日本中學生物學教材中DNA含量變化曲線分析

章 青

(江蘇省蘇州實驗中學 215011)

在日本數研出版株式會社2007年版中學《生物(修訂版)》教材(以下簡稱日本教材)中，對細胞分裂過程中DNA含量變化曲線進行了詳細說明，這對于了解有絲分裂與減數分裂過程中，細胞中的核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細胞分裂過程中DNA含量變化曲線，以及這種曲線對教學的啟示。

1 日本教材中DNA含量變化曲線

1.1 細胞分裂過程中DNA含量變化曲線 日本教材在生物II的細胞分裂內容中，用坐標曲線表示了細胞分裂過程中每個細胞中的核DNA含量變化(圖1)，其中，DNA復制發生在間期中的S期，在有絲分裂過程中，分裂末期由于形成兩個子細胞，而使DNA含量減半。在減數分裂過程中，第一次分裂末期由于形成兩個子細胞，每個細胞中核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含量減半都是發生在每個時期的分裂末期，形成子細胞時。

圖1 細胞分裂過程中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 生物體細胞在進行有絲分裂時，每個細胞的核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，在間期進行DNA復制，每個染色體的DNA含量加倍，每個細胞中的核DNA含量也加倍，而在有絲分裂后期由于著絲點分裂，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胞，細胞中的核DNA含量與前期、中期相同，在末期時由于形成了兩個細胞，這樣末期結束時每個細胞中的核DNA含量減半。

圖2 有絲分裂過程中DNA含量變化曲線

1.3 細胞有絲分裂過程中DNA含量變化曲線的解釋 為了解釋細胞有絲分裂過程中細胞核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期細胞中還沒有進行復制，每條染色體中只有1個DNA分子，細胞中核DNA含量與染色體數目相同。S期進行DNA復制，復制完成后，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胞中，因此，細胞中的核DNA數目與前期、中期是相同的。在末期，由于形成了兩個細胞，每個細胞中的染色數目比后期減少一半，核DNA分子數目也減少一半，每個細胞中的核DNA含量就與復制前的G1期相同了。

圖3 有絲分裂過程中DNA變化曲線圖解

1.4 細胞減數分裂過程中DNA含量變化曲線的解釋 在減數分裂過程中，每個細胞的核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，整個細胞中有2個核DNA分子，復制完成后的G2期，及初級精(卵)母細胞時期，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，整個細胞中含有4個核DNA分子。在減數第一次分裂末期，由于同源染色體分離，在次級精(卵)細胞或極體中染色體數目減半，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，但整個細胞中由于染色體數目減半使核DNA分子數也減半為2個。在減數第二次分裂由于著絲點分裂，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系在一起，顯然有利于學生理解每條染色體中DNA含量變化的原因。而我國高中生物學教材中缺少這種曲線，自從2004年上海高考試題中出現過這種曲線圖后，其他試題中便出現了類似的試題。這種有利學生理解染色體行為的曲線是值得借鑒的。

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

圖4 減數分裂過程中DNA變化曲線圖解