有丝分裂和减数分裂：阶段与区别

细胞并非连续分裂。它的生命周期是从细胞产生到自身分裂的时间，分为两个不等长的部分：长的间期（准备期）和短的分裂期。

间期分为三个时期：

• G1 期，合成前期 — 细胞生长，合成蛋白质，增加细胞质和细胞器的体积；
• S 期，合成期 — DNA 复制发生：每条染色体复制出另一条染色单体；
• G2 期，合成后期 — 细胞储存能量，复制中心体，准备纺锤丝蛋白。

需要记住的关键点是：DNA 复制发生在间期，在分裂开始之前。有丝分裂和减数分裂都从已复制的物质开始 — 染色体组为 2n4c。间期本身既不被视为有丝分裂的阶段，也不被视为减数分裂的阶段。

在间期，染色体即使在显微镜下也看不见：它们是解旋的，以染色质的形式存在于细胞核中。细胞核、染色体和发出纺锤丝的细胞中心体的结构，在关于植物和动物细胞结构的材料中已详细介绍。

像 2n4c 这样的表示法中，字母 n 代表染色体数目，字母 c 代表 DNA 数量（更准确地说，是染色单体的数量）。单倍体组是 n，二倍体组是 2n。2n2c 的读法是：“二倍体染色体组，每条染色体包含一条染色单体”，而 2n4c 是“二倍体染色体组，每条染色体包含两条染色单体”。

最常见的错误是根据染色单体计算染色体数目。复制后，染色体看起来像两根棍子，但它仍然是一条染色体：两条染色单体通过同一个着丝粒连接。染色体的数量等于着丝粒的数量。

人类的 2n = 46。这意味着在 G1 期，细胞中有 46 条染色体和 46 个 DNA 分子（2n2c）。S 期之后，染色体数目仍为 46，但 DNA 分子数量已增至 92 个（2n4c）。只有在有丝分裂后期，当着丝粒分裂时，染色体数目才会变为 92 — 每个细胞极各 46 条。

下面图表中按步骤介绍了有丝分裂的四个阶段及其染色体和 DNA 数量。这里我们来解答三个最容易出错的问题。

为什么后期是 4n4c。 只要细胞完整，其染色体数量是子细胞的两倍：着丝粒分裂，每条染色单体成为独立的染色体。此时细胞整体染色体组为 4n4c，每个细胞极染色体组为 2n2c — 题目中总要看清楚问的是什么。

为什么在中期计数染色体。 染色体在此阶段螺旋化程度最高，并排列在赤道板上 — 此时最容易观察和计数。因此，核型分析通常在中期进行。

分裂如何结束。 细胞质分裂称为胞质分裂，植物细胞和动物细胞的方式不同：植物细胞中，细胞板从内部向两侧生长，因为坚硬的细胞壁阻止细胞缢缩。

减数分裂是一次 DNA 复制后连续进行两次分裂。第一次分裂称为减数分裂：染色体数目在此阶段减半。各阶段的顺序和染色体组数在下面的图表中。

为什么染色体数目在此阶段减半。 后期 I 中染色单体不分开 — 而是整条染色体向两极移动，因此每个细胞极获得的是二倍体染色体组，但每条染色体包含两条染色单体：n2c，而不是 nc。它们成为单条染色单体的染色体要到第二次分裂后才实现。

同源染色体配对和交叉互换的意义。 配对的同源染色体（二价体）由两条染色体和四条染色单体组成。非姐妹染色单体之间的片段交换会重新组合一条染色体内的母源和父源基因 — 这就产生了遗传变异。

决定许多事物的随机性。 每对同源染色体独立地向细胞两极移动。对于人类来说，这在任何交叉互换发生之前就能产生 2 的 23 次方 ≈ 840 万种不同的染色体组组合。

两次分裂之间有一个短暂的间期 — 其中不包含合成期：DNA 不会再次复制。

减数第二次分裂称为均等分裂 — 它遵循有丝分裂的规则，但在单倍体细胞中进行。各阶段及染色体组数在下面的图表中。

这里需要理解的关键点。 单条染色体排列在细胞赤道板上，而不是二价体：同源染色体已在上一次分裂中分离，没有配对对象。这次着丝粒分裂 — 姐妹染色单体分离。

为什么所有四个子细胞都不同。 首先，交叉互换交换了两条同源染色体的非姐妹染色单体片段，然后同源染色体以随机组合的形式分配到细胞中。因此，减数分裂产生的不是副本，而是每次都产生新的基因组合 — 这就是后代多样性的基础。

“某阶段有多少染色体和 DNA 分子”这类题目，只要牢记两个基本规则就能机械地解答：DNA 数量只在 S 期增加，染色体数量的变化只发生在染色单体分离的地方。下面是各阶段的数量。

两种分裂有很多共同点：它们都发生在间期 DNA 复制之后，都有相同的阶段名称，都使用纺锤体，并且都以细胞质分裂结束。因此，在回答时，先列出相似之处，然后按表格中的项目列出区别会很方便。

有丝分裂的意义 — 精确性。子细胞获得与母细胞完全相同的染色体组和基因组，因此有丝分裂保证了：

• 生物体生长和细胞数量增加；
• 组织更新和损伤修复（再生）；
• 受精后卵裂；
• 无性繁殖和营养繁殖 — 从变形虫分裂到植物扦插繁殖。

减数分裂的意义 — 两方面兼顾。

第一：物种染色体数目的恒定性。 如果配子是二倍体的，每次受精时染色体数目都会加倍。减数分裂使染色体数目减半，受精时配子结合（n + n）后，合子再次获得二倍体组 2n。

第二：组合变异性。 新的基因组合出现三次：在前期 I 的交叉互换中，在后期 I 中同源染色体的随机独立分配中，以及在受精过程中配子的随机结合中。仅凭同源染色体的独立分配，人类就能产生 2 的 23 次方 — 超过八百万种 — 染色体组不同的配子。正是这种多样性为自然选择提供了材料。

在动物中，减数分裂发生在生殖腺形成配子时；在植物中，发生在形成孢子时。