多角度分析圖像　拆解“細胞分裂與變異”

張圣萍　陸曄

細胞分裂是生物學學習過程中一個重要的主題。在細胞分裂過程中可能會產生各種變異，理解和掌握這些變異的類型和原因對于我們深入理解生物體的遺傳特性有著至關重要的作用，然而細胞分裂過程復雜且抽象，單純依靠文字描述往往難以完全理解和掌握，借助圖像進行分析就顯得尤為重要。

一、多角度分析圖像，判斷二倍體生物細胞分裂的具體時期

1.染色體

染色體是存在于細胞核內的線性DNA分子的載體，攜帶遺傳信息并主要由蛋白質和DNA組成。在細胞分裂時，染色體負責將核遺傳物質從一個細胞傳遞到另一個細胞。（1）觀察染色體數目：如果染色體數目為奇數，則該細胞可能處于減數第二次分裂。如果細胞中一極的染色體數目為奇數，則該細胞可能處于減數第二次分裂后期。（2）觀察染色體種類：如果細胞存在同源染色體，則該細胞不可能處于減數第二次分裂階段，如果細胞中一極存在同源染色體，則該細胞可能處于有絲分裂后期。（3）觀察染色體行為：①如果染色質螺旋為染色體，則該細胞處于有絲分裂前期或減數第一次分裂前期；如果染色體解螺旋為染色質，則該細胞處于有絲分裂末期或減數第二次分裂末期。②如果同源染色體聯會形成四分體，同源染色體排列在赤道板兩側，同源分離等現象，則該細胞處于減數第一次分裂階段。

2.姐妹染色單體

姐妹染色單體在分裂間期由一條染色體復制而產生的兩條姐妹染色體，這兩條染色質纖維由同一個著絲粒緊緊相連，它們在形狀和大小上完全相同，包含了相同的基因序列?！坝薪z分裂后期、末期”、“減數第二次分裂后期、末期”不存在姐妹染色單體，染色體數目等于核DNA數目，減數第二次分裂前期、中期，姐妹染色單體數目和體細胞中染色體數日相等。減數第一次分裂和有絲分裂前期、中期，姐妹染色單體數目是體細胞中染色體數目的2倍。

例1 某種百合（2n=24）的減數分裂①-④不同時期圖像如圖1所示，下列相關敘述錯誤的是（ ）。

A.圖像①所在時期的細胞發生非同源染色體自由組合

B.圖像②所在時期的細胞同源染色體處于聯會狀態

C.圖像③所在時期的一個細胞核中染色體數目為24條

D.圖像④所在時期的細胞中姐妹染色體單體已經分離

解析 ①細胞中的同源染色體分離，非同源染色體自由組合，故處于減數第一次分裂后期，A正確；同源染色體聯會且非姐妹染色單體間發生片段互換發生在減數第一次分裂前期，②細胞中染色體聯會，故該細胞處于減數第一次分裂前期，B正確；③細胞中有4個細胞核，故其處于減數第二次分裂末期，此時每一個細胞核有12條染色體，C錯誤；④細胞中著絲粒已經分裂，故其處于減數第二次分裂后期，姐妹染色單體分離，D正確。答案：C

二、多角度分析圖像，判斷二倍體生物可遺傳變異的類型

1.觀察染色體

染色體結構是否出現易位、倒位、重復、缺失等現象——染色體結構變異；染色體數日是否以染色體組形式加倍——低溫或秋水仙素導致；細胞中某對染色體增加或減少1條——若四個配子都不正常。則同源染色體未正常分離；若兩個配子不正常，則姐妹染色單體未正常分離。

2.觀察染色體上基因的個數和種類

若基因的個數和種類改變（2A、2a→3A、a），則發生基因突變；若基因的個數和種類不改變（A Aaa→A a a A），則發生減數第一次分裂前期同源染色體上的非姐妹染色單體間片段的互換。

3.觀察姐妹染色單體的顏色

若某姐妹染色單體A基因變成a基因，則觀察同源染色體上兩條姐妹染色單體顏色，若完全相同，則發生基因突變；若不完全相同，則發生同源染色體上非姐妹染色單體的片段互換。

4.觀察細胞分裂方式

有絲分裂只能發生基因突變、染色體變異；減數分裂還可以發生基因重組。

例2 圖2為某動物體內某一細胞分裂圖像中部分染色體情況，圖3為同一動物體內細胞分裂過程中染色體組數目變化，下列敘述正確的是（ ）。

A.圖2代表的細胞為極體，出現在圖3EF段

B.圖2細胞所在的器官中只能觀察到染色體組數為1、2的不同細胞分裂圖像

C.若該動物基因型為Ddee，圖2中出現D、d的原因是減數第一次分裂過程中發生基因突變或基因重組

D.該動物體內細胞D和d基因的分離只發生在圖3中AB段

解析 圖2為減數第二次分裂后期圖像；圖3中A-H表示減數分裂染色體組數目的變化過程。HI表示受精作用，IM表示受精卵細胞進行有絲分裂。由于圖2和圖3是同一動物，因只有雌性動物體內才有受精作用過程，所以該動物為雌性動物。即圖2代表極體減數第二次分裂后期圖像，染色體組數加倍，對應圖3中的EF段，A正確；圖2細胞所在的器官是雌性生殖器官，其中的卵原細胞既可有絲分裂，也可減數分裂，所以細胞中的染色體組數可以是4、2、1，B錯誤；若該動物基因型為Ddee，圖2中出現D、d的原因是基因突變或減數第一次分裂過程中發生基因重組，C錯誤；AB段進行減數第一次分裂，圖2細胞D和d基因的分離發生在減數第二次分裂后期，沒有發生在圖3中AB段，D錯誤。答案：A

通過多角度分析圖像，可以更準確地判斷出二倍體生物細胞所處的具體時期以及可能發生的可遺傳變異類型，這不僅能增強學生對生物學知識的深入理解和熟練掌握，也為教師的教學實踐注入了嶄新的理念和手段。在未來的教育和學習進程中，應更加關注圖像分析的作用，提升學生的觀察技巧和分析技能，進而更好地理解和掌握生物學知識。

（收稿日期：2024-02-10）