對(duì)一道異常減數(shù)分裂試題的剖析

祝遠(yuǎn)超

(湖北省天門(mén)市教育科學(xué)研究院)

減數(shù)分裂是遺傳學(xué)的基礎(chǔ),同源染色體的分離和非同源染色體的自由組合都是在減數(shù)分裂過(guò)程中進(jìn)行的,其上的基因也隨之變化。減數(shù)分裂試題,尤其是異常減數(shù)分裂試題,能夠很好地考查學(xué)生的科學(xué)思維,倍受高考命題組的青睞。那么,此類試題究竟該如何解答呢?

例.(2022·湖北模擬)某種二倍體動(dòng)物基因型為AaBbDdXTY,其中A、B基因位于同一條常染色體上,D、d基因位于另一對(duì)常染色體上。該動(dòng)物的一個(gè)精原細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生甲、乙、丙、丁四個(gè)精細(xì)胞,甲和乙來(lái)自一個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞,丙和丁來(lái)自另一個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞。其中甲的基因型為AbDXTY,不考慮基因突變和染色體結(jié)構(gòu)變異,下列判斷錯(cuò)誤的是

( )

A.產(chǎn)生甲的原因是減數(shù)第一次分裂時(shí)一對(duì)同源染色體沒(méi)有分離

B.在減數(shù)第一分裂前期發(fā)生了交叉互換

C.乙的基因型為ABDXTY或abDXTY

D.丁的基因型為ABd或abd

解析：題中所涉及4對(duì)等位基因的位置用圖1表示(⑤、⑥分別表示X、Y染色體),由甲的基因型為AbDXTY可知,其中含有同源染色體(X與Y),說(shuō)明減數(shù)第一次分裂時(shí)X與Y這一對(duì)同源染色體沒(méi)有分離,A項(xiàng)正確。由基因的分離定律可知,減數(shù)分裂時(shí)圖1中的①與②要發(fā)生分離,而甲中含有A與b基因,由于不考慮基因突變和染色體結(jié)構(gòu)變異,故甲中含有A基因與b基因的原因只能是在減數(shù)第一次分裂前期發(fā)生了交叉互換,B項(xiàng)正確。由該個(gè)體的基因型和甲的基因型及圖1可知,減數(shù)分裂時(shí)①與②的交換情況有兩種可能:A基因與a基因所在染色體片段互換(圖2)或B基因與b基因所在染色體片段互換(圖3)。

圖2 A基因與a基因所在染色體片段互換

圖3 B基因與b基因所在染色體片段互換

結(jié)合前述分析,減數(shù)第一次分裂后期染色體的分配情況也有兩種可能:①″③⑤⑥移向細(xì)胞一極,②″④移向細(xì)胞另一極;②′③⑤⑥移向細(xì)胞一極,①′④移向細(xì)胞另一極(此時(shí)③④⑤⑥也都含有染色單體)。

若為前者,則經(jīng)減數(shù)第一次分裂形成的兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞如圖4、圖5。圖4所示的次級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)第二次分裂形成的兩個(gè)精細(xì)胞分別為AbDXTY(甲)和ABDXTY(乙);圖5所示的次級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)第二次分裂形成的兩個(gè)精細(xì)胞分別為aBd和abd。

圖4 產(chǎn)生甲、乙的次級(jí)精母細(xì)胞

圖5 產(chǎn)生丙、丁的次級(jí)精母細(xì)胞

若為后者,則經(jīng)減數(shù)第一次分裂形成的兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞如圖6、圖7。圖6所示的次級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)第二次分裂形成的兩個(gè)精細(xì)胞分別為AbDXTY(甲)和abDXTY(乙);圖7所示的次級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)第二次分裂形成的兩個(gè)精細(xì)胞分別為ABd和aBd。

圖6 產(chǎn)生甲、乙的次級(jí)精母細(xì)胞

圖7 產(chǎn)生丙、丁的次級(jí)精母細(xì)胞

綜上所述,乙的基因型為ABDXTY或abDXTY,丁的基因型為aBd或abd或ABd,故 C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤,答案為D。

點(diǎn)撥：(1)解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵,首先要掌握好正常減數(shù)分裂過(guò)程中染色體和基因的行為變化及數(shù)目變化。然后,再根據(jù)異常情況做相應(yīng)的變化。無(wú)論分配情況如何變化,染色體和基因的總數(shù)一般是不變的,有一極多了,另一極會(huì)少。

(2)解此類試題的基本思路:先結(jié)合個(gè)體及異常配子的基因型分析出減數(shù)第一次分裂后期染色體的分配情況,再分析減數(shù)第二次分裂后期染色體的分配情況,從而得出由一個(gè)精原細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生的四個(gè)精細(xì)胞的基因型。

(3)所選例題涉及的染色體及基因的對(duì)數(shù)較多,且有兩對(duì)基因位于一對(duì)同源染色體上,再加上在減數(shù)分裂過(guò)程中產(chǎn)生了染色體的數(shù)目變異和交叉互換等情況,故此題的綜合性很強(qiáng),難度也很大。在解此類試題時(shí),建議畫(huà)圖分析。整題所涉及的減數(shù)分裂全部過(guò)程可用圖8表示。

圖8 該精原細(xì)胞減數(shù)分裂的過(guò)程

(4)若二倍體生物產(chǎn)生的配子中含有同源染色體或其上的等位基因,則說(shuō)明減數(shù)第一分裂后期該對(duì)同源染色體沒(méi)有分離,而是移向了同一極。

(5)若基因型為AaBb(A、B基因位于同一條常染色體上)的個(gè)體產(chǎn)生了一個(gè)基因型為Ab的配子,則其可能原因有3種(A/a、B/b基因位置以圖1為例):基因突變,如①中B基因突變?yōu)閎基因或②中a基因突變?yōu)锳基因;染色體結(jié)構(gòu)變異,如①中A基因移接到②上或②中b基因移接到①上;交叉互換(基因重組),即在減數(shù)第一分裂前期四分體中的非姐妹染色單體發(fā)生交叉后互換片段,使得A基因與a基因所在染色體片段互換或B基因與b基因所在染色體片段互換。同理,若該個(gè)體產(chǎn)生的配子中含有a、B基因,則也有上述3種可能。在解題時(shí)要結(jié)合試題的具體條件來(lái)確定是哪種原因,如例題中指出“不考慮基因突變和染色體結(jié)構(gòu)變異”,只考慮交叉互換這種情形。

思維警示：(1)基因型為AaBb(A、B基因位于同一條常染色體上)的個(gè)體產(chǎn)生了一個(gè)基因型為Ab的配子,發(fā)生交叉互換時(shí)有兩種情形:A基因與a基因所在染色體片段互換或B基因與b基因所在染色體片段互換。在解題時(shí)勿漏掉其中一種。

(2)當(dāng)二倍體生物產(chǎn)生的配子中含有等位基因時(shí),不只是減數(shù)第一次分裂后期異常:若等位基因位于同源染色體上,則是減數(shù)第一次分裂后期相應(yīng)的同源染色體沒(méi)有分離;若等位基因原來(lái)位于姐妹染色單體上(減數(shù)分裂時(shí)發(fā)生了基因突變或交叉互換)則是減數(shù)第二次分裂后期異常(著絲粒分裂后,相應(yīng)的子染色體沒(méi)有分離,移向了同一極)。

針對(duì)性訓(xùn)練.某種動(dòng)物(2N=6)的基因型為AaCcRrXTY,其中A和C基因位于同一條常染色體上,R、r基因位于另一對(duì)常染色體上。該動(dòng)物的一個(gè)精原細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生甲、乙、丙、丁四個(gè)精細(xì)胞,其中精細(xì)胞甲的基因型為AcRXTY,精細(xì)胞乙與精細(xì)胞甲來(lái)自同一個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞,而精細(xì)胞丙和精細(xì)胞丁來(lái)自同一個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞。不考慮基因突變和染色體結(jié)構(gòu)變異,下列對(duì)這四個(gè)精細(xì)胞的敘述,正確的是

( )

A.精細(xì)胞甲含有5條染色體

B.精細(xì)胞乙的基因型為AcRXTY

C.精細(xì)胞丙含有2條常染色體

D.精細(xì)胞丁的基因型不是aCr就是ACr

解析：發(fā)生交叉互換后A和c基因位于同一條染色體上,故精細(xì)胞甲含有4條染色體,A項(xiàng)錯(cuò)誤。精細(xì)胞乙的基因型為ACRXTY或acRXTY,B項(xiàng)錯(cuò)誤。產(chǎn)生精細(xì)胞丙和丁的次級(jí)精母細(xì)胞中只分得了兩條常染色體,其經(jīng)減數(shù)第二次分裂產(chǎn)生的精細(xì)胞丙、丁中均只含2條常染色體,故C項(xiàng)正確。精細(xì)胞丁的基因型有三種可能:ACr或aCr或acr,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案為C。

總之,當(dāng)減數(shù)分裂過(guò)程中發(fā)生交叉互換等多種變異時(shí),此類試題的難度往往較大。解題的關(guān)鍵是要熟練掌握正常減數(shù)分裂過(guò)程中染色體和基因的行為變化及數(shù)目變化;基本思路就是先結(jié)合個(gè)體及異常配子的基因型分析出減數(shù)第一次分裂后期染色體的分配情況,繼而分析減數(shù)第二次分裂后期染色體的分配情況;有效方法是通過(guò)畫(huà)圖,建構(gòu)減數(shù)分裂模型。