5）：該時期同源染色體分離，非同源染色體自由組合。模擬時染色體含2條姐妹染色單體，將2對同源染色體的細繩拉向兩極使同源染色體相互分離。③模擬減II后期（圖2-10與圖2-11）：該時期紡錘絲牽引著絲粒分裂，姐妹染色單體分開形成染色體移向兩級，染色體數(shù)目加倍。模擬操作時向兩極拉動細繩，磁鐵模擬的著絲粒分離，使姐妹染色單體分開，各自形成一個獨立的染色體。生殖細胞產(chǎn)生成熟生殖細胞（圖1-12至1-15）過程中復制一次，分裂兩次，染色體數(shù)目為體細胞一半的過程即減數(shù)分裂。

2.3 通過減數(shù)分裂模型解釋孟德爾定律。

通過減數(shù)分裂過程解釋孟德爾定律，在減I后期，同源染色體分離使其上的等位基因分開進入不同精細胞即基因分離定律實質。在減I后期，移向同一極的可以是不同來源的染色體，也可以是相同來源染色體即非同源染色體自由組合使其上的非等位基因自由組合即基因自由組合定律。一個基因型為AaBb的精原細胞可產(chǎn)生4個兩種精細胞，一個雄性個體有多個精原細胞所以可產(chǎn)生4種精細胞。在此過程中A與d基因（a與D基因）連鎖在減數(shù)分裂過程中彼此無法自由組合，所以只能是非同源染色體上的非等位基因才遵循自由組合定律。

2.4 模擬同源染色體非姐妹染色單體交叉互換過程

模擬交叉互換等位基因（如圖4-1），將染色體模型還原成減數(shù)分裂間期G2期的狀態(tài)，分別從短的同源染色體中的兩個非姐妹染色單體長臂上取下2顆串珠相互交換，觀察交叉互換的等位基因A與a在減數(shù)分裂過程的分布情況。由于等位基因伴隨這同源染色體的非姐妹染色單體發(fā)生交叉互換，使得染色體上的非等位基因重組。模擬交叉互換相同基因（如圖4-2），如圖同源染色體上的D與D，將染色體模型還原成減數(shù)分裂間期G2期的狀態(tài)，分別從短的同源染色體中的兩個非姐妹染色單體短臂上取下2顆串珠相互交換，觀察各時期細胞基因型，得出交叉互換相同基因，細胞基因型不改變。

3 效果分析

減數(shù)分裂模型的制作加深對減數(shù)分裂等抽象概念的理解。通過教學實踐，發(fā)現(xiàn)學生思維活躍，模型建構能力、理性分析能力有所提高，團隊合作意識增強，表達和交流能力得到了發(fā)展。

參考文獻：

[1]吳相鈺， 劉恩山. 生物學： 遺傳與進化[ M ]. 浙江： 浙江科學技術出版社， 2005： 26-29.

作者簡介：

林玲玲，浙江溫州人，碩士研究生，畢業(yè)于溫州醫(yī)科大學，現(xiàn)為浙江省衢州市菁才中學生物教師。近年發(fā)表論文有1. Complete mitochondrial genome and the phylogenetic position of the Blotchy swell shark Cephaloscyllium umbratile[J]. Mitochondrial DNA. Publish on line：14 Aug 2015;2. Complete mitochondrial genome of the Indonesian whaler shark Carcharhinus tjutjot[J]. Mitochondrial DNA. Publish on line：28 Jan 2015;3. 長期水淹脅迫下的北移秋茄形態(tài)結構和生理變化[J]. 科技通報. 2016，32（05）;文章《高中生物教學中比較法的運用》獲第三屆浙江省中小學優(yōu)秀教研成果評比一等獎。