例析中學生物疑難知識問題的內化教學

何立松　楊京舉

教材是教師傳授知識的載體基礎，更是學生學習知識的載體。中學生物教學中，教師引導學生必須要以“兩綱”為依據，以教材為根本，對于課本中出現的生物疑難知識問題，不能強調死記硬背，也不能有超越中學生物知識范疇之上的解釋。充分挖掘教材本身前后知識的關聯，內化知識結構，嘗試以中學生物知識去解釋中學生物教學中面臨的知識疑難問題，看起來可能比較膚淺，但符合學生的認知層次要求，不僅能有效易化學生對于中學生物疑難問題的理解和把握，同時還可以讓學生感悟教材知識體系，從而鍛煉和培養的知識整合能力。

1.從基因表達的原理去看蛋白質形成過程中的氨基和羧基脫水縮合問題

疑難問題（細胞分子）：蛋白質作為生物大分子，其基本結構單位為氨基酸，氨基酸之間可以通過相鄰氨基和羧基的脫水縮合反應成肽進而形成蛋白質。學生在學習中通常會產生兩個比較棘手的問題。①自然界中的氨基酸遠不止20種，但為什么氨基酸結構中卻要求構建蛋白質的氨基酸必須至少要有一個氨基和一個羧基并連接在同一個碳原子上？②氨基酸的R基團中也可以含有氨基或羧基，但為什么這里的氨基和羧基不參與脫水縮合？

知識內化（基因表達）：基因通過轉綠和翻譯控制著蛋白質的合成。在翻譯階段，mRNA通過tRNA的協作實現特定氨基酸序列的線性控制。試想，如果氨基酸分子結構中找不到連接在同一個碳原子上的氨基和羧基，翻譯出的肽鏈將失去其線性主鏈結構；而R基團上的氨基和羧基也參與脫水縮合，那么一個氨基酸就有可能結合多個氨基酸，mRNA將無法保證肽鏈形成中的氨基酸準確定位，特定的遺傳物質（基因）最終就會控制合成不特定的蛋白質。

2.從細胞分裂中染色體平均分配機制去看染色體數目變異問題

疑難問題1（有絲分裂）：紡錘體是細胞有絲分裂的重要細胞分裂器。其紡錘絲可牽引染色體向細胞兩極定向移動，分裂中期著絲點分裂，姐妹染色單體分離，從而實現染色體平均分配。那么，對于這里著絲點的分裂，學生總是習慣性的認為是由紡錘絲拉開的，真是這樣嗎？

疑難問題2（染色體變異）：對于三大可遺傳變異，基因突變和基因重組的原理課本上都有很到位的介紹，而對于染色體數目變異，特別是個別增減的變異機制，學生通常很模糊，這類變異究竟是如何發生的呢？

知識內化（相互整合）：一定濃度的秋水仙素或低溫誘導，可以有效抑制細胞有絲分裂中紡錘體的形成，從而導致染色體數目成倍增加，由此即可推斷著絲點的分裂不可能是由紡錘絲拉開的。而如果紡錘體在牽引染色體時出現紊亂，譬如有一條染色體在著絲點分裂之前還沒有到達赤道板位置，那么這兩條姐妹染色單體是否就有機會被分到細胞的一極呢？3從基因突變的本質去看等位基因為何等位存在問題

疑難問題（遺傳）：位于一對同源染色體的同一位置上、控制相對性狀的基因被稱之為等位基因。概念中，學生對于等位基因控制相對性狀這一功能比較好理解，因為這是孟德爾在假說演繹時所規定的，但對于“等位”存在，卻很迷惑，真核生物細胞核中的等位基因為什么會等位存在呢？

知識回扣（變異）：基因突變產生等位基因。不妨這樣假設：在真核細胞中染色體上的基因還沒有發生突變時，每對同源染色體上的基因是相同的，也就是說，這兩條同源染色體上的DNA序列是完全相同的，其中的基因自然也就等位存在了；當某條染色體上的某個基因發生基因突變（如A突變為a）時，這個突變的新基因（a）相對于另一條同源染色體上原有基因（A），就構成了等位基因，而它們所控制的兩種不同的性狀也就成了相對性狀。由此可見，等位基因“等位”存在的事實是由基因突變這一可遺傳變異根本來源所決定的，突變前的基因已經“等位”存在，突變后只是改變了其中一個基因的功能，使他們變成了控制一對相對性狀的等位基因，且二者通常會具備一定的顯隱性關系。

4.從染色體組的內涵去看減數分裂為何存在同源染色體分離問題

疑難問題（遺傳）：減數分裂中，同源染色體的分離是實現染色體減半的重要機制。那么，進行減數分裂的性原細胞為什么一定要選擇同源染色體分離這種減半方式呢？

知識回扣（變異）：從染色體組的內涵可以看出，一個染色體組包含了該物種每一種同源染色體中的一條，基本含蓋了該物種的一整套遺傳信息。以二倍體為例，其體細胞和性原細胞中都含有兩個染色體組，那么減數分裂中細胞選擇同源染色體分離，其實質就是同源的兩個染色體組的分離，而減數分裂中特有的聯會（即同源識別機制）會使得同源的兩個染色體組的分離變得較為容易，這樣不僅可以保證染色體數目減半的有效實現，而且還可以將遺傳物質的傳遞損失降到了最低程度。設想生物在進化過程中出現同源染色體組合也許就是為了有性生殖的這一需要。5從測交的原理和功能去看性染色體上成單基因的遺傳效應問題

疑難問題（伴性遺傳）：從基因型上看，AA和aa為純合，Aa為雜合，那么X^AY和X^aY是純合還是雜合呢？

知識回扣（分離定律）：X^Ay和X^ay從染色體類型角度都叫性雜合子。但從基因型的角度，由于基因成單，稱其為純合子或雜合子都不合適。但如果利用孟德爾測交鑒定純、雜合子的原理和功能，將它們分別與X^aX^a雜交，則：X^AY其后代有性狀分離，而X^ay其后代無性狀分離。因此，從控制性狀遺傳上來說，X^AY和X^AY^a相同，即具備雜合子遺傳效應；而X^AY和X^aY^a相同，即具備純合子遺傳效應。由此，在實際常規遺傳問題分析中，通常就可以給Y染色體上虛擬一個a基因，有時會顯得很方便。

6.從基因工程相關技術環節去看肺炎雙球菌轉化實驗中的轉化問題

疑難問題（遺傳的物質基礎）：肺炎雙球菌轉化實驗可謂證明DNA是遺傳物質的經典實驗。格里菲斯具有關鍵性的一組實驗是將加熱殺死的S型菌和R型菌混合培養，結果實現了轉化。這里的疑問是：加熱殺死了的S型菌的蛋白質已經失活，但其DNA能仍然還存在承擔轉化因子的活性作用嗎？如果能，那轉化的實質又是怎樣的呢？為什么說轉化因子就應是遺傳物質？

知識回扣（基因工程）：PCR技術是基因工程中獲取目的基因重要方法之一，它的主要原理是相對高溫的循環變換控制；從中可以看出，DNA比蛋白質要耐高溫得多，所以在格里菲斯的加熱處理時，只要掌握好溫度，完全可以在殺死S型菌的情況下仍能保持其DNA的生物活性。基因工程操作時有一個“轉化”環節，即將重組表達載體導入受體細胞的過程，這是超越種間之上的人工轉化，有較高的難度；但在肺炎雙球菌轉化實驗中，轉化發生在兩個品系之間，要容易得多；試想：S型菌的DNA會進入活的R型菌體內并穩定存在，那么它就會復制、表達，從而也就繁殖出了更多的S型菌，這是一種自然轉化。從這種自然轉化的機制上說，由于只有DNA在此起到了連接親、子代的橋梁作用，所以找到了轉化因子，也就找到了生物的遺傳物質。