關(guān)于“細胞分裂中染色體與DNA的放射性追蹤”試題特點及難點突破

吳春萍 金 莉

（1 北京市京源學(xué)校 北京 100040 2 北京市古城中學(xué) 北京 100043）

細胞分裂是生物體生長、發(fā)育、遺傳和變異的基礎(chǔ)，是高中生物學(xué)教學(xué)的重點內(nèi)容。有絲分裂是真核生物體細胞增殖的主要方式，在必修1“細胞的生命歷程”［1］章節(jié)進行教學(xué)；減數(shù)分裂是真核生物產(chǎn)生生殖細胞的方式，在必修2“基因和染色體的關(guān)系”章節(jié)進行教學(xué)。DNA 分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，1958年由科學(xué)家通過同位素示蹤技術(shù)和密度梯度離心技術(shù)證實，也是高中生物學(xué)教學(xué)的重點內(nèi)容，在必修2“基因的本質(zhì)”章節(jié)進行教學(xué)。雖然3 個知識在教學(xué)中是分散的，分別處于不同的知識體系，但它們存在密切聯(lián)系。有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體行為變化存在異同，在教學(xué)中常會將二者進行比較教學(xué)，2 種分裂方式的間期都進行核DNA 的復(fù)制。有一類題型正是抓住三者之間的聯(lián)系，對學(xué)生的知識和能力進行綜合考查。下面將對這類試題的特點進行分析，對學(xué)生的解題思維進行診斷并提出難點突破策略。

1 試題分析

1.1 試題舉例

例題1：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(zhuǎn)入不含32P 的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第2 次細胞分裂的中期、后期，1 個細胞中的染色體條數(shù)和被32P 標記的染色體條數(shù)分別是（ ）。

A．中期20 和20、后期40 和10

B．中期20 和10、后期40 和20

C．中期20 和20、后期40 和20

D．中期20 和10、后期40 和10

例題2：將含有2 對同源染色體且DNA 分子都已用32P 標記的1 個精原細胞，放在不含32P 的普通培養(yǎng)液中進行減數(shù)分裂。下列有關(guān)敘述正確的是（ ）。

A．初級精母細胞中，每條染色體中有1 條單體含有32P

B．初級精母細胞中，半數(shù)的染色體中1 條單體含有32P

C．某個時期的次級精母細胞中，半數(shù)的染色體含有32P

D．此細胞產(chǎn)生的4 個精子中所有的染色體都含有32P

例題3：將某個經(jīng)3H 充分標記DNA 的雄性動物細胞（染色體數(shù)為2N）置于不含3H 的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過連續(xù)2 次細胞分裂。下列有關(guān)說法正確的是（ ）。

A．若進行有絲分裂，則子細胞含3H 的染色體數(shù)一定為N

B．若進行減數(shù)分裂，則子細胞含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彼此分離

1.2 試題特點分析 依據(jù)《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試北京卷考試說明》，生物學(xué)科命題以考查學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)為目標，考查學(xué)生對生物學(xué)基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用，著重考查獲取新知識，處理不同形式信息及分析解決實際問題的能力。上述試題充分體現(xiàn)這一宗旨和目標，考查學(xué)生“在給定情境中，運用生物學(xué)知識得出結(jié)果或給出答案”的能力［1］。

例題1 將有絲分裂與DNA 分子的半保留復(fù)制結(jié)合考查；例題2 將減數(shù)分裂與DNA 分子的半保留復(fù)制結(jié)合考查；例題3 將有絲分裂和減數(shù)分裂與DNA 分子的半保留復(fù)制結(jié)合考查。細胞分裂和DNA 復(fù)制都是微觀水平的動態(tài)生命過程，相對抽象，學(xué)生在理解和記憶上本身就存在一定的困難。而這樣將2 個知識點結(jié)合的考查，測試了學(xué)生在較復(fù)雜的情境中運用有絲分裂、減數(shù)分裂和DNA 半保留復(fù)制知識進行分析、判斷、推理和評價的能力，綜合性強，難度更大。

2 學(xué)生思維診斷

在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)單獨考查知識點時，大部分學(xué)生能正確作答，但當(dāng)細胞分裂與DNA 分子的半保留復(fù)制結(jié)合考查時，大部分學(xué)生在分析子代DNA、染色體、染色單體或細胞的放射性標記情況時就出現(xiàn)了問題，正確率明顯下降。究其原因，主要有以下2 點：

1）部分學(xué)生在解答這類問題時不畫圖，只憑想象。有絲分裂和減數(shù)分裂的過程中染色體行為變化過程及利用放射性同位素追蹤DNA 分子的半保留復(fù)制都是動態(tài)過程，并且考查時往往涉及細胞分裂2 次或以上，容易混淆，只憑想象作答，勢必容易出錯。

2）有的學(xué)生在解題時使用了畫圖法，但存在困難。以例題1 為例，學(xué)生能分別畫出有絲分裂過程中染色體行為變化和放射性同位素追蹤下的DNA 半保留復(fù)制過程（圖1）。但是不能將DNA 和染色體建立聯(lián)系，無法判斷細胞中染色體的放射性標記情況。

圖1 有絲分裂過程中染色體與DNA 的復(fù)制

例如學(xué)生在畫圖時出現(xiàn)圖2所示的錯誤。明明畫的是染色體復(fù)制過程，但放射性標記情況顯示，學(xué)生將染色體上的一條染色單體等同于DNA 的一條單鏈，將染色體復(fù)制過程與DNA 半保留復(fù)制過程混淆了。出現(xiàn)這種錯誤的原因在于畫圖時用同一種圖形表示2 種不同的事物，同是一條線段，在DNA分子中表示DNA 的一條鏈，在染色體中表示一條染色單體，二者結(jié)合考查時，就混淆了。

圖2 學(xué)生錯例

綜上所述，學(xué)生不能順利解決問題的癥結(jié)在于：不會將有絲分裂分裂過程中染色體行為變化和DNA 分子的半保留復(fù)制結(jié)合起來畫圖分析。

3 難點突破

解決這個問題首先需要幫助學(xué)生建立DNA和染色體的聯(lián)系。染色體是由DNA 和蛋白質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)，未復(fù)制的染色體中含1 個DNA 分子，復(fù)制后的染色體具有2 條姐妹染色單體，含2 個DNA 分子。在有絲分裂后期，著絲粒分裂，染色單體分離進入不同的子細胞，又恢復(fù)為1 條染色體中1 個DNA 分子。

如何用畫圖的方法簡單準確地表示此動態(tài)過程？筆者閱讀文獻和教輔，發(fā)現(xiàn)常見的畫圖方法如圖3：用方框表示染色體或染色單體，線段表示DNA 分子的2 條鏈，以分析細胞中染色體和DNA的放射性標記情況。這種方法相比之下，能在一定程度上解決學(xué)生畫圖易混淆的問題，但是畫圖過程中線條較多，信息不夠簡化。

圖3 連續(xù)2 次有絲分裂過程中染色體與DNA 的放射性追蹤示意圖

筆者經(jīng)過思考，在這種方法基礎(chǔ)上進行了改進，使信息更簡潔且不易出錯。如圖4所示，改進主要包括2 點：①用雙螺旋表示DNA 分子，學(xué)生看到雙螺旋結(jié)構(gòu)一定不會將DNA 分子的單條鏈與復(fù)制后染色體中的一條染色單體相混淆；②用雙色筆畫圖，2 種顏色清晰區(qū)分有放射性的DNA鏈與無放射性的DNA 鏈，避免在畫圖過程中因為粗心丟失放射性標記“*”而出錯。

圖4 連續(xù)2 次有絲分裂過程中染色體與DNA 的放射性追蹤示意圖改進版

由于有絲分裂過程中，每條染色體行為變化是一致的，所以考查連續(xù)2 個細胞周期內(nèi)的有絲分裂過程時，畫圖時畫一條染色體行為變化即可。但減數(shù)分裂過程中，由于同源染色體存在聯(lián)會和分離行為，所以當(dāng)減數(shù)分裂與DNA 半保留復(fù)制結(jié)合考查時必須畫出一對同源染色體的行為變化，如例題2（圖解見圖5）。

圖5 減數(shù)分裂過程中染色體與DNA 的放射性追蹤示意圖

解答例題3，需將有絲分裂過程中染色體和DNA 的放射性追蹤和減數(shù)分裂過程中染色體與DNA 的放射性追蹤進行比較，有了上述解題策略，例題3 的解答水到渠成。

筆者在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用這種方法，正確率有明顯提升。學(xué)生反饋這樣的圖解信息更簡化，不易出錯。

4 小結(jié)

綜合上述分析，解答此類題型需注意以下幾點：

1）必須畫圖。

2）畫圖時需做到：①用雙螺旋表示DNA 分子。②用雙色筆畫圖，不同顏色分別表示DNA 分子中的放射性脫氧核苷酸鏈和無放射性脫氧核苷酸鏈。為了防止畫圖過程中忘記哪種顏色表示放射性DNA 鏈，重新花費時間去分辨，有一個小技巧能起到事半功倍的效果：先用一種顏色的筆寫出題中所用的放射性元素（例如3H、32P 等），后面畫圖時就用這種顏色表示放射性DNA 鏈，用另一種顏色表示無放射性DNA 鏈。③一般情況下考查連續(xù)2 個細胞周期內(nèi)的有絲分裂過程，畫圖時只需要畫1 條染色體行為變化，而考查減數(shù)分裂過程時，需畫1 對同源染色體的行為變化。

5 討論

畫圖法是一種重要的解題策略，它通過各種不同形式的圖形幫助學(xué)生將抽象的問題直觀化，從而使學(xué)生能理解題意和分析問題，找到解決問題的突破口，形成解題思路。高中生物學(xué)學(xué)習(xí)離不開圖形，運用畫圖法解答生物學(xué)相關(guān)問題，學(xué)生在畫圖的過程中，抽象思維外顯出來，不僅能檢測其對生物學(xué)知識的掌握水平，還能提高分析和解答難題的能力［2］。

在運用畫圖法解決問題時，如果圖形表示方法不當(dāng)，則容易混淆概念，出現(xiàn)上述圖3所示的錯例。如果圖形描述過程信息量過大，學(xué)生在畫圖過程中花費時間多，也增大了出錯的概率。因此，教師需要幫助學(xué)生選擇正確的圖形表示方法，用科學(xué)、簡潔的圖形描述復(fù)雜的過程，順利解決問題。