多模型结合分析比较细胞分裂

汤良文

细胞分裂是基本的生命活动之一，真核细胞的分裂方式包括无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。有丝分裂和减数分裂是个体生长、发育、遗传变异等生命现象的基础，其中学习和掌握有丝分裂和减数分裂过程中DNA、染色体等含量变化规律是教学的难点，过程复杂，题型多变，是理解遗传规律的基础。

一、减数分裂过程中相关数量变化的模型分析

1.模型构建的程序

首先，认识基本概念是建模的基础，这里面涉及很多概念，如同源染色体、染色单体、联会、四分体等，理解这些概念之间的相互关系是学习减数分裂的基础；其次，学习和认识减数分裂的过程，尤其是此过程中染色体的数量和行为变化；第三，再以人体精卵细胞的形成过程为例构建数学模型，这种数学模型可以以表格的形式表示减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA等数量变化规律，也可以以曲线图的形式描述其数量变化规律，表格模型可以让学生在教师的指导下独立完成，曲线模型可以指导学生尝试构建；第四，构建人体性原细胞减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA等数量变化规律的模型。模型如下：2.模型要点

根据构建模型的顺序和要求得到如上模型（模型分析一）。要点如下：

（1）N和2N的含义；

（2）人体生殖细胞形成过程中染色体、染色单体及DNA的数量变化的表格模型；

（3）染色体、染色单体及DNA变化的曲线模型；

（4）人体生殖细胞形成过程中染色体、染色单体及DNA的数量变化的物理模型。

3.模型分析

掌握染色体的行为和数量变化才能掌握减数分裂的实质。由于染色体是遗传物质DNA的载体，通过模型分析我们就能更好地认识遗传物质在世代中的传递方式。数学模型虽然让我们直观地认识有关量的变化规律，但解决具体问题时仍比较棘手，尤其是涉及人体细胞的减数分裂时。所以以人体细胞减数分裂为例构建物理模型能更加具体地帮助我们认识染色体等的变化规律，在此基础上更深刻地认识减数分裂的过程实质。

数学模型有利于我们认识染色体、DNA等的变化趋势和规律；而物理模型更加突出染色体的行为变化，并有助于理解染色体行为变化和遗传物质DNA数量变化的关系，所以能使学生更好地在染色体的水平上认识DNA在有性生殖过程中的传递方式。不同模型的结合从不同的角度认识减数分裂的过程和实质，帮助学生更加深刻地理解有性生殖的实质，能取得理想的教学效果。

二、有丝分裂过程中相关数量变化的模型分析

1.模型构建的程序

首先，认识染色体和DNA的关系是建构模型的基础；其次，认识有丝分裂的过程，尤其是熟悉染色体在有丝分裂过程中的行为变化；第三，再以人体精卵细胞的形成过程为例构建数学模型，通过数学模型反映有丝分裂过程中染色体、染色单体、DNA等数量变化规律，模型可以以表格的形式表示，也可以以曲线图的形式描述；第四，以人体精卵细胞的形成过程为例构建物理模型。模型如下：

2.模型要点

（1）N和2N的含义；

（2）人体体细胞分裂过程中染色体、染色单体及DNA的数量变化的表格模型；

（3）染色体、染色单体及DNA变化的曲线模型；

（4）人体体细胞分裂过程中染色体、染色单体及DNA的数量变化的物理模型。

3.模型分析

掌握有丝分裂过程中染色体、DNA等行为变化和数量变化规律才能理解有丝分裂的实质，才能理解有丝分裂在个体的生长、发育以及遗传和变异等生命活动过程中的意义。

以人体细胞的分裂为例，通过不同模型的结合从不同的角度直观地再现和分析染色体等相关数量变化规律，借助数学模型可直观地分析各种量的变化趋势，借助物理模型可直观地分析染色体的行为变化，由此能帮助学生更好地理解如何通过染色体的分离把复制的两个DNA分配到两个子细胞当中去。

在教学中，教师应构建物理模型分析染色体行为的具体变化，指导学生尝试构建曲线模型，培养学生思维转换能力和建模能力。

三、利用模型解决相关试题

【例1】某动物的精原细胞在减数分裂过程中形成4个四分体，则次级精母后期细胞中染色体数、染色单体数和DNA分子数为（）。

A.4、8、8B.2、4、8C.8、16、16D.8、0、8

解析：4个四分体有8条染色体，减数第一次分裂结束，染色体数减半。减数第二次分裂后期着丝点分裂，染色体暂时加倍，为8条，DNA也为8个，染色单体降为0。可以根据染色体、DNA的变化曲线直接判断，曲线初始染色体、DNA为8，也可以通过物理模型直接判断。答案为D。

【例2】某真核生物的体细胞有丝分裂后期染色体数为8，那么该细胞有丝分裂前期染色体、染色单体及DNA数分别是（）。

A.4、4、8B.8、4、8C.4、8、8D.4、8、4

解析：由有丝分裂过程的曲线模型可以直接判断后期染色体为8，前期染色体就是4，可以直接判断DNA的含量，通过物理模型也可直接判断。答案为C。

（责任编辑黄春香）endprint