減數(shù)分裂過程中染色體變化“動態(tài)”模型

周夢

目前，在減數(shù)分裂過程的教學中沒有演示染色體動態(tài)變化的教具模型，所以在教學中，學生很難理解減數(shù)分裂的微觀、動態(tài)、連續(xù)過程，給準確認知帶來一定難度。因此，我想發(fā)明一種教具，用于直觀演示高中生物課程中的基因和染色體的關系，以及用于“減數(shù)分裂和受精作用”的課堂演示教學。

基本思路

◇用不同顏色燈串，表示核內遺傳物質的來源;利用燈串上燈數(shù)量的不同，表示染色體大小不同;用燈串的散亂分布和形成一定的形態(tài)，表示染色質和染色體的關系。燈發(fā)光代表基因表達，燈與燈之間的銅絲表示非編碼區(qū)，燈和銅絲外面的絕緣膠表示蛋白質，從而認識真核生物基因結構和染色體的組成。

◇利用磁鐵的磁性，讓同源染色體（不同顏色、相同燈數(shù)量的燈串）相吸，從而表示同源染色體的聯(lián)會過程，聯(lián)會后的同源染色體的非姐妹染色單體可能會發(fā)生交叉互換。

◇用彈簧扣卡住姐妹染色單體，只有把彈簧扣打開，姐妹染色單體才會分裂，才會被紡錘體拉向兩邊。利用電機把同源染色體（或著絲點分裂后的染色體）拉向細胞兩極的同時，細胞膜也向內凹陷。

教具的基本組成

教具所使用的基本材料見圖1。

教具的用法

第1板： 4串燈散亂分布在細胞核內（圖2），表示精原細胞。其中紅色燈串2串，表示來自母本的遺傳物質，標為1號、2號;綠色燈串2串，表示來自父本的遺傳物質，標為1號、2號;蒲公英燈表示著絲點。紅燈串1和綠燈串1的燈數(shù)量相等，紅燈串2和綠燈串2的燈數(shù)量相等，蒲公英燈連接的位置對應相等。

第2板：4串燈散亂分布在細胞核內，表示初級精母細胞（圖3）。紅燈串1、2和綠燈串1、2的燈的數(shù)量是第1板燈數(shù)量的2倍，蒲公英燈數(shù)量也加倍。用燈數(shù)量的加倍表示DNA加倍。

第3板：4個燈串高度螺旋形成棒狀的染色體（此時核膜已消失，見圖4），在磁鐵的作用下，紅燈串1和綠燈串1聯(lián)會，紅燈串2和綠燈串2聯(lián)會（圖5），聯(lián)會后的紅（綠）燈串2的1條染色單體分離出來，2個燈發(fā)生交叉互換（圖6）。之后同源染色體分離，在電機的作用下分別移向兩極，同時細胞膜也向內凹陷縊裂成2個子細胞。

第4板：染色體數(shù)目減半，每條染色體都有姐妹染色單體，在著絲點處有彈簧扣連接，此時用電機拉紡錘體，姐妹染色單體是不會分裂的，解開彈簧扣后染色體才可以向兩極移動，同時細胞膜向內凹陷縊裂成2個子細胞（圖7）。

第5板：染色體解旋變?yōu)榱巳旧|，其數(shù)量與第1板染色質相比減半，核膜重新出現(xiàn)，形成精細胞（圖8） 。

創(chuàng)新點

◇此教具利用燈串上燈的發(fā)光與間隔，顏色、燈數(shù)、燈串的不同表達真核生物的基因結構、細胞內遺傳物質的來源、染色質（染色體）的不同，以及染色質與染色體的關系等直觀變化。

◇此教具利用磁鐵的磁性，讓同源染色體（不同顏色、相同燈數(shù)量的燈串）相吸，清楚表示同源染色體的聯(lián)會過程，聯(lián)會后的同源染色體的非姐妹染色單體可能會發(fā)生交叉互換。

小結

此教具使用電池燈串，安全、可重復利用;利用燈的發(fā)光、顏色、數(shù)量，燈串的形狀等可直觀表示其狀態(tài)和數(shù)量變化。此教具不僅可用于演示染色體的行為變化，還可演示真核生物染色體的結構、基因的重組，也可以構建有絲分裂的染色體變化。

該項目獲得第33屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導員創(chuàng)新成果科教制作類一等獎。

專家評語

該項目利用不同顏色、種類和數(shù)量的燈串組合發(fā)光及小電機控制的燈串位移等制作實現(xiàn)了高中生物減數(shù)分裂教學中可以微觀、動態(tài)呈現(xiàn)染色體行為的變化。項目原理科學、概念清晰、構思巧妙、設計合理，作品實用性強。項目選題新穎，具有實質性創(chuàng)新，對傳統(tǒng)方法有突破。作品效果顯著，制作規(guī)范，具有示范推廣價值。希望該項目在工藝方面作出改進和提升，更加美觀和便于操作。