染色体和DNA：细胞里的“指令书”
延展部分：整个课题属于2025年课程的延展部分。
为什么你的眼睛像妈妈，笑容像爸爸？答案就藏在一种叫DNA的微小分子里。在这一课，你会学到DNA存放在哪里、人类有多少条染色体、婴儿的性别怎样决定、DNA的样子，以及它的“密码”怎样运作。你还会制作DNA模型，并看看怎样从水果中提取真正的DNA！
精子和卵怎样结合，可参阅人类生殖一课；性状怎样在家族中相传，可参阅遗传与变异一课。
1. 遗传物质在哪里？细胞核内的染色体
由细胞到DNA：逐步放大
身体内差不多每一个细胞都有细胞核，它是细胞的控制中心。细胞核内有一些像线一样的结构，叫染色体。每条染色体都含有一条很长的DNA分子（全名是脱氧核糖核酸），它和一些蛋白质一起紧紧盘绕着。
DNA是遗传物质：它把信息由父母传给子女。
由大到小：细胞 → 细胞核 → 染色体 → DNA
口诀：“细胞包着核，核里藏染色体，染色体含DNA”。
比喻：细胞核像一间图书馆，染色体是馆内的书，DNA就是书里的文字。DNA上载有一项指令的一小段叫基因，就像食谱书里的一个食谱。
染色体平时又长又细，很难看见。当细胞准备分裂时，染色体会盘绕起来，变得又短又粗，这时便可以在显微镜下看清楚。
本节重点：染色体位于细胞核内，而染色体含有遗传物质DNA。
2. DNA载有决定性状的指令
性状是生物的特征，例如眼睛颜色、天生的头发颜色、血型或花朵的颜色。DNA载有决定这些不同性状的指令，也载有控制细胞活动的指令。
同一个人差不多所有细胞都带有相同的DNA。皮肤细胞和肌肉细胞有相同的指令，但每种细胞只会“阅读”它工作所需的部分。
你的DNA来自父母双方，所以你和父母各有一些相似的性状，但不会和任何一方完全一样。
本节重点：DNA载有决定生物不同性状的指令。
3. 数一数染色体：23和46
体细胞：染色体成对出现
正常的人类体细胞有46条染色体，组成23对。每一对中，一条来自父亲，一条来自母亲。所以体细胞载有两套染色体。
性细胞：一套，即23条
性细胞（精子和卵）很特别。每个性细胞只载有一套染色体，即23条染色体，每对各取一条。
合子：两套，即46条
受精时，精子和卵结合成合子。合子从精子得到一套，从卵得到一套，所以载有两套，即46条染色体。
\(23\ \text{(精子)} + 23\ \text{(卵)} = 46\ \text{(合子)}\)
为什么只有一套？如果精子和卵各有46条，婴儿便会有92条，而且数目每一代都会加倍。性细胞各有23条，数目便可以一直保持在46条。
你知道吗？不同物种的染色体数目不同：黑猩猩有48条，狗有78条。染色体较多并不代表生物较“高级”！
本节重点：人类的性细胞载有一套（23条）染色体；合子载有两套（46条）染色体。
4. 是男还是女？性染色体
XX和XY
在23对染色体中，有22对在男性和女性身上都是一样的。最后一对是性染色体，它们决定一个人的性别。
女性：两条X染色体（XX）
男性：一条X染色体和一条Y染色体（XY）
Y染色体比X染色体小得多，所以很容易认出来。
合子的性别怎样决定
每个卵都带有一条X染色体。精子则带有X或Y染色体，两种大约各占一半。
卵（X）+ 带X的精子 → 合子XX → 女孩
卵（X）+ 带Y的精子 → 合子XY → 男孩
所以合子的性别在受精时已由它的性染色体决定，取决于哪一种精子与卵结合。生男生女的机会大约各占一半。
技能：检视染色体的显微照片
显微照片是透过显微镜拍摄的照片。科学家拍下一个正在分裂的细胞的染色体，然后按大小、形状和条带把它们配成对，由最大（第1对）排到最小（第22对），性染色体排在最后。这幅整套染色体的图叫核型。
步骤1：数一数染色体。正常的人类细胞有46条。
步骤2：找出性染色体（最后一对，或不相配的一对）。
步骤3：两条大小相同的X染色体 → 女性；一条大的X和一条小的Y → 男性。
考试提示：在男性的核型中，性染色体是唯一一对看起来明显不同的染色体。
本节重点：性染色体决定性别（XX是女性，XY是男性）。在整套染色体的显微照片中，它们是最后一对。
5. DNA的结构：扭曲的梯子
四种碱基：A、T、C和G
DNA由许多小单位组成，每个单位含有一个碱基。DNA的碱基只有四种：
A = 腺嘌呤，T = 胸腺嘧啶，C = 胞嘧啶，G = 鸟嘌呤
双螺旋结构
一个DNA分子有两条链互相扭缠，像一把扭曲的梯子或螺旋楼梯。这种形状叫双螺旋结构。梯子的两边是两条链的“骨架”；梯级则是一对对的碱基，每条链各提供一个，在中间连接起来。
碱基配对：A配T，C配G
碱基总是以相同的方式配对：
A与T配对
C与G配对
这叫碱基配对，DNA的双螺旋结构正是基于碱基配对。A–T和C–G两种配对刚好吻合，令两条链之间保持相同距离，就像梯级长度一样的梯子。
记忆法：A和T都由直线组成，C和G都是弯曲的字母——直线配直线，弯曲配弯曲！
例题：一条链的碱基是 A T T C G A，另一条链是什么？
A→T、T→A、T→A、C→G、G→C、A→T，所以另一条链是 T A A G C T。
由于碱基配对，任何一段DNA中，A的数目等于T的数目，C的数目等于G的数目。
你知道吗？DNA的双螺旋模型在1953年由沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）发表。他们的研究用到了富兰克林（Rosalind Franklin）拍摄的DNA X光照片。
本节重点：DNA有四种碱基（A、T、C、G）。它的双螺旋结构基于碱基配对：A配T，C配G。
6. 密码：碱基序列与蛋白质
DNA链上碱基的排列次序叫碱基序列。DNA的指令取决于这个序列，就像字词的意思取决于字的次序：“蜂蜜”和“蜜蜂”用相同的字，意思却完全不同！
碱基序列告诉细胞要制造哪些蛋白质。蛋白质有很多功能：角蛋白组成头发和指甲，血红蛋白在红细胞中运载氧，酶则加快消化等反应。
细胞制造的蛋白质会影响你的性状。例如眼睛的颜色取决于制造了多少褐色色素，而这又取决于制造色素的蛋白质。
如果碱基序列改变了，制造出来的蛋白质也可能改变，性状便可能随之改变。
你知道吗？一套人类染色体约含30亿对碱基。如果把你一个细胞内所有DNA拉直，长度约有2米！
本节重点：DNA的碱基序列就是密码，它决定制造哪些蛋白质，而蛋白质会影响性状。
7. 动手做科学：制作和观察DNA
重点实验：制作DNA模型
材料：四种颜色的软糖或纸片（代表碱基）、两支吸管或两条纸条（代表骨架）、牙签、胶带。
1. 定出颜色代号，例如红 = A、黄 = T、绿 = C、蓝 = G。
2. 写出第一条链的碱基序列，例如 A C G T T A G C。
3. 推算另一条链：T G C A A T C G。
4. 用牙签把每对碱基连起来，造成一级“梯级”。
5. 把每级梯级的两端固定在两条骨架上。
6. 轻轻扭转，造成双螺旋。
7. 检查每一级：只可以是A–T和C–G配对。
模型展示了：两条链、双螺旋结构和正确的碱基配对。局限：真正的DNA细小得多、长得多，碱基也没有颜色。模型只是一种简化的解释。
安全：切勿进食实验室中用过的糖果。
建议活动：从水果中提取DNA
你可以从草莓、香蕉或猕猴桃等水果中提取DNA。
1. 捣碎水果：把水果放进密封塑料袋中捣碎，令细胞破开。
2. 加入提取溶液（水、洗洁精和少量盐），轻轻混合。洗洁精会破坏细胞膜和核膜，释放DNA；盐有助DNA聚集起来。
3. 过滤：用咖啡滤纸除去固体碎屑。
4. 慢慢沿试管壁倒入冰冻酒精，在上面形成一层。DNA不溶于冰冻酒精，所以会析出。
5. 观察：两层之间会出现白色、像线一样的物质，那就是DNA！可用玻璃棒把它挑起。
安全：酒精易燃，必须远离火焰，并戴上护目镜。
你知道吗？草莓很适合做这个活动，因为它每个细胞有8套染色体，可以收集到很多DNA。
本节重点：DNA模型展示双螺旋结构和碱基配对；提取DNA让你看见一大团真正的DNA。
常见错误
常见错误1：“性细胞有46条染色体。”错！精子和卵各有23条（一套）。合子和体细胞才有46条。
常见错误2：“婴儿的性别由母亲决定。”错！每个卵都带X，决定性别的是精子（带X或Y）。
常见错误3：把A配C或把G配T。记住：只有A–T和C–G。
常见错误4：以为照片中每条X形的染色体都是X染色体。大部分染色体在照片中都呈X形，因为它们在细胞分裂前已复制了自己。
常见错误5：以为从水果提取的白色丝状物可以看到双螺旋。它们其实是数以百万计的DNA分子聚在一起；双螺旋细小得根本看不见。
重点回顾
1. 细胞核内的染色体含有遗传物质DNA。
2. DNA载有决定性状的指令。
3. 性细胞：一套（23条）；合子：两套（46条）。
4. XX = 女性，XY = 男性。
5. 在核型中，性染色体是最后一对。
6. DNA有四种碱基：A、T、C和G。
7. 双螺旋结构基于碱基配对：A–T、C–G。
8. 碱基序列决定制造哪些蛋白质。
做得好！多练习碱基配对规则和23／46这两个数字，你就能应付这个课题的任何问题。