遗传的细胞与分子基础：从减数分裂到 DNA 复制

父母把什么传给了孩子？不是现成性状，而是基因的复印件——通过减数分裂打包成配子，再经受精作用合二为一；而「复印件」所用的纸张与墨水，就是 DNA。本章把遗传从「细胞层面」推进到「分子层面」。

减数分裂：染色体数目的「对折」

减数分裂：进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。关键词是同源染色体：一条来自父方、一条来自母方，形状大小一般相同（联会时配成对）。

以精子形成为例（ 的精原细胞）：

1. 减数第一次分裂前的间期：染色体复制（每条染色体含两条姐妹染色单体）；
2. 减数第一次分裂：联会（同源染色体两两配对，形成四分体）→ 四分体时期可能发生交叉互换（同源染色体的非姐妹染色单体之间交换对应片段）→ 同源染色体分离、非同源染色体自由组合 ⇒ 一个初级精母细胞分为两个次级精母细胞，染色体数目减半（无同源染色体，但每条仍含两条单体）；
3. 减数第二次分裂：着丝粒分裂、姐妹染色单体分开，类似有丝分裂 ⇒ 共形成 4 个精细胞，变形后成为精子。

卵细胞形成的特点：细胞质不均等分裂（初级卵母细胞 → 次级卵母细胞 + 第一极体；次级卵母细胞 → 卵细胞 + 第二极体），一个卵原细胞最终只形成1 个卵细胞和 3 个极体。

配子多样性的两大来源：减Ⅰ后期非同源染色体的自由组合（ 对同源染色体贡献 种组合）与四分体时期的交叉互换。再叠加受精作用中雌雄配子的随机结合，这就是「一母生九子，九子各不同」的机制。

受精作用：精子入卵 → 形成受精卵，染色体数目恢复到 ，其中一半来自父方、一半来自母方——维持了前后代染色体数目的恒定。注意：受精卵的细胞质几乎全部来自卵细胞（细胞质基因「母系遗传」的根源）。

DNA 是主要的遗传物质：两大经典实验

肺炎链球菌转化实验：格里菲思发现R 型活菌 + 加热杀死的 S 型菌混合注射小鼠致死——S 型菌的某种「转化因子」把 R 型转化成了 S 型。艾弗里体外转化实验逐一排除：加蛋白酶、RNA 酶等都不影响转化，唯独加 DNA 酶后转化终止 ⇒ DNA 才是转化因子。

噬菌体侵染细菌实验：用 ³⁵S 标记噬菌体蛋白质、³²P 标记其 DNA，分别侵染大肠杆菌后搅拌离心——³⁵S 在上清（蛋白质外壳没进去）、³²P 在沉淀（DNA 进入细菌），且子代噬菌体能检测到放射性 ⇒ DNA 是遗传物质。实验设计思路的精髓：把 DNA 与蛋白质分开，单独地、直接地观察各自的作用。

补充：烟草花叶病毒重建实验证明 RNA 病毒的遗传物质是 RNA；故说「DNA 是主要的遗传物质」（细胞生物都以 DNA 为遗传物质，只有部分病毒的遗传物质是 RNA）。

DNA 双螺旋与半保留复制

双螺旋结构要点：两条链反向平行盘旋；外侧是脱氧核糖与磷酸交替连接的骨架，内侧碱基通过氢键配对——（2 个氢键）、（3 个氢键），碱基互补配对原则。

由配对原则推得的计算恒等式（双链 DNA 中）：

一条链中 与互补链的该比值互为倒数；整个双链中 。

复制发生在细胞分裂间期：解旋酶解开双链（边解旋边复制），以两条母链为模板、4 种脱氧核苷酸为原料，在 DNA 聚合酶等作用下按碱基互补配对合成子链——每个新 DNA 都保留一条母链 ⇒ 半保留复制。

复制计算通式（ 代后）：DNA 总数 ；含母链的 DNA 恒为 2 个，占 ；所需游离腺嘌呤脱氧核苷酸数 。

基因：有遗传效应的 DNA 片段

• 基因是有遗传效应的 DNA 片段（RNA 病毒的基因是有遗传效应的 RNA 片段），在染色体上呈线性排列——染色体是基因的主要载体；
• 遗传信息蕴藏在 4 种碱基的特定排列顺序之中；基因多样性的根源是碱基对排列顺序的千变万化，特异性是每个基因有自己特定的碱基对序列。

记忆点：本章两台「复印机」别混淆——减数分裂复印的是「基因清单」（配子各拿一份且随机组合），DNA 复制复印的是「每一页纸」（半保留、碱基互补）。前者保证遗传的多样性，后者保证遗传的精确性。