何淑珠

(福建省漳州市第三中學(xué) 363000)

細胞增殖(主要指有絲分裂、減數(shù)分裂)是高中生物學(xué)教學(xué)的重點和難點，如何讓學(xué)生對已學(xué)的知識進行系統(tǒng)回顧，厘清細胞增殖與遺傳變異的關(guān)系，成為高三復(fù)習(xí)亟待解決的問題。核心概念是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，展現(xiàn)了當(dāng)代學(xué)科圖景，圍繞核心概念進行課堂教學(xué)已成為優(yōu)質(zhì)課堂的主要特征之一。模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)方法，建模思維和建模能力是學(xué)生必備的科學(xué)素質(zhì)，生物模型建構(gòu)主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型等。在專題復(fù)習(xí)中，應(yīng)用模型建構(gòu)和典型例題，圍繞核心概念來組織教學(xué)，將有助于學(xué)生對遺傳學(xué)知識的深入理解和遷移應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)科能力[1]。

1 “細胞增殖”專題的學(xué)習(xí)要求及核心概念

在課程標準中對“細胞增殖”的學(xué)習(xí)要求是理解水平，即能概述細胞的有絲分裂過程，闡明細胞的減數(shù)分裂并模擬分裂過程染色體的變化，舉例說明配子的形成過程和動物的受精過程[2]。由于細胞增殖與遺傳變異、育種等緊密聯(lián)系，因此本專題是高中生物學(xué)復(fù)習(xí)的重點和難點。考查的方式主要是借助一定的情境，以細胞分裂圖像、坐標圖、文字信息等考查對細胞增殖過程及差異性的判斷，不同變異類型(基因突變、染色體變異)出現(xiàn)原因的分析等。

“細胞增殖”專題的核心概念是：在進行有性生殖的生物體中，遺傳信息由親代向子代的傳遞通過雄配子和雌配子完成；有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表現(xiàn)型有多種可能，并可由此預(yù)測子代的遺傳性狀；當(dāng)一個細胞中的基因發(fā)生改變，改變了的基因可被傳遞到由這個細胞分裂產(chǎn)生的細胞中；只有發(fā)生在生殖細胞中的基因突變才可能傳給子代[3]。

2 建構(gòu)模型，深入理解“細胞增殖”專題的核心概念

有絲分裂和減數(shù)分裂的過程中染色體和DNA的變化是本專題教學(xué)的重點和難點。通過模型建構(gòu)，對相關(guān)知識進行整合，形成對細胞增殖核心概念的深入理解。

2.1 建構(gòu)細胞有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體和DNA數(shù)量變化的模型 根據(jù)曲線變化的數(shù)學(xué)模型和細胞分裂圖像的物理模型(圖1)，通過分析細胞增殖過程中相關(guān)成分的數(shù)量變化及成因，判斷細胞增殖的方式和時期，厘清細胞增殖與遺傳變異的關(guān)系。

圖1 細胞有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體和DNA的數(shù)量變化圖

2.1.1 判斷細胞增殖的方式和時期，鞏固對有絲分裂和減數(shù)分裂概念的理解 有絲分裂是真核生物進行細胞分裂的主要方式，有絲分裂將親代細胞的染色體經(jīng)過復(fù)制之后，精確地平均分配到兩個子細胞中，在細胞的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性。減數(shù)分裂是進行有性生殖的生物，在產(chǎn)生成熟生殖細胞時進行染色體數(shù)目減半的細胞分裂。在減數(shù)分裂過程中，染色體只復(fù)制一次，而細胞分裂兩次。減數(shù)分裂的結(jié)果是：成熟生殖細胞中的染色體數(shù)目比原始生殖細胞的減少一半。

2.1.2 通過分析減數(shù)第一次分裂過程中染色體的行為變化，厘清減數(shù)分裂與遺傳的關(guān)系 具體見圖2。

圖2 減數(shù)分裂與遺傳的關(guān)系

2.1.3 通過比較生物可遺傳變異的三大來源，厘清有絲分裂和減數(shù)分裂與可遺傳變異的關(guān)系 具體見表1。

表1 細胞分裂與遺傳變異的關(guān)系

2.2 建構(gòu)有絲分裂、減數(shù)分裂及受精過程中染色體和DNA數(shù)量變化規(guī)律的模型 有絲分裂將親代細胞的染色體經(jīng)過復(fù)制之后，精確地平均分配到兩個子細胞中，在細胞的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性；減數(shù)分裂和受精作用對于維持每種生物前后代體細胞中染色體數(shù)目的恒定，對于生物的遺傳和變異都具有重要作用。

圖3 細胞有絲分裂和減數(shù)分裂及受精過程中染色體和DNA數(shù)量變化圖

通過對圖1、圖3模型的分析，加深理解核心概念：①在進行有性生殖的生物體中，遺傳信息由親代向子代的傳遞通過雄配子和雌配子完成；②有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表現(xiàn)型有多種可能，并可由此預(yù)測子代的遺傳性狀；③當(dāng)一個細胞中的基因發(fā)生改變，改變了的基因可被傳遞到由這個細胞分裂產(chǎn)生的細胞中；④只有發(fā)生在生殖細胞中的基因突變才可能傳給子代。

3 模型建構(gòu)與典型例題結(jié)合，對“細胞增殖”專題核心概念的遷移運用

3.1 減數(shù)分裂中染色體的異常行為 結(jié)合分析異常配子基因型的成因，理解“在進行有性生殖的生物體中，遺傳信息由親代向子代的傳遞通過雄配子和雌配子完成”這一核心概念。

例1 一個基因型為AaXbY的雄果蠅經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生了甲、乙兩個異常精細胞，精細胞甲的基因和性染色體組成為aYY，精細胞乙的基因和性染色體組成為AXbY。下列敘述不正確的是( C )

A．精細胞甲和精細胞乙不可能來自同一個初級精母細胞

B．與精細胞乙同時形成的另外三個精細胞都是異常精細胞

C．精細胞甲形成的原因是染色體在減數(shù)第二次分裂前多復(fù)制一次

D．精細胞乙形成的原因是X和Y 染色體在減數(shù)第一次分裂過程中未分離

圖4 細胞減數(shù)分裂過程中染色體和DNA數(shù)量變化圖

指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)圖4所示的模型，依題分析可知：精細胞甲的基因和性染色體組成為aYY，說明在減數(shù)第二次分裂后期著絲點分裂后，兩條Y染色體移向細胞的同一極，而不是染色體多復(fù)制一次；精細胞乙的基因和性染色體組成為AXbY，說明在減數(shù)第一次分裂后期，同源染色體X和Y沒有分離，移向細胞的同一級；精細胞甲和精細胞乙在減數(shù)分裂過程中發(fā)生的染色體異常行為不同，不可能來自同一個初級精母細胞；與精細胞乙同時形成的另外三個精細胞都是異常精細胞，其基因和性染色體組成分別為AXbY，a，a。

3.2 細胞分裂與遺傳變異的關(guān)系 結(jié)合細胞分裂圖像和圖示信息進行分析，理解“在進行有性生殖的生物體中，遺傳信息由親代向子代的傳遞通過雄配子和雌配子完成；有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表現(xiàn)型有多種可能，并可由此預(yù)測子代的遺傳性狀?！钡群诵母拍睢?/p>

例2 (2015天津理綜)低溫誘導(dǎo)可使二倍體草魚卵原細胞在減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，從而產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細胞，此卵細胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎。上述過程中產(chǎn)生下列四種細胞，下圖所示四種細胞的染色體行為(以二倍體草魚體細胞含兩對同源染色體為例)可出現(xiàn)的是( B )

通過分析細胞分裂圖像和圖示信息可知：由于草魚卵原細胞在減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，初級卵母細胞不會發(fā)生同源染色體的分離；形成的次級卵母細胞含有同源染色體，在減數(shù)第二次分裂后期應(yīng)含有8條染色體；次級卵母細胞正常進行減數(shù)第二次分裂，產(chǎn)生的卵細胞含有4條同源染色體；此卵細胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎，胚胎細胞在有絲分裂中期應(yīng)有6條染色體，3個染色體組(每一形態(tài)的染色體有3條)。

(基金項目：2015年福建省中青年教師教育科研項目課題“模型建構(gòu)在高中遺傳學(xué)核心概念教學(xué)中的案例研究”，項目編號：JAS151468，福建教育學(xué)院資助)