2023届高考生物二轮复习细胞增殖与生物遗传变异的关系学案含答案

第二讲　细胞增殖与生物遗传变异的关系

核心考点一　减数分裂与生物变异

1．减数分裂与基因重组

(1)非同源染色体上的非等位基因：在减数第一次分裂后期，可因同源染色体分离，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)同源染色体上的非等位基因：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，例如原本A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．减数分裂与基因突变

(1)类型：

(2)姐妹染色单体(或分开后形成的子染色体上)存在等位基因的原因分析：

①若为有丝分裂(如图1)，则为基因突变。

②若为减数分裂(如图2)，则可能是交叉互换或基因突变，需要再结合个体的基因型和基因个数进行判断。

3．减数分裂与染色体变异

(1)减数分裂异常导致配子种类变化的规律：

①如果减数第一次分裂异常，则所形成的配子全部不正常；②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。如图所示：

(2)XXY与XYY异常个体的成因分析：

①XXY成因：

②XYY成因：父方减数第二次分裂异常，即减数第二次分裂后期Y染色体着丝粒分裂后两条Y染色体共同进入同一精细胞。

4．细胞分裂过程中异常细胞产生的三大原因

考题解密

1．(2022·全国乙卷)有丝分裂和减数分裂是哺乳动物细胞分裂的两种形式。某动物的基因型是Aa，若该动物的某细胞在四分体时期一条染色单体上的A和另一条染色单体上的a发生了互换，则通常情况下姐妹染色单体分离导致等位基因A和a进入不同细胞的时期是( D )

A．有丝分裂的后期   B．有丝分裂的末期

C．减数第一次分裂   D．减数第二次分裂

【解析】　有丝分裂过程中不会发生同源染色体联会形成四分体的过程，也不会发生交叉互换，不会发生姐妹染色单体分离导致等位基因A和a进入不同细胞的现象，A、B错误；根据题意，某动物基因型是Aa，经过间期复制，初级性母细胞中有AAaa四个基因，该动物的某细胞在四分体时期发生交叉互换，涉及A和a的交换，交换后两条同源染色体的姐妹染色单体上均分别具有A和a基因，减数第一次分裂时，同源染色体分开，两组Aa彼此分开进入次级性母细胞，至此减数第一次分裂完成，所以不会发生姐妹染色单体分离导致等位基因A和a分开进入不同细胞的现象；而在减数第二次分裂时，姐妹染色单体分离，导致其上的等位基因A和a分开进入两个子细胞，C错误，D正确。

变式突破

变式一　细胞分裂与可遗传变异

1．(2022·九江模拟)研究人员在研究卵原细胞进行减数分裂的过程中，发现了如图1所示的“逆反”减数分裂现象，并经过对大量样本的统计研究发现其染色体的分配情况如图2所示。下列叙述错误的是( D )

A．“逆反”减数分裂是获得含重组染色体的卵细胞的途径之一

B．“逆反”减数分裂形成的卵细胞中核DNA与染色体数是体细胞中的一半

C．“逆反”减数分裂中姐妹染色单体分开发生在减数分裂Ⅰ

D．“逆反”减数分裂过程中的基因重组只发生在减数分裂Ⅱ

【解析】　“逆反”减数分裂是获得含重组染色体的卵细胞的途径之一，A正确；“逆反”减数分裂形成的卵细胞中，核DNA与染色体数仍是体细胞中的一半，B正确；据图分析可知，“逆反”减数分裂中姐妹染色单体分开发生在减数分裂Ⅰ，C正确；据图分析可知，“逆反”减数分裂过程中的基因重组也可发生在减数分裂Ⅰ，D错误。

变式二　根据配子的异常情况判断分裂过程

2．(2021·福州模拟)如图表示基因型为BbXAXa的某动物体内正在分裂的细胞中的一部分染色体，下列叙述正确的是( C )

A．该细胞为次级卵母细胞或第二极体

B．形成该细胞的初级卵母细胞一定发生了染色体片段缺失或交叉互换

C．与该细胞同时产生的另一细胞基因型可能为ABbXaXa

D．该细胞完成减数分裂后形成的配子基因型有4种

【解析】　图示细胞处于减数第二次分裂前期，称为次级卵母细胞或第一极体，A错误；含有基因A的X染色体片段也可能移接到其他染色体上，此时变异类型属于染色体结构变异中的易位，B错误；该生物的基因型为BbXAXa，减数分裂过程中，含有基因A的X染色体片段如果移接到常染色体上，此时与该细胞同时产生的另一细胞基因型可能为ABbXaXa，C正确；该细胞为次级卵母细胞或第一极体，若为次级卵母细胞，其完成减数分裂后只能形成一种配子，因此只有一种基因型，若为第一极体，则其完成分裂后不能形成配子，D错误。

2．(不定项)(2022·辽宁阜新蒙古族自治县高级中学二模)遗传性痉挛性截瘫(HSP)是一种较为少见的遗传病，该病最常见的遗传方式为常染色体显性遗传，也有常染色体隐性遗传及伴X染色体隐性遗传。某对健康的夫妇生了一个染色体组成为44＋XXY的HSP患者。不考虑互换和基因突变，下列相关分析错误的是( BCD )

A．若致病基因位于常染色体上，则该患者染色体异常可能是父方初级精母细胞减数第一次分裂发生异常所致

B．若致病基因位于X染色体上，则该患者染色体异常可能是母方初级卵母细胞减数第一次分裂发生异常所致

C．若这对夫妇再生育一个染色体正常的后代，则该后代个体为患HSP男孩的概率为1/4

D．若这对夫妇再生育一个染色体正常的女孩，则该女孩为HSP患者的概率为1/4

【解析】　由父母正常，子代患病可知，该病的致病基因为隐性，若致病基因位于常染色体上，则父母的基因型均为Aa，子代患者的基因型为aa，该患者染色体异常可能是因为父方初级精母细胞减数第一次分裂异常，形成性染色体组成为XY的精子，A正确；若致病基因位于X染色体上，则母方的基因型为XAXa，父方的基因型为XAY，该患者的基因型为XaXaY，若是母方初级卵母细胞减数第一次分裂发生异常，则产生的卵细胞基因型为XAXa，子代基因型则为XAXaY，为致病基因的携带者，不会患HSP，B错误；这对夫妇再生育一个染色体正常的后代，若致病基因位于X染色体上，则该后代为患HSP男孩的概率为1/4；若致病基因位于常染色体上，则该后代为患HSP男孩的概率为1/4×1/2＝1/8，C错误；这对夫妇再生育一个染色体正常的女孩，若致病基因位于X染色体上，则该女孩不可能为HSP患者；若致病基因位于常染色体上，则该女孩为HSP患者的概率为1/4，D错误。

核心考点二　细胞分裂中标记染色体去向的判断

(1)若两次都是有丝分裂

(注：表示被3H标记的DNA链；表示没有被3H标记的DNA链)

(2)若两次分裂分别是减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ

考题解密

2．(2021·浙江1月选考)现建立“动物精原细胞(2n＝4)有丝分裂和减数分裂过程”模型。1个精原细胞(假定DNA中的P元素都为32P，其他分子不含32P)在不含32P的培养液中正常培养，分裂为2个子细胞，其中1个子细胞发育为细胞①。细胞①和②的染色体组成如图所示，H(h)、R(r)是其中的两对基因，细胞②和③处于相同的分裂时期。下列叙述正确的是( D )

A．细胞①形成过程中没有发生基因重组

B．细胞②中最多有两条染色体含有32P

C．细胞②和细胞③中含有32P的染色体数一定相等

D．细胞④～⑦中含32P的核DNA分子数可能分别是2、1、1、1

【解析】　图中细胞①处于减数第一次分裂前期(MⅠ前期)，因交叉互换而发生了基因重组，A错误。MⅠ前的间期染色体复制，形成的细胞①中每条染色体都只有一条染色单体的DNA分子一条链含有32P(共4条染色单体含有32P)，细胞①形成细胞②会发生同源染色体分离，在正常情况下，细胞②有两条染色体含有32P(分布在非同源染色体上)，但图中H所在的染色体已经发生交叉互换，很有可能H和h所在染色体都含有32P，因此细胞②中最多有3条染色体含有32P，B错误。细胞③的基因组成为Hhrr(h为互换的片段)，如果细胞②中没有互换的h所在的染色体含有32P且互换的H所在片段含有32P，则细胞②中有3条染色体含有32P，而细胞③中H所在染色体没有32P，由于细胞①中发生了交叉互换，互换的片段是否带标记不一定，所以h所在染色体含有32P，因此细胞③中有2条染色体含有32P；如果细胞②中没有互换的h所在染色体不含有32P且互换的H所在片段不含有32P，则细胞②有2条染色体含有32P，而细胞③中H所在染色体含32P，h所在染色体含有32P，因此细胞③有3条染色体含有32P；如果互换的H和h都不含有32P，则细胞②和细胞③中含有32P的染色体数相等，都为2条，综上分析可知，细胞②和细胞③中含有32P的染色体数可能不相等，C错误。如果细胞②H所在片段中含有32P，R所在染色体含有32P，且细胞②中h所在染色体含有32P，则r所在染色体不含有32P，因此形成的细胞④含有32P的核DNA分子数为2个，形成的细胞⑤含有32P的核DNA分子数为1个，由于细胞③的基因组成为Hhrr(h为交叉互换的片段)，h所在的染色体与其中一个r所在染色体含有32P(H和另一个r所在染色体不含32P)，如果含有32P的2条染色体不在同一极，则形成的细胞⑥和⑦含32P的核DNA分子数都为1个，D正确。

变式突破

变式一　放射性同位素标记法研究细胞分裂过程

3．(2022·潍坊模拟)将两条单链均被32P标记的M基因导入某动物(2n＝4)精原细胞中(假定该精原细胞DNA不含32P)，选取插入2个M基因且位于非同源染色体上的精原细胞，再置于不含32P的培养液中培养，得到4个子细胞，检测子细胞中的情况。若不考虑变异，则下列叙述正确的是( D )

A．若某个子细胞中的染色体都不含32P，则一定进行减数分裂

B．若某个子细胞中有2条染色体含32P，则一定进行减数分裂

C．若每个子细胞中均只有1条染色体含32P，则一定进行有丝分裂

D．若4个子细胞中，含有32P的染色体数分别是0、1、1、2条，则一定进行有丝分裂

【解析】　若某个子细胞中的染色体都不含32P，或者有2条染色体含32P，可能是有丝分裂，也有可能是减数分裂，A、B错误；若进行有丝分裂，则4个子细胞中含有32P的染色体数的可能性有0、1、1、2条，或者1、1、1、1条，或者0、0、2、2条；若进行减数分裂，则4个子细胞中含有32P的染色体数有0、0、2、2条，或者1、1、1、1条，C错误，D正确。

3．(不定项)(2022·邢台一中模拟)将分生区细胞培养在含放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，短时间后更换到无放射性的培养基中再培养一段时间。测定分裂期细胞中带放射性DNA的细胞的百分率，结果如图所示。下列分析错误的是( CD )

A．10～20 h曲线下降，与被标记的细胞逐渐完成分裂有关

B．20 h后曲线再次开始上升，是因为被标记的细胞进入第二轮分裂的分裂期

C．每一个被标记的细胞分裂两次形成的四个细胞中，均只有两个细胞带有放射性DNA

D．从DNA复制完成到分裂期开始的时长约为5 h

【解析】　由题意可知：10～20 h曲线下降与被标记的细胞逐渐完成分裂有关，A正确；20 h之后曲线再次上升是因为被标记的细胞再次进入分裂期，B正确；细胞内有多对染色体(不是只有一条染色体)，每一个被标记的细胞分裂形成的四个细胞中不可能均有两个细胞带有放射性，C错误；细胞被标记说明已完成了复制，而题干又说“短时间”，故从DNA复制完成到分裂期开始的时长约为2 h，D错误。

变式二　荧光标记法研究细胞分裂过程

4．(2022·丽水模拟)在含有5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将兔(2n＝44)一个精原细胞置于含BrdU的培养液中，先进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，取减数分裂Ⅰ后期的细胞(甲)和减数分裂Ⅱ后期的细胞(乙)进行染色并观察。不考虑基因突变和交叉互换，下列推测正确的是( D )

A．甲细胞中有44条染色体，共22种形态

B．甲细胞中有22对同源染色体，1/4的脱氧核苷酸链被BrdU标记

C．乙细胞中有2条Y染色体，全部DNA分子被BrdU标记

D．乙细胞中有2个染色体组，22条染色体发出明亮荧光

【解析】　由题可知兔的体细胞染色体数目为44条，则减数分裂Ⅰ后期，染色体数目不变，仍为22对同源染色体，即44条，由于性染色体形态不同，所以共有23种形态，A错误；经过一次有丝分裂后有一半的脱氧核苷酸链被标记，而减数分裂也是在含BrdU的培养液中培养的，则在减数分裂Ⅰ后期，共有3/4的脱氧核苷酸链被标记，B错误；乙细胞是减数分裂Ⅱ的次级精母细胞，经过了着丝粒的分裂，有两个染色体组，可能具有两条Y染色体或者两条X染色体。由于是在含BrdU的培养液中培养的，根据DNA的半保留复制可知，一半的染色体为全标记，一半的染色体为半标记，即有22条染色体发出明亮荧光，C错误，D正确。

4．(不定项)(2022·长郡中学模拟)现代生物学技术能用荧光物质来标记染色体上的某一基因，使之显现出特定颜色，使用荧光显微镜观察时，可看到细胞中荧光点的分布。研究人员使用某种单细胞生物进行了如下图示实验(图中只画出每个细胞中有关染色体和荧光有无的情况)：

第一次分裂后马上观察子细胞中荧光分布情况，一般而言可能看到的图像是( BC )

A　　　　　B　　　　　C　　　　　D

【解析】　根据题意可知形成合子中绿色荧光标记的A基因所在的染色体与红色荧光标记的A基因所在的染色体为同源染色体，在减数分裂时同源染色体分离，故减数第一次分裂后马上观察子细胞中荧光分布情况，如果同源染色体上的非姐妹染色单体没有发生互换，一般而言可能看到的是一个细胞中只含有绿色荧光，另一个细胞中只含有红色荧光，由于此时姐妹染色单体还未分离，故每条染色体上含有2个DNA，故每个细胞有2个荧光，且应非常靠近，如图C；如果同源染色体上的非姐妹染色单体发生互换，一般而言可能看到的是两个细胞中都既有1个红色荧光也有1个绿色荧光，且2个荧光应非常靠近，如图B。