江蘇 周曉強

細胞分裂過程中染色體形態(tài)與數(shù)目分析

江蘇 周曉強

細胞分裂專題包括有絲分裂與減數(shù)分裂，其中重點與難點集中在細胞分裂圖形的區(qū)別、細胞分裂過程中染色體數(shù)目與DNA數(shù)目變化曲線（或柱狀圖）的分析。下面以江蘇省2016年高考第31題為例來總結(jié)本專題的復(fù)習方法。

1.高考試題分析

【例1】（2016年江蘇卷第31題）研究人員對珍珠貝（2n）有絲分裂和減數(shù)分裂細胞中染色體形態(tài)、數(shù)目和分布進行了觀察分析，圖1為其細胞分裂一個時期的示意圖（僅示部分染色體）。圖2中細胞類型是依據(jù)不同時期細胞中染色體數(shù)和核DNA分子數(shù)的數(shù)量關(guān)系而劃分的。請回答下列問題：

圖1

圖2

（1）圖1中細胞分裂的方式和時期是_________，它屬于圖2中類型________的細胞。

（2）若某細胞屬于類型c，取自精巢，沒有同源染色體，那么該細胞的名稱是________。

（3）若類型b、d、e的細胞屬于同一次減數(shù)分裂，那么三者出現(xiàn)的先后順序是________。

（4）在圖2的5種細胞類型中，一定具有同源染色體的細胞類型有_______。

（5）著絲點分裂導(dǎo)致圖2中一種細胞類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N細胞類型，其轉(zhuǎn)變的具體情況有___________（用圖中字母表述）。

（6）珍珠貝卵母細胞分裂一般停留在減數(shù)第一次分裂中期，待精子入卵后完成后續(xù)過程。細胞松弛素B能阻滯細胞分裂而導(dǎo)致染色體數(shù)加倍，可用于誘導(dǎo)三倍體。現(xiàn)有3組實驗：用細胞松弛素B分別阻滯卵母細胞的減數(shù)第一次分裂、減數(shù)第二次分裂和受精卵的第一次卵裂。請預(yù)測三倍體出現(xiàn)率最低的是_______，理由是______________。

【解析】（1）圖1中移向細胞每一極的染色體中存在同源染色體，據(jù)此可以判斷該細胞處于有絲分裂后期，它屬于圖2中類型a的細胞。（2）若某細胞屬于類型c，取自精巢，沒有同源染色體，說明此細胞經(jīng)過了減數(shù)第一次分裂，應(yīng)為次級精母細胞。（3）若類型b、d、e的細胞屬于同一次減數(shù)分裂，則b處于減數(shù)第一次分裂，d處于減數(shù)第二次分裂，e為減數(shù)分裂產(chǎn)生的子細胞。（4）在圖2的5種細胞類型中，a處于有絲分裂后期，b處于有絲分裂的前期或中期，或減數(shù)第一次分裂，因此，細胞a、b一定含有同源染色體。（5）有絲分裂后期和減數(shù)分裂第二次分裂后期均發(fā)生著絲點分裂。分別對應(yīng)圖2中的b轉(zhuǎn)變?yōu)閍，d轉(zhuǎn)變?yōu)閏。（6）卵母細胞的減數(shù)第一次分裂受阻可以形成2個染色體組的卵細胞，與正常精子受精后可以形成三倍體；如果減數(shù)第二次分裂受阻，也能得到2個染色體組的卵細胞，從而獲得三倍體。受精卵含二個染色體組，染色體數(shù)加倍后形成的個體是四倍體而不是三倍體，故三倍體出現(xiàn)率最低的是阻滯第一次卵裂。

【答案】（1）有絲分裂后期 a

（2）次級精母細胞

（3）b、d、e

（4）a、b

（5）b→a d→c

（6）阻滯第一次卵裂 受精卵含二個染色體組，染色體數(shù)加倍后形成的個體是四倍體而不是三倍體

2.對細胞分裂專題復(fù)習的思考

從上面的試題可以看出，要順利解答需要掌握有絲分裂與減數(shù)分裂圖形的區(qū)別，以及兩種細胞分裂過程中染色體、核DNA數(shù)目的變化規(guī)律，尤其是圖2中將有絲分裂與減數(shù)分裂過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)在一個坐標中出現(xiàn)，增加了試題難度，因此在本專題的復(fù)習中要將相關(guān)內(nèi)容進行整合，以不變應(yīng)萬變。

2.1 減數(shù)分裂與有絲分裂的圖像判別

減數(shù)分裂與有絲分裂的比較，要關(guān)注復(fù)制次數(shù)與分裂次數(shù)，并且在同源染色體分離后，子細胞中就沒有同源染色體了。分裂圖像的區(qū)別要看細胞中染色體行為及同源染色體的有無，具體可以根據(jù)下列圖3所示方法進行判別。根據(jù)這個方法判別圖4三個細胞所處的分裂時期，可以判斷圖C無同源染色體為減Ⅱ后期；圖B是同源染色體排列在細胞中央，為減Ⅰ中期；圖A有同源染色體，且著絲點排列在細胞中央，為有絲分裂中期。

圖3 有絲分裂與減數(shù)分裂圖像判別方法

圖4 細胞分裂圖像

2.2 細胞分裂過程中DNA含量變化曲線

在分裂期，核膜消失后，染色體就不能說在細胞核中了，因此，細胞核中DNA含量實際上是針對一個細胞來說的，但我們在實際分析中只考慮了細胞核中的DNA，而沒有考慮細胞質(zhì)中的DNA，因此，我們平時說的細胞核中的DNA，應(yīng)該理解為“細胞中的核DNA”。在細胞分裂過程中每條染色體中DNA含量變化也是有規(guī)律的，兩種細胞分裂中的DNA含量變化曲線相似，但又有區(qū)別。

2.2.1 有絲分裂過程中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5所示。圖中表示了有絲分裂過程中每條染色體的變化，在間期進行了DNA復(fù)制，這樣每個染色體的DNA含量加倍，則每個細胞中的核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條染色體，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子細胞，這樣末期結(jié)束時每個細胞中的核DNA含量減半。

圖5 有絲分裂過程中DNA變化曲線圖解

2.2.2 減數(shù)分裂過程中DNA含量變化曲線

在減數(shù)分裂過程中，每個細胞的核DNA與每條染色體中DNA含量變化如圖6所示。圖中在復(fù)制前有2條染色體，每條染色體中不含染色單體，這樣每條染色體中只有1個DNA分子，整個細胞中有2個DNA分子，復(fù)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DNA分子，整個細胞中含有4個DNA分子。在減數(shù)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(shù)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(shù)目減半使核DNA分子數(shù)也減半為2個。在減數(shù)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核DNA含量并沒有變化，仍然是2個核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。

圖6 減數(shù)分裂過程中DNA變化曲線圖解

從上面兩個曲線可以看出，每條染色體的DNA含量變化曲線圖相似，其關(guān)鍵點是DNA復(fù)制時加倍，著絲點分裂時減半。但每條染色體中的DNA相對含量減半的時期有區(qū)別，有絲分裂是發(fā)生在后期，減數(shù)分裂是發(fā)生在減Ⅱ后期。

2.3 細胞分裂過程中染色體、染色單體與DNA數(shù)目變化的柱形圖

有絲分裂與減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體與DNA數(shù)目變化除用曲線來表示外，還可以用柱形圖表示（如圖7）。此圖將有絲分裂與減數(shù)分裂過程中的相關(guān)變化數(shù)據(jù)用一個坐標來顯示，因此，有的柱既可以表示有絲分裂，也可以表示減數(shù)分裂，這樣增加了思維的難度，學會辨認這些柱形圖對于解答類似例1中圖2的試題就很容易了。圖7中相關(guān)數(shù)字的含義為：Ⅰ可表示精原細胞、減數(shù)第二次分裂的后期，體細胞（有絲分裂形成的子細胞）；Ⅱ可表示有絲分裂前期和中期，減數(shù)第一次分裂的前期、中期和后期；Ⅲ可表示減數(shù)第二次分裂的前期和中期；Ⅳ可表示有絲分裂后期；Ⅴ可表示精子，卵細胞，第二極體。從圖中還可以看出，在生物體內(nèi)染色體數(shù)目最多的時期為有絲分裂后期。如果按照減數(shù)分裂過程來排序則為（假設(shè)為雄性）Ⅰ（精原細胞）→Ⅱ（初級精母細胞）→Ⅲ（次級精母細胞）→Ⅴ（精細胞），按照有絲分裂過程來排序則為Ⅰ（體細胞）→Ⅱ（前期、中期）→Ⅳ（后期）→Ⅰ（子細胞）。

圖7 細胞分裂過程中相關(guān)柱形圖

（作者單位：江蘇省蘇州實驗中學）