DNA含量變化的討論

新疆 姜 維

DNA含量變化的討論

新疆 姜 維

關(guān)于DNA含量變化的討論，有必要先統(tǒng)一對幾個問題的認識：

1. 一條染色體是由一個DNA分子螺旋而成，即一條染色體含有一個DNA分子；在染色體復制（DNA復制）完成后，形成的兩條染色體被一個著絲點連接在一起，稱之為一個染色體，其中的每個染色體稱之為染色單體，連接在一起的兩個染色單體互稱姐妹染色單體，一條染色單體是由一個DNA分子螺旋而成，此時一個染色體中含有二個DNA分子，即染色體復制后，一個染色體含有兩個DNA分子；著絲點分裂后，兩個染色單體變?yōu)閮蓚€染色體，每一個染色體含有一個DNA分子。具體見下表所示。

染色體與DNA的數(shù)量關(guān)系及其所處的時期：

2. 染色體：DNA=1∶1.1……1.9，是DNA分子在復制期間的染色體與DNA的比例關(guān)系。DNA的復制是“半保留復制”，解旋后的DNA兩條多聚脫氧核苷酸鏈為模板，因此DNA的相對含量最低為1。DNA的復制同時也是“邊解旋邊復制”，在此過程中，DNA的含量逐漸地增加，于是其相對的含量可以為1.1，1.3，1.5，1.7，1.9……最終達到2，表明復制完成，一個DNA分子變成兩個DNA分子。在DNA變化曲線中以一段斜向上的直線表示這個比例關(guān)系。

3. 細胞核存在的問題。具有連續(xù)細胞周期的細胞是有著完整細胞核的，DNA的儲存、復制、轉(zhuǎn)錄等過程都在細胞核中完成。在有絲分裂的分裂期，需要紡錘絲牽引染色體的運動，而紡錘體的形成是在細胞質(zhì)中，紡錘絲牽引染色體必須先與染色體接觸，這就需要溶解核膜，因此，核膜在細胞分裂的前期逐漸的溶解消失，當細胞完成染色體的平均分配并且到達細胞兩極時，在染色體的周圍核膜重新出現(xiàn)，形成了兩個細胞核。所以在細胞分裂的中期、后期，細胞中沒有細胞核，新核沒有出現(xiàn)之前，可以看作細胞中存在有一個細胞核。

另外，細胞核的分裂是一個“先破后立”的過程，而不是像動物細胞分裂那樣凹陷縊裂完成分裂。

4. 從細胞結(jié)構(gòu)的角度分析細胞分裂可以分為細胞核分裂、細胞質(zhì)分裂兩部分。動物細胞與植物細胞的有絲分裂有著許多的不同，主要存在于細胞質(zhì)的分裂不同，其細胞核（染色體的活動）分裂是完全相同的。在有絲分裂中，先是完成細胞核分裂（重新形成兩個細胞核），再完成細胞質(zhì)分裂（植物，位于赤道板新形成的細胞壁與周圍的細胞壁接觸；動物細胞凹陷縊裂，細胞膜接觸融合在一起，分割母細胞為兩個子細胞）。所以細胞核中DNA含量的減半，要早于細胞中DNA含量的減半。

【例1】下圖所示曲線為細胞周期中DNA的變化情況。請據(jù)圖討論分析，下面幾種情況下DNA含量減半各發(fā)生在什么時期：

（1）一個細胞中DNA含量減半。

（2）一個細胞核中DNA含量減半。

（3）一個染色體中DNA含量減半。

（4）一個染色單體中DNA的變化。

【解析】

由上面曲線分析可知，一個細胞的初始階段DNA含量為2N，O～2為細胞分裂的間期，其中的1～2為DNA的復制期，O～1為DNA復制前期，2～3為前期，3～4為中期，4～5為后期，5～6為末期，6之后為下一個周期的間期。O～6為一個細胞周期。

從O～4的一段曲線表示的內(nèi)容是：DNA分子在復制時，其含量2N逐漸地增加，最終DNA相對含量增加到4N；在分裂的前期、中期過程中，只是染色體的位置、形態(tài)發(fā)生變化，其數(shù)目沒有發(fā)生變化、因此DNA的含量保持不變。

在細胞分裂的后期（D～D1），著絲點分裂，原來的兩個染色單體變成兩條染色體，染色體加倍，原來一個染色體含有2個DNA分子，變成一個染色體含有一個DNA分子，細胞中DNA含量沒有變化，但是染色體中的DNA含量減半。所以染色體中DNA含量減半發(fā)生在細胞分裂的后期開始時，即DE段。

在細胞分裂的末期（D1～D2），核仁、核膜重新出現(xiàn)，一個細胞出現(xiàn)了兩個細胞核，細胞中染色體、DNA平均分配到兩個細胞核，一個細胞中的染色體、DNA的數(shù)目沒有變化，但是每個細胞核的染色體、DNA含量只有后期時的一半。所以細胞核中DNA含量減半發(fā)生在細胞分裂的末期開始時，即D1～E1段。

一個母細胞分裂為兩個子細胞，細胞內(nèi)的染色體、DNA分別進入兩個子細胞中，所以細胞中的染色體、DNA減半發(fā)生在細胞分裂完成時，即末期結(jié)束時D2～E2段。

一個細胞中染色體、DNA的減半發(fā)生在末期結(jié)束。一個細胞核中染色體、DNA含量減半發(fā)生在末期開始。一個染色體中DNA含量減半發(fā)生在著絲點分裂時，即后期開始時。

染色單體在細胞分裂間期——復制、形成；在細胞分裂前期——出現(xiàn)、存在；在細胞分裂前期、中期——存在；在細胞分裂中期——穩(wěn)定清晰；在細胞分裂后期——消失。

【答案】

（1）一個細胞中DNA含量減半發(fā)生在有絲分裂末期結(jié)束時。

（2）一個細胞核中DNA含量減半發(fā)生在有絲分裂末期開始時。

（3）一個染色體中DNA含量減半發(fā)生在有絲分裂的后期開始時。

（4）一個染色單體中DNA的變化：染色單體存在于有絲分裂的前期、中期，一個染色單體含有一個DNA分子。有絲分裂后期染色單體消失。

【例2】根據(jù)每個細胞中DNA相對含量不同，將某種連續(xù)增殖的動物細胞歸為甲、乙、丙三組，每組細胞數(shù)如下圖l所示。根據(jù)細胞中的DNA含量在細胞周期中的變化繪制曲線，如下圖2所示。下列有關(guān)圖的分析，不正確的是 （ ）

A. 圖l中的乙組細胞全部位于圖2中的AB段

B. 圖l中的丙組細胞全部位于圖2中的BC段

C. 圖l中的甲組細胞全部位于圖2中的DE段

D. 用藥物抑制紡錘體的形成，會導致丙組細胞數(shù)增多

【解析】分析圖1可知，細胞數(shù)目的多少與此階段經(jīng)歷的時間長短有關(guān)。某時期的細胞數(shù)目越多，說明此階段經(jīng)歷的時間越長。甲組、乙組表示分裂間期的細胞，丙組表示分裂期細胞。在細胞周期里，分裂間期經(jīng)歷的時間一般是分裂期的5～10倍，因而分裂間期的細胞數(shù)目為分裂期的5～10倍。分析圖2，細胞分裂時期的AB段為DNA復制期，細胞中DNA的相對含量為大于2，小于4。這段時間經(jīng)歷比較長，每個時間DNA的相對含量都是不同的，雖然每個時間段的細胞數(shù)目不多，但是整個AB段的細胞總數(shù)目相對較多，故A項正確；細胞分裂時期的BC段為細胞分裂期，此時細胞中DNA的相對含量為4，這時的細胞數(shù)目相對最少，故B項正確；細胞分裂時期的OA段為DNA復制前的間期一段時間，DE段為細胞分裂期的末期結(jié)束，這兩個階段細胞中DNA的相對含量為2，這時的細胞數(shù)目相對較多，故C項錯誤；紡錘絲牽引染色體向細胞兩極移動，以后平均分配到兩個子細胞中。沒有紡錘體，染色體無法移向細胞兩極，細胞就無法完成分裂，導致細胞中染色體數(shù)目加倍，細胞中DNA相對含量為4，故D項正確。

【答案】C

DNA含量的變化有：不變，增加，減半，加倍等幾種情況。以上例題內(nèi)容主要涉及前面三種情況，關(guān)于DNA含量加倍情況，請參考例3。

【例3】下列情況細胞中DNA含量加倍的有 （ ）

A. DNA的復制

B. 受精作用

C. 紡錘體形成受阻

D. 細胞的融合

E. 低溫處理頂芽細胞

F. 細胞的癌變

G. 植物細胞的高爾基體被破壞

H. 著絲點分裂

I. 紡錘絲牽引染色體運動

【解析】

受精作用，來自精子有一套染色體，來自卵子有一套染色體，所以受精卵的染色體加倍；細胞融合，同種生物的體細胞融合，細胞中的DNA含量增加一倍；不同種生物細胞融合，DNA含量增加，但是倍數(shù)無法確定；紡錘體形成受阻、低溫處理頂芽細胞、植物細胞的高爾基體被破壞等過程，會影響抑制細胞質(zhì)的分裂，導致細胞中染色體加倍，DNA含量加倍；著絲點分裂，細胞中染色體數(shù)加倍，DNA含量不變；細胞癌變，是細胞中遺傳物質(zhì)改變，不是DNA加倍；紡錘絲牽引染色體運動，是在細胞內(nèi)進行，細胞中的DNA含量沒有發(fā)生變化。故FHI選項染色體沒有加倍。

【答案】ABCDEG

（作者單位：新疆兵團第八師121團第一中學）