分步计数与分类计数在生物解题中的应用
作者:翁雪芹 更新日期:2007-9-22 点击数: 等级:
在高中生物教学中,常遇到许多问题,其计算繁冗。而利用分步计数与分类计数进行分析、计算,既避免学生死记硬背,又能克服学生学习中的拦路虎,作到以不变应万变,从而达到融会贯通。
一、分类计数与分步计数
分类计数的内容是:做一件事,完成它可以有n类方法,在第一类办法中有m1种不同的方法,在第二类办法中有m2种不同的方法……在第n类办法中有mn种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1+m2+…+mn种不同的方法。
分步计数的内容是:做一件事,完成需要分成n个步骤,做第一步有m1种不同的方法,做第二步有m2种不同的方法……做第n步有mn种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1×m2×…×mn 种不同的方法。
二、分步计数与分类计数的应用
1.氨基酸的排列与多肽种类
在蛋白质结构具有多样性的原因中,学生不容易理解的是:在氨基酸种类相同,数目相同的情况下,为什么氨基酸的排列顺序也影响蛋白质的结构?氨基酸的排列与多肽种类有何关系?现举例说明:
假设有A、B、C三种氨基酸,每种氨基酸数目无限的情况下(即足量)可形成二肽类化合物的种类最多有几种?
分析:要形成二肽须两个氨基酸发生脱水缩合反应,即计数时完成此事需两步。做第一步有A、B、C三种不同的方法,做第二步也有A、B、C三种不同的方法,那么完成两个氨基酸脱水缩合这件事情共有32=9种方法。同理,完成三个氨基酸脱水缩合形成三肽这件事情共有33=27种方法,等等。
2.DNA分子为什么能够储存大量的遗传信息
在DNA分子结构的教学中,常总结其结构特点为“双重螺旋结构,极性反向平行,碱基互补配对,信息序列无穷”。学生存在的疑虑是DNA分子中只有4种碱基,如何通过4种碱基能够储存大量的遗传信息。举例说明:
在生物体内,一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对。其中一条单链上的每个碱基位置都可以是A、T、C、G 4种碱基中的任意一种,相当于完成一条单链上的碱基排序共分为4000个步骤。每个步骤都有4种不同的方法,所以一条单链可能的种类为4×4×…×4=44000。又因为另一条链与该链是配对关系,因此这些碱基对可能的排列方式就很容易计算了。(碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。由此可见DNA分子是能够储存大量的遗传信息的)。已知人的X染色体DNA分子有3亿~4亿个碱基对,所以它们的排列方式为
43亿~4亿种,几乎是无限多种。
3.为什么说有性繁殖的生物,其后代具有更大的变异性
以人为例,人的体细胞中有23对同源染色体,在减数第一次分裂过程中,由于同源染色体分离、非同源染色体自由组合,结果在减数第一次分裂后期每一极的染色体有23个。用分步计数的思想可以理解为要计数每一极的染色体需分成23个步骤,每一步骤有2种不同的方法。所以出现的染色体组合类型共有2×2×…×2=223种。
从以上分析可以得出,人通过减数分裂产生的精子与卵细胞中的染色体组成各有223种。经过受精作用形成的受精卵类型有223×223=246种。受精卵是有性繁殖生物的个体发育起点。由此可见,进行有性生殖的生物其后代会出现很多的变异类型,这就从染色体水平上说明了“一母生九子,九子各不同”的主要原因。
4.解决遗传中有关配子、基因型、表现型的种类以及某种情况出现的几率
在遗传定律的学习中,遇到多对相对性状独立遗传的有关问题,比较简单易行的方法是化“多对相对性状”为“多个一对相对性状”,然后利用分步计数解决有关种类问题。
﹙1﹚配子类型的问题
如:AaBbCc产生的配子种类数
Aa Bb Cc
↓ ↓ ↓
2×2×2=8种
﹙2﹚基因型类型的问题
如,AaBbCc×AaBBCc,其杂交后代基因型:
Aa×Aa→后代有3种基因型(1AA︰2Aa︰1aa)
Bb×BB→后代有2种基因型(1BB︰1Bb)
Cc×Cc→后代有3种基因型(1CC︰2Cc︰1cc)
因而 AaBbCc×AaBBCc
↓
后代中有3×2×3=18种基因型
﹙3﹚表现型类型的问题
如,AaBbCc×AabbCc,其杂交后代表现型有:
Aa×Aa→后代有2种表现型;
Bb×bb→后代有2种表现型;
Cc×Cc→后代有2种表现型。
所以AaBbCc×AabbCc
↓
后代中有2×2×2=8种表现型。
总之,在高中生物教学中应用分步计数与分类计数,对各种事物潜在方式进行计算,有助于学生理解生物界的丰富多彩,激发其求知欲,有利于教学。
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一、分类计数与分步计数
分类计数的内容是:做一件事,完成它可以有n类方法,在第一类办法中有m1种不同的方法,在第二类办法中有m2种不同的方法……在第n类办法中有mn种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1+m2+…+mn种不同的方法。
分步计数的内容是:做一件事,完成需要分成n个步骤,做第一步有m1种不同的方法,做第二步有m2种不同的方法……做第n步有mn种不同的方法,那么完成这件事共有N=m1×m2×…×mn 种不同的方法。
二、分步计数与分类计数的应用
1.氨基酸的排列与多肽种类
在蛋白质结构具有多样性的原因中,学生不容易理解的是:在氨基酸种类相同,数目相同的情况下,为什么氨基酸的排列顺序也影响蛋白质的结构?氨基酸的排列与多肽种类有何关系?现举例说明:
假设有A、B、C三种氨基酸,每种氨基酸数目无限的情况下(即足量)可形成二肽类化合物的种类最多有几种?
分析:要形成二肽须两个氨基酸发生脱水缩合反应,即计数时完成此事需两步。做第一步有A、B、C三种不同的方法,做第二步也有A、B、C三种不同的方法,那么完成两个氨基酸脱水缩合这件事情共有32=9种方法。同理,完成三个氨基酸脱水缩合形成三肽这件事情共有33=27种方法,等等。
2.DNA分子为什么能够储存大量的遗传信息
在DNA分子结构的教学中,常总结其结构特点为“双重螺旋结构,极性反向平行,碱基互补配对,信息序列无穷”。学生存在的疑虑是DNA分子中只有4种碱基,如何通过4种碱基能够储存大量的遗传信息。举例说明:
在生物体内,一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对。其中一条单链上的每个碱基位置都可以是A、T、C、G 4种碱基中的任意一种,相当于完成一条单链上的碱基排序共分为4000个步骤。每个步骤都有4种不同的方法,所以一条单链可能的种类为4×4×…×4=44000。又因为另一条链与该链是配对关系,因此这些碱基对可能的排列方式就很容易计算了。(碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。由此可见DNA分子是能够储存大量的遗传信息的)。已知人的X染色体DNA分子有3亿~4亿个碱基对,所以它们的排列方式为
43亿~4亿种,几乎是无限多种。
3.为什么说有性繁殖的生物,其后代具有更大的变异性
以人为例,人的体细胞中有23对同源染色体,在减数第一次分裂过程中,由于同源染色体分离、非同源染色体自由组合,结果在减数第一次分裂后期每一极的染色体有23个。用分步计数的思想可以理解为要计数每一极的染色体需分成23个步骤,每一步骤有2种不同的方法。所以出现的染色体组合类型共有2×2×…×2=223种。
从以上分析可以得出,人通过减数分裂产生的精子与卵细胞中的染色体组成各有223种。经过受精作用形成的受精卵类型有223×223=246种。受精卵是有性繁殖生物的个体发育起点。由此可见,进行有性生殖的生物其后代会出现很多的变异类型,这就从染色体水平上说明了“一母生九子,九子各不同”的主要原因。
4.解决遗传中有关配子、基因型、表现型的种类以及某种情况出现的几率
在遗传定律的学习中,遇到多对相对性状独立遗传的有关问题,比较简单易行的方法是化“多对相对性状”为“多个一对相对性状”,然后利用分步计数解决有关种类问题。
﹙1﹚配子类型的问题
如:AaBbCc产生的配子种类数
Aa Bb Cc
↓ ↓ ↓
2×2×2=8种
﹙2﹚基因型类型的问题
如,AaBbCc×AaBBCc,其杂交后代基因型:
Aa×Aa→后代有3种基因型(1AA︰2Aa︰1aa)
Bb×BB→后代有2种基因型(1BB︰1Bb)
Cc×Cc→后代有3种基因型(1CC︰2Cc︰1cc)
因而 AaBbCc×AaBBCc
↓
后代中有3×2×3=18种基因型
﹙3﹚表现型类型的问题
如,AaBbCc×AabbCc,其杂交后代表现型有:
Aa×Aa→后代有2种表现型;
Bb×bb→后代有2种表现型;
Cc×Cc→后代有2种表现型。
所以AaBbCc×AabbCc
↓
后代中有2×2×2=8种表现型。
总之,在高中生物教学中应用分步计数与分类计数,对各种事物潜在方式进行计算,有助于学生理解生物界的丰富多彩,激发其求知欲,有利于教学。
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