关于“细胞分裂中染色体与DNA的放射性追踪”试题特点及难点突破

吴春萍 金 莉

（1 北京市京源学校 北京 100040 2 北京市古城中学 北京 100043）

细胞分裂是生物体生长、发育、遗传和变异的基础，是高中生物学教学的重点内容。有丝分裂是真核生物体细胞增殖的主要方式，在必修1“细胞的生命历程”［1］章节进行教学；减数分裂是真核生物产生生殖细胞的方式，在必修2“基因和染色体的关系”章节进行教学。DNA 分子的复制方式是半保留复制，1958年由科学家通过同位素示踪技术和密度梯度离心技术证实，也是高中生物学教学的重点内容，在必修2“基因的本质”章节进行教学。虽然3 个知识在教学中是分散的，分别处于不同的知识体系，但它们存在密切联系。有丝分裂和减数分裂过程中染色体行为变化存在异同，在教学中常会将二者进行比较教学，2 种分裂方式的间期都进行核DNA 的复制。有一类题型正是抓住三者之间的联系，对学生的知识和能力进行综合考查。下面将对这类试题的特点进行分析，对学生的解题思维进行诊断并提出难点突破策略。

1 试题分析

1.1 试题举例

例题1：用32P 标记了玉米体细胞（含20 条染色体）的DNA 分子双链，再将这些细胞转入不含32P 的培养基中培养，在第2 次细胞分裂的中期、后期，1 个细胞中的染色体条数和被32P 标记的染色体条数分别是（ ）。

A．中期20 和20、后期40 和10

B．中期20 和10、后期40 和20

C．中期20 和20、后期40 和20

D．中期20 和10、后期40 和10

例题2：将含有2 对同源染色体且DNA 分子都已用32P 标记的1 个精原细胞，放在不含32P 的普通培养液中进行减数分裂。下列有关叙述正确的是（ ）。

A．初级精母细胞中，每条染色体中有1 条单体含有32P

B．初级精母细胞中，半数的染色体中1 条单体含有32P

C．某个时期的次级精母细胞中，半数的染色体含有32P

D．此细胞产生的4 个精子中所有的染色体都含有32P

例题3：将某个经3H 充分标记DNA 的雄性动物细胞（染色体数为2N）置于不含3H 的培养基中培养，经过连续2 次细胞分裂。下列有关说法正确的是（ ）。

A．若进行有丝分裂，则子细胞含3H 的染色体数一定为N

B．若进行减数分裂，则子细胞含3H 的DNA分子数为N／2

C．若子细胞中染色体都含3H，则细胞分裂过程中可能发生基因重组

D．若子细胞中有的染色体不含3H，则原因是同源染色体彼此分离

1.2 试题特点分析 依据《普通高等学校招生全国统一考试北京卷考试说明》，生物学科命题以考查学生的生物科学素养为目标，考查学生对生物学基础知识的理解与应用，着重考查获取新知识，处理不同形式信息及分析解决实际问题的能力。上述试题充分体现这一宗旨和目标，考查学生“在给定情境中，运用生物学知识得出结果或给出答案”的能力［1］。

例题1 将有丝分裂与DNA 分子的半保留复制结合考查；例题2 将减数分裂与DNA 分子的半保留复制结合考查；例题3 将有丝分裂和减数分裂与DNA 分子的半保留复制结合考查。细胞分裂和DNA 复制都是微观水平的动态生命过程，相对抽象，学生在理解和记忆上本身就存在一定的困难。而这样将2 个知识点结合的考查，测试了学生在较复杂的情境中运用有丝分裂、减数分裂和DNA 半保留复制知识进行分析、判断、推理和评价的能力，综合性强，难度更大。

2 学生思维诊断

在实际教学中发现：当单独考查知识点时，大部分学生能正确作答，但当细胞分裂与DNA 分子的半保留复制结合考查时，大部分学生在分析子代DNA、染色体、染色单体或细胞的放射性标记情况时就出现了问题，正确率明显下降。究其原因，主要有以下2 点：

1）部分学生在解答这类问题时不画图，只凭想象。有丝分裂和减数分裂的过程中染色体行为变化过程及利用放射性同位素追踪DNA 分子的半保留复制都是动态过程，并且考查时往往涉及细胞分裂2 次或以上，容易混淆，只凭想象作答，势必容易出错。

2）有的学生在解题时使用了画图法，但存在困难。以例题1 为例，学生能分别画出有丝分裂过程中染色体行为变化和放射性同位素追踪下的DNA 半保留复制过程（图1）。但是不能将DNA 和染色体建立联系，无法判断细胞中染色体的放射性标记情况。

图1 有丝分裂过程中染色体与DNA 的复制

例如学生在画图时出现图2所示的错误。明明画的是染色体复制过程，但放射性标记情况显示，学生将染色体上的一条染色单体等同于DNA 的一条单链，将染色体复制过程与DNA 半保留复制过程混淆了。出现这种错误的原因在于画图时用同一种图形表示2 种不同的事物，同是一条线段，在DNA分子中表示DNA 的一条链，在染色体中表示一条染色单体，二者结合考查时，就混淆了。

图2 学生错例

综上所述，学生不能顺利解决问题的症结在于：不会将有丝分裂分裂过程中染色体行为变化和DNA 分子的半保留复制结合起来画图分析。

3 难点突破

解决这个问题首先需要帮助学生建立DNA和染色体的联系。染色体是由DNA 和蛋白质组成的结构，未复制的染色体中含1 个DNA 分子，复制后的染色体具有2 条姐妹染色单体，含2 个DNA 分子。在有丝分裂后期，着丝粒分裂，染色单体分离进入不同的子细胞，又恢复为1 条染色体中1 个DNA 分子。

如何用画图的方法简单准确地表示此动态过程？笔者阅读文献和教辅，发现常见的画图方法如图3：用方框表示染色体或染色单体，线段表示DNA 分子的2 条链，以分析细胞中染色体和DNA的放射性标记情况。这种方法相比之下，能在一定程度上解决学生画图易混淆的问题，但是画图过程中线条较多，信息不够简化。

图3 连续2 次有丝分裂过程中染色体与DNA 的放射性追踪示意图

笔者经过思考，在这种方法基础上进行了改进，使信息更简洁且不易出错。如图4所示，改进主要包括2 点：①用双螺旋表示DNA 分子，学生看到双螺旋结构一定不会将DNA 分子的单条链与复制后染色体中的一条染色单体相混淆；②用双色笔画图，2 种颜色清晰区分有放射性的DNA链与无放射性的DNA 链，避免在画图过程中因为粗心丢失放射性标记“*”而出错。

图4 连续2 次有丝分裂过程中染色体与DNA 的放射性追踪示意图改进版

由于有丝分裂过程中，每条染色体行为变化是一致的，所以考查连续2 个细胞周期内的有丝分裂过程时，画图时画一条染色体行为变化即可。但减数分裂过程中，由于同源染色体存在联会和分离行为，所以当减数分裂与DNA 半保留复制结合考查时必须画出一对同源染色体的行为变化，如例题2（图解见图5）。

图5 减数分裂过程中染色体与DNA 的放射性追踪示意图

解答例题3，需将有丝分裂过程中染色体和DNA 的放射性追踪和减数分裂过程中染色体与DNA 的放射性追踪进行比较，有了上述解题策略，例题3 的解答水到渠成。

笔者在教学中指导学生应用这种方法，正确率有明显提升。学生反馈这样的图解信息更简化，不易出错。

4 小结

综合上述分析，解答此类题型需注意以下几点：

1）必须画图。

2）画图时需做到：①用双螺旋表示DNA 分子。②用双色笔画图，不同颜色分别表示DNA 分子中的放射性脱氧核苷酸链和无放射性脱氧核苷酸链。为了防止画图过程中忘记哪种颜色表示放射性DNA 链，重新花费时间去分辨，有一个小技巧能起到事半功倍的效果：先用一种颜色的笔写出题中所用的放射性元素（例如3H、32P 等），后面画图时就用这种颜色表示放射性DNA 链，用另一种颜色表示无放射性DNA 链。③一般情况下考查连续2 个细胞周期内的有丝分裂过程，画图时只需要画1 条染色体行为变化，而考查减数分裂过程时，需画1 对同源染色体的行为变化。

5 讨论

画图法是一种重要的解题策略，它通过各种不同形式的图形帮助学生将抽象的问题直观化，从而使学生能理解题意和分析问题，找到解决问题的突破口，形成解题思路。高中生物学学习离不开图形，运用画图法解答生物学相关问题，学生在画图的过程中，抽象思维外显出来，不仅能检测其对生物学知识的掌握水平，还能提高分析和解答难题的能力［2］。

在运用画图法解决问题时，如果图形表示方法不当，则容易混淆概念，出现上述图3所示的错例。如果图形描述过程信息量过大，学生在画图过程中花费时间多，也增大了出错的概率。因此，教师需要帮助学生选择正确的图形表示方法，用科学、简洁的图形描述复杂的过程，顺利解决问题。