日本中學(xué)生物學(xué)教材中DNA含量變化曲線分析

章 青

(江蘇省蘇州實(shí)驗(yàn)中學(xué) 215011)

在日本數(shù)研出版株式會社2007年版中學(xué)《生物(修訂版)》教材(以下簡稱日本教材)中，對細(xì)胞分裂過程中DNA含量變化曲線進(jìn)行了詳細(xì)說明，這對于了解有絲分裂與減數(shù)分裂過程中，細(xì)胞中的核DNA含量及每條染色體中DNA含量變化很有幫助。本文介紹日本教材中有關(guān)細(xì)胞分裂過程中DNA含量變化曲線，以及這種曲線對教學(xué)的啟示。

1 日本教材中DNA含量變化曲線

1.1 細(xì)胞分裂過程中DNA含量變化曲線 日本教材在生物II的細(xì)胞分裂內(nèi)容中，用坐標(biāo)曲線表示了細(xì)胞分裂過程中每個細(xì)胞中的核DNA含量變化(圖1)，其中，DNA復(fù)制發(fā)生在間期中的S期，在有絲分裂過程中，分裂末期由于形成兩個子細(xì)胞，而使DNA含量減半。在減數(shù)分裂過程中，第一次分裂末期由于形成兩個子細(xì)胞，每個細(xì)胞中核DNA含量減少一半，在第二次分裂末期又一次減半。從這里可以看出，DNA含量減半都是發(fā)生在每個時期的分裂末期，形成子細(xì)胞時。

圖1 細(xì)胞分裂過程中DNA含量變化

1.2 有絲分裂過程中每條染色體中DNA含量變化曲線 生物體細(xì)胞在進(jìn)行有絲分裂時，每個細(xì)胞的核DNA及每條染色體中DNA含量變化的曲線如圖2所示。圖示了有絲分裂過程中每條染色體的變化，在間期進(jìn)行DNA復(fù)制，每個染色體的DNA含量加倍，每個細(xì)胞中的核DNA含量也加倍，而在有絲分裂后期由于著絲點(diǎn)分裂，兩個染色單體分開成為兩個染色體，這樣每條染色體中只有1個DNA分子，但此時還沒有形成兩個細(xì)胞，細(xì)胞中的核DNA含量與前期、中期相同，在末期時由于形成了兩個細(xì)胞，這樣末期結(jié)束時每個細(xì)胞中的核DNA含量減半。

圖2 有絲分裂過程中DNA含量變化曲線

1.3 細(xì)胞有絲分裂過程中DNA含量變化曲線的解釋 為了解釋細(xì)胞有絲分裂過程中細(xì)胞核DNA與染色體中的DNA含量的變化，又采用圖3加以說明；分裂間期的G1期細(xì)胞中還沒有進(jìn)行復(fù)制，每條染色體中只有1個DNA分子，細(xì)胞中核DNA含量與染色體數(shù)目相同。S期進(jìn)行DNA復(fù)制，復(fù)制完成后，在G2期，每條染色體含有2個染色單體，每個染色體有2個DNA分子。在分裂期的前期、中期每條染色體均含有2個DNA分子，后期由于著絲點(diǎn)分裂，兩個染色單體分開成為兩條染色體，這樣每個染色體中只有1個DNA分子，但后期的這些染色體還在一個細(xì)胞中，因此，細(xì)胞中的核DNA數(shù)目與前期、中期是相同的。在末期，由于形成了兩個細(xì)胞，每個細(xì)胞中的染色數(shù)目比后期減少一半，核DNA分子數(shù)目也減少一半，每個細(xì)胞中的核DNA含量就與復(fù)制前的G1期相同了。

圖3 有絲分裂過程中DNA變化曲線圖解

1.4 細(xì)胞減數(shù)分裂過程中DNA含量變化曲線的解釋 在減數(shù)分裂過程中，每個細(xì)胞的核DNA與每個染色體中DNA含量變化如圖4所示。圖中在復(fù)制前有2條染色體，每條染色體中不含染色單體，這樣每條染色體中有1個DNA分子，整個細(xì)胞中有2個核DNA分子，復(fù)制完成后的G2期，及初級精(卵)母細(xì)胞時期，每條染色體中含有染色單體，這樣每個染色體中含有2個核DNA分子，整個細(xì)胞中含有4個核DNA分子。在減數(shù)第一次分裂末期，由于同源染色體分離，在次級精(卵)細(xì)胞或極體中染色體數(shù)目減半，但每個染色體中還存在染色單體，這樣每個染色體中仍然有2個DNA分子，但整個細(xì)胞中由于染色體數(shù)目減半使核DNA分子數(shù)也減半為2個。在減數(shù)第二次分裂由于著絲點(diǎn)分裂，染色單體消失，每個染色體中只有1個DNA分子，但在此時間整個細(xì)胞中的DNA含量并沒有變化，仍然是2個DNA分子，這樣形成精(卵)細(xì)胞或第二極體中只有1個染色體，1個DNA分子。

2 日本教材中DNA變化曲線的啟示

日本教材中DNA含量變化曲線將DNA含量變化與染色體的行為聯(lián)系在一起，顯然有利于學(xué)生理解每條染色體中DNA含量變化的原因。而我國高中生物學(xué)教材中缺少這種曲線，自從2004年上海高考試題中出現(xiàn)過這種曲線圖后，其他試題中便出現(xiàn)了類似的試題。這種有利學(xué)生理解染色體行為的曲線是值得借鑒的。

我國高中生物學(xué)教材與參考資料中有關(guān)細(xì)胞分裂過程中DNA含量變化曲線是常見的，但對于DNA含量的減半發(fā)生在什么時期，不同的資料上說法不同，例如，有的認(rèn)為在后期結(jié)束時，理由是核分裂在后期結(jié)束時開始，這是從細(xì)胞核分裂的角度分析的；也有人認(rèn)為是在末期結(jié)束時，理由是細(xì)胞完成分裂是在末期，這是從整個細(xì)胞分裂的角度分析的。實(shí)際上，在分裂期核膜消失后，就不能說染色體在細(xì)胞核中了。因此，細(xì)胞核中DNA含量實(shí)際上是針對一個細(xì)胞來說的，不能只考慮核中DNA，而不考慮細(xì)胞質(zhì)中的DNA。因此，對細(xì)胞核中的DNA應(yīng)該理解為“細(xì)胞中的核DNA”，這種表述更加科學(xué)合理。

圖4 減數(shù)分裂過程中DNA變化曲線圖解