突破“细胞增殖”的困境--以“染色体行为变化”为出发点_细胞增殖论文

以“染色体的行为变化”为切入点突破“细胞增殖”复习的难点,本文主要内容关键词为:染色体论文,切入点论文,难点论文,细胞论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

细胞增殖(主要指有丝分裂、减数分裂)是高中生物学教学的重点和难点。由于细胞增殖过程是以染色体为对象的微观、抽象的动态变化过程,对于学生的空间想象能力提出了很高的要求。在新授课的过程中教师可以借助多媒体技术手段、小组合作建构模型、分组实验的完成等手段实现对于这一难点的突破。而在高三专题复习课中,如何让学生真正理解这一抽象、动态的变化过程,并很好地解决与之相关的生物学问题,实现纸笔训练中的难点突破,也成为高三生物学教师关注的焦点。

一、细胞增殖内容的考查要求、形式和常见处理方式

在课程标准中对于“细胞增殖”的考查要求是理解水平,要求学生能概述有丝分裂过程,阐明细胞的减数分裂过程。如果没有对于这两个生理过程内在机理的理解,是无法科学、准确地说出这两个过程并进行理解的。同时,这部分内容与变异、育种、遗传规律等方面都有着内在的紧密联系。因此,细胞增殖专题内容是学生高中生物学学习的重点和难点。

在近几年江苏生物学高考题中,涉及细胞增殖内容的考查主要是借助一定的情境,以过程图、坐标图、文字信息等形式考查对于细胞增殖过程及差异性的判断、不同类型变异(细胞中染色体的变异、染色体上基因的变异)出现的原因、不同指标的数量变化关系(如染色体、DNA、每条染色体的DNA含量等)等,涉及的题号见2010年第10题、21题、28题;2011年第11题、22题,28题;2012年第8题、14题等。

面对呈现出的多种考查形式和考查方向,很可能使高三生物学复习教学被动地跟着高考指挥棒转。在专题内容安排和处理方式上有的以图表专题的形式从读图(表格图、坐标图、模式图……)、绘图角度来突破难点;有的以先展现细胞分裂完整过程图,然后判断细胞分裂方式、说出细胞名称、比较染色体行为和数量变化来突破难点……笔者借助近几年以学案为载体的高三复习教学模式,对细胞增殖内容尝试了不同的处理方式和方法。在传统的处理方式和方法上虽然从考查内容、考查形式上都有所涉及和涵盖,但是总感觉无法把握教学的主动权,不知道下一次高考考查的形式和方向是怎样的?能不能在教学过程中找到一个基点,以此来组织教学。让学生掌握解决问题的关键点,知其所以然,来突破解决问题的难点,辐射出对于其他内容和形式的考查。经过不断尝试、反思和改进,以“染色体的行为变化”为切入点来组织高三“细胞增殖”专题复习,取得了较好的效果。

二、以染色体的行为变化为切入点突破细胞增殖专题复习难点

1.选择染色体的行为变化作为切入点的依据

细胞中的遗传物质是DNA。基因是具有遗传效应的DNA片段,同时基因通过控制蛋白质的合成来控制生物性状。染色体是遗传物质(DNA)的主要载体而基因在染色体上呈线性排列,所以染色体的行为变化决定了DNA的变化,决定了基因的变化,是细胞增殖过程中所有指标变化的依据。同时,也是生物可遗传变异的载体。以染色体的行为变化作为专题复习的切入点可以让学生从根本上理解细胞增殖过程,掌握一切内容考查的内在机理。

2.细胞增殖过程中染色体的行为变化

在高三“细胞增殖”专题复习时,以学案为载体,呈现完整的有丝分裂(下页图1)、减数分裂(下页图2)过程图解(以2N=4),然后让学生观察、回忆、讨论和总结这两个过程中的染色体行为变化,以此作为解决所有问题的前提和出发点。其中有丝分裂过程染色体的行为变化:染色质的复制→染色体的出现、散乱排布→染色体的着丝点排列在赤道板→染色体的着丝点分裂、子染色体移向两极→解螺旋成染色质(图1);减数分裂过程染色体的行为变化:染色质的复制→同源染色体的联会→配对的同源染色体排列在赤道板→同源染色体分离、非同源染色体自由组合→(同有丝分裂过程中分裂期变化)(图2)。

在学生总结染色体行为变化之前,教师须先借助于分裂图,帮助学生辨析染色质、染色体、染色单体(着丝点分裂时,染色单体的分离情况)、DNA、着丝点、同源染色体、染色体组等基本概念,以此作为难点突破的必要知识准备。

为了更好地巩固学生对于染色体行为变化的理解,教师可设置将A、a、B、b这两对独立遗传的等位基因标在染色体上这一学习环节,对学生完成的结果进行评价和判断,以此达到巩固、反馈效果,便于加深理解。

3.难点的突破——加深对细胞增殖意义的理解

有丝分裂有利于保持亲子代细胞之间遗传特性的稳定;减数分裂和受精作用对于保持生物体亲子代之间染色体数目以及遗传性状的稳定具有重要作用,因此细胞增殖是生命能够生生不息的重要生理过程。

通过对于有丝分裂和减数分裂过程中染色体行为变化“复制遗传物质加倍、染色体排列、着丝点分裂、移向两极”的观察,理解细胞增殖生理意义的细胞学基础。对照在亲子代细胞中染色体的分布情况,学生可以直观地发现作为遗传物质主要载体的染色体对于这两个生理过程生命意义的决定性作用。

4.难点的突破——学会对细胞增殖方式和时期的判断

细胞增殖过程中每一时期的界定都是以染色体的行为变化作为主要的特征,如前期出现染色体、后期同源染色体分离或着丝点分裂等,在不同的细胞增殖方式中染色体的行为变化有着各自的特点。

在以细胞分裂模式图为背景的考查内容中,对于分裂方式和分裂时期的判断是解决所有问题的前提。以染色体规律性的行为变化作为依据可以很好地作出判断。以二倍体生物为例,细胞中有同源染色体即为MⅠ时期或有丝分裂时期,在此基础上如果再有联会、联会后的排列、分离等染色体的特殊行为,即为MⅠ时期,否则为有丝分裂;如果没有同源染色体即为MⅡ时期。这样在掌握了同源染色体这一基本概念及每一时期染色体的行为变化特点以后,所有问题的解决也就水到渠成。

5.难点的突破——厘清细胞增殖过程中相关成分的数量关系变化及成因

在细胞增殖考查内容中常常会涉及细胞核中的DNA、染色体、每条染色体的DNA含量等数量关系的考查,而考查的形式可以是坐标曲线、柱状图,也可以是以实验为背景的文字、图形综合题(如2010年江苏高考28题)等等。

染色体作为DNA的载体;姐妹染色单体由同一着丝点连接在染色体上;姐妹染色单体因染色体复制而形成,因着丝点的分裂而消失……这些内在联系决定了细胞增殖过程中的相关成分的数量关系变化都会随着染色体的行为变化而变化。对于细胞增殖过程中染色体形态、行为变化的分析,成为解决这类问题的关键。

典型例题1.图示细胞分裂的不同时期与每条染色体DNA含量变化的关系(图3a),以及处于细胞分裂不同时期的细胞图像(图3b)。请据图回答:

(1)图3a中AB段形成的原因是________,CD段发生的时期及原因是________。

(2)图3b中________细胞处于图3a中的BC段,图3b中________细胞处于图3a中的DE段。

(3)就图3b乙分析可知,该细胞含有________条染色单体,染色体数与DNA分子数之比为________,该细胞处于________分裂的期,其产生的子细胞名称为________。

答案:(1)DNA复制(或染色体复制),有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点的分裂;(2)丙,甲,乙;(3)8,1∶2,减数第一次,后,卵细胞和第二极体。

依据题中图3a所示信息,在细胞分裂过程中每条染色体DNA含量应该有如图3c所示的数量关系。而染色体相关的行为变化是形成这种数量关系的直接原因。所以坐标中曲线发生变化的原因及时期与染色体的行为变化及时期相对应,这样的染色体行为变化在有丝分裂、减数分裂过程中均可发生。

6.难点的突破——加深对孟德尔遗传定律细胞学基础的理解

孟德尔两大遗传定律是解决遗传学计算问题的重要方法。在孟德尔运用假说演绎法得出这两大遗传定律的过程中,作为某一亲本的杂合子(Aa或AaBb)产生配子(A∶a=1∶1或Ab∶aB∶AB∶ab=1∶1∶1∶1)的条件是规律成立的前提,而该条件要能够成立必须两对等位基因能够独立遗传。

孟德尔遗传定律发生在什么时候?如何理解两对等位基因的独立遗传?为何要强调非同源染色体上的非等位基因自由组合?在学生有了等位基因、同源染色体、基因在染色体上呈线性排列等知识储备的基础上,教师可以要求学生将基因定位于染色体上,通过借助染色体的行为变化来看不同情况下(图4)染色体上基因发生的变化,最后分析产生配子种类的情况,从而得出孟德尔的两大定律得出的前提条件,加深对于细胞学基础的理解。

7.难点的突破——突破可遗传变异知识内容的难点

基因突变、基因重组、染色体变异是生物可遗传变异的三大来源。这三大变异与细胞增殖过程密切相关。如何理解基因重组的类型及意义?如何分析细胞中出现的染色体变异、配子中染色体或基因变异的成因?如何理解秋水仙素作用的机理,等等,都可以染色体的行为变化为载体。

基因在染色体上,基因可以随着染色体的变化而变化。所以在理解基因重组类型和意义时,将基因定位于染色体上,以减数分裂过程中染色体的行为变化为载体,观察基因最终在配子中可能出现的分布情况来理解基因重组。也可以通过观察减数分裂过程中发生交叉互换后基因随染色体在配子中的分布情况,来体验和理解基因重组使生物变异更为丰富的生物学意义。

在分析减数分裂过程中一些异常配子情况及成因时,也可以以染色体的行为变化为基点展开讨论,如:

典型例题2.一个基因型为AaY的精原细胞,在减数分裂过程中,由于染色体分配紊乱,产生的四个精细胞中有一个基因型为Aa,则另外三个精细胞的基因型是

A.a、Y、Y B.、aY、Y

C.A、aY、Y D.Aa、Y、Y

(答案:D)

在解决此类问题时,减数分裂过程中染色体的行为变化、基因(等位基因)在染色体上的位置等内容是前期的知识储备。在此基础上,分析该异常精细胞与正常(A或a)相比多了一个细胞中原有的等位基因(A或a),而基因位于染色体上,该异常精细胞中多了一条含有等位基因的同源染色体,而原本同源染色体应在MⅠ后期分开。所以,分析得出该异常原因发生在MⅠ后期,同源染色体移向了同一极。正是由于基因在染色体上呈线性排列,在对异常情况分析时如果涉及基因数目的异常,必定与染色体的异常有关。如果仅仅是基因种类的差异则应该从基因突变、交叉互换等角度进行考虑。而对于秋水仙素作用机理的理解必须要厘清细胞增殖过程中染色体的行为变化与着丝点分裂、纺锤体的作用、细胞一分为二等方面的关系。

细胞增殖专题内容涉及的知识面广,考查形式多样,而作为核心的染色体行为变化是所有考查内容的载体,以此作为问题分析和解决的关键,或许可以帮助找到解决问题的答案和归宿。

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