2024届高考生物一轮总复习第七单元生物的变异与进化第4讲可遗传变异与细胞分裂的关系教师用书

第 4 讲　可遗传变异与细胞分裂的关系

细胞分裂与可遗传变异是综合性较强的命题点，对考生的综合思维和迁移应用能力提出了较高要求。该考点常借助图示或文字信息以选择题的形式考查。破解此类问题，应梳理“细胞分裂”和“可遗传变异”的知识脉络，通过搭建框架和任务分解，深化对该部分内容的概念理解和体系建立，融会贯通知识，解题才能得心应手。

1.(2021·广东高考)人类(2n＝46)14号与21号染色体二者的长臂在着丝点处融合形成14/21平衡易位染色体，该染色体携带者具有正常的表型，但在产生生殖细胞的过程中，其细胞中会形成复杂的联会复合物(如图)。在进行减数分裂时，若该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律(不考虑交叉互换)。下列关于平衡易位染色体携带者的叙述，错误的是(　 )

A．观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞

B．男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体

C．女性携带者的卵子最多含24种形态不同的染色体

D．女性携带者的卵子可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)

解析：选C　14/21平衡易位染色体，是通过染色体易位形成的，属于染色体变异，而有丝分裂中期染色体形态、数目最清晰，故观察平衡易位染色体可选择有丝分裂中期细胞，A正确；由题干信息可知，14/21平衡易位染色体，是14号和21号两条染色体融合成的一条染色体，故男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体，B正确；女性携带者细胞内含14/21平衡易位染色体，故其卵母细胞中含有45条染色体，其卵子最多含23种形态不同的染色体，C错误；假设平衡易位的染色体标记为①，14号染色体标记为②，21号染色体标记为③，则女性携带者的卵子可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)分别是：①、②③、②、①③、③、①②，D正确。

2．(2021·河北高考)图中①②和③为三个精原细胞，①和②发生了染色体变异，③为正常细胞。②减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极。不考虑其他变异，下列叙述错误的是(　 )

A．①减数第一次分裂前期两对同源染色体联会

B．②经减数分裂形成的配子有一半正常

C．③减数第一次分裂后期非同源染色体自由组合，最终产生4种基因型配子

D．①和②的变异类型理论上均可以在减数分裂过程中通过光学显微镜观察到

解析：选C　①中有四条染色体，为两对同源染色体，在减数第一次分裂前期两对同源染色体联会，A正确；②减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极，最终产生的配子为1/12AR、1/12Ar、1/12aar、1/12aaR、1/6AaR、1/6Aar、1/6ar、1/6aR，其中正常配子为1/12AR、1/12Ar、1/6ar、1/6aR，则②经减数分裂形成的配子有一半正常，B正确； ③减数第一次分裂后期非同源染色体自由组合，最终产生4个配子，2种基因型，为AR、AR、ar、ar或Ar、Ar、aR、aR，C错误；①发生了染色体结构变异中的易位，②发生了染色体数目变异，理论上可通过光学显微镜观察到这两种变化，D正确。

3．(2019·江苏高考)如图为初级精母细胞减数分裂时的一对同源染色体示意图，图中1～8表示基因。不考虑突变的情况下，下列叙述正确的是(　 )

A．1与2、3、4互为等位基因，与6、7、8互为非等位基因

B．同一个体的精原细胞有丝分裂前期也应含有基因1～8

C．1与3都在减数第一次分裂分离，1与2都在减数第二次分裂分离

D．1分别与6、7、8组合都能形成重组型的配子

解析：选B　不考虑突变的情况下，1与2不是等位基因，而是相同基因。1与3、4可能是相同基因，也可能是等位基因，A错误。不考虑突变的情况下，同一个体的精原细胞的染色体与体细胞相同，有丝分裂前期时一条染色体上含两条姐妹染色单体，故也含有图中的基因1～8，B正确。不考虑突变的情况下，若发生了交叉互换引起的基因重组，则1与3也可能在减数第二次分裂分离，1与2也可能在减数第一次分裂分离，C错误。1与6在同一条染色体的两条姐妹染色单体上，故1与6不能组合形成重组型的配子，D错误。

整合知识·形成系统思维

1．细胞分裂类型与可遗传变异的对应关系

(1)减数分裂与基因突变。

在减数分裂Ⅰ前的间期，DNA分子复制过程中，如果复制出现差错，则会引起基因突变，此时可导致姐妹染色单体上含有等位基因，这种突变能通过配子传递给下一代。如图所示：

(2)减数分裂与基因重组。

①非同源染色体上非等位基因自由组合导致基因重组(自由组合定律)。在减数分裂Ⅰ后期，因同源染色体分离，非同源染色体自由组合而出现基因重组，如A与B或A与b组合。

②同源染色体非姐妹染色单体间互换导致基因重组。在减数分裂Ⅰ四分体时期，因同源染色体的非姐妹染色单体间互换而导致基因重组，如原本A与B组合，a与b组合，经基因重组可导致A与b组合，a与B组合。

(3)减数分裂与染色体变异。

如果减数分裂Ⅰ(MⅠ)异常，则所形成的配子全部不正常；如果减数分裂Ⅱ(MⅡ)一个次级精母细胞分裂异常，则所形成的配子有的正常，有的不正常。如图所示：

2．异常细胞的产生及原因分析

(1)有丝分裂异常。

(2)减数分裂Ⅰ(MⅠ)后期同源染色体未分离。

(3)减数分裂Ⅱ(MⅡ)后期姐妹染色单体未分开。

综合训练·强化迁移应用

1．如图是某二倍体(AABb)动物的几个细胞分裂示意图，据图分析错误的是(　 )

A．甲图表明该动物发生了基因突变

B．乙图表明该动物在减数分裂前的间期发生了基因突变

C．丙图表明该动物在减数分裂Ⅰ时发生了同源染色体非姐妹染色单体之间的交换

D．甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代

解析：选D　甲、乙、丙是同一个二倍体动物的几个细胞分裂图，其基因型为AABb，甲图表示有丝分裂后期，染色体上基因A与a不同，是基因突变的结果，A正确；乙图表示减数分裂Ⅱ后期，其染色体上基因A与a不同，表明该动物在减数分裂前的间期发生了基因突变，B正确；丙图表示减数分裂Ⅱ后期，基因B与b所在的染色体颜色不一致，是减数分裂Ⅰ时发生了基因重组造成的，C正确；甲细胞分裂后产生体细胞，其产生的变异一般不能遗传给后代，D错误。

2．下图为某二倍体动物细胞甲在有丝分裂和减数分裂过程中出现的三个细胞乙、丙、丁。下列有关叙述正确的是(　 )

A．图中乙细胞正在进行有丝分裂，不可能发生基因突变和基因重组

B．乙细胞的子细胞含有四个染色体组，丙细胞连续分裂后的子细胞含有一个染色体组

C．丙细胞发生染色体结构变异，丁细胞是染色体结构变异导致的异常联会

D．一个丙细胞能产生四种基因型不同的精子，丁细胞能产生两种基因型的精子

解析：选D　乙细胞含有同源染色体，处于有丝分裂后期，可能发生基因突变，但不能发生基因重组，A错误。乙细胞含有四个染色体组，其分裂产生的子细胞含有两个染色体组。丙细胞呈现的特点是同源染色体排列在赤道板上，处于减数分裂Ⅰ中期，连续分裂后的子细胞(精细胞或卵细胞或第二极体)含有一个染色体组，B错误。一个丙细胞，因发生了同源染色体上非姐妹染色单体间的互换而导致其能产生四种基因型不同的精子，丁细胞因染色体结构变异导致联会出现异常，能产生两种基因型的精子(HAa、hBb或HhAB、ab)，C错误，D正确。

3.若某二倍体高等动物(2n＝4)的基因型为DdEe，其1个精原细胞(DNA被32P全部标记)在培养液中培养一段时间，分裂过程中形成的其中1个细胞如图所示，图中细胞有2条染色体DNA含有32P。下列叙述错误的是(　 )

A．形成图中细胞的过程中发生了基因突变

B．该精原细胞最多形成4种基因型的4个精细胞

C．图中细胞为处于减数第二次分裂后期的次级精母细胞

D．该精原细胞形成图中细胞的过程中至少经历了两次胞质分裂

解析：选B　题图细胞中无同源染色体且着丝粒分裂，染色体移向两极，可判断此细胞为处于减数第二次分裂后期的次级精母细胞，C正确。精原细胞的基因型为DdEe，该次级精母细胞的基因型为Ddee，推测形成该次级精母细胞的过程中发生了基因突变或同源染色体非姐妹染色单体间片段的交换，而图中染色体的颜色未发生改变，排除同源染色体非姐妹染色单体间片段交换的可能性，A正确。该精原细胞的DNA被32P全部标记，若发生一次DNA的半保留复制，则所有子代DNA中均有一条链被32P标记，题图细胞中4条染色体均应带32P标记，但已知题图细胞中仅2条染色体带标记，说明精原细胞DNA至少复制了两次，即先进行有丝分裂再进行减数分裂，因此形成图中细胞的过程中至少经历了两次胞质分裂，D正确。该次级精母细胞(Ddee)产生的精细胞的基因型为De和de。若形成该次级精母细胞的过程中发生的基因突变是D突变成d，则与其同时产生的另一个次级精母细胞的基因型为ddEE，产生的精细胞的基因型为dE。若形成该次级精母细胞的过程中发生的基因突变是d突变成D，则另一个次级精母细胞的基因型为DDEE，产生的精细胞的基因型为DE，所以该次级精母细胞对应的初级精母细胞最多形成3种基因型的4个精细胞(De、de、dE或De、de、DE)。由以上分析可知，该精原细胞先经过了一次有丝分裂形成两个子细胞，经复制后成为两个初级精母细胞，除上述次级精母细胞所对应的初级精母细胞外，另一个初级精母细胞可形成2、3或4种基因型的4个精细胞。因此，该精原细胞至多可形成7种基因型的8个精细胞，B错误。

[课时验收评价]

1．基因组成为XbXbY的色盲患者甲，其父患色盲，其母表现正常。下列分析中可能性较大的是(　 )

①甲母相关生殖细胞在减数分裂Ⅰ中，2条X染色体未分开而一起进入了次级卵母细胞　②甲母相关生殖细胞在减数分裂Ⅱ中，2条X染色体未分开而一起进入了卵细胞　③甲父相关生殖细胞在减数分裂Ⅰ中，2条性染色体未分开而一起进入了次级精母细胞　④甲父相关生殖细胞在减数分裂Ⅱ中，2条性染色体未分开而一起进入了精细胞

A．①②  B．①③  C．②③  D．②④

解析：选C　据题意知，父、母的基因型分别为XbY、XBX－，甲的基因型为XbXbY，其中，Y一定来自父亲，两个Xb可能一个来自父亲，一个来自母亲，也可能2个Xb都来自母亲，故选C。

2.基因型为AaBbDd的二倍体生物，其体内某精原细胞减数分裂时同源染色体变化示意图如右图。下列叙述正确的是(　 )

A．三对等位基因的分离均发生在次级精母细胞中

B．该细胞能产生AbD、ABD、abd、aBd四种精子

C．B(b)与D(d)间发生重组，遵循基因自由组合定律

D．非姐妹染色单体发生交换导致了染色体结构变异

解析：选B　A与a、D与d位于一对同源染色体上，这两对等位基因的分离都发生在减数分裂Ⅰ时，即初级精母细胞中，而互换后的B与b分布在一条染色体的两条姐妹染色单体上，这对基因的分离可发生在减数分裂Ⅱ时，即次级精母细胞中，A错误；B(b)与D(d)两对等位基因位于同源染色体上，同源染色体的非姐妹染色单体互换属于基因重组，不属于基因自由组合范畴，C错误；同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换发生在同源染色体之间，不属于染色体结构变异，D错误。

3．如图为中华大蟾蜍部分细胞分裂示意图。据图判断，下列叙述不正确的是(　 )

A．用中华大蟾蜍的睾丸作材料制作装片，在显微镜下有可能观察到图中三种细胞

B．甲细胞形成乙细胞的分裂方式为有丝分裂，最终产生的子细胞的基因型为AaBbXCXC

C．丙细胞表示的是次级卵母细胞后期分裂图像，分裂产生的子细胞是极体和卵细胞

D．由图甲到图乙不可能发生基因重组，而由图甲到图丙可能发生基因重组

解析：选A　分析题图可以看出，图丙为减数分裂Ⅱ后期，由细胞质的不均等分裂可知，该细胞为次级卵母细胞，则用中华大蟾蜍的卵巢作材料制作装片，在显微镜下有可能观察到图中三种细胞，A错误；乙细胞中含有同源染色体，着丝粒排列在赤道板上，则为有丝分裂中期，最终产生的子细胞基因型不变，为AaBbXCXC，B正确；次级卵母细胞形成的子细胞为卵细胞和极体，C正确；有丝分裂过程中不可能发生基因重组，而减数分裂过程中可能发生，D正确。

4.如图表示某XY型性别决定的动物(基因型为AaBb)某细胞的分裂图，已知在细胞分裂过程中未发生基因突变。下列相关叙述错误的是(　 )

A．与有丝分裂不同的是，该细胞移向一极的是一半的基因

B．该细胞发生过同源染色体的非姐妹染色单体间的互换

C．下一时期该细胞细胞质等分形成两个染色体数目相等的子细胞

D．该图中等位基因随着同源染色体或姐妹染色单体的分开而分离

解析：选A　该细胞移向一极的是全部的基因，A错误。

5．某研究性学习小组对猪产生配子时的细胞减数分裂过程进行了研究，并绘制了相关图示。请据图回答下列问题：

(1)图1过程表明，通过减数分裂，染色体数目______。减数分裂Ⅰ后期染色体的行为特点是________________________________。

(2)图2显示一对同源染色体(常染色体)的不正常分裂情况，产生异常配子①③的原因可能是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)如果图3表示卵原细胞，该卵原细胞经图4形成基因型为AB的卵细胞，则其形成的第二极体的基因型是____________。

解析：(1)图1表示正常减数分裂的性原细胞及其产生配子过程中染色体的行为变化。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半。减数分裂Ⅰ后期染色体的行为变化主要是同源染色体分离、非同源染色体自由组合，这是基因分离定律和自由组合定律的基础。(2)由图2可知，配子①中存在同源染色体，所以只可能是减数分裂Ⅰ后期出现了差错，即同源染色体未分离而是移向了细胞同一极，导致出现了异常配子。(3)如果形成基因型为AB的卵细胞，则说明在图4时期发生了交叉互换，形成的第二极体的基因型是Ab、ab、aB。

答案：(1)减半 　同源染色体分离、非同源染色体自由组合　(2)减数分裂Ⅰ后期同源染色体没有分离，而是移向了细胞同一极　(3)Ab、ab、aB