細胞分裂與生物變異

黑龍江 翟貴君 宮運利

細胞分裂與生物變異

黑龍江 翟貴君 宮運利

一、減數分裂與基因突變

1.從產生原因角度分析

主要是由于細胞分裂間期（S期）DNA復制發生差錯，主要有兩種情況：

（1）堿基配對發生錯誤，可導致堿基對的增添、缺失或替換；

（2）堿基類似物的干擾，可導致堿基對的替換。

【例1】5－BrU（5－溴尿嘧啶）既可以與A配對，又可以與C配對。將一個正常的具有分裂能力的細胞，接種到含有A、G、C、T、5－BrU五種核苷酸的適宜培養基上，至少需要經過幾次復制后，才能實現細胞中某DNA分子某位點上堿基對從T—A到G—C的替換 （ ）

A.2次 B.3次 C.4次 D.5次

【答案】B

2.從突變類型角度分析

（1）若突變發生在有絲分裂，產生的是體細胞突變，這種突變一般是不遺傳的，如癌變的形成，但有些植物可通過無性繁殖遺傳給后代；

（2）若突變發生在減數分裂，產生的是生殖細胞突變，這種突變可通過有性生殖遺傳給后代。

3.從產生配子的種類角度分析

以一個精原細胞進行減數分裂為例。

（1）只考慮一對基因的情況下：設其基因型為AA（或aa），則突變后的基因型為Aa，減數分裂后可產生A、a兩種類型的配子，且突變配子的數量占1/4，即：

（2）若考慮兩對或多對基因，且只有一對純合基因突變，即AA（或aa）突變為Aa：

①若其他未突變的基因都為純合，則減數分裂后可產生兩種類型的配子，如（以兩對基因為例）：

②若其他未突變的基因為雜合，則減數分裂后可產生三種類型的配子，如（以兩對基因為例）：

【例2】（2011·江蘇卷）如圖為基因型AABb的某動物進行細胞分裂的示意圖。相關判斷錯誤的是 （ ）

A.此細胞為次級精母細胞或次級卵母細胞

B.此細胞中基因a是由基因A經突變產生的

C.此細胞可能形成兩種精子或一種卵細胞

D.此動物體細胞內最多含有四個染色體組

【答案】A

二、減數分裂與基因重組

傳統意義上的基因重組發生在進行有性生殖的同種生物（即不存在生殖隔離的生物）之間，是通過減數分裂實現的，主要存在以下兩種情況。

1.基因的自由組合

（1）細胞學基礎

減Ⅰ后期，等位基因分離，非同源染色體上的非等位基因自由組合。

（2）產生配子的種類

①從染色體的角度分析：設每個細胞中有n對同源染色體（不考慮交叉互換）則

【例3】（2010·江蘇卷·多選）人類精子發生過程中，下列說法正確的是 （ ）

A.細胞中染色單體數最多可達92條

B.姐妹染色單體攜帶的遺傳信息可能是不同的

C.染色單體的交叉互換發生在同源染色體分離之前

D.一個精原細胞產生兩個相同精子的概率最大為1/223

【答案】ABC

②從基因型的角度分析：設每個細胞中有n對等位基因（不考慮交叉互換），則

【例4】某二倍體生物的一個精原細胞通過減數分裂產生的一個精子的基因組成是Ab，下列四個選項中有關其他三個精子的基因組成不正確的是 （ ）

A.Ab、aB、aB B.aB、AB、ab

C.Ab、ab、ab D.Ab、Ab、Ab

【答案】B

2.基因的連鎖交換

（1）細胞學基礎

減I前期，聯會的一對同源染色體（四分體）可能發生非姐妹染色單體的交叉互換。

（2）產生配子的種類

①從染色體的角度分析：設每個細胞中有n對同源染色體，進行減數分裂，如果只有一對同源染色體發生互換，則可產生4種類型的配子，其中親本類型2種（兩種配子間染色體組成互補），重組類型2種（兩種配子間染色體組成互補）。

②從基因型的角度分析：略

【說明】在正常情況下，因染色體的復制，一對姐妹染色單體的同一位置上存在的是相同基因，但如果發現了等位基因的存在，則存在以下幾種情況。

①如果該個體原為純合子，則該等位基因是基因突變產生的。

②如果該個體原為雜合子：

【例5】如圖為某高等動物細胞分裂示意圖，圖中不可能反映的是 （ ）

A.該細胞發生了基因突變

B.該細胞發生了染色體互換

C.該細胞次級為卵母細胞

D.該細胞為次級精母細胞

【答案】C

三、減數分裂與染色體變異

1.染色體結構變異

細胞增殖過程中染色體的交叉互換與染色體的結構變異有著密切的關系。

（1）同源染色體間的非對齊互換會導致一條染色體增加一段（屬于染色體結構變異中的重復），另一條染色體減少一段（屬于染色體結構變異中的缺失，如下圖），聯會時會發生一條染色體多出來一段的現象。

【說明】在減數分裂聯會時，一對同源染色體間的非姐妹染色單體的對齊互換導致的是基因重組。

（2）非同源染色體間的互換導致一條染色體的某一片段移接到另一條非同源染色體上，該種情況屬于染色體結構變異中的易位（如下圖），聯會時會出現“十字結構”現象。

（3）一條染色體本身交叉互換會導致染色體某一片段的位置顛倒而發生倒位（如下圖），聯會時會出現“環形圈”現象。

【說明】以上各種變化可發生在細胞分裂的各時期。

【例6】（2009·上海卷）下圖中①和②表示發生在常染色體上的變異。①和②所表示的變異類型分別屬于（ ）

A.重組和易位 B.易位和易位

C.易位和重組 D.重組和重組

【答案】A

2.染色體數目變異

染色體數目變異主要是由于染色體的不平均分配造成的，存在以下情況。

（1）個別染色體增加或減少

①假設某生物為雜合子（設基因型為Aa）。正常情況下通過減數分裂可產生基因型為A和a兩種類型的配子。在減數分裂發生異常的情況下，若產生基因型為Aa的配子，則是由于減數第一次分裂后期，含有A和a的同源染色體沒有分開而移向同一極所致；若產生基因型為AA（或aa）的配子，則是由于減數第二次分裂后期，含有A和A（或a和a）的姐妹染色單體分開后移向同一極所致。

②假設某生物為純合子（設基因型為AA或aa）。正常情況下通過減數分裂可產生基因型為A或a一種類型的配子。若在減數分裂發生異常的情況下產生AA（或aa）的配子，則存在以下兩種原因：

【例7】1968年，有幾篇新聞報告描述了一個驚人的發現：有2%～4%的精神病患者的性染色體組成為XYY。XYY綜合征患者有暴力傾向，有反社會行為。有人稱這條多出的Y染色體為“犯罪染色體”。下列關于XYY綜合征的敘述正確的是 （ ）

A.患者為男性，是由于母方減數第一次分裂產生異常的卵細胞所致

B.患者為男性，是由于父方減數第一次分裂產生異常的精子所致

C.患者為男性，是由于父方減數第二次分裂產生異常的精子所致

D.患者為女性，是由于母方減數第二次分裂產生異常的卵細胞所致

【答案】C

③不論該生物是純合子還是雜合子，減數第一次分裂不正常或減數第二次分裂不正常都會導致部分配子中相應基因或染色體的丟失。

【例8】一個基因型為AaXbY的精原細胞，在減數分裂過程中，由于染色體分配紊亂，產生了一個AAaXb的精子，則另三個精子的基因型分別是 （ ）

A.aXb、Y、Y B.Xb、aY、Y

C.aXb、aY、Y D.AaXb、Y、Y

【答案】A

④減數第一次分裂染色體或基因行為的異常會導致次級精（卵）母細胞中染色體或基因數目的異常。

【例9】（2012·江蘇卷）觀察到的某生物（2n＝6）減數第二次分裂后期細胞如圖所示。下列解釋合理的是 （ ）

A.減數第一次分裂中有一對染色體沒有相互分離

B.減數第二次分裂中有一對染色單體沒有相互分離

C.減數第一次分裂前有一條染色體多復制一次

D.減數第二次分裂前有一條染色體多復制一次

【答案】A

⑤性染色體不正常的分析還要考慮到親本的性別

【例10】基因組成為XBXbY的甲，其父患色盲，其母表現正常。下列分析中可能性較大的是 （ ）

a.甲母減數第一次分裂中，2條X染色體未分開而是一起進入了次級卵母細胞 b.甲母減數第二次分裂中，2條X染色體未分開而是一起進入了卵細胞 c.甲父減數第一次分裂中，2條性染色體未分開而是一起進入了次級精母細胞 d.甲父減數第二次分裂中，2條性染色體未分開而是一起進入了精細胞

A.ab B.ac C.bc D.bd

【答案】B

⑥若配子中有兩對或兩對以上的基因或染色體異常，可一對一對單獨分析。

【例11】（2011·山東卷）基因型為AaXBY小鼠僅因為減數分裂過程中染色體未正常分離，而產生一個不含性染色體的AA型配子。等位基因A、a位于2號染色體。下列關于染色體未分離時期的分析，正確的是 （ ）

a.2號染色體一定在減數第二次分裂時未分離 b.2號染色體可能在減數第一次分裂時未分離 c.性染色體可能在減數第二次分裂時未分離 d.性染色體一定在減數第一次分裂時未分離

A.ac B.ad C.bc D.bd

【答案】A

3.染色體組成倍增加或減少

若分裂前期因低溫或人為使用秋水仙素，會抑制紡錘體的形成，導致染色體雖發生了復制，但不能移向兩極而形成染色體數目加倍的配子，該配子正常受精可形成多倍體。有絲分裂產生的多倍體細胞可通過無性繁殖培育成多倍體生物。

（作者單位：黑龍江省安達市田家炳高級中學）