减数分裂中学习误区的再探讨_减数分裂论文

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减数分裂与生物,特别是与高等生物的遗传、变异密切相关,能帮助学生更好地理解孟德尔遗传定律,可以说要想理解遗传定律的实质,离开了对减数分裂的理解,就像是空中楼阁,无本之木。但减数分裂涉及的数量变化较多,又极易与有丝分裂相混淆,学生很难完全理解其中的精髓。所以在一轮复习中,教师要深入研究考试说明及最近几年的高考试题,把握高考的动向,同时通过调查学生听课、作业中所犯的典型错误,深入了解学生存在的问题,精心准备学案,有针对性地为学生释疑解惑。

一、同源染色体的判定

学生对不同细胞中同源染色体的有无常难以准确判断,存在以下错误认识:(1)有丝分裂图像中不存在同源染色体;(2)只要有两条相同的染色体,就误认为该细胞中就含有同源染色体;(3)同源染色体一定是大小相同的一对染色体;(4)同源染色体中相同位置上的基因一定为等位基因;(5)对一条染色体中姐妹染色单体相同位置上基因不同原因的分析错误。

1.从概念进行辨析

从本质上来判断同源染色体:在减数第一次分裂前期(四分体时期)配对的一对染色体。其特征:一般大小、形态相同(性染色体X、Y例外,如哺乳动物的X染色体比Y染色体大,果蝇中X染色体比Y染色体小,但是X染色体上基因种类和数量比Y染色体中多),一条来自于父本,一条来自于母本。

针对学生的错误认识,教师应该使学生明确判断染色体的关键点:主要是根据染色体能否两两配对,而不是仅仅根据其大小、形态和来源进行判断。教师可以以判断题的形式引导学生分析讨论,如大小、形态相同的一对染色体一定是同源染色体吗?来自于父本和母本的任何一条染色体一定是同源染色体吗?

2.从形态来判断

若细胞中存在两两相同的染色体,则含有同源染色体,否则即使有个别一对形态、大小相同的染色体,也不能认为存在同源染色体。对于有丝分裂后期、减数第一次分裂后期、减数第二次分裂后期的细胞图像是否含同源染色体的判断,学生不知如何根据染色体的形态、大小来判断,如图1。

对于甲图和乙图(发生了着丝点分裂,姐妹染色单体分离),上下对应,且形态、大小相同的两条染色体应该称为相同染色体,而不能称之为同源染色体。对于这两种细胞,应该看其中同一极染色体的形态、大小,若其中一极存在两两相同的染色体,则认为含有同源染色体。对于丙图,上下对应的两条染色体才能称为一对同源染色体。

3.根据颜色(大黑、大白、小黑、小白)来判断

一般在细胞分裂图中,一对同源染色体一般被绘制为大小相同、颜色各异(一黑一白)的形态,如图1中的乙图和丙图,大黑和大白或小黑和小白的染色体为同源染色体。教师在指导学生画细胞分裂图时,特别要强调颜色的对比。

二、染色体上基因的分布情况

按照遗传规律可知基因大体分为等位基因和非等位基因,而等位基因的产生来自于基因突变。等位基因是位于一对同源染色体相同位置、控制相对性状的一对基因,常常用相应的大写和小写英文字母表示。但一对同源染色体相同位置上的基因有可能是等位基因,也可能为相同基因。而非等位基因有可能位于非同源染色体上,也可能位于同源染色体上,前者遵循自由组合定律,后者却不可以自由组合。

同一条染色体中的两条姐妹染色单体相同位置上的基因正常情况下应该相同,倘若不同,学生往往会认为是由基因突变造成的。所以教师要利用细胞分裂图,从姐妹染色单体所含DNA来源说起,让学生从DNA复制的角度思考两条姐妹染色单体中基因不同的原因:可能是基因突变造成的;也可能在减数第一次分裂前期即四分体时期,一对同源染色体中非姐妹染色单体发生交叉互换造成的。但有丝分裂却不可能出现后面的原因。所以,教师要引导学生归纳有丝分裂和减数分裂导致此结果的原因:基因突变,基因突变或者交叉互换(基因重组)。

三、四分体时期交叉互换与染色体结构变异的区分

在教学和学生练习中不难发现,学生极易混淆四分体时期同源染色体中非姐妹染色单体的交叉互换与染色体结构变异,教师可画出两个四分体,分别把这8条染色单体进行标记,见图2:

要让学生清楚染色体A与B、C与D分别为一对同源染色体;1与2、3与4、5与6、7与8分别称为姐妹染色单体;其他染色单体之间可互称为非姐妹染色单体。2与3、6与7之间片段的互换被称为交叉互换,其产生的变异属于基因重组(同源染色体中非姐妹染色单体的片段互换),而A或B中的染色单体与C或D中染色单体的互换则属于染色体结构的变异,又称为易位(非同源染色体中非姐妹染色单体的片段互换)。通过绘制示意图,使抽象知识直观化,也有助于学生理解知识的来龙去脉。

四、染色体组的相关知识

1.概念中的认识误区

一对同源染色体被误认为是一个染色体组。从分析果蝇染色体组成时学生的回答情况可以发现:笔者在教学时画出雌雄果蝇细胞中染色体组成示意图,然后让学生讨论思考其细胞中所含染色体组的数量时,回答最多的答案就是“4个”。

细胞中任意数量的非同源染色体被误认为是一个染色体组。纠正学生概念上认识的误区,最好的方法是教师画出雌雄果蝇细胞中染色体组成示意图,让学生根据自己的理解给出答案,即要充分暴露学生认知上的错误,然后再让学生根据染色体组的概念,解剖错误,从本质上纠错。

2.计算方法

有关染色体组计算的方法有很多,许多杂志上都刊登过,但是教师在讲解时,方法不要介绍过多,否则会影响学生正常的解题思路,也就是说方法多反而乱,因为染色体组数目的判断一般都是以细胞图形为载体进行考查的,所以建议教师重点分析染色体的形态。例如,让学生在对果蝇染色体组分析的基础上,教师可在每一对同源染色体上再加画一条或者两条,让学生来分析染色体组数的变化,最后由学生归纳出细胞中染色体组数的计算方法:某一种同源染色体有几条,染色体组的数量就有几个;若细胞中无同源染色体(或细胞中染色体形态没有两两相同的),则细胞中就只含一个染色体组。对于文中提到细胞的有丝分裂,减数第一、二次分裂后期的图像分析,可将两极分开研究,再将其所得染色体组数相加即可。

3.与染色体数变化的关系

在分析了大量高考试题与调研试题后,笔者发现这些试题经常考查染色体组数的变化。对于此类变化,学生从心理和知识储备上都感到非常陌生,但对于染色体数的变化较为熟悉,所以教师不妨利用类比推理法引导学生同时研究染色体和染色体组数的变化,从而最终得出二者数量变化的关系。教师在指导学生复习时,可充分利用细胞图像同时分析二者数量的变化情况,最终可归纳出二者数量的变化在细胞分裂期具有同步性:同时递增,同时递减,如有丝分裂后期和减数第二次分裂后期,染色体数和染色体组数均加倍,而在减数第一次分裂后期,二者同时减半。

五、产生异常生殖细胞的原因分析

异常生殖细胞产生的原因也常常是考查的内容之一,学生对此很难回答到位。教师不妨通过分析原始生殖细胞的基因和染色体组成,再结合生殖细胞中多余的基因和染色体进行分析,让学生查找出错的原因,并从错因中归纳出规律。

例如,基因型为Aa的精原细胞产生Aa精子的原因分析,教师可指导学生思考精子中含有等位基因,而等位基因就是位于一对同源染色体上的,由此可推测出该异常精子中肯定含有同源染色体,至此学生就会很自然地判断出:异常分裂的时期应该在减数第一次分裂后期,含有A、a的一对同源染色体未分离,而是进入同一极(同一个次级精母细胞)。又如,上述的精原细胞产生了基因型为AA的精子,教师可指导学生思考AA基因的位置,再结合相应的细胞分裂图(初级精母细胞染色体与基因的组成),学生就会很自然地判断出两个A基因的位置:一条染色体的姐妹染色单体上,说明这两条姐妹染色单体未分离而是进入同一个精子中。教师再进一步误疑:姐妹染色单体的分离发生在减数分裂的什么时期?学生很快就判断出在减数第二次分裂后期。对于伴性遗传的异常情形,要先判断子代异常染色体的来源,然后再进一步判断发生异常的时期。

将陌生的基因和学生较为熟悉的染色体结合起来,极大地拉近了学生与陌生信息的联系,通过上述教师引导、学生思考,最终由学生归纳出适应大多数情形的规律:产生含有等位基因配子的原因为减数第一次分裂后期,含有该等位基因的一对同源染色体未分离;产生含有相同基因配子的原因为减数第二次分裂后期,含有该基因的一条染色体上的姐妹染色单体分离后进入同一极。

六、细胞分裂过程中染色体、DNA数量变化曲线

1.DNA和染色体变化曲线的区分

通过对DNA和染色体变化曲线比较,可得出DNA和染色体变化曲线的最大不同点:有斜线的曲线表示DNA的变化曲线(斜线表示DNA复制,这里需要一定的时间才能完成),没斜线的表示染色体的变化曲线(染色体的加倍与减半几乎是在瞬间完成的)。

2.有丝分裂和减数分裂相关曲线的区分

根据有丝分裂和减数分裂的特点可知:有丝分裂产生的子细胞中DNA和染色体与体细胞相同,减数分裂产生生殖细胞的DNA和染色体是体细胞的一半,故可根据每条曲线的起、止点的关系判断,若终点数量是起点的一半时,则为减数分裂,若相同则为有丝分裂。

3.一条染色体上DNA数变化曲线(图3)的分析

对于此曲线的分析,许多学生会仅仅根据起始点与终点数量相同而误认为此曲线只能描述有丝分裂的变化情况,其出错的原因就在于只是专注于曲线,而忽视了纵坐标的含义。所以教师在遇到学生出错时,不妨让学生注意力迁移至纵轴的含义之上,认真分析曲线上各个线段含义之所在,那么学生就不难发现自己犯错误的原因。教师也可顺势让学生归纳出解读曲线试题的思路:先看纵横坐标的含义,再结合曲线认真思考各拐点、线段的含义。

在解读整个曲线之前,关键要明确每条染色体含DNA数量不同的情形,如图4所示:

(1)表示有丝分裂的曲线分析:a→b表示DNA复制的过程,发生在有丝分裂间期;b→c表示有丝分裂前期、中期;c→d发生在有丝分裂后期,原因为着丝点分裂,姐妹染色单体分离;d→e表示有丝分裂末期。

(2)表示减数分裂的曲线分析:a→b表示DNA复制的过程,发生在减数第一次间期;b→c表示减数第一次分裂前期、中期、后期,减数第二次分裂前期、中期;c→d发生在减数第二次分裂后期,原因为着丝点分裂,姐妹染色单体分离;d→e表示不含染色单体的次级精(卵)母细胞或精细胞、极体或卵细胞。

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