多角度分析图像 拆解“细胞分裂与变异”

张圣萍　陆晔

细胞分裂是生物学学习过程中一个重要的主题。在细胞分裂过程中可能会产生各种变异，理解和掌握这些变异的类型和原因对于我们深入理解生物体的遗传特性有着至关重要的作用，然而细胞分裂过程复杂且抽象，单纯依靠文字描述往往难以完全理解和掌握，借助图像进行分析就显得尤为重要。

一、多角度分析图像，判断二倍体生物细胞分裂的具体时期

1.染色体

染色体是存在于细胞核内的线性DNA分子的载体，携带遗传信息并主要由蛋白质和DNA组成。在细胞分裂时，染色体负责将核遗传物质从一个细胞传递到另一个细胞。（1）观察染色体数目：如果染色体数目为奇数，则该细胞可能处于减数第二次分裂。如果细胞中一极的染色体数目为奇数，则该细胞可能处于减数第二次分裂后期。（2）观察染色体种类：如果細胞存在同源染色体，则该细胞不可能处于减数第二次分裂阶段，如果细胞中一极存在同源染色体，则该细胞可能处于有丝分裂后期。（3）观察染色体行为：①如果染色质螺旋为染色体，则该细胞处于有丝分裂前期或减数第一次分裂前期；如果染色体解螺旋为染色质，则该细胞处于有丝分裂末期或减数第二次分裂末期。②如果同源染色体联会形成四分体，同源染色体排列在赤道板两侧，同源分离等现象，则该细胞处于减数第一次分裂阶段。

2.姐妹染色单体

姐妹染色单体在分裂间期由一条染色体复制而产生的两条姐妹染色体，这两条染色质纤维由同一个着丝粒紧紧相连，它们在形状和大小上完全相同，包含了相同的基因序列。“有丝分裂后期、末期”、“减数第二次分裂后期、末期”不存在姐妹染色单体，染色体数目等于核DNA数目，减数第二次分裂前期、中期，姐妹染色单体数目和体细胞中染色体数日相等。减数第一次分裂和有丝分裂前期、中期，姐妹染色单体数目是体细胞中染色体数目的2倍。

例1 某种百合（2n=24）的减数分裂①-④不同时期图像如图1所示，下列相关叙述错误的是（ ）。

A.图像①所在时期的细胞发生非同源染色体自由组合

B.图像②所在时期的细胞同源染色体处于联会状态

C.图像③所在时期的一个细胞核中染色体数目为24条

D.图像④所在时期的细胞中姐妹染色体单体已经分离

解析 ①细胞中的同源染色体分离，非同源染色体自由组合，故处于减数第一次分裂后期，A正确；同源染色体联会且非姐妹染色单体间发生片段互换发生在减数第一次分裂前期，②细胞中染色体联会，故该细胞处于减数第一次分裂前期，B正确；③细胞中有4个细胞核，故其处于减数第二次分裂末期，此时每一个细胞核有12条染色体，C错误；④细胞中着丝粒已经分裂，故其处于减数第二次分裂后期，姐妹染色单体分离，D正确。答案：C

二、多角度分析图像，判断二倍体生物可遗传变异的类型

1.观察染色体

染色体结构是否出现易位、倒位、重复、缺失等现象——染色体结构变异；染色体数日是否以染色体组形式加倍——低温或秋水仙素导致；细胞中某对染色体增加或减少1条——若四个配子都不正常。则同源染色体未正常分离；若两个配子不正常，则姐妹染色单体未正常分离。

2.观察染色体上基因的个数和种类

若基因的个数和种类改变（2A、2a→3A、a），则发生基因突变；若基因的个数和种类不改变（A Aaa→A a a A），则发生减数第一次分裂前期同源染色体上的非姐妹染色单体间片段的互换。

3.观察姐妹染色单体的颜色

若某姐妹染色单体A基因变成a基因，则观察同源染色体上两条姐妹染色单体颜色，若完全相同，则发生基因突变；若不完全相同，则发生同源染色体上非姐妹染色单体的片段互换。

4.观察细胞分裂方式

有丝分裂只能发生基因突变、染色体变异；减数分裂还可以发生基因重组。

例2 图2为某动物体内某一细胞分裂图像中部分染色体情况，图3为同一动物体内细胞分裂过程中染色体组数目变化，下列叙述正确的是（ ）。

A.图2代表的细胞为极体，出现在图3EF段

B.图2细胞所在的器官中只能观察到染色体组数为1、2的不同细胞分裂图像

C.若该动物基因型为Ddee，图2中出现D、d的原因是减数第一次分裂过程中发生基因突变或基因重组

D.该动物体内细胞D和d基因的分离只发生在图3中AB段

解析 图2为减数第二次分裂后期图像；图3中A-H表示减数分裂染色体组数目的变化过程。HI表示受精作用，IM表示受精卵细胞进行有丝分裂。由于图2和图3是同一动物，因只有雌性动物体内才有受精作用过程，所以该动物为雌性动物。即图2代表极体减数第二次分裂后期图像，染色体组数加倍，对应图3中的EF段，A正确；图2细胞所在的器官是雌性生殖器官，其中的卵原细胞既可有丝分裂，也可减数分裂，所以细胞中的染色体组数可以是4、2、1，B错误；若该动物基因型为Ddee，图2中出现D、d的原因是基因突变或减数第一次分裂过程中发生基因重组，C错误；AB段进行减数第一次分裂，图2细胞D和d基因的分离发生在减数第二次分裂后期，没有发生在图3中AB段，D错误。答案：A

通过多角度分析图像，可以更准确地判断出二倍体生物细胞所处的具体时期以及可能发生的可遗传变异类型，这不仅能增强学生对生物学知识的深入理解和熟练掌握，也为教师的教学实践注入了崭新的理念和手段。在未来的教育和学习进程中，应更加关注图像分析的作用，提升学生的观察技巧和分析技能，进而更好地理解和掌握生物学知识。

（收稿日期：2024-02-10）