高中生物高考补上一课3 细胞分裂与可遗传变异的关系及其染色体、DNA同位素追踪

重点题型1　细胞分裂与可遗传变异的关系

 [方法突破]

1.细胞分裂与变异

2.姐妹染色单体上出现等位基因的原因分析

(1)一定源自基因突变

(2)一定源自交叉互换

 (3)无任何提示，则上述两种情况都有可能。

3.剖析细胞分裂过程中异常细胞产生的三大原因

4.XXY与XYY异常个体成因分析

(1)XXY成因

 (2)XYY成因：父方减Ⅱ异常，即减Ⅱ后期Y染色体着丝点分裂后两条Y染色体共同进入同一精细胞。

5.图解减数分裂与基因重组及染色体变异

(1)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)。在减数第一次分裂后期，可发生如下重组。

②同源染色体非姐妹染色单体交叉互换导致基因重组。在减数第一次分裂四分体时期，可因同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换而导致基因重组，如A原本与B组合，a与b组合，经重组可导致A与b组合，a与B组合。

(2)减数分裂与染色体变异

①染色体数目变异

如果减数第一次分裂异常，则所形成的配子全部不正常且生殖细胞中或者含有2个等位基因，或者两个等位基因全部丢失；如果减数第二次分裂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，不正常的细胞中有的丢失基因，有的含2个相同基因。如图所示：

②发生染色体结构变异(倒位、易位、缺失、重复)的精(卵)原细胞经过减数分裂可产生异常配子，进而通过受精作用而传给下一代。但体细胞的变异不易传代。

有性生殖产生的后代呈现多样性的两大成因

(1)配子中基因的组合具有多样性——缘于“非同源染色体自由组合”及“同源染色体非姐妹染色单体间的交叉互换”。

(2)受精时卵细胞和精子结合具有“随机”性。　　　

[考题例证]

【例证1】 (2018·天津卷，4)果蝇的生物钟基因位于X染色体上，有节律(XB)对无节律(Xb)为显性；体色基因位于常染色体上，灰身(A)对黑身(a)为显性。在基因型为AaXBY的雄蝇减数分裂过程中，若出现一个AAXBXb类型的变异细胞，有关分析正确的是(　　)

A.该细胞是初级精母细胞

B.该细胞的核DNA数是体细胞的一半

C.形成该细胞过程中，A和a随姐妹染色单体分开发生了分离

D.形成该细胞过程中，有节律基因发生了突变

解析　雄蝇的基因型为AaXBY，而变异细胞的基因型为AAXBXb，由于在减数第一次分裂过程中同源染色体分离会导致等位基因分离，而变异细胞中无等位基因A和a而含有两个A且无Y染色体，判断该细胞为次级精母细胞，A错误；处于减数第二次分裂时期的细胞中核DNA数与体细胞的核DNA数相同，B错误；形成该次级精母细胞的过程中，A和a随同源染色体在减数第一次分裂后期的分离而分离，C错误；次级精母细胞中应含有XBXB或YY基因，但该次级精母细胞含有XBXb，说明在形成该细胞过程中发生了基因突变，B突变成b，D正确。

答案　D

【例证2】 (经典高考题)基因型为AaXBY的小鼠仅因为减数分裂过程中染色体未正常分离，而产生一个不含性染色体的AA型配子。等位基因A、a位于2号染色体。下列关于染色体未分离时期的分析，正确的是(　　)

①2号染色体一定在减数第二次分裂时未分离

②2号染色体可能在减数第一次分裂时未分离

③性染色体可能在减数第二次分裂时未分离

④性染色体一定在减数第一次分裂时未分离

A.①③  B.①④ 

C.②③  D.②④

解析　(1)该小鼠的基因型为AaXBY，其处于四分体时期的初级精母细胞中染色体及基因组成如右图所示。等位基因A、a位于2号染色体上，B位于X染色体上。若正常减数分裂则形成的配子的基因型为AXB、aXB、AY、aY四种。

(2)依据题干信息“产生一个不含性染色体的AA型配子”，可知，“A与A”没有分离，而A与A的分离发生在减数第二次分裂后期，故①正确；“不含性染色体”有两种可能：一是同源染色体分离不正常，二是减数第二次分裂后期姐妹染色单体分离后移向同一极，故③正确。

答案　A

【例证3】 (2015·海南卷，29)回答下列关于遗传和变异的问题：

(1)高等动物在产生精子或卵细胞的过程中，位于非同源染色体上的基因之间会发生________，同源染色体的非姐妹染色单体之间可能会发生________，这两种情况都有可能导致基因重组，从而产生基因组成不同的配子。

(2)假设某物种的染色体数目为2n，在其减数分裂过程中，会出现不同的细胞，甲、乙2个模式图仅表示出了Aa、Bb基因所在的常染色体，那么，图甲表示的是____________(填“初级精母细胞”“次级精母细胞”或“精细胞”)，图乙表示的是________________(填“初级精母细胞”“次级精母细胞”或“精细胞”)。

(3)某植物的染色体数目为2n，其产生的花粉经培养可得到单倍体植株。单倍体是指___________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

解析　(1)进行有性生殖的生物通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，位于非同源染色体上的非等位基因也自由组合；另外一种基因重组发生在减数分裂形成四分体时期，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交叉互换。(2)如图所示，甲细胞中含有同源染色体，并且每条染色体上有姐妹染色单体，所以为初级精母细胞；乙图无同源染色体，并且姐妹染色单体已经分开，分别进入不同的配子中，所以为精细胞。(3)考查单倍体的概念，要求学生对概念掌握牢固并且有很好的语言组织能力。

答案　(1)自由组合　交叉互换

(2)初级精母细胞　精细胞

(3)体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体

异常精细胞或卵细胞产生原因的快速判断

[对点小练]

1.(2019·山西大学附中模拟)一对染色体正常的夫妇生了一个性染色体为XXY的孩子，产生这种现象的原因不可能是(　　)

A.父方减数第一次分裂同源染色体未分离

B.母方减数第一次分裂同源染色体未分离

C.父方减数第二次分裂姐妹染色单体未分离

D.母方减数第二次分裂姐妹染色单体未分离

解析　孩子的Y染色体必然来自父亲，若是父方减数第二次分裂时姐妹染色单体未分离，则孩子的染色体组成应为XYY，与题目中的XXY不符。

答案　C

2.某基因型为Aa的果蝇体内的一个细胞增殖情况如图所示。下列相关叙述，正确的是(　　)

A.图示细胞为次级精母细胞或第一极体

B.图示细胞中染色体行为变化引起的变异有可能遗传给后代

C.若A基因位于1号染色体上，则甲极一定有两个A基因

D.图示细胞中两条2号染色体分别移向两极，体现了同源染色体的分离过程

解析　图示细胞中有Y染色体，所以该果蝇应为雄性，即图示细胞为次级精母细胞，而不是第一极体，A错误；图示细胞中染色体行为变化将会导致其产生的配子发生染色体数目变异，若该细胞产生的配子能够完成受精作用，则该变异可遗传给后代，B正确；若图示细胞发生过基因突变或交叉互换，则甲极可能有一个A基因和一个a基因，C错误；图示细胞中不存在同源染色体，D错误。

答案　B

3.有关细胞分裂过程中异常原因的分析正确的是(　　)

解析　这是一道考查细胞分裂异常的试题。解题时，首先确定异常点，再结合细胞分裂过程分析异常原因。由隐性基因突变成显性基因，称显性突变，A错误；子细胞中含有等位基因A、a，说明减数第一次分裂后期同源染色体没有分开，进入同一个子细胞，B错误；子细胞中含有相同基因Xb，说明减数第二次分裂后期姐妹染色单体未分开，而进入同一个子细胞，C错误；子细胞中既含有等位基因A、a，又含有相同基因XB和XB，说明减数第一次、第二次分裂均发生了异常，D正确。

答案　D

重点题型2　有丝分裂与减数分裂过程中染色体及DNA同位素追踪

[方法突破]

1.DNA分子复制特点及子代DNA存在位置与去向

(1)复制时期：有丝分裂间期(S期)或减数第一次分裂前的间期。

(2)复制特点——半保留复制，即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链)，另一条链(子链)由新链构建而成。

(3)2个子代DNA位置：当一个DNA分子复制后形成两个新DNA分子后，这两个新DNA位于两条姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起，即

(4)2个子代DNA去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，当着丝点分裂时，两姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子代DNA随染色单体分开而分开。

2.DNA分子连续复制两次(目前大部分考查角度属此类)图像及解读

(1)由于染色体着丝点分裂后形成的两子染色体移向哪一极是“随机”的，故移向同一极的染色体其双链DNA所带的放射性状况应由每条染色体两单体如何移动决定，绝不可将所有染色体的单体移动“统一”看待。

(2)性原细胞进行减数分裂时DNA只进行一次复制，复制后的子代DNA在减数第二次分裂后期分开，分别进入两个精细胞(或一个卵细胞和极体或两个极体)中。　　　

[考题例证]

【例证】 (经典高考题)蚕豆根尖细胞(2N＝12)在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是(　　)

A.每条染色体的两条单体都被标记

B.每条染色体中都只有一条单体被标记

C.只有半数的染色体中一条单体被标记

D.每条染色体的两条单体都不被标记

解析　DNA复制是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸(3H－T)培养基中完成一个细胞周期，每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H－T，然后在不含放射性标记的培养基中培养至中期，每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一染色体的两条姐妹染色单体上，其中一个DNA分子的一条链含3H－T，如下图：

答案　B

[技法点拨]

解答本类问题必严把四关

[对点小练]

1.用32P标记某动物精原细胞的全部核DNA，然后将细胞置于31P的培养液中培养，使其进行一次有丝分裂或减数分裂(MⅠ、MⅡ)。下列有关叙述正确的是(　　)

A.有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中，32P标记的DNA分子数相同、染色体数不同

B.有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同

C.有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同

D.有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数相同

解析　有丝分裂前期与MⅠ前期细胞还没有分裂，所以32P标记的DNA分子数相同、染色体数也相同，A错误；有丝分裂后期染色体着丝点分裂，染色体数目加倍，MⅠ后期细胞同源染色体分离，但着丝点不分裂，因此，两时期细胞内32P标记的DNA分子数相同、染色体数不同(前者是后者的两倍)，B错误；有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同(前者是后者的两倍)、染色体数不同(前者是后者的两倍)，D错误。

答案　C

2.(2019·四川德阳联考)果蝇的某精原细胞全部染色体被15N完全标记，后转入含14N脱氧核苷酸的培养基中培养，先进行一次有丝分裂，再进行减数分裂(不考虑交叉互换)，经变形形成8个精子，对于这8个精子，下列说法正确的是(　　)

A.8个精子的全部染色体不可能都含有15N

B.8个精子的全部染色体不可能都含有14N

C.染色体中含15N的精子有4个

D.染色体中含14N的精子有4个

解析　DNA复制为半保留复制，该细胞进行有丝分裂，DNA复制形成的所有子代DNA分子均为15N14N，则最终形成的两个精原细胞中每条染色体中DNA均为15N14N，再进行减数分裂，每个DNA复制时，形成的2个子代DNA分子为14N15N、14N14N，分别位于两条姐妹染色单体上，减数第一次分裂后期同源染色体分离，形成两个次级精母细胞，减数第二次分裂后期姐妹染色单体分离，形成的两个子染色体一个含15N14N，一个含14N14N，随机移向细胞两极，则8个精子的全部染色体中一半含15N14N，一半含14N14N，即全部染色体不可能都含有15N，但都含有14N，A正确、B错误；染色体中含15N的精子数随机，即0～8个，含14N的精子数为8个，C、D错误。

答案　A

3.(2019·广东佛山质检)将DNA双链都被32P标记的某一雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中，该细胞经过两次连续分裂形成4个大小形态相同的子细胞。下列分析错误的是(　　)

A.若子细胞的染色体数为N，则子细胞的DNA均含32P

B.若子细胞的染色体数为2N，则子细胞的DNA可能均含32P

C.若子细胞中的染色体都含32P，则细胞分裂过程中会发生基因重组

D.若子细胞中有的染色体不含32P，则这是同源染色体彼此分离的结果

解析　若子细胞中染色体数为N，则其进行的是减数分裂，该过程中DNA分子进行了一次复制，根据DNA分子半保留复制特点，则子细胞的DNA均含32P，A正确；若子细胞的染色体数为2N，则其进行的是有丝分裂，在有丝分裂过程中，第一次分裂后子细胞中每条染色体上的DNA都有1条链被标记，但第二次分裂后期半数DNA被标记，只是姐妹染色单体分开后，被标记的DNA是随机分配移向两极的，所以第二次分裂得到的子细胞被标记的DNA数在0～2N之间，B正确；若子细胞中有的染色体含32P，则其进行的是减数分裂，在减数第一次分裂过程中会发生基因重组，C正确；若子细胞中有的染色体不含32P，则其进行的是有丝分裂，有丝分裂过程中不会发生同源染色体的分离，D错误。

答案　D