以減數(shù)分裂為命題基礎的高考試題探析

周 偉

(湖南省耒陽市第一中學 421800)

“減數(shù)分裂”是高中生物學中遺傳變異知識的一個重要交匯點，也是聯(lián)系各項知識的重要媒介?？v觀近幾年生物學高考，基于減數(shù)分裂命制的試題以其新穎性、綜合性而成為高考試題中的熱點，常見類型歸納如下。

1 減數(shù)分裂+自由組合定律

在減數(shù)分裂過程中，自由組合定律的細胞學基礎是第一減數(shù)分裂前期，等位基因隨同源染色體的分離而分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。減數(shù)第一次分裂時，因為同源染色體分離，非同源染色體自由組合，所以一個初級精母細胞能產(chǎn)生2個基因型不同的次級精母細胞；減數(shù)第二次分裂類似于有絲分裂，因此每個次級精母細胞產(chǎn)生2個基因型相同的精細胞。

例1 (2017年新課標Ⅱ卷)已知某種細胞有4條染色體，且兩對等位基因分別位于兩對同源染色體上。某同學用示意圖表示這種細胞在正常減數(shù)分裂過程中可能產(chǎn)生的細胞。其中表示錯誤的是(D)

A

B

C

D

解析：由選項所示的細胞類型可知，這種細胞是精原細胞，在不考慮基因突變和交叉互換的情況下，減數(shù)第一次分裂后期，同源染色體分離，其上的等位基因隨之分離(如等位基因G與g、H與h分離)，非等位基因隨著非同源染色體的自由組合而自由組合(如非等位基因G與H組合、g與h組合或G與h、g與H組合)，減數(shù)第一次分裂產(chǎn)生互補的2個次級精母細胞，A項與B項均正確；減數(shù)第二次分裂產(chǎn)生的4個精細胞應該兩兩相同，每個精細胞中不含同源染色體(不含等位基因)，C項正確，D項錯誤。

2 減數(shù)分裂+染色體數(shù)目變異

減數(shù)分裂發(fā)生異常，則會產(chǎn)生染色體數(shù)目不正常的配子，會導致子代體細胞內(nèi)染色體數(shù)目的改變。染色體數(shù)目異常細胞產(chǎn)生的原因歸納如下：①紡錘體形成受阻(低溫或秋水仙素所致)導致子細胞染色體加倍；②減數(shù)第一次分裂后期，同源染色體未分離導致全部配子異常；③減數(shù)第二次分裂后期，姐妹染色單體不分離導致本次級性母細胞產(chǎn)生的配子異常(另一次級性母細胞產(chǎn)生的配子可能正常)

例2 (2015年天津卷)低溫誘導可使二倍體草魚卵原細胞在減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，從而產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細胞，此卵細胞與精子結合發(fā)育成3倍體草魚胚胎。上述過程中產(chǎn)生下列4種細胞，下圖所示4種細胞的染色體行為(以2倍體草魚體細胞含兩對同源染色體為例)可出現(xiàn)的是(B)

A

B

C

D

解析：根據(jù)題干信息可知，卵原細胞在減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，因此同源染色體不能移向細胞兩極，A項不符合；由于減數(shù)第一次分裂時不形成紡錘體，所以形成的次級卵母細胞中的染色體數(shù)目與體細胞相同，即次級卵母細胞在減數(shù)第二次分裂后期含有8條染色體，B項符合；減數(shù)第二次分裂形成的卵細胞中染色體數(shù)目為4條，C不符合；染色體數(shù)目加倍的卵細胞與精子結合發(fā)育成3倍體草魚胚胎，因此胚胎細胞有絲分裂中期應含有6條染色體，3個染色體組，D不符合。

3 減數(shù)分裂+染色體結構變異

染色體結構變異是由于外界因素作用，染色體發(fā)生斷裂和重新組合而造成染色體結構變化，改變遺傳信息。若這種變異發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，則能隨配子遺傳給子代。

例3 (2013年福建卷)某男子表現(xiàn)型正常，但其1條14號和1條21號染色體相互連接形成1條異常染色體，如圖甲。減數(shù)分裂時異常染色體的聯(lián)會如圖乙，配對的3條染色體中，任意配對的兩條染色體分離時，另一條染色體隨機移向細胞任—極。下列敘述正確的是(D)

圖甲

圖乙

A.圖甲所示的變異屬于基因重組

B.觀察異常染色體應選擇處于分裂間期的細胞

C.如不考慮其他染色體，理論上該男子產(chǎn)生的精子類型有8種

D.該男子與正常女子婚配能生育染色體組成正常的后代

解析：在非同源染色體之間染色體片段的移接稱作染色體結構變異(易位)，A項錯誤；分裂期染色體高度螺旋化，顯微鏡下易于觀察，因此觀察異常染色體通常在分裂期進行觀察，分裂間期染色質(zhì)呈細絲狀不易觀察，B項錯誤；由于圖乙中配對的3條染色體在減數(shù)分裂時其中的1條染色體可以隨機移向細胞任一極，故可形成以下6種配子：14號、14—21號與21號、21號、14—21號與14號、14—21號、14號與21號，C項錯誤；由于該男子可以形成只含14號與21號兩條未變異染色體的配子，因此與正常女子婚配能生育染色體組成正常的后代，D項正確。

4 減數(shù)分裂+連鎖互換定律

在減數(shù)分裂過程中，連鎖互換律的細胞學基礎對應的是減數(shù)第一分裂前期，同源非姐妹染色單體的長臂或短臂上的局部交叉，以后隨著同源染色體相互排斥而最終導致片段互換。以基因型為AaBb的一個精原細胞為例，若無交叉互換，則能產(chǎn)生2種配子(AB和ab或Ab和aB)；若有交叉互換，只有兩對基因在一對同源染色體上時，且交換的區(qū)段有相關基因時，才能產(chǎn)生4種配子。

例4 (2013年北京卷)斑馬魚的酶D由17號染色體上的D基因編碼。具有純合突變基因(dd)的斑馬魚胚胎會發(fā)出紅色熒光。利用轉(zhuǎn)基因技術將綠色熒光蛋白(G)基因整合到斑馬魚17號染色體上。帶有G基因的胚胎能夠發(fā)出綠色熒光。未整合G基因的染色體的對應位點表示為g。用個體M和N進行如下雜交實驗。

雜交后，出現(xiàn)紅·綠熒光(既有紅色又有綠色熒光)胚胎的原因是親代________(填“M”或“N”)的初級精(卵)母細胞在減數(shù)分裂過程中，同源染色體的________發(fā)生了交換，導致染色體上的基因重組。通過記錄子代中紅·綠熒光胚胎數(shù)量與胚胎總數(shù)，可計算得到該親本產(chǎn)生的重組配子占其全部配子的比例，算式為________。

解析：根據(jù)題圖可知，M的基因型為D_gg，N的基因型為D_G_，子代基因型分別為：D_G_、ddgg、D_gg、ddG_，由于子代中有ddgg出現(xiàn)，所以M的基因型為Ddgg，N的基因型為DdGg。由于個體N的基因型為DdGg，如果不發(fā)生交叉互換，其產(chǎn)生的配子只有DG、dg 2種，而M產(chǎn)生的配子有Dg、dg兩種，兩者雜交只有綠色熒光、無熒光和紅色熒光3種，而雜交子代出現(xiàn)了紅·綠熒光，說明親代出現(xiàn)了交叉互換。假設M出現(xiàn)了交叉互換，其配子種類仍然是Dg、dg 2種，對子代性狀無影響，因此發(fā)生交叉互換的是個體N，其互換后產(chǎn)生的配子為：DG、dg、Dg和dG 4種(注意：交叉互換發(fā)生在同源染色體的非姐妹染色單體之間)。假設個體N中發(fā)生交叉互換的比率為x，則產(chǎn)生dG的概率為x/2，而M個體產(chǎn)生dg的概率為1/2，則子代中紅·綠熒光胚胎出現(xiàn)的概率為x/4，因而通過記錄子代中紅·綠熒光胚胎數(shù)量與胚胎總數(shù)，可計算得到該親本產(chǎn)生的重組配子占其全部配子的比例，即為4×紅·綠熒光胚胎數(shù)∕胚胎總數(shù)。參考答案：N 非姐妹染色單體 4×紅·綠熒光胚胎數(shù)∕胚胎總數(shù)。

5 減數(shù)分裂+基因突變

在減數(shù)第一次分裂前的間期，DNA分子復制過程中，如復制出現(xiàn)差錯，則會引起基因突變，此時可導致姐妹染色單體上含有等位基因，這種突變能通過配子傳遞給下一代。

例5 (2016年四川卷)某果蠅染色體及部分基因組成如甲所示，觀察該果蠅某器官切片，發(fā)現(xiàn)了如乙、丙所示細胞，請回答下列問題。

丙細胞的名稱是________，正常情況下，乙細胞？處的基因應為________，丙細胞中出現(xiàn)A和a的原因可能是________。

解析：丙細胞不含同源染色體，處于減數(shù)第二次分裂后期，且細胞質(zhì)不均等分裂，稱為次級卵母細胞，已知細胞中(同一極)有一條染色體含有D基因，根據(jù)甲圖中的基因組成(Dd)可知，乙細胞？處的基因應為d，丙細胞中上下兩條相同的染色體是間期復制形成的，它們所含的基因應該完全相同，即都應該是a基因，出現(xiàn)A的原因可能是減數(shù)第一次分裂間期發(fā)生了基因突變。

參考答案：次級卵母細胞 d 分裂過程中發(fā)生了基因突變。

(基金項目：湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃2015年度湖南省教育科學研究基地專項課題，No.XJK015BJD024)