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对有丝分裂中遗传物质数量变化曲线的探讨 湖北省巴东县第二高级中学 彭邦凤
摘要  图文转换是生物高考能力考查的一个重要方面,本文结合现行教材相关内容探讨了细胞有丝分裂中染色体数、染色单数、DNA含量的周期性变化曲线绘制的规范化问题,并提供了两种可供参考的图形及所表示的意义,供广大生物教师借鉴。
关键词  有丝分裂  遗传物质  数量  曲线
图文转换是生物高考能力考查的重点之一。细胞有丝分裂中染色体数、染色单体数、DNA含量的周期性变化,被生物教师和各种资料广泛地用作图文转换训练的素材。但各种资料中所列图形及说明不尽相同,给教师的教和学生的学带来了一些不良影响,有待规范和统一。本文以二倍体生物为例,结合现行教材分析如下。
1.关于DNA
1.1 图示中应标作“DNA含量”,还是“DNA分子数”
常见图注有两种:一是标作DNA含量,用a表示,a为正实数。DNA复制过程画作斜线,起止点分别表示DNA复制的开始和结束,斜线段表示伴随DNA的复制其数量不断增加,复制结束时数量增加一倍。二是标作DNA分子数,用N表示,N为正整数。DNA复制的实际情况是:边解旋边复制,复制结束DNA分子由一个形成两个,细胞内DNA分子数目由2N变成4N。显然,标注为DNA分子数时,其复制过程中是不会逐渐增加的,即要么是2N个DNA分子,要么复制结束为4N个DNA分子,因此,不应画作斜线。而含量却可随着DNA分子的复制而逐渐增加,因此,图中应标为DNA含量,斜线起点为开始复制,止点为复制结束(图1)。

1.2 关于DNA复制起止点的确定
绘制DNA含量变化曲线,必须首先确定DNA复制的起止点。常见有3种图形,对应有不同的起止点。第一种图形中,以分裂间期的起止点作为DNA复制的起止点,意为DNA分子的复制在整个分裂间期进行(如图2-甲);第二种是以S期(分裂间期的第二个阶段)的起止点为DNA复制的起止点,认为DNA分子的复制是在整个S期完成的(如图2-乙);第三种是以进入S期作为起点,到分裂间期结束时为止点,意为DNA分子的复制在分裂间期的第二、三(S期、G2期)两个阶段完成(如图2-丙)。结合现行教材的相关内容“分裂间期第二阶段(S期):一般为几小时,是DNA完成复制的时期”来看,第二种画法较为合理(图2-乙)。

1.3 DNA含量在何时减半
DNA存在于遗传物质的载体──染色体上,未形成染色单体时,每条染色体上有一个DNA分子;形成染色单体后,每条染色体上含有两个DNA分子;当细胞进入有丝分裂后期时,伴随染色体着丝点的分裂,每条染色单体变成一条子染色体,此时,每条染色体只含有一个DNA分子。其后,DNA分子的行为与染色体的行为保持一致,伴随着染色体的移动而移动,因此,确定DNA分子何时减半与染色体数目减半时间的确定方法相同(见后)。
2.染色体的变化情况
2.1 染色体数目何时增加,增加多少?
亲本细胞染色体在细胞分裂间期进行了复制,使每条染色体含有两条染色单体,但染色体的数目并未改变。只有进入细胞分裂后期时,伴随染色体着丝点的分裂,才使每条染色体上的两条染色单体分别成为一条子染色体,使染色体数目增加一倍(图3)。

2.2 染色体数目何时减半?
染色体数目增加一倍后,什么时候恢复正常,即何时由4N→2N。常见两种看法,一种认为染色体数目减半发生在后期结束时(图4-甲),另一种认为发生在末期结束时(图4-乙),两种图形均未明确其含义。笔者认为,两种图形均有道理,第一种图形可理解为:进入末期时,出现“一胞两核”的特殊现象,此时每个核内的染色体数目只有核出现前细胞内染色体数目的一半(图4-甲);第二种图形可理解为:细胞分裂结束时才形成两个独立的子细胞,此时每个细胞内的染色体数目只相当于形成前亲本细胞的一半(图4-乙)。如果不明确的给所画图形赋予其特定含义,学生难以明白其内涵。因此,笔者以为,对所绘之图形进行说明是很有必要的。

对DNA含量减半的时间及意义可与染色体减半行为作相同理解(图5)。
3.关于染色单体的变化情况
对染色单体的变化,各种资料比较统一,均认为在分裂间期随着染色体复制结束而产生,0→4N;后期由于着丝点的分裂每条染色单体变成一条子染色体而消失,由4N→0,见图6。

4.结合上述讨论,建议使用两种图形
4.1 第一种为图7,其意义为DNA分子的复制为S期,DNA含量因复制由2a→4a,末期伴随着子细胞形成而减半;染色体数目于后期加倍,末期时形成两个独立的子细胞,每个细胞内的染色体仅相当于形成子细胞前亲本细胞的一半;染色单体于分裂间期结束前产生、分裂后期着丝点分裂形成子染色体而消失。
4.2 第二种为图8,与图7的主要区别在于DNA含量和染色体数目的减少不在末期,而在后期结束时。意义为:伴随着新核的形成每个核内的DNA含量和染体数目相当于前一时刻亲本细胞的一半。

参考文献
1.刘春霞.教与学整体设计-高考总复习.M.宁夏.宁夏人民教育出版社 学苑出版社,2004.7,第二版:42~49
2.谢飞云.素质教育新教案.M.北京.西苑出版社.2004.5,第四版:55~64
3.叶佩珉、赵占良等.生物.M.湖北.人民教育出版社.2003.6,第一版:34~38(久赢屋-高中学习网:www.90house.cn)(今日阅读次数:)
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