借鉴国外教材拓展复习内容<br/>——以“染色体结构变异”为例

借鉴国外教材拓展复习内容
——以“染色体结构变异”为例

2018-12-07江苏

教学考试(高考生物) 2018年5期

江苏

笔者通过比较美国教材（卡明斯/本杰明出版公司出版的《中学生物（第三版）》教材（以下简称美国教材）、日本数研株式会社出版的2007版中学《生物（修订版）》教材（以下简称日本教材）和人教版高中生物教材中有关染色体结构变异内容，发现他们所采用的方法各有特色，国外教材处理的方法值得我们参考与借鉴，对复习有所启发，下面结合实例进行说明。

1.三本教材中染色体结构变异内容的比较

1.1 美国教材中染色体结构变异内容

美国教材中染色体结构变异图解如图1所示，染色体变异包括染色体结构变异与数目变异，美国教材对染色体结构变异的处理依次为（a）缺失、（b）重复、（c）颠倒（倒位）、（d）交换（易位），此模式图中的大写字母表示染色体的区段。此种处理是从概念本质的角度来说明，图解直观地表示了染色体结构变异的四种类型，这样学生可以从图中观察、了解四种染色体结构变异的特点，同时四种变异的术语也容易记忆。

图1 美国教材中染色体结构变异图解

1.2 日本教材中染色体结构变异内容

日本教材对染色体结构变异内容的处理如图2所示，这种处理方式表示在联会时期的情形，正常染色体与变异染色体配对时出现的异常现象，这样就可以用光学显微镜进行观察。

图2 日本教材中染色体结构变异图解

通常说的“染色体变异可以在光学显微镜下观察到”，那么倒位是如何观察到的呢，日本教材中联会时期的特点为我们找到了观察的方法。

日本教材是从概念的本质及观察的角度来说明，染色体变异与基因突变的区别之一就是染色体变异在光学显微镜下可以看见，但如果是在有丝分裂过程的中期进行比较观察，仅从长度上进行比较，有时很难区分。实际上，区别两者的最佳方法是联会时期，日本教材中的图解就是从这个角度解析的，从日本教材的图解中还可以看出，倒位染色体与正常染色体进行联会时，会出现倒位环，这在光学显微镜下可以看到。

1.3 人教版教材中染色体结构变异内容

人教版教材对染色体变异内容的处理，与美国教材基本相同，主要区别是人教版教材中易位的两条非同源染色体长度上没有区分开来，并且变异类型没有明确标出，只是用文字描述了相关变异类型。这样处理使学生通过阅读能理解染色体变异的内涵，但没有标出相关的变异术语。

2.三本教材中染色体结构变异内容的比较带来的启示

2.1 三种版本教材的处理方法带来的启示

三本教材对染色体变异内容的处理角度有所区别，各有所长，教师在教学中要结合美国教材、日本教材补充相关内容，这可以在复习课中加以完善。人教版教材与美国教材中对此内容的处理都是从概念的角度来进行的，通过图形直观观察就可以发现这些变异的特点，其中人教版教材的内容中要增加不同变异的名词术语，并且在易位的处理上要特殊说明“发生在两条非同源染色体之间”，由于人教版教材中的两条非同源染色体的长度相同，只是在着丝点的位置上进行了区分，这样学生容易与同源染色体之间的交叉互换相混淆，教师应该加以说明。在如何用光学显微镜观察这些染色体结构变异的处理上，教师要补充日本教材中的联会图形，让学生进行区分。

2.2 关于“易位”内容的教学建议与拓展

在易位的处理方面美、日两本教材有所区别，究竟哪个是正确的呢？易位是指一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上，从而引起变异的现象。这里有两种情况：一条染色体的片段移接到另一条非同源染色体上，这是单向易位，如日本教材中易位图解［图2（d）］；如果两条非同源染色体之间相互交换片段，叫作相互易位，这种易位比较常见，如美国教材中的易位图解［图1（d）］。人教版教材上图形表示的是相互易位，但这两条染色体大小相同，学生容易误解为同源染色体，如果与美国教材相似，两条染色体的大小不一样就更好了。教师在教学中可以对这两种情况作出说明，让学生全面理解易位的知识。

三本教材都没有说明易位染色体是如何联会的，如何通过显微镜的观察来辨认易位呢?单向易位可以从图3看出，可以出现“T”字形构型，这在光学显微镜下可以观察到，但如果是相互易位如何观察呢?在减数分裂联会时期，相互易位可出现典型的“十”字形构型（如图4）。易位的直接后果是使原有的连锁群改变。易位杂合体所产生的部分配子含有重复或缺失的染色体，从而导致部分不育或半不育。

图3 单向易位及其联会

图4 相互易位及其联会

3.染色体结构变异内容在复习中的应用

3.1 注意几种特殊联会图形的区别

染色体结构变异中，在联会时会出现什么现象，如重复、缺失、易位、倒位等如何通过观察其在联会时出现的现象进行区分，这可以结合减数分裂联会时同源区段的配对来理解，如例1。

【例1】如图5中甲～丙所示的是细胞减数分裂过程中出现的联会异常行为，字母表示染色体上的几个片段中的基因，下列相关叙述错误的是（）

图5

A.图中可以看出能够联会的部分是染色体的同源区段

B.若去掉图甲上的所有字母，既可能是缺失也可能是重复

C.图乙中未发生变异前，B与C基因不在同一条染色体上

D.图丙中两条染色体中都发生了相同的染色体结构变异

【解析】图中三种情况在联会时都能看到，联会的两条染色体的部分含有等位基因，说明是同源的部分；若去掉图甲上的所有字母，如上面一条染色体正常，则表示缺失，如下面一条染色体正常，则表示重复；图乙中非同源染色体之间发生双向易位，未发生变异前，A和B基因在同一条染色体上，C与D基因在同一条染色体上；图丙外侧的染色体正常，而内侧的染色体发生倒位，D错误。

【答案】D

3.2 注意染色体结构变异与交叉互换、基因突变的区别

交叉互换发生在减数第一次分裂的联会时期，是一对同源染色体的两个非姐妹染色单体之间互换了一段，这种变异类型属于基因重组，而易位是发生在两条非同源染色体之间。染色体结构变异中缺失与重复是指染色体中缺少或重复了一个片段，而这一段染色体中含有一段DNA，缺少与重复的是一个或多个基因，基因的数目发生了改变，而基因突变中的缺失与增添是指基因中缺少与增加了一个或多个碱基对，形成等位基因，基因种类改变，但基因的数目没有改变，如例2。

【例2】如图6中①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的片段2由1变异而来。有关说法正确的是（）

图6

A.图①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期

B.图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失

C.图④中的变异属于染色体结构变异中的重复

D.图中4种变异都属于可遗传的变异

【解析】①是基因重组的交叉互换，②属于相互易位，③是碱基对的缺失，属于基因突变，④不能确定是缺失还是重复，如果上面一条染色体正常则为缺失，若下面一条染色体正常则为重复。可遗传变异包括基因突变、基因重组、染色体变异，这4种变异都是可以遗传的变异。

【答案】D

3.3 染色体结构变异与遗传规律综合应用

染色体结构变异有时可以与遗传规律相结合，这样使问题变得复杂化，重在考查学生的分析问题与应用知识的能力，有利于培养学生的科学思维能力，如例3。

【例3】玉米籽粒黄色基因R与白色基因r是位于9号染色体上的一对等位基因，已知无正常9号染色体的花粉不能参与受精作用。现有基因型为Rr的黄色籽粒植株甲，其细胞中9号染色体如图7中①所示。

图7

（1）以植株甲为母本，正常的白色籽粒植株为父本进行杂交，结果子代黄色籽粒与白色籽粒比为_________ 。

（2）以植株甲为父本，正常的白色籽粒植株为母本进行杂交，结果子代表现型及其比例为_________ 。

（3）如果以②植株为父本，正常的白色籽粒植株为母本进行杂交，产生的F1中发现了一株黄色籽粒植株，经检测染色体组成无异常，出现这种现象的原因是_________ 。

（4）如果用③所示黄色植株为父本，正常的白色植株为母本进行杂交，子代植株中黄色与白色比为_________ 。

（5）玉米的非甜与甜分别是由位于4号染色体上A与a基因控制，一植株的染色体组成如④所示，若该植株自交，子代黄色非甜玉米所占比例为_________ 。

【解析】（1）甲作母本时，能产生两种卵细胞R∶r =1∶1，与精子r结合，产生Rr∶r r比为1∶1。（2）甲作父本时，由于无正常9号染色体的花粉不能参与受精作用，因此只能产生一种含有正常9号染色体的精子：R或r，与r卵细胞结合，子代基因型为Rr或rr，即全为黄色或全为白色。（3）正常情况下，②作为父本只有r的花粉可以受粉，与白色母本杂交后则不能产生黄色籽粒植株。现在后代有黄色植株出现，则可能是父本产生精子过程中，在联会时期发生了交叉互换，R与r基因发生了互换，或者是正常染色体上的r基因突变成了R基因。（4）③为三体，在减数分裂中同源染色体分离时，分配到两极是随机的，如图8所示，由于没有正常9号染色体的配子是不可育的，这样形成3种配子，与r基因的雌配子结合后，形成的后代为黄色∶白色为2∶3。（5）④所示个体产生4种配子，但不含正常9号染色体的r基因的花粉是不可育的，这样雄配子只有2种，雌配子有4种，雌雄配子随机结合如下表所示，结果黄色非甜玉米所占比例为3/4。