細胞週期與細胞分裂

本關重點

• 細胞週期（cell cycle）只分兩段：間期（interphase）與分裂期。間期占大部分時間，DNA 在間期複製。
• 細胞分裂包含核分裂與質分裂；有絲分裂（mitosis）讓兩個子細胞得到與母細胞相同的染色體。
• 減數分裂（meiosis）形成配子，染色體數由 2n 變為 n（人類 46 → 23），受精後恢復 2n。
• 細胞分化（differentiation）：同一個受精卵經有絲分裂產生的細胞，遺傳物質相同，卻發展出不同形態與功能。
• 洋蔥根尖「快照」可以用細胞比例估算各時段的長短。

核心觀念

一、細胞週期：間期與分裂期

一個細胞從這次分裂結束，到下一次分裂結束，稱為一個細胞週期。

間期不是休息期。若畫出「每個細胞 DNA 含量」對時間的圖，會看到：間期中段由 2 上升到 4（複製），分裂結束時回到 2。回到 2 是回到原本的量，不是「變少」。

但要注意：課綱規定間期與分裂期不再細分，也不需要背分裂期的分段名稱，考題會用「看得到染色體、正在分裂」這類白話描述。

二、有絲分裂與減數分裂

人類精子染色體為 22 條體染色體＋X 或 22＋Y；卵為 22＋X。受精後恢復 46 條，性別由精子帶 X 或 Y 決定。

三、細胞分化

受精卵經有絲分裂產生的細胞，遺傳物質都相同；它們在發育中「使用」不同的基因，形成神經、肌肉、皮膚等細胞。分化後的細胞多半不再分裂。複製羊桃莉（1996）的實驗顯示：已分化的乳腺細胞核仍保有發育成完整個體的遺傳訊息。

四、洋蔥根尖實驗

根尖經固定、染色、壓片後，細胞停在被處理的那一刻，就像一張快照。若細胞彼此不同步、隨機分布在週期各時段：

某時段所需時間 ≈（處於該時段的細胞數 ÷ 計數總數）× 細胞週期長度

做實驗時要注意：每區要隨機選視野、計數足夠多的細胞（例如 500 個），並合併多組數據，才能降低取樣誤差；只數一個視野，比例可能剛好偏高或偏低。

例：500 個細胞中 75 個正在分裂，週期 20 小時 → 分裂期約 75/500 × 20＝3 小時。離根尖越遠，分裂中的細胞越少，細胞變長並分化（例如長出根毛）。

五、細胞失控分裂

癌細胞是失去正常調控、不斷分裂的細胞。干擾 DNA 複製的藥物只作用在正進行細胞週期的細胞，所以分裂旺盛的正常細胞（毛囊、骨髓造血細胞）也會受影響。題目若用到這類情境，會在題幹解釋。

素養怎麼考

• 曲線判讀：每個細胞 DNA 含量隨時間變化，判斷哪段是複製、哪段是分裂、週期多長。
• 實驗數據計算：洋蔥根尖計數表，估算分裂期時間；或比較不同區域找出生長區。
• 實驗前提：用快照比例估時間，必須假設細胞不同步——常以「必須成立的前提」題型出現。
• 情境應用：化療副作用、複製動物、幹細胞，考的仍是細胞週期與分化。
• 染色體數目：有絲分裂與減數分裂後的數目與組成。
• DNA 含量分布圖：以螢光測每個細胞的 DNA 含量，從細胞數分布判斷哪個組織正在分裂（本關第 9 題）。

真題考法對照（111–115 學測）

• 115 學年度學測第 28 題：學生把洋蔥根尖切片中正在分裂的細胞畫成五種樣態，要先自己排出先後順序，再判斷哪一步最早有兩倍量的 DNA。課綱不要求記前、中、後、末期名稱，考的是「看圖推進程」。
• 111 學年度學測第 19–20 題：以螢光強度代表每個細胞的 DNA 含量，問細胞週期各時段的螢光強弱，以及哪些組織（根尖、修復中的皮膚、成熟神經細胞…）較可能測到分裂中的細胞。
• 112 學年度學測第 15 題：給生殖母細胞的雙套染色體數，判斷減數分裂前後的染色體數與配子染色體數。
• 114 學年度學測第 1、6 題：比較有絲分裂與減數分裂；用葉片長出小苗的情境，判斷新植株是否經過聯會、遺傳特性是否和母株相同。

解題技巧

1. 看到 DNA 含量圖：先找「一個週期」從哪到哪，再找上升段（間期複製）與驟降段（分裂）。
2. 比例估時間題：寫出「分裂細胞數 ÷ 總數 × 週期」，代入前先確認週期單位。
3. 有絲／減數：先問「是不是在做配子？」是 → 減半、組合不同；否 → 數目相同、遺傳物質相同。
4. 分化題：答案通常是「基因相同、表現不同」；看到「丟失基因」先打問號。
5. 情境題：找出藥物或處理作用在哪一步（例如 DNA 複製），再判斷哪些細胞會經過這一步。

常見陷阱

• 以為間期是細胞休息、什麼都不做。
• 以為 DNA 複製發生在分裂期。
• 把分裂後 DNA 回到 2 看成「比原本少」。
• 把有絲分裂與減數分裂的子細胞染色體數搞混。
• 以為分化後的細胞失去了部分基因。
• 從「嘗試 277 次成功 1 次」推論複製很容易——過度推論。

BOSS 戰

延伸閱讀與資料來源

• OpenStax Biology 2e — 10.2 The Cell Cycle（CC BY 4.0）
• OpenStax Biology 2e — 11.1 The Process of Meiosis（CC BY 4.0）
• National Cancer Institute — Chemotherapy to Treat Cancer（美國政府著作，公有領域）
• Wikipedia — Dolly (sheep)（CC BY-SA 4.0）
• 教育部 十二年國民基本教育課程綱要 自然科學領域（課綱文件，公開閱覽）