重点题型研析4——减数分裂与遗传变异综合题典例剖析 某高等动物基因型为Aa，如图为该动物细胞分裂某一时期的示意图。请据图回答：(1)该细胞中的染色体数为__________，该细胞的分裂方式和时期为________。(2)若图中一条染色体的某一片段移接到另一染色体上，该变化引起的变异属于_____________________________________________。(3)如果①处的基因为a，则该细胞基因组成形成的原因可能是________________，或在________时期出现了同源染色体中非姐妹染色单体的交叉互换。解析 (1)该细胞内无同源染色体且姐妹染色单体分开，因此该细胞处于减数第二次分裂后期，细胞中有4条染色体。(2)染色体的某一片段移接到了另一条染色体上，该变化引起的变异属于染色体结构变异。(3)由于该细胞已完成减数第一次分裂，同源染色体已分开，①处基因应与其所对应的姐妹染色单体的基因相同，如果①处的基因为a，该细胞基因组成形成的原因可能是基因突变或四分体时期同源染色体上的非姐妹染色单体间发生了交叉互换。答案 (1)4 减数第二次分裂后期 (2)染色体结构变异 (3)基因突变 四分体技法点拨1．减数分裂与遗传规律的关系减数第一次分裂后期：同源染色体的分离是基因分离定律的细胞学基础；非同源染色体的自由组合是基因自由组合定律的细胞学基础。2．减数分裂与生物变异的关系(1)在减数第一次分裂前的间期，各种原因(物理、化学等因素)会使DNA复制过程出现差错，导致DNA分子中发生碱基对的替换、增添或缺失，产生基因突变，这是生物变异的根本来源。(2)在减数第一次分裂的四分体时期，同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的互换而发生互换，导致基因重组。(3)减数第一次分裂后期，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，其上的非等位基因也随之自由组合，导致基因重组。(4)在减数分裂过程中，由于诸多原因也会出现染色体结构变异、染色体数目变异的配子，通过配子将这些变异传递给下一代，如人类性染色体异常病中出现的XXY型、XXX型、XYY型等，原因可能是减数第一次分裂异常，也可能是减数第二次分裂异常；可能是形成精子时异常，也可能是形成卵细胞时异常。跟踪训练 1．如图所示为某雄性二倍体生物体内正在进行分裂的细胞，下列叙述正确的是( )A．若等位基因M和m分别位于①和⑤上，则一定是基因突变的结果-8-\nB．该细胞有2个染色体组，其中①②③④为一组C．该细胞分裂后直接产生两个精子D．细胞在图示分裂过程中实现了基因重组答案 B解析 该图所示的二倍体生物细胞中无同源染色体，处于减数第二次分裂后期，若等位基因M和m分别位于①和⑤上，则可能是基因突变的结果，也可能是四分体时期同源染色体上非姐妹染色单体之间交叉互换的结果；图中所示的细胞有2个染色体组，其中①②③④为一组；该细胞分裂后产生的子细胞是精细胞，精细胞要经过一系列变化才成为精子；基因重组发生在减数第一次分裂的前期或者减数第一次分裂的后期。2．果蝇的卵原细胞在减数分裂形成卵细胞过程中常常发生染色体不分开的现象，因此出现性染色体异常的果蝇，并产生不同的表现型，如表所示：受精卵中异常的性染色体组成方式表现型XXX胚胎期致死YO(体细胞中只有一条Y染色体，没有X染色体)胚胎期致死XXY雌性可育XYY雄性可育XO(体细胞中只有一条X染色体，没有Y染色体)雄性不育(1)若雌果蝇减数分裂过程正常，雄果蝇的精原细胞减数分裂过程异常，分析出现异常受精卵XO的可能原因：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)画出表现型为雌性可育的果蝇(XXY)体细胞有丝分裂过程中，一个细胞周期中细胞核内染色体的数目变化坐标曲线图(标明染色体数目的具体变化和有丝分裂各时期)。(3)为探究果蝇控制眼色的基因是否位于性染色体上，著名的遗传学家摩尔根做了下列杂交实验。让白眼雄果蝇和红眼雌果蝇交配，后代全部是红眼果蝇；让白眼雌果蝇和红眼雄果蝇交配，子代雄果蝇全是白眼，雌果蝇全是红眼。他的学生蒂更斯用白眼雌果蝇与红眼雄果蝇交配，子代大多数雄果蝇都是白眼，雌果蝇都是红眼，但有少数例外，大约每2000个子代个体中，有一只白眼雌果蝇和一只红眼雄果蝇，该红眼雄果蝇不育。请根据上表信息，绘制遗传图解，解释蒂更斯实验中为什么会出现例外(设有关基因为B、b)。答案 (1)雄果蝇初级精母细胞减数第一次分裂时同源染色体XY没有分开，移向了同一极，形成没有性染色体的精子(其他合理答案也可) (2)如图右所示(3)如图所示-8-\n解析 (1)雌果蝇减数分裂过程正常，产生的卵细胞中的性染色体为X，出现异常受精卵XO，则雄果蝇减数分裂产生的精子中没有性染色体，可能是减数第一次分裂时同源染色体XY没有分开，移向了同一极，也可能是减数第二次分裂时XX或YY没有分开，移向了同一极。(2)果蝇正常体细胞中有8条染色体，雌性可育的果蝇(XXY)体细胞比正常体细胞多1条性染色体，即雌性可育的果蝇(XXY)体细胞中有9条染色体，有丝分裂后期，染色体数目加倍，有18条染色体。(3)根据摩尔根的杂交实验结果可以判定，果蝇控制眼色的基因位于X染色体上。根据正常情况下：白眼雌果蝇(XbXb)和红眼雄果蝇(XBY)交配，子代雄果蝇全是白眼(XbY)，雌果蝇全是红眼(XBXb)；但子代中出现少数例外：有一只白眼雌果蝇和一只不育红眼雄果蝇，结合表格信息，不育的红眼雄果蝇基因型为XBO，可育的白眼雌果蝇基因型为XbXbY，从而可以推断白眼雌果蝇(XbXb)产生了XbXb卵细胞和O(无X)卵细胞，并且与正常精子结合。实验技能突破4——验证与探究类实验技能归纳1．验证性实验题和探究性实验题的分析比较类型步骤验证性实验题探究性实验题审题①浏览试题；②找出变量分析实验目的分析试题中已知把试题中提出的问题变为陈述句实验假设分析不需要假设对探究问题提出一种可能性原理分析分清是已知原理(课本所学的)，还是未知原理(题中给出的)材料分析材料用具消元法步骤分析实验对照加减法结果分析目的原理代入法结果结论假设法结论分析表达图像表格变量法-8-\n检查检查实验设计及语言表达有没有科学性错误2．实验设计思路的思维过程一是应根据试题要求，确定单一变量，依据实验变量进行合理分组；二是根据实验材料，结合实验原理，确定实验现象的观测指标；三是确保除单一变量外的其他条件相同且适宜；四是合理确定操作程序，确保程序合理，表达准确；五是注意区分设计思路与设计方案；前者只要简单说明思路即可，后者需要较为详细的实验步骤、实验现象观察等内容。典例剖析 为了探究三氯化铝对动物细胞有丝分裂的影响，某同学进行了如下实验。(提示：细胞分裂情况可用细胞分裂指数来衡量，即分裂中期细胞数与所观察到的细胞总数之比)(1)实验步骤：第一步，取动物细胞株培养状况相同的A、B培养皿，A中加入10mL质量浓度为1.0g/L的AlCl3溶液，B中加入等量的蒸馏水。第二步：培养72h后，各取A、B培养皿中细胞若干，经固定染色后，分别制成临时装片A、B。第三步：观察装片A、B中细胞各300个，分别计算细胞分裂指数。(2)预期实验结果以及得出结论的思路：_______________________________________________________________________________________________________________。(3)就AlCl3对动物细胞分裂的影响，你还能提出什么探究课题？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析 该实验的目的是探究AlCl3对动物细胞有丝分裂的影响，其作用可能有三种：促进、抑制或不影响。根据提示，其影响可以通过对比A、B两组的细胞分裂指数进行判断。此外可探究的课题还有AlCl3浓度或作用时间对动物细胞分裂的影响。答案 (2)比较A、B两组的细胞分裂指数，判断质量浓度为1.0g/LAlCl3溶液对动物细胞分裂有促进或抑制作用，或者是没有影响 (3)AlCl3浓度或作用时间对动物细胞分裂的影响(或其他合理答案)即时巩固 据报道，木瓜叶提取物能杀死癌细胞。请根据下列材料，设计实验证明木瓜叶提取物对小鼠肉瘤有抑制作用。实验材料：生有肉瘤S－180的实验小鼠10只、木瓜叶提取物制剂、注射器、蒸馏水、生理盐水等(其他材料、器具自定)。实验步骤：(1)将10只生长发育状况相同的生有肉瘤S－180的实验小鼠随机均分为两组，分别记作A、B组，编号A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2、B3、B4、B5。(2)向A组各实验小鼠注射适量__________________，向B组各实验小鼠注射与A组等量的________________。(3)在相同条件下饲养实验小鼠一段时间后，测量统计A、B组实验鼠________________。实验预期：_______________________________________________________________。-8-\n答案 实验步骤：(2)木瓜叶提取物制剂 生理盐水(3)肉瘤变化量 实验预期：A组实验鼠肉瘤平均增重量比B组少解析 要证明“木瓜叶提取物对小鼠肉瘤有抑制作用”，需要设置空白对照。对实验组小鼠注射适量木瓜叶提取物制剂，对对照组小鼠注射等量生理盐水。实验的因变量为小鼠肉瘤的生长状况，可以是实验鼠肉瘤变化量。热点专项聚焦4——减数分裂过程中基因的异常行为变化在分析减数分裂过程中核基因的行为变化时，应抓住减数分裂过程中染色体行为变化的三个关键点：减数第一次分裂前的间期发生染色体的复制；减数第一次分裂过程中同源染色体分离；减数第二次分裂过程中姐妹染色单体分离。也可以结合基因的变化，逆向分析染色体的行为变化，加深对基因在染色体上的理解，加深对基因分离定律和自由组合定律内涵的理解，以构建完整的、系统的知识体系。1．基因突变在减数第一次分裂前的间期，DNA分子复制过程中，如复制出现差错，则会引起基因突变，这种突变能通过配子传递给下一代，如图所示。注意 突变一般发生在同源染色体中的某一条染色体上，可以是显性突变，也可以是隐性突变。2．基因数量变化在减数分裂过程中，伴随着染色体行为变化的异常，往往会引起配子中基因数目的增减。在分析基因数目变化时，应考虑变化与减数第一次分裂有关，还是与减数第二次分裂有关。如图1表示减数第一次分裂异常、减数第二次分裂正常产生的配子情况。-8-\n图2表示减数第一次分裂正常、减数第二次分裂异常产生配子的情况。典例剖析 (2022·山东卷，8)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．①③B．①④C．②③D．②④解析 AA型配子中没有a基因，说明减数第一次分裂时A与a已经分开，一定是由于减数第二次分裂时2号染色体未分离，①正确，②错误；AA型配子中不含性染色体，有两种可能：一是在减数第一次分裂时性染色体未分离，配子由产生的不含性染色体的次级性母细胞分裂而成；二是减数第二次分裂时性染色体未分离，产生不含性染色体的性细胞，故③正确，④错误。答案 A拓展链接 根据产生配子异常情况推测减数分裂何时发生异常。若亲代为AaXBY，则子代配子情况如下：(1)若配子中出现Aa或XY在一起，则减Ⅰ分裂异常。(2)若配子中A－a分开，X－Y分开，出现两个AA/aa或两个XX/YY则是减Ⅱ分裂异常。(3)若配子中无性染色体或无A也无a，则既可能减Ⅰ也可能减Ⅱ分裂异常。变式体验 1．如图所示是一个基因型为AaBb(两对基因独立遗传)的精原细胞在一次减数分裂过程中产生的两个次级精母细胞，则该过程发生了( )A．交叉互换与同源染色体未分离-8-\nB．交叉互换与姐妹染色单体未分离C．基因突变与同源染色体未分离D．基因突变与姐妹染色单体未分离答案 D解析 根据两个次级精母细胞中染色体与基因的位置关系可以看出第一对同源染色体上发生了基因突变，因为有一个A基因突变成了a基因，若发生交叉互换，则每个次级精母细胞中都应含A和a基因各一个；B与b基因分别在两个次级精母细胞中，说明同源染色体正常分离，而含有b基因的两条染色体移向细胞的一极，说明减数第二次分裂后期姐妹染色单体形成的两条染色体未正常分离。2．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__________。减数第一次分裂后期染色体的行为特点是___________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)图2显示的是一对同源染色体(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_____________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)减半 同源染色体分离、非同源染色体自由组合(2)减数第一次分裂后期同源染色体没有分离，而是移向细胞同一极(3)Ab、ab、aB-8-\n解析 (1)图1表示正常减数分裂的亲代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。减数第一次分裂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，所以只可能是减数第一次分裂后期出现了差错，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。-8-
