DNA含量变化的讨论

新疆 姜 维

DNA含量变化的讨论

新疆 姜 维

关于DNA含量变化的讨论，有必要先统一对几个问题的认识：

1. 一条染色体是由一个DNA分子螺旋而成，即一条染色体含有一个DNA分子；在染色体复制（DNA复制）完成后，形成的两条染色体被一个着丝点连接在一起，称之为一个染色体，其中的每个染色体称之为染色单体，连接在一起的两个染色单体互称姐妹染色单体，一条染色单体是由一个DNA分子螺旋而成，此时一个染色体中含有二个DNA分子，即染色体复制后，一个染色体含有两个DNA分子；着丝点分裂后，两个染色单体变为两个染色体，每一个染色体含有一个DNA分子。具体见下表所示。

染色体与DNA的数量关系及其所处的时期：

2. 染色体：DNA=1∶1.1……1.9，是DNA分子在复制期间的染色体与DNA的比例关系。DNA的复制是“半保留复制”，解旋后的DNA两条多聚脱氧核苷酸链为模板，因此DNA的相对含量最低为1。DNA的复制同时也是“边解旋边复制”，在此过程中，DNA的含量逐渐地增加，于是其相对的含量可以为1.1，1.3，1.5，1.7，1.9……最终达到2，表明复制完成，一个DNA分子变成两个DNA分子。在DNA变化曲线中以一段斜向上的直线表示这个比例关系。

3. 细胞核存在的问题。具有连续细胞周期的细胞是有着完整细胞核的，DNA的储存、复制、转录等过程都在细胞核中完成。在有丝分裂的分裂期，需要纺锤丝牵引染色体的运动，而纺锤体的形成是在细胞质中，纺锤丝牵引染色体必须先与染色体接触，这就需要溶解核膜，因此，核膜在细胞分裂的前期逐渐的溶解消失，当细胞完成染色体的平均分配并且到达细胞两极时，在染色体的周围核膜重新出现，形成了两个细胞核。所以在细胞分裂的中期、后期，细胞中没有细胞核，新核没有出现之前，可以看作细胞中存在有一个细胞核。

另外，细胞核的分裂是一个“先破后立”的过程，而不是像动物细胞分裂那样凹陷缢裂完成分裂。

4. 从细胞结构的角度分析细胞分裂可以分为细胞核分裂、细胞质分裂两部分。动物细胞与植物细胞的有丝分裂有着许多的不同，主要存在于细胞质的分裂不同，其细胞核（染色体的活动）分裂是完全相同的。在有丝分裂中，先是完成细胞核分裂（重新形成两个细胞核），再完成细胞质分裂（植物，位于赤道板新形成的细胞壁与周围的细胞壁接触；动物细胞凹陷缢裂，细胞膜接触融合在一起，分割母细胞为两个子细胞）。所以细胞核中DNA含量的减半，要早于细胞中DNA含量的减半。

【例1】下图所示曲线为细胞周期中DNA的变化情况。请据图讨论分析，下面几种情况下DNA含量减半各发生在什么时期：

（1）一个细胞中DNA含量减半。

（2）一个细胞核中DNA含量减半。

（3）一个染色体中DNA含量减半。

（4）一个染色单体中DNA的变化。

【解析】

由上面曲线分析可知，一个细胞的初始阶段DNA含量为2N，O～2为细胞分裂的间期，其中的1～2为DNA的复制期，O～1为DNA复制前期，2～3为前期，3～4为中期，4～5为后期，5～6为末期，6之后为下一个周期的间期。O～6为一个细胞周期。

从O～4的一段曲线表示的内容是：DNA分子在复制时，其含量2N逐渐地增加，最终DNA相对含量增加到4N；在分裂的前期、中期过程中，只是染色体的位置、形态发生变化，其数目没有发生变化、因此DNA的含量保持不变。

在细胞分裂的后期（D～D1），着丝点分裂，原来的两个染色单体变成两条染色体，染色体加倍，原来一个染色体含有2个DNA分子，变成一个染色体含有一个DNA分子，细胞中DNA含量没有变化，但是染色体中的DNA含量减半。所以染色体中DNA含量减半发生在细胞分裂的后期开始时，即DE段。

在细胞分裂的末期（D1～D2），核仁、核膜重新出现，一个细胞出现了两个细胞核，细胞中染色体、DNA平均分配到两个细胞核，一个细胞中的染色体、DNA的数目没有变化，但是每个细胞核的染色体、DNA含量只有后期时的一半。所以细胞核中DNA含量减半发生在细胞分裂的末期开始时，即D1～E1段。

一个母细胞分裂为两个子细胞，细胞内的染色体、DNA分别进入两个子细胞中，所以细胞中的染色体、DNA减半发生在细胞分裂完成时，即末期结束时D2～E2段。

一个细胞中染色体、DNA的减半发生在末期结束。一个细胞核中染色体、DNA含量减半发生在末期开始。一个染色体中DNA含量减半发生在着丝点分裂时，即后期开始时。

染色单体在细胞分裂间期——复制、形成；在细胞分裂前期——出现、存在；在细胞分裂前期、中期——存在；在细胞分裂中期——稳定清晰；在细胞分裂后期——消失。

【答案】

（1）一个细胞中DNA含量减半发生在有丝分裂末期结束时。

（2）一个细胞核中DNA含量减半发生在有丝分裂末期开始时。

（3）一个染色体中DNA含量减半发生在有丝分裂的后期开始时。

（4）一个染色单体中DNA的变化：染色单体存在于有丝分裂的前期、中期，一个染色单体含有一个DNA分子。有丝分裂后期染色单体消失。

【例2】根据每个细胞中DNA相对含量不同，将某种连续增殖的动物细胞归为甲、乙、丙三组，每组细胞数如下图l所示。根据细胞中的DNA含量在细胞周期中的变化绘制曲线，如下图2所示。下列有关图的分析，不正确的是 （ ）

A. 图l中的乙组细胞全部位于图2中的AB段

B. 图l中的丙组细胞全部位于图2中的BC段

C. 图l中的甲组细胞全部位于图2中的DE段

D. 用药物抑制纺锤体的形成，会导致丙组细胞数增多

【解析】分析图1可知，细胞数目的多少与此阶段经历的时间长短有关。某时期的细胞数目越多，说明此阶段经历的时间越长。甲组、乙组表示分裂间期的细胞，丙组表示分裂期细胞。在细胞周期里，分裂间期经历的时间一般是分裂期的5～10倍，因而分裂间期的细胞数目为分裂期的5～10倍。分析图2，细胞分裂时期的AB段为DNA复制期，细胞中DNA的相对含量为大于2，小于4。这段时间经历比较长，每个时间DNA的相对含量都是不同的，虽然每个时间段的细胞数目不多，但是整个AB段的细胞总数目相对较多，故A项正确；细胞分裂时期的BC段为细胞分裂期，此时细胞中DNA的相对含量为4，这时的细胞数目相对最少，故B项正确；细胞分裂时期的OA段为DNA复制前的间期一段时间，DE段为细胞分裂期的末期结束，这两个阶段细胞中DNA的相对含量为2，这时的细胞数目相对较多，故C项错误；纺锤丝牵引染色体向细胞两极移动，以后平均分配到两个子细胞中。没有纺锤体，染色体无法移向细胞两极，细胞就无法完成分裂，导致细胞中染色体数目加倍，细胞中DNA相对含量为4，故D项正确。

【答案】C

DNA含量的变化有：不变，增加，减半，加倍等几种情况。以上例题内容主要涉及前面三种情况，关于DNA含量加倍情况，请参考例3。

【例3】下列情况细胞中DNA含量加倍的有 （ ）

A. DNA的复制

B. 受精作用

C. 纺锤体形成受阻

D. 细胞的融合

E. 低温处理顶芽细胞

F. 细胞的癌变

G. 植物细胞的高尔基体被破坏

H. 着丝点分裂

I. 纺锤丝牵引染色体运动

【解析】

受精作用，来自精子有一套染色体，来自卵子有一套染色体，所以受精卵的染色体加倍；细胞融合，同种生物的体细胞融合，细胞中的DNA含量增加一倍；不同种生物细胞融合，DNA含量增加，但是倍数无法确定；纺锤体形成受阻、低温处理顶芽细胞、植物细胞的高尔基体被破坏等过程，会影响抑制细胞质的分裂，导致细胞中染色体加倍，DNA含量加倍；着丝点分裂，细胞中染色体数加倍，DNA含量不变；细胞癌变，是细胞中遗传物质改变，不是DNA加倍；纺锤丝牵引染色体运动，是在细胞内进行，细胞中的DNA含量没有发生变化。故FHI选项染色体没有加倍。

【答案】ABCDEG

（作者单位：新疆兵团第八师121团第一中学）