例析中学生物疑难知识问题的内化教学

何立松　杨京举

教材是教师传授知识的载体基础，更是学生学习知识的载体。中学生物教学中，教师引导学生必须要以“两纲”为依据，以教材为根本，对于课本中出现的生物疑难知识问题，不能强调死记硬背，也不能有超越中学生物知识范畴之上的解释。充分挖掘教材本身前后知识的关联，内化知识结构，尝试以中学生物知识去解释中学生物教学中面临的知识疑难问题，看起来可能比较肤浅，但符合学生的认知层次要求，不仅能有效易化学生对于中学生物疑难问题的理解和把握，同时还可以让学生感悟教材知识体系，从而锻炼和培养的知识整合能力。

1.从基因表达的原理去看蛋白质形成过程中的氨基和羧基脱水缩合问题

疑难问题（细胞分子）：蛋白质作为生物大分子，其基本结构单位为氨基酸，氨基酸之间可以通过相邻氨基和羧基的脱水缩合反应成肽进而形成蛋白质。学生在学习中通常会产生两个比较棘手的问题。①自然界中的氨基酸远不止20种，但为什么氨基酸结构中却要求构建蛋白质的氨基酸必须至少要有一个氨基和一个羧基并连接在同一个碳原子上？②氨基酸的R基团中也可以含有氨基或羧基，但为什么这里的氨基和羧基不参与脱水缩合？

知识内化（基因表达）：基因通过转绿和翻译控制着蛋白质的合成。在翻译阶段，mRNA通过tRNA的协作实现特定氨基酸序列的线性控制。试想，如果氨基酸分子结构中找不到连接在同一个碳原子上的氨基和羧基，翻译出的肽链将失去其线性主链结构；而R基团上的氨基和羧基也参与脱水缩合，那么一个氨基酸就有可能结合多个氨基酸，mRNA将无法保证肽链形成中的氨基酸准确定位，特定的遗传物质（基因）最终就会控制合成不特定的蛋白质。

2.从细胞分裂中染色体平均分配机制去看染色体数目变异问题

疑难问题1（有丝分裂）：纺锤体是细胞有丝分裂的重要细胞分裂器。其纺锤丝可牵引染色体向细胞两极定向移动，分裂中期着丝点分裂，姐妹染色单体分离，从而实现染色体平均分配。那么，对于这里着丝点的分裂，学生总是习惯性的认为是由纺锤丝拉开的，真是这样吗？

疑难问题2（染色体变异）：对于三大可遗传变异，基因突变和基因重组的原理课本上都有很到位的介绍，而对于染色体数目变异，特别是个别增减的变异机制，学生通常很模糊，这类变异究竟是如何发生的呢？

知识内化（相互整合）：一定浓度的秋水仙素或低温诱导，可以有效抑制细胞有丝分裂中纺锤体的形成，从而导致染色体数目成倍增加，由此即可推断着丝点的分裂不可能是由纺锤丝拉开的。而如果纺锤体在牵引染色体时出现紊乱，譬如有一条染色体在着丝点分裂之前还没有到达赤道板位置，那么这两条姐妹染色单体是否就有机会被分到细胞的一极呢？3从基因突变的本质去看等位基因为何等位存在问题

疑难问题（遗传）：位于一对同源染色体的同一位置上、控制相对性状的基因被称之为等位基因。概念中，学生对于等位基因控制相对性状这一功能比较好理解，因为这是孟德尔在假说演绎时所规定的，但对于“等位”存在，却很迷惑，真核生物细胞核中的等位基因为什么会等位存在呢？

知识回扣（变异）：基因突变产生等位基因。不妨这样假设：在真核细胞中染色体上的基因还没有发生突变时，每对同源染色体上的基因是相同的，也就是说，这两条同源染色体上的DNA序列是完全相同的，其中的基因自然也就等位存在了；当某条染色体上的某个基因发生基因突变（如A突变为a）时，这个突变的新基因（a）相对于另一条同源染色体上原有基因（A），就构成了等位基因，而它们所控制的两种不同的性状也就成了相对性状。由此可见，等位基因“等位”存在的事实是由基因突变这一可遗传变异根本来源所决定的，突变前的基因已经“等位”存在，突变后只是改变了其中一个基因的功能，使他们变成了控制一对相对性状的等位基因，且二者通常会具备一定的显隐性关系。

4.从染色体组的内涵去看减数分裂为何存在同源染色体分离问题

疑难问题（遗传）：减数分裂中，同源染色体的分离是实现染色体减半的重要机制。那么，进行减数分裂的性原细胞为什么一定要选择同源染色体分离这种减半方式呢？

知识回扣（变异）：从染色体组的内涵可以看出，一个染色体组包含了该物种每一种同源染色体中的一条，基本含盖了该物种的一整套遗传信息。以二倍体为例，其体细胞和性原细胞中都含有两个染色体组，那么减数分裂中细胞选择同源染色体分离，其实质就是同源的两个染色体组的分离，而减数分裂中特有的联会（即同源识别机制）会使得同源的两个染色体组的分离变得较为容易，这样不仅可以保证染色体数目减半的有效实现，而且还可以将遗传物质的传递损失降到了最低程度。设想生物在进化过程中出现同源染色体组合也许就是为了有性生殖的这一需要。5从测交的原理和功能去看性染色体上成单基因的遗传效应问题

疑难问题（伴性遗传）：从基因型上看，AA和aa为纯合，Aa为杂合，那么X^AY和X^aY是纯合还是杂合呢？

知识回扣（分离定律）：X^Ay和X^ay从染色体类型角度都叫性杂合子。但从基因型的角度，由于基因成单，称其为纯合子或杂合子都不合适。但如果利用孟德尔测交鉴定纯、杂合子的原理和功能，将它们分别与X^aX^a杂交，则：X^AY其后代有性状分离，而X^ay其后代无性状分离。因此，从控制性状遗传上来说，X^AY和X^AY^a相同，即具备杂合子遗传效应；而X^AY和X^aY^a相同，即具备纯合子遗传效应。由此，在实际常规遗传问题分析中，通常就可以给Y染色体上虚拟一个a基因，有时会显得很方便。

6.从基因工程相关技术环节去看肺炎双球菌转化实验中的转化问题

疑难问题（遗传的物质基础）：肺炎双球菌转化实验可谓证明DNA是遗传物质的经典实验。格里菲斯具有关键性的一组实验是将加热杀死的S型菌和R型菌混合培养，结果实现了转化。这里的疑问是：加热杀死了的S型菌的蛋白质已经失活，但其DNA能仍然还存在承担转化因子的活性作用吗？如果能，那转化的实质又是怎样的呢？为什么说转化因子就应是遗传物质？

知识回扣（基因工程）：PCR技术是基因工程中获取目的基因重要方法之一，它的主要原理是相对高温的循环变换控制；从中可以看出，DNA比蛋白质要耐高温得多，所以在格里菲斯的加热处理时，只要掌握好温度，完全可以在杀死S型菌的情况下仍能保持其DNA的生物活性。基因工程操作时有一个“转化”环节，即将重组表达载体导入受体细胞的过程，这是超越种间之上的人工转化，有较高的难度；但在肺炎双球菌转化实验中，转化发生在两个品系之间，要容易得多；试想：S型菌的DNA会进入活的R型菌体内并稳定存在，那么它就会复制、表达，从而也就繁殖出了更多的S型菌，这是一种自然转化。从这种自然转化的机制上说，由于只有DNA在此起到了连接亲、子代的桥梁作用，所以找到了转化因子，也就找到了生物的遗传物质。