基于一道綜合題展開思維訓練的教學思考

“細胞的有絲分裂”和“DNA分子的復制”2個知識點是高考中考查要求較高的內容，是高中生物教學的重點和難點。從2009年的高考模擬題中發現了一道非常精彩的模擬試題，巧妙地將這兩個知識點結合起來，既考查學生的基礎知識和實驗方法運用，又考查了學生知識遷移運用和邏輯推理的能力。

現將含有二對同源染色體且核DNA都已用³²P標記的一個細胞，放在不含³²P的培養基中培養，若該細胞連續進行4次有絲分裂，則含³²P的子細胞的數量最少和最多分別是(不考慮交叉互換)( )

A 2，16

B 2，8

C 4，8

D 4，16

很多學生選擇A答案，在一些網絡論壇中老師也展開了討論，有許多老師認為此題答案應選擇A，而不是B。這道題的正確答案應該是B。下面將這道題的解題方法、命題背景和變式拓展思路介紹給同行。

1 根據題干信息解題的推理過程

題干中表達的關鍵信息簡要地說是四點：一是“二對同源染色體”；二是“核DNA都已用³²P標記”；三是“4次有絲分裂”；四是“最少和最多”，其中解題的突破點是“最少和最多”。

為什么要問“含³²P的子細胞的數量最少和最多分別是”?因為同位素印標記的是所有DNA分子，而示蹤的目標是子細胞，子細胞分為“含³²P的子細胞”和“不含³²P的子細胞”兩類，而“含³²P的子細胞”又分為多種，即“含1個被³²P標記的DNA分子的子細胞”、“含2個被³²P標記的DNA分子的子細胞”、……、“所含DNA分子都被³²P標記的子細胞”。

為什么會出現這樣的情況呢?涉及的重要知識點是：有絲分裂后期，著絲點分裂后兩條姐妹染色單體分開，成為兩條相同的姐妹染色體，而非姐妹染色體隨機分配到兩個子細胞中。

親代細胞第一次有絲分裂形成的兩個子一代細胞中，每條DNA分子都是雜合雙鏈(一條單鏈為³²P標記，一條單鏈元標記)，兩個子細胞的標記情況是一樣的，如圖1所示。

而進行第二次有絲分裂時，以一個子一代細胞為例，子一代細胞中每條雜合的DNA分子半保留復制產生的兩個DNA分子，一條是雜合雙鏈，另一條是不含32P標記，分別隨姐妹染色單體的分開而隨機分配到兩個子二代細胞中，使第二次有絲分裂得到的4個子二代細胞有五種可能，如圖2所示。

從圖中可以看出：只有當4條雜合雙鏈DNA分子都分配到同一個子細胞中時，“含³²P的子細胞的數量最少”，是1個細胞，兩個子一代細胞產生的四個子二代細胞中為2個；當4條雜合雙鏈DNA分子分別分配到不同的子二代細胞中時，“含³²P的子細胞的數量最多”是2個，兩個子一代細胞產生的4個子細胞，最多是4個。

本題是要推理出“4次有絲分裂”后“含³²P的子細胞的數量最少和最多”，根據上述推理可知，無論細胞進行多少次分裂，“含³²P的子細胞的數量最少”都是2個。同時可以推理出第三次分裂得到8個子三代細胞，“含³²P的子細胞的數量最多”是8個。是否可以由此推理出第四次分裂得到16個子三代細胞，“含³²P的子細胞的數量最多”是16個呢?第n次分裂得到2n個子N代細胞，“含³²P的子細胞的數量最多”是2n個呢?其實不是的。

因為由“二對同源染色體”和“核DNA都已用³²P標記”推理得出：親代細胞中共4條染色體，即4條核DNA分子，親代細胞中共含有8條³²P標記的脫氧核苷酸鏈。也就是說第四次分裂得到16個子三代細胞，“含³²P的子細胞的數量最多”還是8個，第n次分裂得到2n個子N代細胞，“含32P的子細胞的數量最多”也是8個。

所以，本題的答案是B，而不是A。

2 背景高考題原型的追溯和啟示

上例題可能是近年內出現的，但與之相關的高考題早就出現過，比較典型的有兩道題。

2.1高考題原型之一

2006年全國統一考試理科綜合能力測試(北京卷)：用³²P標記了玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含³²P的培養基中培養，在第二次細胞分裂的中期、后期一個細胞中的染色體總條數和被³⁵P標記的染色體條數分別是( )

A 中期20和20、后期40和20

B 中期20和10、后期40和20

C 中期20和20、后期40和10

D 中期20和10、后期40和10

命題特點是將“DNA半保留復制特點”和“第二次有絲分裂的中期和后期的特征”兩個知識點綜合起來，考查染色體和姐妹染色單體的標記數目，沒有考查非姐妹染色體的隨機分配，答案是A。

2.2高考題原型之二

2007年廣東高考題39(1)：在減數分裂中每對同源染色體配對形成四分體，四分體中的非姐妹染色單體之間經常發生交換。實驗表明，交換也可以發生在某些生物體的有絲分裂中，這種現象稱為有絲分裂交換。圖3是某高等動物一個表皮細胞發生有絲分裂交換的示意圖，其中D和d，E和e，F和f表示某對同源染色體上的三對等位基因。

(1)請問該細胞在發生有絲分裂交換后，產生幾種基因型的子代表皮細胞?并分別寫出基因型。

這題考查的知識點有兩個：一是有絲分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體交換對應部分后，著絲點分裂，姐妹染色單體分離，非姐妹染色體隨機分配到兩個子細胞中；另一個知識點是基因與染色體的平行行為。答案是：2種或1種(即有2種可能，一種可能出現2種基因型，一種可能出現1種基因型)。DdEeFF(即DEF／deF)和DdEeff(即DEf／der)；或DdEeFf(即DEF／def和DEf／deF)。

從以上兩道高考題考查內容和命題特點可以看出，考查的雖然是書本的基礎知識和基本技能，但都是多個知識點的整合，對學生的知識遷移能力的要求比較高，充分體現高考的能力立意。這也將教師平時命制模擬試題或訓練題的要求定位在一定高度，啟示命題一定要考慮到試題的思維量，要注重學生靈活運用基礎知識解決問題的能力。

3 變式訓練題的編制

就本文例題而言，至少可以從3個角度編制變式訓練題。

3.1改變實驗數據，鞏固推理方法

變式一：現將含有10對同源染色體且核DNA都已用³²P標記的一個細胞，放在不含32P的培養基中培養，若該細胞連續進行4次有絲分裂，則含印的子細胞的數量最少為_____個和最多______個。若該細胞連續進行，6次有絲分裂，則含³²P的子細胞的數量最多_____個分別是(不考慮交叉互換)。

答案：2 16 40。

3.2改變題干情境，拓寬解題思路

變式二：不同細胞的細胞周期長短不一。利用³H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養某種細胞(染色體數為4對)一段時間后，再移至普通培養基中進行培養，不同時間間隔取樣，進行放射顯影，在顯微鏡下觀察計數，統計被標記細胞的百分數，得到相關數據如圖4所示。

A 被標記細胞x開始進入分裂期

B 細胞x著絲點開始分裂，被標記的細胞數目在增加

C 細胞x分裂成兩個細胞；

D 100％的細胞被標記，又開始進入分裂期

E 被標記細胞的比例在減少

F 被標記細胞的數目在減少

試回答：實驗過程中，細胞內被標記的物質是_____。被標記細胞的比例減少的原因是_____，被標記細胞的數目減少的原因是_____。

解析及答案：被標記的物質是DNA。依據DNA半保留復制的特點，子細胞中被標記的染色體數最多為16條，被標記的子細胞數最多為16個，隨著細胞分裂次數增多，子細胞數目超過16個以后，被標記的細胞的百分比將減少。隨著細胞分裂次數增多，被標記的細胞開始衰老和凋亡，被標記的細胞數目也會逐漸減少。

這種變式訓練的目的是開拓學生視野，并讓學生體驗細胞和生命的動態變化的觀點。

3.3改變研究對象，領悟思維共性

變式三：現有一雜合的黑色雌鼠，其卵巢內成熟的初級卵母細胞中共有20個黑色基因，經減數分裂后，最多或最少能形成含白色基因的卵細胞分別為_____個和_____個。

答案：10 0。

減數分裂過程中也有最多或最少的問題，因為基因在分配到配子中的過程中有隨機性。雜合的黑色雌鼠的基因型為Aa，“成熟的初級卵母細胞中共有20個黑色基因”說明共有10個卵原細胞，1個卵原細胞產生一個卵細胞，則共形成10個卵細胞，A與a基因分離后，分別進入子細胞中，最多是10個卵細胞中都有a基因，最少0個卵細胞中有a基因。這道變式題可以讓學生繼續思考“還有哪些生理過程中會出現最多或最少的問題”，從而領悟思維方法，學會舉一反三，觸類旁通。

經歷上述的教學實踐活動，習題的訓練和講評并不是越多越好，也不是越難越好。有時教師需要講清楚、講透徹一道典型試題，想方設法引導學生真正地理解重難點知識，并在此基礎上進行變式拓展訓練，使得學生獲得超越題目本身的思維方法體驗，從而真正提高學生的思維能力。