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ERIC BIOLOGY 2-2 染 色 體 與 細 胞 分 裂 焦 點 7 染 色 體 學 說 ( 染 色 體 遺 傳 學 說 ) 提 出 者 洒 吞 & 巴 夫 來 (1) 親 代 的 基 因 經 由 精 子 和 卵 遺 傳 給 後 代, 基 因 必 位 於 生 殖 細 胞 內 (2) 根 據 孟 德 爾 互 交 實 驗 結 果, 精 子 和 卵 對 遺 傳 的 貢 獻 相 同 推 論 精 子 的 細 胞 質 極 少, 主 要 成 分 為 細 胞 核 基 因 必 位 於 細 胞 核 內 (3) 減 數 分 裂 和 受 精 作 用 時, 染 色 體 的 動 態 與 基 因 的 行 動 相 符 基 因 必 位 於 染 色 體 上 (1) 基 因 是 位 於 染 色 體 上 的 遺 傳 單 位 成 對 的 對 偶 基 因 位 於 同 源 染 色 體 上 (2) 一 對 染 色 體 上 必 有 多 對 控 制 不 同 性 狀 的 基 因 稱 為 基 因 聯 鎖 結 論 (3) 聯 鎖 群 = 位 於 同 一 條 染 色 體 上 的 所 有 基 因 同 一 對 染 色 體 上 的 基 因 群 1 聯 鎖 群 數 = 染 色 體 對 數 2 基 因 聯 鎖 在 減 數 分 裂 時 不 會 任 意 分 離 或 自 由 組 合 實 驗 證 明 莫 甘 ( 摩 根 ) 以 果 蠅 為 實 驗 材 料 證 明 聯 鎖 和 互 換 性 聯 遺 傳 1. 人 類 有 23 對 (46 條 ) 染 色 體, 估 計 有 3 萬 ~4 萬 個 基 因 人 類 基 因 組 解 讀 計 劃 已 於 2001 年 完 成 核 苷 酸 定 序 ( 但 大 多 數 基 因 尚 未 闡 明 ) 2.DNA: 控 制 生 物 遺 傳 的 基 本 物 質 3. 基 因 : 控 制 某 性 狀 的 DNA 段 落 ( 位 於 染 色 體 上 的 遺 傳 單 位 ) 13

試 題 範 例 1. 下 列 有 關 於 染 色 體 學 說 的 敘 述, 何 者 正 確? (A) 孟 德 爾 認 為 基 因 是 位 於 染 色 體 上 的 遺 傳 單 位 (B) 基 因 的 動 態 與 染 色 體 的 行 動 類 似 (C) 受 精 後, 合 子 的 染 色 體 維 持 不 成 對 的 狀 態 (D) 染 色 體 變 異 會 影 響 個 體 外 表 形 態 (E) 成 對 的 對 偶 基 因 位 於 同 源 染 色 體 上 答 案 (B)(D)(E) 詳 解 (A) 洒 吞 和 巴 夫 來 共 同 提 出 染 色 體 遺 傳 學 說 (C) 合 子 的 染 色 體 恢 復 為 完 整 數 目 ( 即 成 對 的 二 倍 體 ) 2. 下 列 何 者 是 洒 吞 (Sutton) 染 色 體 遺 傳 學 說 的 重 點? (A) 染 色 體 是 遺 傳 的 (B) 遺 傳 物 質 位 於 染 色 體 上 (C) 基 因 是 遺 傳 的 (D) 染 色 體 的 組 成 是 DNA 答 案 (B) 洒 吞 和 巴 夫 來 共 同 提 出 染 色 體 遺 傳 學 說 : 基 因 是 位 於 染 色 體 上 的 遺 傳 單 位 焦 點 8 染 色 體 染 色 體 染 色 質 (1) 細 胞 分 裂 的 間 期 : 遺 傳 物 質 呈 細 網 狀, 染 色 質 分 散 於 細 胞 核 中 (2) 細 胞 分 裂 的 過 程 : 染 色 質 逐 漸 聚 集 成 絲 狀 染 色 體 可 數 出 染 色 體 數 目 (3) 人 類 細 胞 具 有 46 條 染 色 體 :(DNA 總 長 2 公 尺 ) 每 條 染 色 體 是 由 一 個 DNA 分 子 和 若 干 蛋 白 質 ( 組 蛋 白 ) 組 成, 組 蛋 白 使 DNA 摺 疊 堆 積 於 直 徑 5μm 的 細 胞 核 內 (1) 染 色 質 由 核 體 組 成 ( 核 體 為 染 色 體 的 基 本 構 造 單 位 ) (2) 核 體 由 線 狀 DNA 串 聯 珠 狀 的 組 蛋 白 而 成, 亦 稱 為 核 小 體 3 (3) 組 蛋 白 每 8 個 組 蛋 白 外 圍 繞 1 圈 DNA( 含 140~165 對 含 氮 鹼 基 ) 4 14

試 題 範 例 3. 有 關 於 染 色 體 的 構 造, 下 列 敘 述 何 者 正 確? (A) 中 心 節 與 染 色 體 紡 錘 絲 微 管 相 連 (B) 組 織 蛋 白 可 協 助 DNA 分 子 組 織 起 來 而 未 亂 成 一 團 (C) 染 色 質 是 染 色 體 的 構 造 單 位 (D) 核 體 是 由 8 個 組 織 蛋 白 分 子 與 DNA 所 構 成 (E) 當 染 色 質 緊 纏 在 一 起 便 形 成 染 色 體 答 案 (B)(D)(E) 詳 解 (A) 中 心 節 是 指 二 個 染 色 分 體 相 接 處 (C) 核 體 是 染 色 體 的 構 造 單 位 4. 下 列 何 種 狀 況 下, 基 因 的 自 由 配 合 會 發 生? (A) 基 因 位 於 同 一 染 色 體 上 (B) 基 因 位 於 性 染 色 體 上 (C) 基 因 位 於 同 源 染 色 體 上 (D) 基 因 位 於 不 同 對 染 色 體 上 答 案 (D) 詳 解 (D) 位 於 非 同 源 染 色 體 上 的 基 因, 在 減 數 分 裂 時 可 發 生 自 由 配 合 而 至 同 一 配 子 中 15

焦 點 9 體 染 色 體 性 染 色 體 一 性 染 色 體 體 染 色 體 : 1. 性 染 色 體 與 性 別 有 關 的 染 色 體, 通 常 以 X 或 Y 代 表 性 染 色 體 (1) 性 染 色 體 影 響 性 器 官 的 發 育 和 第 二 性 徵 的 形 成 (2) 性 染 色 體 上 也 具 有 非 關 性 別 控 制 的 基 因 2. 體 染 色 體 其 他 與 性 別 無 關 的 染 色 體 ( 普 通 染 色 體 ), 通 常 以 AA 代 表 之 二 性 別 的 決 定 : 類 型 XY 型 XO 型 ZW 型 單 性 生 殖 決 定 因 素 精 子 精 子 卵 卵 是 否 受 精 的 染 色 體 XY X ZZ n 的 染 色 體 XX XX ZW 2n 代 表 種 類 人 類 果 蠅 蝗 蟲 椿 象 鳥 類 蝶 蛾 蜂 蟻 精 子 X 或 Y X 或 Z 經 有 絲 分 裂 產 生 卵 X X Z 或 W 經 減 數 分 裂 產 生 試 題 範 例 5. 蜜 蜂 的 社 會 階 級 有 蜂 后 工 蜂 和 雄 蜂 等 若 蜂 后 和 工 蜂 的 染 色 體 數 目 均 為 30+ XX, 則 雄 蜂 的 染 色 體 數 目 應 為 下 列 哪 一 項? (A)15+X (B)15+O (C)30+XO (D)30+XY 93 指 考 減 數 分 裂 未 受 精 答 案 (A) 蜂 后 (30+XX) 卵 (15+X) 雄 蜂 (15+X) 16

6. 已 知 雄 性 蝗 蟲 的 體 細 胞 有 23 條 染 色 體, 雌 性 則 有 24 條 染 色 體, 試 寫 出 蝗 蟲 精 子 染 色 體 的 數 目 或 型 式 95 指 考 答 案 O 型 或 X 型 (11 條 或 12 條 ) 詳 解 雄 蝗 蟲 的 性 染 色 體 為 XO 型, 經 減 數 分 裂 產 生 二 種 精 子 :O 型 ( 含 11 條 普 通 染 色 體 ) X 型 ( 含 11 條 普 通 染 色 體 和 1 條 X 染 色 體 ) 焦 點 10 同 源 染 色 體 姊 妹 染 色 體 一 同 源 染 色 體 :( 細 胞 內 大 小 和 形 狀 相 同 的 成 對 染 色 體 稱 為 同 源 染 色 體 ) 1. 同 源 染 色 體 為 兩 兩 成 對 的 染 色 體, 一 條 來 自 於 父 方, 另 一 條 來 自 於 母 方 2. 成 對 的 兩 條 同 源 染 色 體, 通 常 其 長 度 形 狀 中 節 位 置 等 都 相 同 3. 同 源 染 色 體 上 的 基 因 功 能 也 相 同, 且 依 同 樣 的 順 序 排 列, 此 成 對 的 基 因 稱 為 等 位 基 因 ( 對 偶 基 因 ), 等 位 基 因 分 別 位 於 同 源 染 色 體 上 的 相 同 位 置 4. 人 類 的 體 細 胞 有 46 條 染 色 體, 而 性 染 色 體 X 和 Y 並 非 同 源 染 色 體, 其 餘 22 對 即 為 同 源 染 色 體 二 姊 妹 染 色 體 :( 二 分 體 ) 1. 細 胞 分 裂 開 始 時, 每 條 染 色 體 都 已 複 製 完 成 ( 具 有 兩 條 相 同 的 DNA 分 子 ), 而 複 製 成 雙 的 染 色 分 體 連 接 在 一 起, 此 時 即 稱 為 姊 妹 染 色 分 體, 亦 可 稱 為 二 分 體 2. 若 複 製 過 程 沒 有 失 誤, 則 姊 妹 染 色 分 體 的 DNA 序 列 應 該 完 全 一 樣 3. 姊 妹 染 色 分 體 不 能 算 作 兩 條 染 色 體, 仍 是 一 條 染 色 體 17

試 題 範 例 7. 右 圖 表 示 細 胞 內 的 染 色 體 組 合, 下 列 敘 述 何 者 不 正 確? (A) 2 4 6 之 間 互 為 同 源 染 色 體 (B) 此 生 物 有 6 個 基 因 聯 鎖 群 (C) 減 數 分 裂 時, 配 子 中 染 色 體 組 合 型 式 有 6 種 (D) 減 數 分 裂 時,1 4 5 染 色 體 可 以 共 同 進 入 同 一 個 配 子 (E) 1 2 6 若 來 自 父 方, 則 3 4 5 必 來 自 母 方 答 案 (A)(B)(C)(E) 詳 解 (A) 1 2 或 3 4 或 5 6 之 間 為 同 源 染 色 體 (B) 因 聯 鎖 群 的 數 目 對 於 染 色 體 對 數, 故 有 3 個 基 因 聯 鎖 群 (C) 有 2 3 (8) 種 (E) 1 3 5 來 自 父 方 或 母 方,2 4 6 來 自 母 方 或 父 方 8. 假 設 某 生 物 體 具 有 兩 對 同 源 染 色 體, 如 下 圖 左 方, 則 該 生 物 體 內 的 細 胞 在 進 行 減 數 分 裂, 且 在 第 一 次 減 數 分 裂 完 成 後, 其 子 細 胞 的 染 色 體 型 式 可 能 為 : 答 案 (B)(C)(D)(E) 詳 解 經 過 第 一 次 減 數 分 裂 後, 同 源 染 色 體 已 分 開, 且 與 非 同 源 染 色 體 自 由 組 合, 故 具 有 一 長 一 短 的 二 個 二 分 體 焦 點 11 細 胞 週 期 間 期 一 細 胞 週 期 : 1. 從 一 個 母 細 胞 準 備 分 裂 產 生 二 個 子 細 胞 開 始, 到 子 細 胞 分 裂 為 二 為 止 所 經 歷 的 過 程, 稱 為 細 胞 週 期 2. 細 胞 週 期 可 分 為 兩 個 主 要 時 期 : 有 絲 分 裂 期 和 兩 次 細 胞 分 裂 之 間 的 間 期 3. 人 體 內 有 許 多 組 織 細 胞 並 不 進 行 分 裂, 例 如 : 神 經 細 胞 和 肌 肉 細 胞 4. 人 體 的 造 血 細 胞 及 表 皮 細 胞, 大 約 以 20 至 24 小 時 分 裂 一 次 的 速 率 增 殖 二 間 期 : 1. 細 胞 週 期 中 約 有 90% 時 間 是 在 間 期, 間 期 實 際 上 是 新 細 胞 的 生 長 期, 在 間 期 的 細 胞 必 須 為 隨 後 的 分 裂 預 作 準 備 (1) 增 加 細 胞 質 中 的 胞 器 數 目 及 物 質 含 量 (2) 完 成 染 色 體 的 複 製 : 間 期 的 染 色 體 仍 呈 鬆 散 的 絲 狀, 稱 為 染 色 質 18

2. 間 期 包 括 G 1 S G 2 : G 1 S G 2 生 長 期 :DNA 複 製 前 的 細 胞 生 長 期 複 製 期 :DNA 複 製 期 準 備 期 :DNA 複 製 後 的 細 胞 準 備 期 3. 間 期 : (1) 染 色 體 於 間 期 進 行 複 製, 呈 細 網 狀 不 易 觀 察 到, 故 細 胞 外 觀 上 和 一 般 細 胞 相 同, 只 是 核 較 大 (2) 因 染 色 體 複 製 需 時 較 長, 故 顯 微 鏡 下 的 組 織 以 間 期 的 細 胞 最 多 試 題 範 例 9. 動 物 細 胞 在 進 行 有 絲 分 裂 的 過 程 中, 光 學 顯 微 鏡 無 法 觀 察 到 哪 一 階 段 的 變 化? (A) 間 期 的 染 色 體 複 製 (B) 前 期 的 染 色 分 體 (C) 中 期 時 的 染 色 體 排 列 於 紡 錘 體 中 央 (D) 後 期 的 染 色 體 分 開 (E) 末 期 的 細 胞 膜 向 內 凹 陷 答 案 (A) 染 色 體 ( 染 色 質 ) 於 間 期 進 行 複 製, 染 色 質 呈 細 網 狀 不 易 觀 察 到 10. 下 圖 中 的 甲 丁 表 示 連 續 分 裂 細 胞 的 兩 個 細 胞 週 期 下 列 敘 述 何 者 錯 誤? (A) 甲 和 乙 為 同 一 個 細 胞 週 期 (B) 丙 段 結 束 時,DNA 含 量 增 加 1 倍 (C) 染 色 體 分 離 一 般 發 生 在 丁 段 (D) 乙 和 丙 為 同 一 個 細 胞 週 期 答 案 (D) 甲 和 丙 為 間 期, 乙 和 丁 為 M 期 故 甲 和 乙 為 同 一 個 細 胞 週 期, 而 丙 和 丁 為 另 一 個 細 胞 週 期 19

焦 點 12 有 絲 分 裂 (1) 中 心 粒 和 中 心 體 均 分 裂 為 二 ( 中 心 粒 及 其 周 圍 的 細 絲 構 成 星 狀 體 ) 各 向 二 極 移 動 (2) 染 色 質 漸 變 短 變 粗 為 染 色 體, 此 時 各 染 色 體 均 已 複 製 完 成 ( 以 中 節 前 期 相 連 形 成 染 色 分 體 或 稱 為 姊 妹 染 色 體 ) (3) 核 膜 核 仁 漸 漸 消 失 (4) 紡 錘 絲 漸 漸 顯 現 並 形 成 紡 錘 體 中 期 兩 染 色 分 體 以 著 絲 點 連 於 紡 錘 絲 的 中 央 後 期 姊 妹 染 色 體 分 裂 為 二, 染 色 體 漸 向 兩 極 移 動 分 開 (1) 細 胞 中 央 部 位 的 細 胞 膜 向 內 凹 陷, 使 細 胞 質 分 裂 為 二 (2) 染 色 體 漸 漸 變 為 細 網 狀 的 染 色 質 末 期 (3) 紡 錘 體 星 狀 體 漸 漸 消 失 (4) 核 膜 核 仁 再 度 顯 現 20

動 物 細 胞 的 細 胞 質 分 裂 植 物 細 胞 的 細 胞 質 分 裂 21

一 動 物 細 胞 的 有 絲 分 裂 : 動 物 細 胞 的 有 絲 分 裂 過 程 動 物 細 胞 的 細 胞 質 分 裂 22

二 植 物 細 胞 的 有 絲 分 裂 : 植 物 細 胞 的 有 絲 分 裂 過 程 23

試 題 範 例 11. 動 物 細 胞 在 進 行 有 絲 分 裂 的 過 程 中, 光 學 顯 微 鏡 無 法 觀 察 到 哪 一 階 段 的 變 化? (A) 間 期 的 染 色 體 複 製 (B) 前 期 的 染 色 分 體 (C) 中 期 時 的 染 色 體 排 列 於 紡 錘 體 中 央 (D) 後 期 的 染 色 體 分 開 (E) 末 期 的 細 胞 膜 向 內 凹 陷 答 案 (A) 詳 解 (A) 染 色 體 ( 染 色 質 ) 於 間 期 進 行 複 製, 染 色 質 呈 細 網 狀 不 易 觀 察 到 12. 染 色 質 和 染 色 體 是 在 細 胞 週 期 的 不 同 時 期 相 同 物 質 的 不 同 形 態, 下 列 何 者 錯 誤 : (A) 染 色 質 形 態 有 利 於 DNA 的 複 製 (B) 染 色 體 形 態 有 利 於 將 DNA 平 均 分 配 到 子 細 胞 中 (C) 染 色 質 由 DNA 和 蛋 白 質 構 成 (D) 觀 察 染 色 體 的 最 佳 時 期 是 細 胞 分 裂 間 期 答 案 (D) 詳 解 (D) 間 期 的 染 色 體 為 細 網 狀 的 染 色 質, 間 期 無 法 觀 察 到 染 色 體 ( 染 色 質 ) 細 胞 核 內 於 前 期 出 現 絲 狀 的 染 色 體, 而 後 染 色 體 濃 縮 呈 短 桿 狀 焦 點 13 減 數 分 裂 一 減 數 分 裂 的 目 的 : 行 有 性 生 殖 的 生 物, 其 生 殖 母 細 胞 經 由 減 數 分 裂 形 成 生 殖 細 胞, 使 配 子 的 染 色 體 數 目 只 有 體 細 胞 的 一 半 ( 使 兩 條 分 別 來 自 父 方 與 母 方 的 同 源 染 色 體 分 到 不 同 的 配 子 中 ), 以 確 保 配 子 在 兩 兩 結 合 後 的 染 色 體 數 與 體 細 胞 者 相 同 二 減 數 分 裂 的 過 程 : 染 色 體 複 製 同 源 染 色 體 配 對 聯 會 ( 形 成 四 分 體 ) 同 源 染 色 體 互 換 第 一 次 分 裂 ( 同 源 染 色 體 分 離 ) 第 二 次 分 裂 ( 著 絲 點 分 裂 二 分 體 分 離 ) 形 成 四 個 配 子 (4 個 精 子 1 個 卵 +3 個 極 體 ) 1. 染 色 體 複 製 : 染 色 體 複 製 後, 母 染 色 體 與 其 複 製 的 染 色 體 合 稱 為 姊 妹 染 色 體 ( 二 分 體 ) 2. 同 源 染 色 體 聯 會 互 換 : 在 第 一 減 數 分 裂 的 前 期, 每 一 條 染 色 體 的 兩 姊 妹 染 色 體 與 其 同 源 染 色 體 聯 會 的 兩 姊 妹 染 色 體, 會 互 相 配 對 並 且 緊 密 的 連 在 一 起, 此 現 象 稱 為 聯 會 同 源 染 色 體 聯 會 形 成 四 分 體 同 源 染 色 體 聯 會 形 成 四 分 體 時, 可 能 產 生 姊 妹 染 色 體 交 換 一 段 染 色 體 的 互 換 現 象 同 源 染 色 體 互 換 發 生 於 第 一 減 數 分 裂 之 前, 以 增 加 配 子 的 染 色 體 組 合 24

3. 同 源 染 色 體 分 離 :( 第 一 減 數 分 裂 ) (1) 互 相 配 對 的 同 源 染 色 體 彼 此 分 離, 於 是 四 分 體 分 開 成 為 兩 個 二 分 體 (2) 第 一 減 數 分 裂 形 成 二 個 具 單 套 染 色 體 的 子 細 胞 ( 每 個 子 細 胞 只 含 有 兩 套 同 源 染 色 體 中 的 一 套 ) 4. 姊 妹 染 色 體 分 離 :( 第 二 減 數 分 裂 ) (1) 著 絲 點 分 裂 為 二, 姊 妹 染 色 體 分 離 為 二 條 染 色 體 (2) 第 二 減 數 分 裂 最 後 形 成 只 含 有 單 套 染 色 體 的 四 個 生 殖 細 胞 25

試 題 範 例 13. 下 列 有 關 減 數 分 裂 的 敘 述, 何 者 正 確? (A) 同 源 染 色 體 聯 會 發 生 在 第 一 次 減 數 分 裂 (B) 同 源 染 色 體 互 換 發 生 在 第 二 次 減 數 分 裂 (C) 同 源 染 色 體 在 第 二 次 減 數 分 裂 時 互 相 分 離 (D) 第 二 次 減 數 分 裂 產 生 的 子 細 胞 含 同 源 二 分 體 97 指 考 答 案 (A) 詳 解 (B) 同 源 染 色 體 的 聯 會 和 互 換, 均 發 生 在 第 一 次 減 數 分 裂 (C) 同 源 染 色 體 26

在 第 一 次 減 數 分 裂 時 互 相 分 離 (D) 第 一 次 減 數 分 裂 為 同 源 染 色 體 分 離, 第 一 次 減 數 分 裂 所 產 生 的 子 細 胞 不 含 同 源 染 色 體 ; 第 二 次 減 數 分 裂 為 二 分 體 分 離, 第 二 次 減 數 分 裂 所 產 生 的 子 細 胞 不 含 二 分 體 14. 下 列 關 於 減 數 分 裂 的 過 程, 何 者 正 確? (A) 第 一 次 分 裂, 染 色 分 體 分 離 (B) 第 二 次 分 裂 後, 產 生 二 個 子 細 胞, 各 含 n 個 染 色 體 (C) 第 一 次 分 裂 後, 產 生 四 個 子 細 胞, 各 含 2n 個 染 色 體 (D) 第 一 次 分 裂 之 前, 來 自 父 方 和 來 自 母 方 的 染 色 體 複 製 並 配 對 91 指 考 答 案 (D) 詳 解 (A) 染 色 分 體 分 離 於 第 二 次 分 裂 時 (B) 第 二 次 分 裂 後 可 產 生 四 個 子 細 胞 (n) (C) 第 一 次 分 裂 後 產 生 二 個 子 細 胞 (n) 試 題 範 例 15. 下 列 與 精 子 形 成 的 相 關 細 胞 中, 何 者 DNA 含 量 最 多? (A) 精 子 (B) 精 細 胞 (C) 初 級 精 母 細 胞 (D) 次 級 精 母 細 胞 98 指 考 答 案 (C)DNA 含 量 : 初 級 精 母 細 胞 > 次 級 精 母 細 胞 > 精 細 胞 = 精 子 27