例析減數分裂相關考點

顏 浩 房 杰

(1.安徽省滁州市定遠中學 2.安徽省滁州市定遠縣第二中學)

減數分裂現象不僅過程復雜,在考試的過程中往往還與其他知識點相關聯,解析起來需要花費較多時間。在高考中屬于易失分的考點。本文通過分析減數分裂和孟德爾遺傳定律、有絲分裂、可遺傳變異、生物進化的聯系,幫助學生深入了解減數分裂,注意知識點之間的連貫性,從而突破相關的解題難點。

一、減數分裂和有絲分裂

減數分裂,是指進行有性生殖活動的動植物在產生生殖細胞過程中所特有的細胞分裂方式,在某些文獻中也被叫作特殊的“有絲分裂”,因為它在分裂的過程中也出現了紡錘絲或者星射線,并形成了紡錘體。但是因為在減數分裂過程中,染色體只復制一次,而細胞連續分裂兩次,新產生的生殖細胞中的染色體數目比體細胞減少一半,所以減數分裂不能算是真正意義上的有絲分裂。故學好減數分裂要先掌握細胞的有絲分裂,并且在學習的過程中對比兩者的異同點(如分裂過程中染色體、DNA、染色單體的數目變化的時間和原因等)。

減數分裂與有絲分裂的不同點主要體現在減數第一次分裂中:同源染色體的聯會、交叉互換,同源染色體在赤道板平面上下對稱,同源染色體分離(著絲粒沒有斷裂)等。

例1.(2023·石家莊三模)圖1和圖2表示某二倍體生物有絲分裂和減數分裂過程中同源染色體對數的變化。下列敘述錯誤的是

圖1

圖2

( )

A.同源染色體聯會一定發生在MF段,此時細胞中可形成4個四分體

B.有絲分裂的后期處于CD段,此時細胞中一定含有4個染色體組

C.若細胞中沒有同源染色體,也不含染色單體,則一定處于HI段

D.若細胞質正在發生不均等分裂,此時細胞一定處于MF段的后期

【答案】D

【解析】同源染色體聯會發生在減數第一次分裂的前期,MF包括前期,此時細胞中同源染色體對數根據圖2縱坐標可知是4對,同源染色體對數等于四分體的個數,A正確;有絲分裂的后期著絲粒一分為二,姐妹染色單體兩兩分離,染色體數量加倍,同源染色體的對數也加倍,B正確;沒有同源染色體,也沒有染色單體,則一定不是有絲分裂、減數第一次分裂、減數第二次分裂(前期、中期),應位于HI段,C正確;細胞質不均等分裂在卵原細胞減數分裂過程中出現兩次,減數第一次分裂末期和減數第二次分裂末期時。細胞可能處于MF段后期,也可能處于HI段,D錯誤。

二、減數分裂和孟德爾遺傳定律

1.減數分裂與分離定律

減數第一次分裂后期,由于同源染色體的分離導致其上的等位基因也發生了分離。若發生了基因突變或者交叉互換導致姐妹染色單體上出現等位基因的話,就會使等位基因在減數第二次分裂的后期隨著姐妹染色單體的分離而分離。

2.減數分裂與自由組合定律

減數第一次分裂后期,非同源染色上的非等位基因隨著非同源染色體的自由組合而自由組合。這一過程使減數分裂產生的配子種類大幅度增加,受精卵的多樣性增加,為生物的進化提供更多的原材料,加快生物進化的進程。

例2.(2023·安徽滁州三模)已知桃樹中,樹體喬化與矮化為一對相對性狀(由等位基因A、a控制),蟠桃果形與圓桃果形為一對相對性狀(由等位基因B、b控制),以下是相關的兩組雜交實驗。

實驗(1):喬化蟠桃(甲)×矮化圓桃(乙)→F1:喬化蟠桃∶矮化圓桃=1∶1

實驗(2):喬化蟠桃(丙)×喬化蟠桃(丁)→F1:喬化蟠桃∶矮化圓桃=3∶1

根據上述實驗判斷,以下關于甲、乙、丙、丁四個親本的基因在染色體上的分布情況正確的是

( )

【答案】D

【解析】由實驗(2)可知,喬化×喬化→出現矮化,說明喬化對矮化是顯性,親本基因型為Aa×Aa,蟠桃×蟠桃→出現圓桃,說明蟠桃對圓桃是顯性,基因型為Bb×Bb,因此丙、丁的基因型為AaBb,丙、丁雜交后代出現的表現型及比例為喬化蟠桃∶矮化圓桃=3∶1,說明兩對等位基因不遵循基因的自由組合定律,兩對等位基因應位于1對同源染色體上且A、B在一條染色體上;同理實驗(1)中,喬化蟠桃(甲)×矮化圓桃(乙)→F1:喬化蟠桃∶矮化圓桃=1∶1,說明兩對等位基因中A、B連鎖在同一條染色體上,a、b連鎖在同一條染色體上,故選D。

三、減數分裂和中心法則

中心法則主要反映的是遺傳信息的傳遞方向,包括DNA復制、轉錄、翻譯、RNA復制、逆轉錄過程。其中DNA復制、轉錄、翻譯是可以發生在減數分裂中的。

1.減數分裂與DNA復制、轉錄

DNA的復制和轉錄只發生在減數第一次分裂前的間期,當細胞進入分裂期時,由于DNA高度螺旋化,DNA復制和轉錄就停止進行。

2.減數分裂與翻譯

中心法則中的翻譯能發生在減數分裂全過程,進入分裂期時,不能轉錄產生新的mRNA,但已合成的mRNA仍然存在,可以繼續指導翻譯的進行。但隨著mRNA被降解,其數量越來越少,翻譯會越來越慢,所以翻譯主要發生在間期。

例3.(2023·重慶三模)某二倍體生物(2n=4)精原細胞的一個染色體組中的每個DNA分子兩條單鏈均被32P標記,置于不含32P的培養液中培養,得到4個子細胞,檢測子細胞情況。若不考慮變異,則下列敘述正確的是

( )

A.若某個子細胞中的染色體都不含32P,則一定進行有絲分裂

B.若某個子細胞中有2條染色體含32P,則一定進行減數分裂

C.若每個子細胞中均只有1條染色體含32P,則一定進行有絲分裂

D.若進行減數分裂,則4個子細胞中含有32P的染色體數的可能性有1、1、1、1條或2、0、2、0條

【答案】D

【解析】由題干信息“得到4個子細胞”可推知,該細胞進行1次減數分裂或2次有絲分裂。兩者的主要區別是DNA復制次數不同。若某個子細胞中的染色體都不含32P,或者有2條染色體含32P,可能是有絲分裂,也有可能是減數分裂,A錯誤;進行有絲分裂或減數分裂,都會出現某個子細胞中有2條染色體含32P,B錯誤;若進行有絲分裂,則4個子細胞中含有32P的染色體數的可能性有0、1、1、2條,或1、1、1、1條,或2、0、2、0條;若進行減數分裂,則4個子細胞中含有32P的染色體數的可能性有1、1、1、1條,或2、0、2、0條,故若每個子細胞中均只有 1條染色體含32P,可能是有絲分裂也有可能是減數分裂,C錯誤、D正確。

四、減數分裂和可遺傳變異、生物進化

可遺傳變異在高中階段一般指的是由于遺傳物質改變而引起的變異,可以使生物的性狀發生改變。如果可遺傳變異發生在生殖細胞,可以通過有性生殖遺傳給后代,但是如果發生在體細胞,則不能通過有性生殖遺傳給后代(有的生物可以通過無性生殖遺傳給后代)。可遺傳變異包括基因突變,基因重組,染色體變異。

1.減數分裂與基因突變

在減數分裂中,基因突變主要發生在減數第一次分裂前的間期。它通過改變基因的結構,使姐妹染色單體上的基因不同,從而使配子的種類增加(正常減數分裂產生2種子細胞,而發生基因突變后能產生3種子細胞),為生物的進化提供更多的原材料,加快新物種的形成。

2.減數分裂與基因重組

基因重組主要指的是非等位基因的重新組合。非等位基因有兩種,即非同源染色體上的非等位基因和同源染色體上的非等位基因,所以基因重組包括兩種類型,一種是自由組合,另外一種是交叉互換。前者發生在減數第一次分裂的后期,是導致親子代出現差異的最主要原因。后者發生在減數第一次分裂的四分體時期,同源染色體上的等位基因互換導致同源染色體上的非等位基因重新組合。這兩種基因重組都能增加配子的種類(增加的幅度遠大于其他兩種可遺傳變異),是有性生殖生物變異的最主要來源。

3.減數分裂與染色體變異

染色體變異包括染色體結構變異和染色體數目變異。染色體結構變異幾乎可以發生在減數分裂的任何時候。染色體數目變異包括兩種,一種是以個別染色體的形式增加或減少,一種是以染色體組的形式成倍地增加或者減少。第一種染色體數目變異主要發生在減數第一次分裂末期或者減數第二次分裂末期,是導致配子基因型異常的原因之一,相關題目出現的頻率較高,難度較大。

4.減數分裂與生物進化

生物進化是在自然選擇的作用下,對各種變異進行選擇,淘汰有害變異,保留有利變異,使生物體向著適應環境的方向進化。在這個過程中自然選擇決定生物的進化方向,突變和基因重組為生物進化提供原材料。科學家研究發現,當減數分裂出現之后,進行有性生殖的生物進化的速度大幅度上升。這是因為減數分裂增加了生物變異的頻率,為生物的進化提供更多的原材料。

例4.(2023·重慶八中高三校考)圖中①、②和③為某動物體內的三個精原細胞,①和②發生了染色體變異,③為正常細胞。②減數分裂時三條同源染色體中任意兩條正常分離,另一條隨機移向一極。不考慮其他變異,下列敘述錯誤的是

( )

①

②

③

A.①減數第一次分裂后期A、a所在染色體可自由組合

B.②因同源染色體聯會紊亂,不能形成正常配子

C.③遵循孟德爾遺傳定律,最終產生2種基因型配子

D.①的變異類型可在減數分裂過程中通過光學顯微鏡觀察到

【答案】B

【解析】①由于發生易位,A與a所在染色體為非同源染色體,故減數第一次分裂后期可自由組合,A正確;②中多了一條含a的染色體,經減數分裂形成的配子有一半正常,一半異常,B錯誤;減數第一次分裂后期非同源染色體自由組合,③只是一個細胞,正常減數分裂,最終產生2種基因型配子,C正確;①和②都屬于染色體變異,在光學顯微鏡下能觀察到,D正確。

減數分裂是貫穿整個必修2的知識點,也是連接其他知識點的橋梁,在必修2中有著重要的地位。在復習中對減數分裂給予足夠的重視才能在高考中減少無謂失分。