有絲分裂與減數分裂是細胞分裂的兩種方式。有絲分裂產生兩個與母細胞具有相同染色體套數的子細胞：它負責生物體的生長和組織修復。減數分裂則是連續進行兩次分裂，產生四個染色體套數減半的細胞：這是配子的形成方式。本頁將依序介紹有絲分裂與減數分裂的階段、各階段的染色體與DNA套數、互換與聯會、有絲分裂與減數分裂的差異比較表，以及用於自我檢測的練習器。
細胞的生命週期與間期
細胞並非持續分裂。其生命週期是指細胞從產生到自身分裂所需的時間，分為兩個不等長的部分：長的間期（準備期）和短的分裂期。
間期又分為三個時期：
- G1期，合成前期：細胞生長，合成蛋白質，增加細胞質和細胞器的體積；
- S期，合成期：進行DNA複製：每條染色體複製出一條姐妹染色分體；
- G2期，合成後期：細胞儲存能量，複製中心粒，準備紡錘絲蛋白。
最重要的是要記住：DNA的複製發生在間期，在分裂開始之前。無論是有絲分裂還是減數分裂，都從DNA已複製好的狀態（2n4c套數）開始。間期本身不被視為有絲分裂或減數分裂的階段。
在間期，染色體在顯微鏡下也看不見：它們是鬆散的染色質狀態，位於細胞核內。細胞核、染色體和細胞中心體（紡錘絲的來源）的結構，在關於動植物細胞結構的材料中有詳細介紹。
2n2c 的含義：如何計算染色體和 DNA 的套數
像 2n4c 這樣的表示法中，字母 n 代表染色體數量，字母 c 代表 DNA 的數量（更準確地說是染色分體的數量）。單套染色體組是 n，二倍體是 2n。2n2c 的讀法是「二倍體染色體組，每條染色體含一條染色分體」，而 2n4c 則是「二倍體染色體組，每條染色體含兩條染色分體」。
最常見的錯誤是根據染色分體來計算染色體數量。複製後，染色體看起來像兩條，但這仍然是一條染色體：兩條染色分體由同一著絲點連接。染色體的數量等於著絲點的數量。
人類的 2n = 46。因此，在 G1 期，細胞中有 46 條染色體和 46 個 DNA 分子（2n2c）。在 S 期之後，染色體數量仍為 46，但 DNA 分子數量變為 92（2n4c）。只有在有絲分裂後期，當著絲點分開時，染色體數量才會變為 92，每個細胞極各 46 條。
有絲分裂階段：前期、中期、後期、末期
下圖將逐步介紹有絲分裂的四個階段，包括各階段的染色體與DNA套數。這裡我們將解答三個最常令人困惑的問題。
為何後期套數會變成4n4c。 在細胞分裂完成前，細胞內的染色體數量是最終子細胞的兩倍：著絲點已分開，每條染色分體都成為獨立的染色體。此時計算整個細胞的套數為4n4c，計算每個細胞極的套數為2n2c——題目通常會明確詢問是哪一種。
為何要在中期計算染色體。 這是染色體螺旋化程度最高、排列在赤道板上最整齊的階段，便於觀察和計數。因此，染色體核型分析通常在分裂中期進行。
分裂如何結束。 細胞質分裂稱為胞質分裂，植物細胞和動物細胞的過程不同：植物細胞會從內部向外形成細胞板，因為堅硬的細胞壁阻止細胞缢縮成兩半。
減數分裂I：聯會、互換與同源染色體分離
減數分裂是一次DNA複製後連續進行兩次分裂。第一次分裂稱為減數分裂，在此階段染色體數量減半。各階段的順序和套數詳見下圖。
為何染色體套數在此階段減半。 在後期I，染色分體並未分開——而是整條同源染色體分離，因此到達細胞極的染色體套數為單套（n），但每條染色體仍含兩條染色分體（2c），即n2c套數。直到第二次分裂後，染色體才會變成單套單體（nc）。
聯會與互換的必要性。 緊密配對的同源染色體（二價體）由兩條染色體和四條染色分體組成。非姐妹染色分體之間的片段交換，會重新組合一條染色體內的父源和母源基因——這就是遺傳變異的來源。
影響重大的隨機性。 每對同源染色體獨立地朝向細胞兩極移動。對於人類來說，這在互換發生之前就產生了 2²³ ≈ 840 萬種不同的染色體組合。
兩次分裂之間有一個短暫的間期——其中不包含合成期：DNA不會再次複製。
減數分裂II：染色分體分離
減數分裂的第二次分裂稱為等質分裂，它遵循有絲分裂的規則，但在單套細胞中進行。各階段的套數詳見下圖。
這裡的關鍵在於理解。 赤道板上排列的是單獨的染色體，而不是二價體：因為同源染色體已在上一次分裂中分離，所以沒有配對的對象。這次著絲點會分裂——姐妹染色分體分離。
為何四個子細胞都不同。 首先，互換交換了兩條同源染色體的非姐妹染色分體片段，然後同源染色體以隨機組合的方式分配到細胞中。因此，減數分裂產生的不是複製體，而是每次都產生新的基因組合——這正是後代多樣性的基礎。
有絲分裂與減數分裂各階段的染色體與DNA套數
「某階段有多少染色體和DNA分子？」這類題目只要記住兩個基本規則就能機械式地解決：DNA數量只在S期增加，染色體數量只在染色分體分離時改變。下表列出了各階段的套數。
| 階段 | 染色體與DNA |
|---|---|
| 間期 | |
| 合成前期 (G1) | 2n2c染色體為單染色分體 |
| 合成期 (S) | 2n4cDNA已複製 |
| 合成後期 (G2) | 2n4c準備分裂 |
| 有絲分裂 | |
| 前期 | 2n4c |
| 中期 | 2n4c染色體排列於赤道板 |
| 後期 | 4n4c染色分體分離，細胞極為 2n2c |
| 末期 | 2n2c每個子細胞 |
| 減數分裂I | |
| 前期I | 2n4c聯會與互換 |
| 中期I | 2n4c二價體排列於赤道板 |
| 後期I | 2n4c同源染色體分離，細胞極為 n2c |
| 末期I | n2c每個子細胞 |
| 減數分裂II | |
| 前期II | n2c |
| 中期II | n2c染色體單獨排列於赤道板 |
| 後期II | 2n2c染色分體分離，細胞極為 nc |
| 末期II | nc每個子細胞 |
有絲分裂與減數分裂的差異比較表
兩種分裂有許多共同點：都在間期DNA複製後進行，都有相同的階段名稱，都使用紡錘絲，都以胞質分裂結束。因此，回答時可以先列出相似之處，再根據表格逐項列出差異。
| 特徵 | 有絲分裂 | 減數分裂 |
|---|---|---|
| 分裂次數 | 有絲分裂：一次 | 減數分裂：連續兩次——減數分裂I和減數分裂II |
| 產生的子細胞數量 | 有絲分裂：兩個 | 減數分裂：四個 |
| 子細胞的染色體套數 | 有絲分裂：2n——與母細胞相同 | 減數分裂：n——減半，為單套 |
| 聯會與互換 | 有絲分裂：無 | 減數分裂：有，發生於前期I |
| 中期時赤道板上的結構 | 有絲分裂：單獨的染色體排列成一列 | 減數分裂：中期I為二價體排列成兩列，中期II為單獨的染色體 |
| 後期分離的結構 | 有絲分裂：姐妹染色分體 | 減數分裂：後期I為整條同源染色體，後期II為染色分體 |
| 前期 | 有絲分裂：簡短且簡單 | 減數分裂：前期I長且複雜 |
| 遺傳結果 | 有絲分裂：子細胞與母細胞具有相同的基因套數 | 減數分裂：子細胞具有新的基因組合，彼此不同 |
| 發生部位 | 有絲分裂：體細胞：生長、組織更新與修復、無性生殖 | 減數分裂：動物形成配子，植物形成孢子時 |
有絲分裂與減數分裂的生物學意義
有絲分裂的意義在於其精確性。子細胞獲得與母細胞完全相同的染色體和基因套數，因此有絲分裂確保了：
- 生長和細胞數量的增加；
- 組織更新和損傷修復（再生）；
- 受精卵的卵裂；
- 無性生殖和營養繁殖——從變形蟲的分裂到植物的扦插繁殖。
減數分裂的意義在於兩點。
第一：物種染色體數目的恆定。 如果配子是二倍體，每次受精時染色體數量都會加倍。減數分裂將染色體套數減半，在配子結合（n + n）時，合子再次獲得二倍體套數 2n。
第二：基因重組變異。 新的基因組合出現三次：在前期I的互換過程中，在後期I同源染色體的隨機獨立分配過程中，以及在受精時配子的隨機結合過程中。僅僅通過同源染色體的獨立分配，人類就能產生 2 的 23 次方——超過八百萬種——染色體組合不同的配子。正是這種多樣性為自然選擇提供了素材。
在動物中，減數分裂發生於生殖腺形成配子的過程中；在植物中，則發生於形成孢子的過程中。
題目解析
範例 1. 有絲分裂各階段的染色體與DNA數量
題目：果蠅的 2n = 8。確定有絲分裂前期、後期和末期細胞中的染色體和DNA分子數量。
步驟 1. 起始點。 分裂前，G1 期套數為 2n2c：8 條染色體和 8 個 DNA 分子。在 S 期 DNA 複製，變為 2n4c——染色體數量仍為 8，但 DNA 分子數量為 16。
步驟 2. 前期。 沒有分離，套數相同：8 條染色體，16 個 DNA 分子（2n4c）。
步驟 3. 後期。 著絲點分裂，每條染色分體成為獨立染色體：染色體數量變為16 條，DNA 分子數量也為 16（4n4c）。此時每個細胞極有 8 條染色體。
步驟 4. 末期。 胞質分裂，每個子細胞含有8 條染色體和 8 個 DNA 分子（2n2c）。
邏輯檢查：在有絲分裂過程中，DNA 分子數量從未增加——它只是在細胞之間平均分配。
範例 2. 減數分裂各階段的套數
題目：玉米的 2n = 20。在減數分裂I末期和整個減數分裂結束時，細胞中的染色體和DNA分子數量分別是多少？
步驟 1. 減數分裂前，DNA已複製：20 條染色體和 40 個 DNA 分子（2n4c）。
步驟 2. 減數分裂後期I。 整條同源染色體分離到細胞兩極，著絲點不分裂。每個細胞極聚集 10 條染色體，每條染色體含兩條染色分體。
步驟 3. 減數分裂末期I結束時。 每個細胞含有10 條染色體和 20 個 DNA 分子（n2c）。
步驟 4. 減數分裂II。 沒有發生DNA複製，因此在減數分裂後期II，只是染色分體分離。減數分裂結束時，形成四個細胞，每個細胞含有10 條染色體和 10 個 DNA 分子（nc）。
答案：第一次分裂後為 10 條染色體和 20 個 DNA 分子；第二次分裂後為 10 條染色體和 10 個 DNA 分子。
範例 3. 根據描述判斷分裂類型
題目：「細胞中可見 12 個結構，每個結構由四條染色分體組成。它們排列在細胞赤道板上，形成兩列。」這是哪種分裂的哪個階段？該細胞的初始套數是多少？
步驟 1. 由四條染色分體組成的結構是二價體，即一對聯會的同源染色體。二價體只在減數分裂中出現：聯會發生於前期I。
步驟 2. 二價體排列在赤道板上形成兩列——這表示是減數分裂中期I。
步驟 3. 一個二價體包含兩條染色體。有 12 個二價體，則染色體數量為 24，初始細胞套數為 2n = 24。此階段的DNA分子數量為 48（2n4c）。
答案：減數分裂中期I，2n = 24，細胞套數為 2n4c。
如何避免錯誤：如果赤道板上排列的是單獨的、含兩條染色分體的染色體，形成一列，則為有絲分裂中期（2n套數）或減數分裂II中期（單套）。
常見錯誤
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認為DNA在前期，即分裂前才複製。
DNA複製（DNA複制）發生在間期的S期，遠早於前期。有絲分裂和減數分裂都從2n4c的套數開始。
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根據染色分體計算染色體數量：看到 46 條含兩條染色分體的染色體，就寫「92 條染色體」。
染色體數量等於著絲點數量。只要染色分體由同一著絲點連接，就仍是一條染色體：46 條染色體和 92 個 DNA 分子。染色體數量直到後期，著絲點分開後才會變為 92。
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認為有絲分裂後期分離的是同源染色體。
有絲分裂後期分離的是同一條染色體的姐妹染色分體。同源染色體只在減數分裂後期I分離一次。
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認為減數分裂第二次分裂前DNA會再次複製。
間期沒有合成期。DNA只複製一次——這就是為何最終套數會減半。
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將互換歸類於有絲分裂或中期I。
互換發生於減數分裂前期I，當同源染色體聯會形成二價體時。有絲分裂中同源染色體不聯會，因此沒有互換。
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寫道減數分裂產生四個相同的細胞，且染色體數量在兩次分裂中都減半。
染色體套數只在第一次分裂中減半——這就是為何它被稱為減數分裂。第二次分裂不改變細胞中的染色體數量，它只是分離染色分體。最終產生的四個細胞在遺傳上是不同的：互換和同源染色體的隨機分配產生了不同的基因組合。
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將間期視為有絲分裂的第一階段。
間期是細胞生命週期的一部分，而不是分裂階段。有絲分裂有四個階段：前期、中期、後期、末期。但沒有間期就無法解決染色體計數問題：正是因為間期S期的DNA複製，套數才變為2n4c。
問題與解答
簡而言之，有絲分裂與減數分裂有何區別？
有絲分裂是單次分裂，產生兩個與母細胞具有相同 2n 套數和相同基因的細胞。減數分裂是連續兩次分裂，發生於一次DNA複製後，產生四個單套 n 的細胞，且所有細胞的基因組合都不同。此外，只有減數分裂有聯會和互換，且在後期I分離的是整條同源染色體，而非染色分體。
有絲分裂和減數分裂各產生多少個細胞？
有絲分裂產生兩個 2n2c 套數的細胞。減數分裂產生四個 nc 套數的細胞。這也決定了它們的用途：有絲分裂增加相同細胞的數量，減數分裂準備配子。
互換發生在哪個階段？
發生於減數分裂第一次分裂的前期。互換是指同源染色體的非姐妹染色分體之間交換相同片段的過程。只有當同源染色體聯會形成二價體後才可能發生。
什麼是染色體聯會和二價體？
聯會是指在減數分裂前期I，同源染色體沿著整個長度緊密配對的過程。由此形成的一對稱為二價體：它包含兩條染色體和四條染色分體（因此有時也稱為四分體）。在減數分裂中期I，排列在赤道板上的是二價體，而不是單獨的染色體。
為何有絲分裂後期套數記錄為 4n4c？
因為著絲點已分裂，每條原來的染色分體都成為獨立的染色體。DNA分子數量仍為 4c，但染色體數量暫時加倍為 4n。一旦胞質分裂完成，每個子細胞將恢復到正常的 2n2c 套數。
哪個部位進行有絲分裂，哪個部位進行減數分裂？
有絲分裂發生於體細胞：生長區域、皮膚、腸道黏膜、骨髓、傷口癒合處。動物的減數分裂發生於生殖腺形成配子的過程中，植物則發生於形成孢子的過程中。
間期是否包含在有絲分裂中？
不。間期是細胞分裂的準備階段，是細胞生命週期的一部分。有絲分裂有四個階段：前期、中期、後期、末期。但沒有間期就無法解決染色體計數問題：正是因為間期S期的DNA複製，套數才變為2n4c。
