李林
细胞分裂是联系高中生物必修一和必修二的重要知识点。在有丝分裂和减数分裂的学习过程中,不仅需要理解和记忆大量的知识内容,还需要复杂的逻辑分析,构建分裂过程模型,才能掌握细胞分裂的核心内涵。其中,逻辑分析是很多题型快速分析和解决的基础,因此本文通过整合对细胞分裂各种数量“加倍”和“减半”(消失)逻辑的分析,帮助考生快速理解、记忆折线图内容,同时达到高效分析、快速解题的目的。
一、表格常规分析
以下分析以二倍体生物(2N)为例,先对其有丝分裂和减数分裂过程中,染色体、染色单体、DNA 数目变化进行常规分析。
二、折线图“两点分析法”快速分析
用以上表作为基础,分别完成染色体、染色单体、DNA在有丝分裂、减数分裂中的变化折线图。鉴于折线图较难记忆,彼此之间很容易弄混,为了能更快更好地记忆各类不同折线图,以下介绍快速记忆方法“两点分析法”,只要掌握两点——加倍点和减半点(消失点)即可,无须记忆其他过程,可以达到较快较好的记忆效果。
在分析图形的过程中,仅需要注意加倍点和减半点,即可快速判断折线类型及对应时期。
总结口诀如下:
DNA:间期复制缓慢加倍,细胞分裂减半
染色体:后期着丝点分裂快速加倍,细胞分裂减半
有丝分裂:加倍一次,减半一次
减数分裂:加倍一次,减半两次
【特别注意】每条染色体上DNA 数量变化曲线在有丝分裂和减数分裂中均相同,原理是每条染色体上DNA 数量变化仅和染色体复制及着丝点分裂有关,两种分裂方式中,加倍均由染色体复制导致,减半均由着丝点分裂导致,M Ⅰ不影响每条染色体上DNA 数量。所以两者图形相似,但每个阶段对应时期不同,如右图所示。
3. 其他特点
(1)区分核DNA 曲线和染色体曲线
主要看“斜线”,由于DNA 复制速度较慢,曲线中存在斜线的为核DNA 变化曲线;而由于着丝点分裂速度较快,不存在斜线的为染色体变化曲线。且在DNA 复制曲线中,斜线前面的横线为G1期,斜线后面应具有一小段横线为G2 期,很多题目经常会忽略掉G2 期而不在曲线上体现。同时,正常情况下,间期时间较长、分裂期时间较短,但在图像中为了体现分裂期的变化,会将分裂期画得更长,这种情况不算作错误。
(2)区分细胞增殖的方式
①看“DNA 复制和分裂次数”,斜线代表DNA 复制,竖直下降代表细胞分裂完成。因此斜线出现1 次,而竖直下降2 次的,为减数分裂;斜线出现1 次,竖直下降1 次的,为有丝分裂。
②看“结果”,分裂完成后,染色体或核DNA 的数量与分裂前相等则为有丝分裂;若减半则为减数分裂。
③看“染色体峰值”,染色体数目最大为4N 的,是有丝分裂;染色体数目最大为2N 的,是减数分裂。
三、典例剖析
【例1】如图表示细胞分裂和受精作用过程中,核DNA含量的变化,有关分析正确的是( )
A. a、b、c 分别进行减数分裂、受精作用、有丝分裂
B. OP 的核DNA 含量比MN 增加1 倍,原因是NO 发生了受精作用
C. JK 发生同源染色体联会与分开
D. CD 与OP 的染色体数相同
【解析】分析题图:a 阶段DNA 加倍一次,减半一次,表示有絲分裂过程中DNA 含量变化,由于DNA 复制加倍,细胞分裂减半,可知AC 加倍表示分裂间期,DE 减半表示末期,CD 表示前期、中期和后期,E 点之后表示末期。b阶段DNA 复制一次,细胞分裂两次,表示减数分裂过程中DNA 含量变化,通过上述原则可知,其中FG 表示减数第一次分裂间期,GH 表示减数第一次分裂过程,IJ 表示减数第二次分裂过程。c 阶段DNA 数目恢复,并又进行了一次有丝分裂,表示受精作用和有丝分裂过程中DNA含量变化,其中LM 表示受精作用,MO 表示有丝分裂间期,OP 表示前期、中期、后期,Q 之后表示末期。
由以上分析可知,a 进行的是有丝分裂,b 进行的是减数分裂,c 进行的是受精作用和有丝分裂,A 项错误;OP 的核DNA 含量比MN 增加1 倍,原因是NO 发生了DNA 的复制,B 项错误;同源染色体的联会和分离发生在减数第一次分裂,而JK 表示减数第二次分裂,C 项错误;CD 和OP表示的时期相同(有丝分裂前期、中期和后期),因此两者含有的染色体数目相同,D 项正确。
【答案】D
【例2】在下列图中,能表示人的受精卵在分裂过程中DNA含量变化以及精细胞在形成过程中染色体数目变化的曲线图分别是( )
【解析】人的受精卵进行的是有丝分裂,有丝分裂细胞的DNA 和染色体均经过一次加倍和一次减半,在该分裂过程中DNA 含量变化曲线图为①,染色体数目变化曲线图为②;精细胞是通过精原细胞减数分裂形成的,染色体和DNA 均经过一次加倍和两次减半,根据图形分析可知,在该分裂过程中DNA 含量变化曲线图为④,染色体数目变化曲线图为③。
【答案】B
【例3】下图表示雄果蝇细胞分裂过程中DNA 含量的变化。下列叙述中正确的是( )
A. 若图a 表示减数分裂,则图a 的BC 段一个细胞中可能含有0 条或1 条Y 染色体
B. 若图a 表示减数分裂,则图a 的CD 段表示同源染色体分开
C. 若两图均表示有丝分裂,则两图的DE 段一个细胞内只含有2 个染色体组
D. 若图a 表示减数分裂、图b 表示有丝分裂,则两图的CD 段都发生着丝点分裂
【解析】图a 中纵坐标表示每条染色体上DNA 含量,AB 表示间期进行DNA 复制,CD 表示着丝点分裂,根据分裂的模式分析可知其可以是有丝分裂,也可以是减数分裂。各段对应时期不同,在有丝分裂中BC 对应有丝分裂的前期和中期;在减数分裂中,BC 对应M Ⅰ和M Ⅱ的前、中期。图b 纵坐标表示每个细胞核DNA 含量,DNA 复制一次减半一次,分裂前后DNA 数目一致,表示有丝分裂过程中DNA 含量变化,其中AB 表示DNA 复制,CD 表示细胞分裂形成子细胞。
若图a 表示减数分裂,则BC 表示整个减数第一次分裂和减数第二次分裂的前、中期,所以处于减数第二次分裂前、中期的次级精母细胞中可能含有1 条或0 条Y 染色体,故A 项正确;图a 的纵坐标的含义是每条染色体上DNA 含量,故CD 的原因是着丝点分裂,故B 项错误;图a 中DE是末期,细胞中含有4 个染色体组,图b 中DE 表示细胞分裂完成产生的子细胞,故细胞中有2 个染色体组,故C 项错误;图b 中CD 表示细胞分裂完成,一个细胞变成两个子细胞,故D 项错误。
【答案】A
【例4】如图表示雄果蝇体内某细胞分裂过程中,细胞内每条染色体DNA 含量变化(甲曲线)及与之对应的细胞中染色体数目变化(乙曲线),下列有关叙述正确的是( )
A. CD 与FG 对应的时间段,细胞中均含有四个染色体组
B. D 点所对应时刻之后,单个细胞中可能不含Y 染色体
C. AE 对应的时间段,细胞中含有同源染色体
D. 图示曲线既可以表示有丝分裂,也可以表示减数分裂
【解析】分析题图:虚线乙表示减数分裂过程中染色体含量变化,实线甲表示同一细胞减数分裂过程中每条染色体DNA 含量变化,可知CE 表示M Ⅰ和M Ⅱ的前、中期。
CD 表示减数第一次分裂,FG 表示减数第二次分裂,所以CD 与FG 对应的时间段,细胞中均含有2 个染色体组,A 项错误;由于减数第一次分裂后期同源染色体分离,因此D 点所对应时刻之后,单个细胞中可能不含Y 染色体,B项正确;AD 对应的时间段为减数第一次分裂,所以细胞中含有同源染色体,DE 对应的时间段为减数第二次分裂,所以细胞中不含同源染色体,C 项错误;图示曲线表示减数分裂过程中DNA、染色体含量变化,D 项错误。
【答案】B
【例5】下图为人体细胞正常分裂时有关物质或结构数量变化曲线,下列分析错误的是( )
A. 若曲线表示减数分裂每条染色体上DNA 分子数目变化的部分曲线,则n 等于1
B. 若曲线表示有丝分裂染色体数目变化的部分曲线,则n 等于46
C. 若曲线表示减数第一次分裂核DNA 分子数目变化的部分曲线,则n 等于23
D. 若曲线表示有絲分裂染色体组数数目变化的部分曲线,则n 等于2
【解析】此题是一个开放性题目,对各种数量关系进行了综合考查,解题时关注两个问题,一是减半的原因,DNA 和染色体均为细胞分裂时减半,但每条染色体上的DNA 分子是着丝点分裂时减半;二是n 所代表的含义,在有丝分裂、减数分裂和DNA、染色体上,n 所代表的数据均不相同。
减数分裂过程中,每条染色体上DNA 数目为1 或2,因此n=1,A 项正确;人体细胞有丝分裂过程中染色体数目着丝点分裂前为46 个,着丝点分裂后为92 个,因此n=46,B 项正确;人体细胞减数第一次分裂过程中,核DNA 分子数目经过复制均为92,分裂后减半,因此n=46,C 项错误;人体细胞有丝分裂过程中,染色体组数着丝点分裂前为两组,着丝点分裂后染色体数目加倍,染色体组数为四组,因此n=2,D 项正确。
【答案】C