以減數分裂為龍骨 求解遺傳問題

天津 馬學春

以減數分裂為龍骨 求解遺傳問題

天津 馬學春

新課標的人教版教材遵從生物科學的發展歷程，在知識內容的編排上把孟德爾的豌豆雜交實驗安排在減數分裂之前。對生物學知識的介紹從表象到理論，重演科學探索的過程和方法，有助于學生思維的培養。但是高三復習的目的不是重復知識的呈現，而是使學生深入理解知識之間的本質聯系，達到融會貫通的層次。因此，在復習中，可以減數分裂知識為龍骨，將遺傳定律、可遺傳變異的發生、基因在染色體上等重點知識構建其上。

一、緊扣減數分裂特點，理解減數分裂過程

教材以精子、卵細胞的形成為例展現了減數分裂的發生，其根本是同源染色體的配對后分離，分別進入不同配子，從而導致染色體數目的減半。此處需要分別從有絲分裂、減數分裂的典型時期進行圖像特點對比分析，直觀地展現出同源染色體的行為變化，使學生透徹理解減數分裂的發生過程，并掌握兩種分裂的本質區別。從細胞水平理解遺傳的發生。

圖1

二、將基因定位在染色體上

鑒于學生學習的基礎，可以在此處先期引入結論，使基因定位在染色體上。從分子水平進一步認知減數分裂。常見的考查題目是對于發生可遺傳變異的分析。

1.與基因突變的聯系

例1（2014·南開區一模）如圖2為取自同一哺乳動物不同細胞的細胞分裂示意圖（假設該生物的體細胞有4條染色體，基因型為MMNn），下列說法錯誤的是 （ ）

圖2

①甲、乙、丙所示的細胞分裂過程中可發生基因重組

②甲、乙細胞中含有兩個染色體組，丙、丁中不具有同源染色體

③丁細胞的名稱為次級精母細胞或極體

④若相應基因如丁所示，則說明該細胞在此之前發生了同源染色體非姐妹染色單體之間的交叉互換

A． ①② B． ①②④

C． ③④ D． ①②③④

分析：根據生物的基因型，將基因定位于各染色體上，不難發現，正常情況下，隨著減數分裂同源染色體的分離和減數第二次分裂后期姐妹染色單體的分開，丁中染色體不會出現m基因，而且根據乙分析，即便交叉互換發生也不可能出現m，因此，細胞中一定發生了基因突變，產生了新基因。這種變異發生于減數第一次分裂前的間期。

【答案】D

此處可以延伸交叉互換發生時，細胞的基因定位情況。

【變式訓練】1.圖3中，甲為某哺乳動物體細胞中部分染色體及其上的基因示意圖，乙、丙、丁為該動物處于不同分裂時期的染色體示意圖。下列敘述正確的是 （ ）

圖3

A. 判斷該動物是否為純合子應選用另一雌性動物與其測交

B. 乙細胞和丙細胞分裂時均可以發生基因重組

C. 甲細胞產生的基因突變可通過卵細胞傳遞給子代

D. 丁產生的子細胞中的基因組成是aB和aB

【答案】C

2.減數分裂與染色體變異

圖4

圖5

圖5中是姐妹染色單體分開，并且細胞質均等分裂，根據減數分裂特點不難判斷此圖屬于減數第二次分裂后期，并且是第一極體的分裂。據此不難把此細胞圖定位于圖4的②位置。

根據同源染色體的分離特點，進一步判斷出①發生了染色體變異，Ⅱ中的次級卵母細胞只含有B基因及其所在的染色體，從而解決了圖5的發生過程和卵細胞的基因型。

3.減數分裂中同源染色體上非等位基因的重新組合

圖6

圖6首先將等位基因定位于發生交換的非姐妹染色單體上，發生的新的組合類型是AB和ab。學生在把這樣的染色體回歸到減數分裂過程中的時候，自然而然的理解了等位基因B和b、A和a分離的時機差異。

二、減數分裂與DNA的變化

例2.某精原細胞染色體DNA被3H標記，將其放在不含放射性標記的培養基中完成減數分裂，其染色體的放射性標記分布情況如何。

解決這類問題的關鍵，是把握減數分裂的特點是DNA只復制一次，細胞分裂兩次，而DNA分子具有半保留復制的特點，并能夠把DNA定位于染色體上，隨染色體遺傳給子代細胞（如圖7）。

圖7

【答案】子細胞中每條染色體上均有一條DNA單鏈上含3H標記。

【變式訓練】2.用32P標記了玉米體細胞（含20條染色體）的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養，在第二次細胞分裂的中期和后期，一個細胞中的染色體總條數和被32P標記的染色體條數分別是 （ ）

A. 中期20和20、后期40和20

B. 中期20和10、后期40和20

C. 中期20和20、后期40和10

D. 中期20和10、后期40和10

分析：本題可參照圖8進行分析：

圖8

【答案】A

三、減數分裂與基因遺傳定律

孟德爾遺傳定律的實質是，有性生殖的生物，在減數分裂過程中等位基因隨同源染色體的分離而分開，非等位基因隨非同源染色體的自由組合而組合。

從減數分裂過程很容易找到其與基因分離定律、基因自由組合的關聯，并進一步擴展理解連鎖基因的遺傳特點（如圖9）。

圖9

四、減數分裂圖形解題法

在減數分裂的考查中，數量龐大的細胞圖形以及曲線圖、柱形圖的給出，無疑對學生圖文轉換，信息提取能力提出很高的要求。

1.常規曲線的上升下降的解讀，與細胞分裂時期聯系起來

比如間期DNA復制、著絲點分裂、細胞分裂等原因，據此特點進一步標注細胞分裂的時期，并與求解的問題相聯系（如圖10、圖11、圖12）。

圖12

2.將柱形圖賦值于常規曲線圖，使曲線圖成為解題的媒介

例3.根據每個細胞中核DNA相對含量的不同，將某高等哺乳動物睪丸中連續增殖的精原細胞歸為A、B、C三組，每組細胞數目如圖13所示；將睪丸中參與配子形成過程的細胞歸為D、E、F三組，每組細胞數目如圖14所示；根據細胞中每條染色體上DNA含量在細胞周期中的變化繪制曲線，如圖15所示。下列敘述中錯誤的是 （ ）

圖14

圖15

A. 圖13中的B組細胞位于圖15中的甲～乙段

B. 圖13中C組的細胞不都位于圖15的乙～丙段

C. 圖14中F組細胞變成E組細胞的過程發生在圖15的丙～丁段

D. 圖14中，D組細胞表示精細胞，E組細胞可以表示精原細胞，也可以表示次級精母細胞

分析：圖13表示精原細胞，首先把ABC組細胞定位于有絲分裂的DNA曲線圖上，如圖16：

圖17

B組表示間期細胞中進行DNA復制和有關蛋白質合成，C組細胞表示有絲分裂過程的G2、前期、中期和后期，在后期著絲點分裂，每條染色體上只有一個DNA分子。

圖14定位于減數分裂曲線圖上，如圖17，其中F組細胞表示減數第一次分裂過程，同源染色體分離，姐妹染色單體不分離，D組細胞表示精細胞，E組細胞可以表示精原細胞，也可以表示次級精母細胞。

圖15染色體特點和可能時期定位于圖上，如圖18：

圖18

根據三幅圖不同區段的含義解讀，各選項中的問題也就迎刃而解。

【答案】C

綜上所述，理解減數分裂，能從根本上引導學生解決相關遺傳問題。

（作者單位：天津市武清區大良高中）