减数分裂模型制作与应用

摘要：以浙教版生物学必修二《遗传与进化》第二章第一节“减数分裂”为例，应用模型建构法组织学生自主学习，对教材中模拟实验进行一定改进有助于学生对抽象概念的理解以及过程的整体性把握。

关键词：减数分裂;染色体;模型

减数分裂过程中染色体的形态和结构所表现的一系列有规律的变化，对于解释孟德尔定律以及认识生物的遗传和变异现象具有重要的意义。采用模型建构方法进行“减数分裂模型的制作研究”活动能够直观感受染色体行为变化，从而强化对减数分裂过程和特点的理解，并在讨论的过程中最终形成对减数分裂相对完整的认识。在高中生物教学中减数分裂过程具有步骤复杂、多因素变化、抽象、易与有丝分裂混淆等特点，教师教学以讲授为主，学生难以自我构建减数分裂概念体系。高中生物浙教版必修2《遗传与进化》在减数分裂这一节中使用橡皮泥构建染色体模型模拟减数分裂过程，其可重复性差，同源染色体形态大小不一致，染色体上无法标注基因，不易模拟交叉互换、着丝粒分裂等现象。对材料和过程进行改进后，有效降低理解难度，且直观性、可操作性更强。

1 实验改进

1.1 材料改进

对教材中的材料进行改进后，使用串珠制作染色体可用记号笔标注基因，巩固等位基因、非等位基因概念;使用串珠构建的同源染色体大小一致，用磁铁替代铁丝作为着丝粒且可构建端着丝粒染色体;方便模拟交叉互换、着丝粒分离等现象;所用材料不仅可重复利用，其中串珠还可用于模拟基因分离定律和自由组合定律。

1.2 过程改进

在教材原有过程的基础上添加两个步骤：①构建不同类型的染色体，鞏固相关概念;②模拟交叉互换过程（交叉互换相同基因、等位基因）。

2 教学应用

2.1 构建染色体

以串珠为基本的材料，磁铁作为着丝粒，用铁丝串联，构建端着丝粒染色体、近端着丝粒染色体、中间着丝粒染色体及同源染色体。结合模型理解概念：根据着丝粒的位置，染色体分为端着丝粒染色体（图1-1）、近端着丝粒染色体（图1-2）和中间着丝粒染色体（图1-3），同源染色体指来源不同，一个来自父方，一个来自母方，大小形态一般相同的染色体（来源不同在模型当中通过颜色表示出来，如图1-4与1-5，1-6与1-7，1-8与1-9）。姐妹染色体指共用一个着丝粒的两条染色单体（如图1-I与1-II等）。非姐妹染色体指不共用一个着丝粒的两条染色单体，包括两种类型：同源染色体的非姐妹染色单体（如图1-I与1-III）与非同源染色体的非姐妹染色单体（如图1-I与1-V）。

2.2 模拟基因型为AaBb的精原细胞减数分裂过程中染色体行为变化，观察减数分裂各时期细胞的基因型。

在串珠上标注基因，A、a位于一对同源染色体（短的），B、b位于另一对同源染色体（长的）。模拟减数分裂各时期染色体行为变化，例如：①模拟间期染色体的复制（图2-2）：此时期染色体的行为是DNA复制蛋白质合成形成染色单体，每条染色体含有两条姐妹染色单体。具体操作将大小颜色相同的染色体吸附在一起，此时每个染色体含有2个姐妹染色单体，姐妹染色单体上同一位置标注相同基因。巩固等位基因、非等位基因概念，等位基因位于同源染色体相同位置，控制一对相对性状的基因如图1标注的A与a。非等位基因有两种类型，一种位于非同源染色体上的基因如图1标注的A与B，另一种位于同源染色体或同一染色体不同位置的基因如图1标注的A与D。②模拟减I后期（图2-5）：该时期同源染色体分离，非同源染色体自由组合。模拟时染色体含2条姐妹染色单体，将2对同源染色体的细绳拉向两极使同源染色体相互分离。③模拟减II后期（图2-10与图2-11）：该时期纺锤丝牵引着丝粒分裂，姐妹染色单体分开形成染色体移向两级，染色体数目加倍。模拟操作时向两极拉动细绳，磁铁模拟的着丝粒分离，使姐妹染色单体分开，各自形成一个独立的染色体。生殖细胞产生成熟生殖细胞（图1-12至1-15）过程中复制一次，分裂两次，染色体数目为体细胞一半的过程即减数分裂。

2.3 通过减数分裂模型解释孟德尔定律。

通过减数分裂过程解释孟德尔定律，在减I后期，同源染色体分离使其上的等位基因分开进入不同精细胞即基因分离定律实质。在减I后期，移向同一极的可以是不同来源的染色体，也可以是相同来源染色体即非同源染色体自由组合使其上的非等位基因自由组合即基因自由组合定律。一个基因型为AaBb的精原细胞可产生4个两种精细胞，一个雄性个体有多个精原细胞所以可产生4种精细胞。在此过程中A与d基因（a与D基因）连锁在减数分裂过程中彼此无法自由组合，所以只能是非同源染色体上的非等位基因才遵循自由组合定律。

2.4 模拟同源染色体非姐妹染色单体交叉互换过程

模拟交叉互换等位基因（如图4-1），将染色体模型还原成减数分裂间期G2期的状态，分别从短的同源染色体中的两个非姐妹染色单体长臂上取下2颗串珠相互交换，观察交叉互换的等位基因A与a在减数分裂过程的分布情况。由于等位基因伴随这同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换，使得染色体上的非等位基因重组。模拟交叉互换相同基因（如图4-2），如图同源染色体上的D与D，将染色体模型还原成减数分裂间期G2期的状态，分别从短的同源染色体中的两个非姐妹染色单体短臂上取下2颗串珠相互交换，观察各时期细胞基因型，得出交叉互换相同基因，细胞基因型不改变。

3 效果分析

减数分裂模型的制作加深对减数分裂等抽象概念的理解。通过教学实践，发现学生思维活跃，模型建构能力、理性分析能力有所提高，团队合作意识增强，表达和交流能力得到了发展。

参考文献：

[1]吴相钰， 刘恩山. 生物学： 遗传与进化[ M ]. 浙江： 浙江科学技术出版社， 2005： 26-29.

作者简介：

林玲玲，浙江温州人，硕士研究生，毕业于温州医科大学，现为浙江省衢州市菁才中学生物教师。近年发表论文有1. Complete mitochondrial genome and the phylogenetic position of the Blotchy swell shark Cephaloscyllium umbratile[J]. Mitochondrial DNA. Publish on line：14 Aug 2015;2. Complete mitochondrial genome of the Indonesian whaler shark Carcharhinus tjutjot[J]. Mitochondrial DNA. Publish on line：28 Jan 2015;3. 长期水淹胁迫下的北移秋茄形态结构和生理变化[J]. 科技通报. 2016，32（05）;文章《高中生物教学中比较法的运用》获第三届浙江省中小学优秀教研成果评比一等奖。