陳愛星

[摘 要]用元素標記圖解法解決染色體標記問題，可直觀追蹤和體現(xiàn)染色體、DNA、脫氧核苷酸鏈以及有絲分裂和減數分裂某時期細胞的標記情況。元素標記圖解法畫圖過程簡單，圖解清晰，易于破解染色體標記問題。文章重點闡述元素標記圖解法的表示說明及其應用。

[關鍵詞]元素標記圖解法;染色體標記問題;有絲分裂;減數分裂

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）11-0084-03

DNA的復制以及核DNA的均等分配是細胞分裂的本質問題。細胞的有絲分裂和減數分裂、動物配子的形成過程、動物的受精過程、DNA分子的復制等是學習的重點和難點。細胞分裂過程中染色體的標記問題，既考查了對以上幾個知識點的綜合應用，又考查了學生對細胞分裂與DNA復制的理解與掌握。用元素標記圖解法可有效解決染色體標記問題。

一、常規(guī)圖解法的不足

染色體標記問題一直都是學生很難突破的問題，常常使學生望而生畏。教師多是引導學生用常規(guī)圖解法分析與解決此類問題。而常規(guī)圖解法存在不少問題：（1）圖示比較復雜，教師需用較多時間，作較大篇幅的黑板講解;（2）若需同時體現(xiàn)染色體與DNA，則畫面復雜混亂;（3）不好體現(xiàn)多次分裂、不同分裂的過程。

二、元素標記圖解法的表示說明

常規(guī)圖解法可以直觀形象地解決染色體標記問題，這是毋庸置疑的。但是如何做到既能表示DNA復制與細胞的分裂過程，又能簡單明了且省時省力呢？元素標記圖解法可有效實現(xiàn)這一目標。元素標記圖解法既可直觀形象地表示同源染色體、姐妹染色單體、DNA分子、脫氧核苷酸鏈的所有標記情況，又可表示多次分裂、不同分裂的各種情況。圖解簡單易畫，表達清晰明確。

（1）表示帶標記的DNA分子，如15N標記的DNA分子，表示為15N/15N。說明：一個DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈均被15N標記。這種表示方式在必修2教材P52“DNA的復制”一節(jié)中有呈現(xiàn)。

（2）表示帶標記的染色體，如15N標記的帶有兩條姐妹染色單體的一條染色體，表示為15N/15N·15N/15N，其中的“·”表示著絲粒，表示兩條姐妹染色單體連在同一個著絲粒上。

（3）表示帶標記的同源染色體，如15N標記的一對同源染色體，其表示形式如圖1所示。兩個DNA分子上下對應，便于解析問題。

（4）表示有絲分裂的過程及染色體、DNA標記情況，如15N標記了某細胞的所有DNA，將其放在含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)兩代，細胞中染色體與DNA的標記情況如圖2所示。

說明：“1”表示第一次復制，“2”表示第二次復制。虛線穿過著絲粒，表示著絲粒分裂，姐妹染色單體分離。

（5）表示減數分裂的過程及染色體、DNA標記情況，如15N標記了某原始生殖細胞的所有DNA，將其放在含14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，原始生殖細胞連續(xù)分裂形成成熟生殖細胞。形成的成熟生殖細胞中染色體與DNA的標記情況如圖3所示。

說明：上下對應的兩個DNA分子表示同源染色體。橫畫的虛線表示減數第一次分裂后期，同源染色體分離;豎畫的虛線穿過著絲粒，表示減數第二次分裂后期，著絲粒分裂，姐妹染色單體分離。

三、用元素標記圖解法解決染色體標記問題的步驟

第一步，用元素標記圖解法表示染色體的DNA分子。

第二步，畫出第一次復制后的子代DNA分子（圓點表示著絲粒，虛線代表著絲粒分裂）。

第三步，畫出第二次復制（分裂）后細胞染色體的DNA標記情況。

第四步，若繼續(xù)推測后期情況，可想象著絲粒分裂，染色單體分開的局面，進而推測子細胞染色體的情況。

四、用元素標記圖解法解決染色體標記的各種問題

（一）明確復制后形成的子代DNA分子在哪里的問題

一個DNA分子復制后，形成兩個子代DNA分子，這兩個子代DNA分子是什么關系？在哪里？單獨學習DNA的復制時，學生不難理解DNA復制后會形成兩個子代DNA分子，而在細胞分裂中，這兩個子代DNA分子在哪里，學生往往就糊涂了。只要明確本質問題，就容易突破認知誤區(qū)。元素標記圖解法可讓學生明確本質問題，如圖4所示。

圖4上下對應，由此學生即可明白一個DNA分子復制后形成的兩個子代DNA分子其實就在兩條姐妹染色單體上。把握這一點有助于學生解決許多染色體標記問題。

（二）一次有絲分裂的問題

[例1]用32P標記玉米體細胞（含20條染色體）所有染色體上DNA分子的兩條鏈，再將這些細胞轉入不含32P（含31P）的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)。這些細胞在第一次細胞分裂的中期，一個細胞中被32P標記的染色體條數和染色體上被32P標記的DNA分子數分別是（ ）。

A.20，20? ? B.20，40? ? ?C.10，20? ? ?D.40，40

用元素標記圖解法指導解題，如圖5所示。

元素標記圖解法直觀體現(xiàn)了原染色體和DNA以及后來的染色體和DNA的變化。在有絲分裂中期，姐妹染色單體未分離，依然連在同一個著絲粒上，一條染色體有兩個DNA分子，所以在有絲分裂中期染色體和DNA的標記情況應為選項B。

（三）兩次連續(xù)有絲分裂的問題

[例2]假定某高等生物體細胞的染色體數是10條，其中染色體中的DNA用3H-胸腺嘧啶標記。將該體細胞放入不含有標記的培養(yǎng)液中連續(xù)培養(yǎng)2代，則在形成第2代細胞的有絲分裂后期，沒有被標記的染色體條數為（ ）。

A.5? ? ? ? ? ? ? B.40? ? ? ? ? ? C.20? ? ? ? ? ? D.10

用元素標記圖解法指導解題，如圖6所示。

①說明：畫一條虛線穿過著絲粒，表示著絲粒一分為二，姐妹染色單體移向兩極，進入兩個子細胞。同時也體現(xiàn)子細胞中染色體和DNA的標記情況，即每條染色體均被3H標記，每個DNA分子均被3H標記，但每個DNA分子中一條鏈被3H標記，一條鏈沒有被3H標記。

②說明：形成的子細胞進行第二次有絲分裂的染色體和DNA的標記情況。著絲粒未分裂時，一條染色體兩個DNA分子，染色體均帶標記，其實只是其中的一個DNA分子的一條鏈被標記，因為著絲粒未分裂，所以仍視為染色體均帶標記。

③說明：第二次有絲分裂后期著絲粒分裂，因此以虛線穿過著絲粒來表示。但因為此時是后期，雖然姐妹染色單體分離，但還在一個細胞中。因此，用元素標記圖解法可直觀追蹤和體現(xiàn)第2代細胞的有絲分裂后期，一半染色體被3H標記，一半染色體沒有被3H標記。即選D。

變式：假定某高等生物體細胞的染色體數是10條，其中染色體中的DNA用3H-胸腺嘧啶標記，將該體細胞放入不含有標記的培養(yǎng)液中連續(xù)培養(yǎng)2代，則在形成的第2代細胞中被標記的染色體條數為? ? ? ? ? ? ?。

用元素標記圖解法指導解題，圖解同圖6。

變式題考查的是完成第二次有絲分裂后形成的子細胞中染色體被標記的情況。引導學生思考想象，有絲分裂后期姐妹染色單體的分離是隨機的，第二次復制后所形成的染色單體情況是3H/1H·1H/1H，隨機移向兩極后子細胞中則可能都是被標記的染色體，也可能都不是被標記的染色體，還可能部分是被標記的染色體。因此，在形成的第2代細胞中被標記的染色體條數為0～10條。

（四）減數分裂的問題

有絲分裂可以只用一條染色體表示，但減數分裂必須體現(xiàn)同源染色體。

[例3]假設將含有一對同源染色體的精原細胞的DNA分子用15N標記，并供給14N的原料，則該細胞進行減數分裂產生的4個精子中，含15N標記的DNA的精子所占比例為（ ）。

A.0? ? ? ? ? ?B.25%? ? ? ? ? C.50%? ? ? ? ? ? D.100%

用元素標記圖解法指導解題，如圖7所示。

①說明：同源染色體中間一條虛線穿過，代表同源染色體分離。

②說明：姐妹染色單體之間虛線穿過“·”，代表著絲粒分裂，姐妹染色單體分離，同時也體現(xiàn)一對同源染色體的四條單體分別進入四個配子中。由圖解可知，四個配子均被15N標記。即選D。

（五）先有絲分裂后減數分裂的問題

[例4]如圖8所示，將A細胞中兩對同源染色體的雙鏈DNA用15N作標記，放在14N的培養(yǎng)液中進行兩次分裂，則E細胞中被15N標記的染色體有? ? ? ? ? 條。

由圖8可知，A細胞先進行了一次有絲分裂后，再進行一次減數分裂，即復制了兩次。用元素標記圖解法指導解題，如圖9所示。

由圖9可知，有絲分裂時同源染色體未分離，姐妹染色單體分離，因此有絲分裂形成的子細胞染色體是15N/14N;進行第二次復制后，形成15N/14N·14N/14N;染色單體存在時，所有的染色體均被15N標記，其實只是2個DNA分子中的其中一條鏈被15N標記;著絲粒分裂，則一半染色體有標記，一半染色體沒有標記。因此E細胞（MⅡ后期，次級卵母細胞）中被15N標記的染色體有 2 條。

元素標記圖解法可快速解決染色體標記的系列問題。解題的關鍵是要抓住3個要點——DNA的半保留復制方式、復制的次數、分裂類型，從而確定畫圖時是否需要體現(xiàn)同源染色體。抓住以上要點后就可以根據題目要求畫圖解決問題。元素標記圖解法能夠更清楚明了地呈現(xiàn)細胞分裂中的DNA復制、DNA標記、染色體標記等情況，使學生更易于理解突破，且簡單好畫，還能將姐妹染色單體、同源染色體予以區(qū)分，有利于學生解決問題能力和思維能力的培養(yǎng)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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（責任編輯 黃春香）