利用廢舊材料自制多功能染色體模型

浙江省溫州市甌海區(qū)郭溪中學(325016) 陳永群

在高中生物教學中，“染色體行為”是相當重要的內(nèi)容，與有絲分裂、減數(shù)分裂、分離定律、自由組合定律、性別決定與伴性遺傳、基因突變和基因重組、染色體變異等知識密切相關(guān)。學生對“染色體行為”的理解程度，直接影響其對上述內(nèi)容的掌握深度。在生命活動中，“染色體行為”是微觀的變化過程，在現(xiàn)有實驗室條件下，學生不能直接觀察到其動態(tài)的變化過程。在實踐中，筆者摸索出了一種方法自制磁性染色體模型，比較形象直觀地解決了這一難題?？梢阅M演示染色體形態(tài)類型、分離定律、自由組合定律等。

1 材料和工具

兩種顏色的單股銅芯皮線各2 m，磁鐵8顆、木質(zhì)象棋8顆、鐵質(zhì)小墊片4顆、直尺、手搖鉆或電鉆、臺虎鉗、鋼絲鉗、小刀、百得膠、金屬筆芯。

2 設(shè)計思路

總體思路非常簡單，用棋子做著絲粒，用電線做染色體的臂，設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計圖

3 制作方法

3.1 制作著絲粒

用臺虎鉗將棋子豎立固定，根據(jù)電線外徑選擇鉆頭從正中給棋子鉆孔，再用百得粘在棋子的一面膠上磁鐵，重復以上步驟，制作8個著絲粒，如圖2所示。其中4個著絲粒還要在另一面粘上墊片，晾干即可。每兩個棋子以磁鐵和墊片相吸做成一個著絲粒。

圖2 “著絲?！背善?/p>

3.2 制作染色體臂

用鋼絲鉗將兩條電線各裁下2段25 cm 和35 cm長的電線備用。在剩余電線的5 cm處用小刀將外面的絕緣皮環(huán)割，再用鋼絲鉗將其推出約5 mm，然后在原位置將銅芯切斷，如此可使小段一頭有凸出的銅芯另一頭有多余的絕緣皮，用來首尾相接，如圖3所示。依次裁下若干小段備用。

圖3 小段電線

4 實踐之應(yīng)用

4.1 染色體形態(tài)類型

根據(jù)著絲粒位置將染色體分成3種類型：遠端著絲粒染色體、近端著絲粒染色體、中間著絲粒染色體。要展示不同類型的染色體，只需抽動電線，改變棋子的位置即可，如圖4所示。

圖4 染色體形態(tài)類型

4.2 有絲分裂

先在黑板上畫1個直徑約40 cm的圓圈，將2種顏色的25 cm的電線各1條分別穿過棋子擺在圓圈里，作為1對同源染色體。再將2種顏色的35 cm的電線各1條分別穿過棋子擺在圓圈里，作為另1對同源染色體。

然后將5 cm的小段電線穿過“著絲?！钡牧硪黄遄樱ⅰ邦^尾相接”逐段延伸至與“姐妹染色單體”等長，表示染色體的復制，當然要與已有電線同色表示姐妹染色單體。重復以上步驟完成4個染色體復制。

為了后續(xù)操作的方便，將小段電線卸下，換上同色等長的整段電線，將所有電線都在筆管上繞成線圈(見圖5)，表示有絲分裂前期由染色質(zhì)轉(zhuǎn)變成染色體。然后把棋子都移到圓圈的“赤道”上來表示有絲分裂已進入中期，再把吸在一起的棋子掰開并分別移向兩極，表示有絲分裂已進入后期。把圓圈改成“雙錢”形，表示細胞膜開始向內(nèi)凹陷。最后棋子到達兩極，慢慢將電線拉直，表示有絲分裂進入末期。把圓圈一分為二，一次有絲分裂結(jié)束。如圖7～10所示。

圖5 染色體的纏繞方法

圖6 間期[右：正在復制(以一條染色體為例)]

圖7 前期

圖8 中期

圖9 后期

圖10 末期(右：細胞質(zhì)分裂)

4.3 減數(shù)分裂

先在黑板上畫1個直徑約40 cm的圓圈，將2種顏色的25 cm的電線各1條分別穿過筆芯擺在圓圈里，作為1對同源染色體。再將2種顏色的35 cm的電線各1條分別穿過筆芯擺在圓圈里，作為另1對同源染色體。

然后將5 cm的小段電線穿過另一筆芯，并逐段延伸至與姐妹染色單體等長，表示染色體的復制?？梢哉Z言描述其余染色體的復制。

同樣將小段電線卸下，換上同色等長的整段電線，把相同長度的電線緊靠在一起，表示聯(lián)會，將所有電線都在筆管上繞成線圈，表示減Ⅰ前期由染色質(zhì)轉(zhuǎn)變成染色體。把磁鐵都移到圓圈“赤道”上來表示減Ⅰ已進入中期，再把靠在一起的磁鐵分開并分別移向兩極，表示減Ⅰ進入后期，同時把圓圈改成“雙錢”形，表示細胞膜向內(nèi)凹陷。最后磁鐵到達兩極，并慢慢將電線拉直，表示減Ⅰ進入末期。把圓圈一分為二，減Ⅰ結(jié)束。

將磁鐵移到小圓圈“赤道”上來表示減Ⅱ已進入中期，再把吸在一起的磁鐵掰開并分別移向兩極，表示減Ⅱ進入后期，同時把圓圈改成“雙錢”形，表示細胞膜向內(nèi)凹陷。最后磁鐵到達兩極，并慢慢將電線拉直，表示減Ⅱ進入末期。把圓圈再次一分為二，一次減數(shù)分裂結(jié)束。

4.4 分離定律和自由組合定律

分離定律的實質(zhì)是雜合子在產(chǎn)生配子時，等位基因隨同源染色體的分離而分開，并形成兩種配子。減Ⅰ后期同源染色體分離，等位基因自然也就分離了。自由組合定律的實質(zhì)是雜合子在產(chǎn)生配子時，等位基因隨同源染色體的分離而分開，與此同時，非同源染色體上的非等位基因隨非同源染色體的自由組合而組合，并各自進入配子。減Ⅰ后期非同源染色體自由組合，于是產(chǎn)生的配子有5種可能，如圖11所示。

圖11 分離定律及自由組合定律

4.5 交叉互換

在上文減數(shù)分裂中，復制完成后不卸下小段，直接聯(lián)會，然后將相同位置的兩個小段交換一下即可表示交叉互換。當然也可以與上文分離定律和自由結(jié)合定律結(jié)合起來，在這兩個小段的相同位置貼上標簽，分別寫上A和a，如圖12所示。

圖12 交叉互換(左：正常)

5 優(yōu)點及局限

5.1 優(yōu)點

5.1.1 取材方便

所用材料非常常見，電線可用裝修廢料。學校體育器材室有各種棋子，用久了大多會缺失，殘缺的棋子即可廢舊利用。至于磁鐵，淘寶網(wǎng)很多，也非常便宜，筆者是從工廠里拿的次品。

5.1.2 制作簡便

只需簡單的工具，簡單的操作，即可輕松完成制作。

5.1.3 演示直觀

可以將微觀而抽象的染色體直觀地在黑板上展示出來，一人即可完成演示。而且可在有絲分裂復習課上讓學生來演示，以評價其對染色體行為的掌握程度。

5.2 局限

不能真實展示染色體的復制過程。只能用小段電線模擬染色體的復制過程，更不能展示DNA復制的細節(jié)。

無法展示基因突變和交叉互換的真實情況。與只能模擬復制過程一樣，也只能模擬基因突變過程，用一個標簽表示基因，但無法體現(xiàn)堿基對的缺失、增添和替換的真實過程。