日本中学生物学教材中DNA含量变化曲线分析

章 青

(江苏省苏州实验中学 215011)

在日本数研出版株式会社2007年版中学《生物(修订版)》教材(以下简称日本教材)中，对细胞分裂过程中DNA含量变化曲线进行了详细说明，这对于了解有丝分裂与减数分裂过程中，细胞中的核DNA含量及每条染色体中DNA含量变化很有帮助。本文介绍日本教材中有关细胞分裂过程中DNA含量变化曲线，以及这种曲线对教学的启示。

1 日本教材中DNA含量变化曲线

1.1 细胞分裂过程中DNA含量变化曲线 日本教材在生物II的细胞分裂内容中，用坐标曲线表示了细胞分裂过程中每个细胞中的核DNA含量变化(图1)，其中，DNA复制发生在间期中的S期，在有丝分裂过程中，分裂末期由于形成两个子细胞，而使DNA含量减半。在减数分裂过程中，第一次分裂末期由于形成两个子细胞，每个细胞中核DNA含量减少一半，在第二次分裂末期又一次减半。从这里可以看出，DNA含量减半都是发生在每个时期的分裂末期，形成子细胞时。

图1 细胞分裂过程中DNA含量变化

1.2 有丝分裂过程中每条染色体中DNA含量变化曲线 生物体细胞在进行有丝分裂时，每个细胞的核DNA及每条染色体中DNA含量变化的曲线如图2所示。图示了有丝分裂过程中每条染色体的变化，在间期进行DNA复制，每个染色体的DNA含量加倍，每个细胞中的核DNA含量也加倍，而在有丝分裂后期由于着丝点分裂，两个染色单体分开成为两个染色体，这样每条染色体中只有1个DNA分子，但此时还没有形成两个细胞，细胞中的核DNA含量与前期、中期相同，在末期时由于形成了两个细胞，这样末期结束时每个细胞中的核DNA含量减半。

图2 有丝分裂过程中DNA含量变化曲线

1.3 细胞有丝分裂过程中DNA含量变化曲线的解释 为了解释细胞有丝分裂过程中细胞核DNA与染色体中的DNA含量的变化，又采用图3加以说明；分裂间期的G1期细胞中还没有进行复制，每条染色体中只有1个DNA分子，细胞中核DNA含量与染色体数目相同。S期进行DNA复制，复制完成后，在G2期，每条染色体含有2个染色单体，每个染色体有2个DNA分子。在分裂期的前期、中期每条染色体均含有2个DNA分子，后期由于着丝点分裂，两个染色单体分开成为两条染色体，这样每个染色体中只有1个DNA分子，但后期的这些染色体还在一个细胞中，因此，细胞中的核DNA数目与前期、中期是相同的。在末期，由于形成了两个细胞，每个细胞中的染色数目比后期减少一半，核DNA分子数目也减少一半，每个细胞中的核DNA含量就与复制前的G1期相同了。

图3 有丝分裂过程中DNA变化曲线图解

1.4 细胞减数分裂过程中DNA含量变化曲线的解释 在减数分裂过程中，每个细胞的核DNA与每个染色体中DNA含量变化如图4所示。图中在复制前有2条染色体，每条染色体中不含染色单体，这样每条染色体中有1个DNA分子，整个细胞中有2个核DNA分子，复制完成后的G2期，及初级精(卵)母细胞时期，每条染色体中含有染色单体，这样每个染色体中含有2个核DNA分子，整个细胞中含有4个核DNA分子。在减数第一次分裂末期，由于同源染色体分离，在次级精(卵)细胞或极体中染色体数目减半，但每个染色体中还存在染色单体，这样每个染色体中仍然有2个DNA分子，但整个细胞中由于染色体数目减半使核DNA分子数也减半为2个。在减数第二次分裂由于着丝点分裂，染色单体消失，每个染色体中只有1个DNA分子，但在此时间整个细胞中的DNA含量并没有变化，仍然是2个DNA分子，这样形成精(卵)细胞或第二极体中只有1个染色体，1个DNA分子。

2 日本教材中DNA变化曲线的启示

日本教材中DNA含量变化曲线将DNA含量变化与染色体的行为联系在一起，显然有利于学生理解每条染色体中DNA含量变化的原因。而我国高中生物学教材中缺少这种曲线，自从2004年上海高考试题中出现过这种曲线图后，其他试题中便出现了类似的试题。这种有利学生理解染色体行为的曲线是值得借鉴的。

我国高中生物学教材与参考资料中有关细胞分裂过程中DNA含量变化曲线是常见的，但对于DNA含量的减半发生在什么时期，不同的资料上说法不同，例如，有的认为在后期结束时，理由是核分裂在后期结束时开始，这是从细胞核分裂的角度分析的；也有人认为是在末期结束时，理由是细胞完成分裂是在末期，这是从整个细胞分裂的角度分析的。实际上，在分裂期核膜消失后，就不能说染色体在细胞核中了。因此，细胞核中DNA含量实际上是针对一个细胞来说的，不能只考虑核中DNA，而不考虑细胞质中的DNA。因此，对细胞核中的DNA应该理解为“细胞中的核DNA”，这种表述更加科学合理。

图4 减数分裂过程中DNA变化曲线图解