细胞分裂过程中染色体形态与数目分析

江苏 周晓强

细胞分裂过程中染色体形态与数目分析

江苏 周晓强

细胞分裂专题包括有丝分裂与减数分裂，其中重点与难点集中在细胞分裂图形的区别、细胞分裂过程中染色体数目与DNA数目变化曲线（或柱状图）的分析。下面以江苏省2016年高考第31题为例来总结本专题的复习方法。

1.高考试题分析

【例1】（2016年江苏卷第31题）研究人员对珍珠贝（2n）有丝分裂和减数分裂细胞中染色体形态、数目和分布进行了观察分析，图1为其细胞分裂一个时期的示意图（仅示部分染色体）。图2中细胞类型是依据不同时期细胞中染色体数和核DNA分子数的数量关系而划分的。请回答下列问题：

图1

图2

（1）图1中细胞分裂的方式和时期是_________，它属于图2中类型________的细胞。

（2）若某细胞属于类型c，取自精巢，没有同源染色体，那么该细胞的名称是________。

（3）若类型b、d、e的细胞属于同一次减数分裂，那么三者出现的先后顺序是________。

（4）在图2的5种细胞类型中，一定具有同源染色体的细胞类型有_______。

（5）着丝点分裂导致图2中一种细胞类型转变为另一种细胞类型，其转变的具体情况有___________（用图中字母表述）。

（6）珍珠贝卵母细胞分裂一般停留在减数第一次分裂中期，待精子入卵后完成后续过程。细胞松弛素B能阻滞细胞分裂而导致染色体数加倍，可用于诱导三倍体。现有3组实验：用细胞松弛素B分别阻滞卵母细胞的减数第一次分裂、减数第二次分裂和受精卵的第一次卵裂。请预测三倍体出现率最低的是_______，理由是______________。

【解析】（1）图1中移向细胞每一极的染色体中存在同源染色体，据此可以判断该细胞处于有丝分裂后期，它属于图2中类型a的细胞。（2）若某细胞属于类型c，取自精巢，没有同源染色体，说明此细胞经过了减数第一次分裂，应为次级精母细胞。（3）若类型b、d、e的细胞属于同一次减数分裂，则b处于减数第一次分裂，d处于减数第二次分裂，e为减数分裂产生的子细胞。（4）在图2的5种细胞类型中，a处于有丝分裂后期，b处于有丝分裂的前期或中期，或减数第一次分裂，因此，细胞a、b一定含有同源染色体。（5）有丝分裂后期和减数分裂第二次分裂后期均发生着丝点分裂。分别对应图2中的b转变为a，d转变为c。（6）卵母细胞的减数第一次分裂受阻可以形成2个染色体组的卵细胞，与正常精子受精后可以形成三倍体；如果减数第二次分裂受阻，也能得到2个染色体组的卵细胞，从而获得三倍体。受精卵含二个染色体组，染色体数加倍后形成的个体是四倍体而不是三倍体，故三倍体出现率最低的是阻滞第一次卵裂。

【答案】（1）有丝分裂后期 a

（2）次级精母细胞

（3）b、d、e

（4）a、b

（5）b→a d→c

（6）阻滞第一次卵裂 受精卵含二个染色体组，染色体数加倍后形成的个体是四倍体而不是三倍体

2.对细胞分裂专题复习的思考

从上面的试题可以看出，要顺利解答需要掌握有丝分裂与减数分裂图形的区别，以及两种细胞分裂过程中染色体、核DNA数目的变化规律，尤其是图2中将有丝分裂与减数分裂过程中的相关数据在一个坐标中出现，增加了试题难度，因此在本专题的复习中要将相关内容进行整合，以不变应万变。

2.1 减数分裂与有丝分裂的图像判别

减数分裂与有丝分裂的比较，要关注复制次数与分裂次数，并且在同源染色体分离后，子细胞中就没有同源染色体了。分裂图像的区别要看细胞中染色体行为及同源染色体的有无，具体可以根据下列图3所示方法进行判别。根据这个方法判别图4三个细胞所处的分裂时期，可以判断图C无同源染色体为减Ⅱ后期；图B是同源染色体排列在细胞中央，为减Ⅰ中期；图A有同源染色体，且着丝点排列在细胞中央，为有丝分裂中期。

图3 有丝分裂与减数分裂图像判别方法

图4 细胞分裂图像

2.2 细胞分裂过程中DNA含量变化曲线

在分裂期，核膜消失后，染色体就不能说在细胞核中了，因此，细胞核中DNA含量实际上是针对一个细胞来说的，但我们在实际分析中只考虑了细胞核中的DNA，而没有考虑细胞质中的DNA，因此，我们平时说的细胞核中的DNA，应该理解为“细胞中的核DNA”。在细胞分裂过程中每条染色体中DNA含量变化也是有规律的，两种细胞分裂中的DNA含量变化曲线相似，但又有区别。

2.2.1 有丝分裂过程中DNA含量变化曲线

生物体细胞在进行有丝分裂时，每个细胞的核DNA及每条染色体中DNA含量变化的曲线如图5所示。图中表示了有丝分裂过程中每条染色体的变化，在间期进行了DNA复制，这样每个染色体的DNA含量加倍，则每个细胞中的核DNA含量也加倍，而在有丝分裂后期由于着丝点分裂，两个染色单体分开成为两条染色体，这样每条染色体中只有1个DNA分子，但此时还没有形成两个细胞，细胞中的核DNA含量与前期、中期相同，在末期时由于形成了两个子细胞，这样末期结束时每个细胞中的核DNA含量减半。

图5 有丝分裂过程中DNA变化曲线图解

2.2.2 减数分裂过程中DNA含量变化曲线

在减数分裂过程中，每个细胞的核DNA与每条染色体中DNA含量变化如图6所示。图中在复制前有2条染色体，每条染色体中不含染色单体，这样每条染色体中只有1个DNA分子，整个细胞中有2个DNA分子，复制完成后的G2期，及初级精（卵）母细胞时期，每条染色体中含有染色单体，这样每个染色体中含有2个DNA分子，整个细胞中含有4个DNA分子。在减数第一次分裂末期，由于同源染色体分离，在次级精（卵）细胞或极体中染色体数目减半，但每个染色体中还存在染色单体，这样每个染色体中仍然有2个 DNA分子，但整个细胞中由于染色体数目减半使核DNA分子数也减半为2个。在减数第二次分裂由于着丝点分裂，染色单体消失，每个染色体中只有1个DNA分子，但在此时间整个细胞中的核DNA含量并没有变化，仍然是2个核DNA分子，这样形成精（卵）细胞或第二极体中只有1个染色体，1个DNA分子。

图6 减数分裂过程中DNA变化曲线图解

从上面两个曲线可以看出，每条染色体的DNA含量变化曲线图相似，其关键点是DNA复制时加倍，着丝点分裂时减半。但每条染色体中的DNA相对含量减半的时期有区别，有丝分裂是发生在后期，减数分裂是发生在减Ⅱ后期。

2.3 细胞分裂过程中染色体、染色单体与DNA数目变化的柱形图

有丝分裂与减数分裂过程中染色体、染色单体与DNA数目变化除用曲线来表示外，还可以用柱形图表示（如图7）。此图将有丝分裂与减数分裂过程中的相关变化数据用一个坐标来显示，因此，有的柱既可以表示有丝分裂，也可以表示减数分裂，这样增加了思维的难度，学会辨认这些柱形图对于解答类似例1中图2的试题就很容易了。图7中相关数字的含义为：Ⅰ可表示精原细胞、减数第二次分裂的后期，体细胞（有丝分裂形成的子细胞）；Ⅱ可表示有丝分裂前期和中期，减数第一次分裂的前期、中期和后期；Ⅲ可表示减数第二次分裂的前期和中期；Ⅳ可表示有丝分裂后期；Ⅴ可表示精子，卵细胞，第二极体。从图中还可以看出，在生物体内染色体数目最多的时期为有丝分裂后期。如果按照减数分裂过程来排序则为（假设为雄性）Ⅰ（精原细胞）→Ⅱ（初级精母细胞）→Ⅲ（次级精母细胞）→Ⅴ（精细胞），按照有丝分裂过程来排序则为Ⅰ（体细胞）→Ⅱ（前期、中期）→Ⅳ（后期）→Ⅰ（子细胞）。

图7 细胞分裂过程中相关柱形图

（作者单位：江苏省苏州实验中学）