利用废旧材料自制多功能染色体模型

浙江省温州市瓯海区郭溪中学(325016) 陈永群

在高中生物教学中，“染色体行为”是相当重要的内容，与有丝分裂、减数分裂、分离定律、自由组合定律、性别决定与伴性遗传、基因突变和基因重组、染色体变异等知识密切相关。学生对“染色体行为”的理解程度，直接影响其对上述内容的掌握深度。在生命活动中，“染色体行为”是微观的变化过程，在现有实验室条件下，学生不能直接观察到其动态的变化过程。在实践中，笔者摸索出了一种方法自制磁性染色体模型，比较形象直观地解决了这一难题。可以模拟演示染色体形态类型、分离定律、自由组合定律等。

1 材料和工具

两种颜色的单股铜芯皮线各2 m，磁铁8颗、木质象棋8颗、铁质小垫片4颗、直尺、手摇钻或电钻、台虎钳、钢丝钳、小刀、百得胶、金属笔芯。

2 设计思路

总体思路非常简单，用棋子做着丝粒，用电线做染色体的臂，设计图如图1所示。

图1 设计图

3 制作方法

3.1 制作着丝粒

用台虎钳将棋子竖立固定，根据电线外径选择钻头从正中给棋子钻孔，再用百得粘在棋子的一面胶上磁铁，重复以上步骤，制作8个着丝粒，如图2所示。其中4个着丝粒还要在另一面粘上垫片，晾干即可。每两个棋子以磁铁和垫片相吸做成一个着丝粒。

图2 “着丝粒”成品

3.2 制作染色体臂

用钢丝钳将两条电线各裁下2段25 cm 和35 cm长的电线备用。在剩余电线的5 cm处用小刀将外面的绝缘皮环割，再用钢丝钳将其推出约5 mm，然后在原位置将铜芯切断，如此可使小段一头有凸出的铜芯另一头有多余的绝缘皮，用来首尾相接，如图3所示。依次裁下若干小段备用。

图3 小段电线

4 实践之应用

4.1 染色体形态类型

根据着丝粒位置将染色体分成3种类型：远端着丝粒染色体、近端着丝粒染色体、中间着丝粒染色体。要展示不同类型的染色体，只需抽动电线，改变棋子的位置即可，如图4所示。

图4 染色体形态类型

4.2 有丝分裂

先在黑板上画1个直径约40 cm的圆圈，将2种颜色的25 cm的电线各1条分别穿过棋子摆在圆圈里，作为1对同源染色体。再将2种颜色的35 cm的电线各1条分别穿过棋子摆在圆圈里，作为另1对同源染色体。

然后将5 cm的小段电线穿过“着丝粒”的另一棋子，并“头尾相接”逐段延伸至与“姐妹染色单体”等长，表示染色体的复制，当然要与已有电线同色表示姐妹染色单体。重复以上步骤完成4个染色体复制。

为了后续操作的方便，将小段电线卸下，换上同色等长的整段电线，将所有电线都在笔管上绕成线圈(见图5)，表示有丝分裂前期由染色质转变成染色体。然后把棋子都移到圆圈的“赤道”上来表示有丝分裂已进入中期，再把吸在一起的棋子掰开并分别移向两极，表示有丝分裂已进入后期。把圆圈改成“双钱”形，表示细胞膜开始向内凹陷。最后棋子到达两极，慢慢将电线拉直，表示有丝分裂进入末期。把圆圈一分为二，一次有丝分裂结束。如图7～10所示。

图5 染色体的缠绕方法

图6 间期[右：正在复制(以一条染色体为例)]

图7 前期

图8 中期

图9 后期

图10 末期(右：细胞质分裂)

4.3 减数分裂

先在黑板上画1个直径约40 cm的圆圈，将2种颜色的25 cm的电线各1条分别穿过笔芯摆在圆圈里，作为1对同源染色体。再将2种颜色的35 cm的电线各1条分别穿过笔芯摆在圆圈里，作为另1对同源染色体。

然后将5 cm的小段电线穿过另一笔芯，并逐段延伸至与姐妹染色单体等长，表示染色体的复制。可以语言描述其余染色体的复制。

同样将小段电线卸下，换上同色等长的整段电线，把相同长度的电线紧靠在一起，表示联会，将所有电线都在笔管上绕成线圈，表示减Ⅰ前期由染色质转变成染色体。把磁铁都移到圆圈“赤道”上来表示减Ⅰ已进入中期，再把靠在一起的磁铁分开并分别移向两极，表示减Ⅰ进入后期，同时把圆圈改成“双钱”形，表示细胞膜向内凹陷。最后磁铁到达两极，并慢慢将电线拉直，表示减Ⅰ进入末期。把圆圈一分为二，减Ⅰ结束。

将磁铁移到小圆圈“赤道”上来表示减Ⅱ已进入中期，再把吸在一起的磁铁掰开并分别移向两极，表示减Ⅱ进入后期，同时把圆圈改成“双钱”形，表示细胞膜向内凹陷。最后磁铁到达两极，并慢慢将电线拉直，表示减Ⅱ进入末期。把圆圈再次一分为二，一次减数分裂结束。

4.4 分离定律和自由组合定律

分离定律的实质是杂合子在产生配子时，等位基因随同源染色体的分离而分开，并形成两种配子。减Ⅰ后期同源染色体分离，等位基因自然也就分离了。自由组合定律的实质是杂合子在产生配子时，等位基因随同源染色体的分离而分开，与此同时，非同源染色体上的非等位基因随非同源染色体的自由组合而组合，并各自进入配子。减Ⅰ后期非同源染色体自由组合，于是产生的配子有5种可能，如图11所示。

图11 分离定律及自由组合定律

4.5 交叉互换

在上文减数分裂中，复制完成后不卸下小段，直接联会，然后将相同位置的两个小段交换一下即可表示交叉互换。当然也可以与上文分离定律和自由结合定律结合起来，在这两个小段的相同位置贴上标签，分别写上A和a，如图12所示。

图12 交叉互换(左：正常)

5 优点及局限

5.1 优点

5.1.1 取材方便

所用材料非常常见，电线可用装修废料。学校体育器材室有各种棋子，用久了大多会缺失，残缺的棋子即可废旧利用。至于磁铁，淘宝网很多，也非常便宜，笔者是从工厂里拿的次品。

5.1.2 制作简便

只需简单的工具，简单的操作，即可轻松完成制作。

5.1.3 演示直观

可以将微观而抽象的染色体直观地在黑板上展示出来，一人即可完成演示。而且可在有丝分裂复习课上让学生来演示，以评价其对染色体行为的掌握程度。

5.2 局限

不能真实展示染色体的复制过程。只能用小段电线模拟染色体的复制过程，更不能展示DNA复制的细节。

无法展示基因突变和交叉互换的真实情况。与只能模拟复制过程一样，也只能模拟基因突变过程，用一个标签表示基因，但无法体现碱基对的缺失、增添和替换的真实过程。