生物解题建模正当时

晏廷波

模型是对原型的抽象和概括，人们通过研究模型来揭示原型的形态、特征和本质.《普通高中生物课程标准》指出：要让学生领悟建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用，人教版必修一《分子与细胞》不仅介绍了模型的类型，同时向学生提供活动的样本，例如光合作用过程的图解（概念模型）.考纲明确要求考生具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括建立模型与系统分析等科学研究方法.在高中生物教学中，恰当运用模型建构教学，能为学生提供解决问题的原型，指导学生探索，同时激发学生的创造性思维，以下是笔者在教学中的一些探究，以期与同行进行交流.

一、“补偿点”移动问题

光照条件下，植物光合作用强度与呼吸作用强度相等时所对应的光照强度、CO2浓度分别称为光“补偿点”和CO2“补偿点”.环境条件改变时“补偿点”移动问题是考查的难点和热点，建立数学模型可以帮助师生直观感受“补偿点”的移动情况.

例1科学家研究20℃时小麦光合作用强度与光照强度的关系，得到如图1所示曲线A，请据图分析回答：

（1）其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点（光补偿点）移动方向为（填“左移”“右移”或“不变”）.

二、“從性遗传”问题

从性遗传是指由常染色体上基因控制的性状，在表现型上受个体性别影响的现象.涉及从性遗传的问题时，师生往往受困于表现型、基因型和性别之间的关系.建立数学模型可以达到快速判定基因型所对应的表现型.

例2食指长于无名指为长食指，反之为短食指，该相对性状由常染色体上一对等位基因控制（TS表示短食指基因，TL表示长食指基因）.此等位基因表达受性激素影响，TS在男性为显性，TL在女性为显性.若一对夫妇均为短食指，所生孩子既有长食指又有短食指，则该夫妇再生一个孩子是长食指的概率为（）.

A.1/4B.1/3C.1/2D.3/4

解析本题考查遗传性状的概率计算问题.进行概率计算，首先理清表现型、基因型和性别之间的关系.由于人的性别决定方式为XY型，根据题意，手指性状与基因型的关系如下表2所示.

三、基因，DNA，染色体（单体）关系问题

基因、DNA复制结合有丝（减数）分裂时对染色体（单体）的分配去向问题往往令师生纠缠不清.

图3例3蚕豆根尖细胞（2N=12）在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况

是（）.

A.每条染色体的两条单体都被标记

B.每条染色体中都只有一条单体被标记

C.只有半数的染色体中一条单体被标记

D.每条染色体的两条单体都不被标记

解析本题主要考察DNA半保留复制，考生需要对染色体、染色单体、DNA和脱氧核苷酸单链四个概念进行分析，明确他们之间在数量、结构、 空间位置等方面的联系.建立它们之间关系的模型（如图3）使解题变得直观有效.

DNA复制是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H（如图3），然后在不含放射性标记的培养基中继续培养至中期，每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一条染色体的两条染色单体上，其中一个DNA分子的一条链含3H（图略）.答案：B

例4（2010安微理综）雄蛙的一个体细胞经有丝分裂形成两个子细胞（C1，C2），一个初级精母细胞经减数第一次分裂形成两个次级精母细胞（S1，S2），比较C1与C2，S1与S2细胞核中DNA数目及其贮存的遗传信息，正确的是（）.

A.DNA数目C1与C2相同，S1与S2不同

B.遗传信息C1与C2相同，S1与S2不同

C.DNA数目C1与C2不同，S1与S2相同

D.遗传信息C1与C2不同，S1与S2相同

解析细胞核中DNA在染色上，DNA中碱基对的排列顺序就是遗传信息.已知核基因在染色体上，基因是有遗传效应的DNA片段，根据上述信息可知：细胞核遗传信息相同，核基因组成（基因型）必然相同.所以本题中判定细胞核中遗传信息是否相同，可以转换为判定子细胞的基因型是否相同.建模过程如下：设蛙的体细胞基因型为AaXBY（遵循基因自由组合定律），有丝、减数分裂过程中不同时期细胞的基因型如表3所示.

C1、C2是细胞有丝分裂形成的，有丝分裂是亲代细胞的DNA经复制后（基因复制）平均分配到两个子细胞中，保持遗传物质的稳定性，所有C1和C2的遗传信息相同（基因型都是AaXBY），S1和S2是减数第一次分裂形成的两个次级精母细胞，减数第一次分裂是DNA经复制后随同源染色体平均分给2个子细胞，染色体数目减半，有染色单体，无同源染色体，遗传信息不同（常染色体上基因可能不同，XY两条性染色体上基因不同）.答案：B

四、模型建构建议

建构（construct）一词通常运用于建筑学，指把事先造好的材料，诸如钢筋、水泥之类，通过合成建造成为一个新的结构性产品.在模型建构过程中，由于师生生活阅历，知识背景不同，个体对同一事物的建构是不一样的.因此在日常教学中，首先完成基本概念及其关系的建构，例如先阐明基因和DNA，DNA和染色体的关系（图3），之后建构基因和染色体的关系.上述展开工作做得越好，以后的压缩（简化）越容易，只需用简易图示便可以解答许多难题.例如已知二倍体生物细胞有丝或减数分裂某一时期细胞的基因型，即可判断其他细胞中染色体数目，染色单体数目，染色体组数目，DNA数目.

（收稿日期：2016-11-05）