染色體和DNA：細胞裏的「指令書」
延展部分：整個課題屬於2025年課程的延展部分。
為甚麼你的眼睛像媽媽，笑容像爸爸？答案就藏在一種叫DNA的微小分子裏。在這一課，你會學到DNA存放在哪裏、人類有多少條染色體、嬰兒的性別怎樣決定、DNA的樣子，以及它的「密碼」怎樣運作。你還會製作DNA模型，並看看怎樣從水果中提取真正的DNA！
精子和卵怎樣結合，可參閱人類生殖一課；性狀怎樣在家族中相傳，可參閱遺傳與變異一課。
1. 遺傳物質在哪裏？細胞核內的染色體
由細胞到DNA：逐步放大
身體內差不多每一個細胞都有細胞核，它是細胞的控制中心。細胞核內有一些像線一樣的結構，叫染色體。每條染色體都含有一條很長的DNA分子（全名是脫氧核糖核酸），它和一些蛋白質一起緊緊盤繞着。
DNA是遺傳物質：它把信息由父母傳給子女。
由大到小：細胞 → 細胞核 → 染色體 → DNA
口訣：「細胞包着核，核裏藏染色體，染色體含DNA」。
比喻：細胞核像一間圖書館，染色體是館內的書，DNA就是書裏的文字。DNA上載有一項指令的一小段叫基因，就像食譜書裏的一個食譜。
染色體平時又長又幼，很難看見。當細胞準備分裂時，染色體會盤繞起來，變得又短又粗，這時便可以在顯微鏡下看清楚。
本節重點：染色體位於細胞核內，而染色體含有遺傳物質DNA。
2. DNA載有決定性狀的指令
性狀是生物的特徵，例如眼睛顏色、天生的頭髮顏色、血型或花朵的顏色。DNA載有決定這些不同性狀的指令，也載有控制細胞活動的指令。
同一個人差不多所有細胞都帶有相同的DNA。皮膚細胞和肌肉細胞有相同的指令，但每種細胞只會「閱讀」它工作所需的部分。
你的DNA來自父母雙方，所以你和父母各有一些相似的性狀，但不會和任何一方完全一樣。
本節重點：DNA載有決定生物不同性狀的指令。
3. 數一數染色體：23和46
體細胞：染色體成對出現
正常的人類體細胞有46條染色體，組成23對。每一對中，一條來自父親，一條來自母親。所以體細胞載有兩套染色體。
性細胞：一套，即23條
性細胞（精子和卵）很特別。每個性細胞只載有一套染色體，即23條染色體，每對各取一條。
合子：兩套，即46條
受精時，精子和卵結合成合子。合子從精子得到一套，從卵得到一套，所以載有兩套，即46條染色體。
\(23\ \text{(精子)} + 23\ \text{(卵)} = 46\ \text{(合子)}\)
為甚麼只有一套？如果精子和卵各有46條，嬰兒便會有92條，而且數目每一代都會加倍。性細胞各有23條，數目便可以一直保持在46條。
你知道嗎？不同物種的染色體數目不同：黑猩猩有48條，狗有78條。染色體較多並不代表生物較「高級」！
本節重點：人類的性細胞載有一套（23條）染色體；合子載有兩套（46條）染色體。
4. 是男還是女？性染色體
XX和XY
在23對染色體中，有22對在男性和女性身上都是一樣的。最後一對是性染色體，它們決定一個人的性別。
女性：兩條X染色體（XX）
男性：一條X染色體和一條Y染色體（XY）
Y染色體比X染色體小得多，所以很容易認出來。
合子的性別怎樣決定
每個卵都帶有一條X染色體。精子則帶有X或Y染色體，兩種大約各佔一半。
卵（X）+ 帶X的精子 → 合子XX → 女孩
卵（X）+ 帶Y的精子 → 合子XY → 男孩
所以合子的性別在受精時已由它的性染色體決定，取決於哪一種精子與卵結合。生男生女的機會大約各佔一半。
技能：檢視染色體的顯微照片
顯微照片是透過顯微鏡拍攝的照片。科學家拍下一個正在分裂的細胞的染色體，然後按大小、形狀和帶紋把它們配成對，由最大（第1對）排到最小（第22對），性染色體排在最後。這幅整套染色體的圖叫核型。
步驟1：數一數染色體。正常的人類細胞有46條。
步驟2：找出性染色體（最後一對，或不相配的一對）。
步驟3：兩條大小相同的X染色體 → 女性；一條大的X和一條小的Y → 男性。
考試貼士：在男性的核型中，性染色體是唯一一對看起來明顯不同的染色體。
本節重點：性染色體決定性別（XX是女性，XY是男性）。在整套染色體的顯微照片中，它們是最後一對。
5. DNA的結構：扭曲的梯子
四種鹼基：A、T、C和G
DNA由許多小單位組成，每個單位含有一個鹼基。DNA的鹼基只有四種：
A = 腺嘌呤，T = 胸腺嘧啶，C = 胞嘧啶，G = 鳥嘌呤
雙螺旋結構
一個DNA分子有兩條鏈互相扭纏，像一把扭曲的梯子或螺旋樓梯。這種形狀叫雙螺旋結構。梯子的兩邊是兩條鏈的「骨架」；梯級則是一對對的鹼基，每條鏈各提供一個，在中間連接起來。
鹼基配對：A配T，C配G
鹼基總是以相同的方式配對：
A與T配對
C與G配對
這叫鹼基配對，DNA的雙螺旋結構正是基於鹼基配對。A–T和C–G兩種配對剛好吻合，令兩條鏈之間保持相同距離，就像梯級長度一樣的梯子。
記憶法：A和T都由直線組成，C和G都是彎曲的字母——直線配直線，彎曲配彎曲！
例題：一條鏈的鹼基是 A T T C G A，另一條鏈是甚麼？
A→T、T→A、T→A、C→G、G→C、A→T，所以另一條鏈是 T A A G C T。
由於鹼基配對，任何一段DNA中，A的數目等於T的數目，C的數目等於G的數目。
你知道嗎？DNA的雙螺旋模型在1953年由華生（James Watson）和克里克（Francis Crick）發表。他們的研究用到了富蘭克林（Rosalind Franklin）拍攝的DNA X光照片。
本節重點：DNA有四種鹼基（A、T、C、G）。它的雙螺旋結構基於鹼基配對：A配T，C配G。
6. 密碼：鹼基序列與蛋白質
DNA鏈上鹼基的排列次序叫鹼基序列。DNA的指令取決於這個序列，就像字詞的意思取決於字的次序：「蜂蜜」和「蜜蜂」用相同的字，意思卻完全不同！
鹼基序列告訴細胞要製造哪些蛋白質。蛋白質有很多功能：角蛋白組成頭髮和指甲，血紅蛋白在紅血球中運載氧，酶則加快消化等反應。
細胞製造的蛋白質會影響你的性狀。例如眼睛的顏色取決於製造了多少褐色色素，而這又取決於製造色素的蛋白質。
如果鹼基序列改變了，製造出來的蛋白質也可能改變，性狀便可能隨之改變。
你知道嗎？一套人類染色體約含30億對鹼基。如果把你一個細胞內所有DNA拉直，長度約有2米！
本節重點：DNA的鹼基序列就是密碼，它決定製造哪些蛋白質，而蛋白質會影響性狀。
7. 動手做科學：製作和觀察DNA
重點實驗：製作DNA模型
材料：四種顏色的軟糖或紙片（代表鹼基）、兩支飲管或兩條紙條（代表骨架）、牙籤、膠紙。
1. 定出顏色代號，例如紅 = A、黃 = T、綠 = C、藍 = G。
2. 寫出第一條鏈的鹼基序列，例如 A C G T T A G C。
3. 推算另一條鏈：T G C A A T C G。
4. 用牙籤把每對鹼基連起來，造成一級「梯級」。
5. 把每級梯級的兩端固定在兩條骨架上。
6. 輕輕扭轉，造成雙螺旋。
7. 檢查每一級：只可以是A–T和C–G配對。
模型展示了：兩條鏈、雙螺旋結構和正確的鹼基配對。局限：真正的DNA細小得多、長得多，鹼基也沒有顏色。模型只是一種簡化的解釋。
安全：切勿進食實驗室中用過的糖果。
建議活動：從水果中提取DNA
你可以從草莓、香蕉或奇異果等水果中提取DNA。
1. 搗爛水果：把水果放進密封膠袋中搗爛，令細胞破開。
2. 加入提取溶液（水、洗潔精和少量鹽），輕輕混合。洗潔精會破壞細胞膜和核膜，釋放DNA；鹽有助DNA聚集起來。
3. 過濾：用咖啡濾紙除去固體碎屑。
4. 慢慢沿試管壁倒入冰凍酒精，在上面形成一層。DNA不溶於冰凍酒精，所以會析出。
5. 觀察：兩層之間會出現白色、像線一樣的物質，那就是DNA！可用玻璃棒把它挑起。
安全：酒精易燃，必須遠離火焰，並戴上護目鏡。
你知道嗎？草莓很適合做這個活動，因為它每個細胞有8套染色體，可以收集到很多DNA。
本節重點：DNA模型展示雙螺旋結構和鹼基配對；提取DNA讓你看見一大團真正的DNA。
常見錯誤
常見錯誤1：「性細胞有46條染色體。」錯！精子和卵各有23條（一套）。合子和體細胞才有46條。
常見錯誤2：「嬰兒的性別由母親決定。」錯！每個卵都帶X，決定性別的是精子（帶X或Y）。
常見錯誤3：把A配C或把G配T。記住：只有A–T和C–G。
常見錯誤4：以為照片中每條X形的染色體都是X染色體。大部分染色體在照片中都呈X形，因為它們在細胞分裂前已複製了自己。
常見錯誤5：以為從水果提取的白色絲狀物可以看到雙螺旋。它們其實是數以百萬計的DNA分子聚在一起；雙螺旋細小得根本看不見。
重點回顧
1. 細胞核內的染色體含有遺傳物質DNA。
2. DNA載有決定性狀的指令。
3. 性細胞：一套（23條）；合子：兩套（46條）。
4. XX = 女性，XY = 男性。
5. 在核型中，性染色體是最後一對。
6. DNA有四種鹼基：A、T、C和G。
7. 雙螺旋結構基於鹼基配對：A–T、C–G。
8. 鹼基序列決定製造哪些蛋白質。
做得好！多練習鹼基配對規則和23／46這兩個數字，你就能應付這個課題的任何問題。