# 减数分裂

> CIE A-Level 生物学 · 遗传
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本模块介绍减数分裂的主要阶段、减数分裂在有性生殖产生单倍体配子中的作用，以及它如何产生遗传变异。我们还会比较减数分裂和有丝分裂，帮助你应对常见的考试题目。

**先修:** [掌握有丝分裂和细胞周期的相关知识](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u05-mitosis/)

## 学习目标

- 从染色体行为的角度描述减数分裂的主要阶段
- 解释减数分裂如何通过交叉互换和自由组合产生遗传变异
- 针对考试题目比较减数分裂和有丝分裂的异同
- 从描述或图解中识别减数分裂的各个阶段

## 减数分裂的概述和生物学功能

**减数分裂** — 一种使染色体数目减半的细胞分裂方式，由一个二倍体母细胞产生四个单倍体子细胞，是有性生殖所必需的。

*例:* 人类减数分裂产生精子和卵细胞。

在有性生殖生物中，减数分裂是维持世代间染色体数目恒定所必需的。如果配子是二倍体，那么每次受精后染色体数目都会翻倍，导致发育异常。

**例题:** 红木蚁的体细胞（身体细胞）有22条染色体，其配子中有多少条染色体？为什么这个数目对有性生殖是必要的？

1. 1. 减数分裂将染色体数目减半，产生单倍体配子。计算配子染色体数目：
2. $$\frac{22}{2} = 11$$
3. 2. 受精时两个配子融合，产生的合子从双亲各获得一套染色体，恢复为与亲本体细胞一致的22条二倍体数目，从而维持世代间染色体数目恒定。

## 减数分裂的阶段

减数分裂包含两次连续分裂：减数分裂I（还原分裂）和减数分裂II（均等分裂，与有丝分裂类似）。DNA复制在减数分裂I开始前的间期发生一次。

**二价体** — 减数分裂前期I中完成配对（联会）的一对同源染色体，总共由四条染色单体组成。

1. 前期I：同源染色体联会，非姐妹染色单体之间在交叉点发生交叉互换
2. 中期I：二价体随机排列在赤道板上
3. 后期I：同源染色体分离，姐妹染色单体仍在着丝粒处连接
4. 末期I：形成两个单倍体细胞，每条染色体仍含有两条姐妹染色单体
5. 减数分裂II：分离姐妹染色单体，最终产生四个单倍体子细胞

**例题:** 一个正在进行减数分裂的细胞中可见交叉，核膜正在解体，且尚未有染色体排列在细胞赤道板上。该细胞处于减数分裂的哪个阶段？

1. 1. 回忆减数分裂的事件顺序：交叉互换和联会发生在染色体排列之前。
2. 2. 交叉是交叉互换的物理位点，仅在前期I形成，发生在中期I染色体排列之前。
3. 结论：该细胞处于减数分裂前期I。

## 减数分裂与遗传变异

减数分裂在配子中产生大量遗传多样性，这是自然选择和进化的原材料。有两种核心机制可产生新的基因组合。

**自由组合** — 减数分裂中期I，同源染色体对随机排列在赤道板上，导致母源和父源染色体随机分离进入子细胞。

交叉互换（重组）也会产生变异：前期I中，同源染色体的非姐妹染色单体交换DNA片段。这会在每条染色体上产生双亲都没有的新等位基因组合。仅自由组合就能产生的独特配子数目为 $2^n$，其中 $n$ 是单倍体染色体数目。

**例题:** 说出并解释减数分裂中使配子产生遗传变异的两个过程。

1. 1. 交叉互换：减数分裂前期I，同源染色体的非姐妹染色单体交换DNA片段。这使得母源和父源染色体之间的等位基因重新组合，产生与亲代染色体遗传组成不同的新重组染色体。
2. 2. 自由组合：减数分裂中期I，每对同源染色体相对于其他所有对的排列都是随机的。因此每个配子会获得随机组合的母源和父源染色体，产生几乎无限多的独特染色体组合。

## 减数分裂与有丝分裂的比较

CIE考试经常要求比较减数分裂和有丝分裂。要拿到满分，你必须对两个过程的同一特征进行比较，而不是分别列出不同特征。

| 特征 | 减数分裂 | 有丝分裂 |
| --- | --- | --- |
| 核分裂次数 | 2 | 1 |
| 产生的子细胞数目 | 4 | 2 |
| 子细胞的倍性 | 单倍体(n) | 二倍体(2n) |
| 同源染色体配对和交叉互换 | 发生在前期I | 不发生 |
| 与母细胞的遗传相似性 | 遗传上不同 | 遗传上相同 |
| 生物学功能 | 有性生殖的配子产生 | 生长、修复、无性生殖 |

**例题:** 说出减数分裂和有丝分裂之间三个正确的差异。

1. 要拿到满分，每个差异都需要对两个过程的同一特征进行比较。三个可接受的比较答案如下：
2. 1. 减数分裂包含两次核分裂，而有丝分裂包含一次核分裂。
3. 2. 每个母细胞经减数分裂产生四个子细胞，而经有丝分裂产生两个子细胞。
4. 3. 减数分裂产生遗传上不同的子细胞，而有丝分裂产生遗传上相同的子细胞。

## 常见错误

- **错误做法:** 认为减数分裂产生四个遗传上相同的子细胞
  - 原因: 将减数分裂的结果与有丝分裂混淆，忽略了交叉互换和自由组合产生的遗传变异
  - 正确做法: 减数分裂产生四个遗传上不同的单倍体子细胞
- **错误做法:** 认为交叉互换发生在同源染色体的姐妹染色单体之间
  - 原因: 将相同的姐妹染色单体与来自不同亲本的遗传上不同的非姐妹染色单体弄混
  - 正确做法: 交叉互换发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间
- **错误做法:** 认为DNA复制发生在减数分裂I和减数分裂II之间
  - 原因: 像有丝分裂细胞周期一样，认为每次分裂前都需要复制
  - 正确做法: DNA复制在减数分裂I前的间期发生一次；两次减数分裂之间不发生复制
- **错误做法:** 认为同源染色体在后期II分离
  - 原因: 混淆了两次减数分裂的分离事件
  - 正确做法: 同源染色体在后期I分离；姐妹染色单体在后期II分离

## 速查表

| 特征 | 减数分裂 | 有丝分裂 |
| --- | --- | --- |
| 分裂次数 | 2 | 1 |
| 子细胞数 | 4 | 2 |
| 倍性 | 单倍体 (n) | 二倍体 (2n) |
| 同源染色体配对 | Yes | No |
| 遗传组成 | Genetically distinct | Genetically identical |

## 下一步

减数分裂是有性生殖生物所有遗传现象的核心细胞过程。交叉互换和自由组合产生的遗传变异解释了单因子杂交和双因子杂交中观察到的遗传规律，是理解连锁基因遗传方式的基础。减数分裂也是自然选择驱动进化所需遗传变异的来源，减数分裂过程中的错误是许多染色体遗传病的起因。接下来，你将运用对减数分裂的理解解决遗传问题，探索重组如何影响基因连锁。

- [单因子杂交与双因子杂交遗传](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u17-monohybrid-and-dihybrid-inheritance/)
- [共显性和复等位基因](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u17-codominance-and-multiple-alleles/)
- [伴性遗传](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u17-sex-linkage/)

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