構(gòu)建思維模型解決“DNA復(fù)制與細胞分裂中的染色體標(biāo)記”問題

黃海鴻

[摘要]細胞分裂是高中生物的一個難點，學(xué)生往往不太容易掌握有絲分裂和減數(shù)分裂過程中的各種變化。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維模型不失為一條有效的教學(xué)途徑。通過構(gòu)建思維模型，不僅可以化抽象為具體，為學(xué)生理解細胞分裂過程打下堅實的基礎(chǔ)，還能加深學(xué)生對題意的理解，提高學(xué)生的解題準(zhǔn)確率，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點。

[關(guān)鍵詞]思維模型;DNA復(fù)制;細胞分裂

[中圖分類號] GJ633.91

[文獻標(biāo)識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）14-0081-02

[例題]將某一經(jīng)³H充分標(biāo)記DNA的雄性動物細胞（染色體數(shù)為2_n）置于不含³H的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，該細胞經(jīng)過兩次連續(xù)分裂后形成4個大小相等的子細胞。下列有關(guān)的說法正確的是（? ?）。

A.若子細胞中染色體數(shù)為2_n，則其中含³H的染色體數(shù)一定為n

B.若子細胞中染色體數(shù)為n，則其中含³H的DNA分子數(shù)為n/2

C.若子細胞中染色體都含³H，則細胞分裂過程中可能發(fā)生基因重組

D.若子細胞中有的染色體不含³H，則原因是同源染色體分離

分析：這是一道關(guān)于DNA復(fù)制與細胞分裂中的染色體標(biāo)記的題目，學(xué)生在碰到此類問題時往往感到無從下手。究其原因是無法在腦海中想象出DNA復(fù)制的放射性標(biāo)記情況，對DNA半保留復(fù)制與細胞分裂過程中染色體變化難以結(jié)合在一起進行分析。因此，教師可通過構(gòu)建思維模型，讓學(xué)生先建立起DNA復(fù)制與細胞分裂時染色體變化的聯(lián)系，然后再著手解題，從而有效提高學(xué)生分析與解決問題的能力。

如圖1，每一個復(fù)制過的染色體上都有2個染色單體，每個染色單體都含一個雙鏈DNA分子。

如圖2，在DNA雙鏈之中只要有一條單鏈被同位素標(biāo)記，則整個DNA分子都會被認(rèn)為帶標(biāo)記。故而整個染色單體都是帶標(biāo)記的，且當(dāng)著絲點分裂之后，所形成的子染色體也是帶標(biāo)記的。在建立好DNA與染色體關(guān)系之后，就可以著手構(gòu)建細胞分裂過程中DNA標(biāo)記情況的動態(tài)模型了。

如圖3，細胞分裂過程中的DNA標(biāo)記情況與DNA復(fù)制次數(shù)有關(guān)，當(dāng)將2條母鏈都帶標(biāo)記的DNA放入無放射性的環(huán)境進行復(fù)制時，雖然合成的子鏈不帶標(biāo)記，但由于母鏈?zhǔn)菐Х派湫缘?，故而第一次?fù)制后的子代DNA都帶標(biāo)記，且都是一條單鏈上含放射性標(biāo)記。

以第一次復(fù)制所得的DNA為模板再在無放射性環(huán)境中進行第二次復(fù)制，由于新合成的子鏈?zhǔn)冀K不帶標(biāo)記，故第二次復(fù)制后有一半子代DNA帶標(biāo)記，另一半DNA不帶標(biāo)記。同時還要特別注意，在分離姐妹染色單體時，不同染色體上的染色單體上下分配具有隨機性，故而在第二次DNA復(fù)制后，不同子細胞內(nèi)獲得含有放射性的子代DNA數(shù)量可能存在差異。

假設(shè)細胞內(nèi)含有雙鏈標(biāo)記的DNA分子為211個，在無放射性環(huán)境下完成連續(xù)兩次有絲分裂，則在第二次有絲分裂結(jié)束所產(chǎn)生的子細胞內(nèi)帶標(biāo)記的DNA條數(shù)最多可能有2n條，最少可能為0，當(dāng)然也可能為0-2n條的任意條數(shù)。

回到剛才的例題，題干中所述的細胞連續(xù)分裂了2次，形成了4個大小相等的子細胞，則有可能進行了2次連續(xù)的有絲分裂，也可能進行了1次減數(shù)分裂。其區(qū)別在于：若進行的是有絲分裂，則細胞分裂2次，DNA同樣復(fù)制了2次;若進行的是減數(shù)分裂，則細胞連續(xù)分裂2次，而DNA只復(fù)制了1次。

由選項A可知，若子細胞中染色體數(shù)為2_n，由于分裂前后細胞內(nèi)DNA含量不變，則可以判定細胞進行的必定是有絲分裂，第一次有絲分裂產(chǎn)生的2個細胞中，每條染色體都含有³H，而第二次有絲分裂產(chǎn)生的4個子細胞中，含³H的染色體數(shù)可能是0～2_n，故A錯誤。

由選項B可知，若子細胞中染色體數(shù)為n，可以看出分裂前后細胞內(nèi)DNA含量減半了，故而進行的是1次連續(xù)的減數(shù)分裂，所以DNA只復(fù)制了1次，而每個子細胞含³H的DNA分子數(shù)也都應(yīng)該是n個，故B錯誤。

反過來考慮，如果經(jīng)過連續(xù)2次細胞分裂形成的子細胞中所有染色體都含³H，說明該細胞的DNA只復(fù)制過1次，那么進行的細胞分裂必定是減數(shù)分裂，而減數(shù)分裂過程可能發(fā)生基因重組，故C正確;而如果子細胞中有的染色體不含³H，則該細胞的DNA必定發(fā)生了2次復(fù)制，故而該細胞發(fā)生的必定是2次有絲分裂，而有絲分裂是不發(fā)生同源染色體分離的，故D錯誤。故正確答案為C。

總之，細胞分裂是高中生物的一個難點，學(xué)生往往不太容易掌握有絲分裂和減數(shù)分裂過程中的各種變化，其原因就在于學(xué)生在腦中無法想象細胞分裂的具體過程及其各種組分的變化情況。筆者認(rèn)為，在高中生物教學(xué)中為學(xué)生構(gòu)建思維模型不失為一條有效的教學(xué)途徑。通過構(gòu)建思維模型，不僅可以化抽象為具體，為學(xué)生理解細胞分裂過程打下堅實的基礎(chǔ)，還能加深學(xué)生對題意的理解，提高解題準(zhǔn)確率，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點。

（責(zé)任編輯 黃春香）