以减数分裂为龙骨 求解遗传问题

天津 马学春

以减数分裂为龙骨 求解遗传问题

天津 马学春

新课标的人教版教材遵从生物科学的发展历程，在知识内容的编排上把孟德尔的豌豆杂交实验安排在减数分裂之前。对生物学知识的介绍从表象到理论，重演科学探索的过程和方法，有助于学生思维的培养。但是高三复习的目的不是重复知识的呈现，而是使学生深入理解知识之间的本质联系，达到融会贯通的层次。因此，在复习中，可以减数分裂知识为龙骨，将遗传定律、可遗传变异的发生、基因在染色体上等重点知识构建其上。

一、紧扣减数分裂特点，理解减数分裂过程

教材以精子、卵细胞的形成为例展现了减数分裂的发生，其根本是同源染色体的配对后分离，分别进入不同配子，从而导致染色体数目的减半。此处需要分别从有丝分裂、减数分裂的典型时期进行图像特点对比分析，直观地展现出同源染色体的行为变化，使学生透彻理解减数分裂的发生过程，并掌握两种分裂的本质区别。从细胞水平理解遗传的发生。

图1

二、将基因定位在染色体上

鉴于学生学习的基础，可以在此处先期引入结论，使基因定位在染色体上。从分子水平进一步认知减数分裂。常见的考查题目是对于发生可遗传变异的分析。

1.与基因突变的联系

例1（2014·南开区一模）如图2为取自同一哺乳动物不同细胞的细胞分裂示意图（假设该生物的体细胞有4条染色体，基因型为MMNn），下列说法错误的是 （ ）

图2

①甲、乙、丙所示的细胞分裂过程中可发生基因重组

②甲、乙细胞中含有两个染色体组，丙、丁中不具有同源染色体

③丁细胞的名称为次级精母细胞或极体

④若相应基因如丁所示，则说明该细胞在此之前发生了同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换

A． ①② B． ①②④

C． ③④ D． ①②③④

分析：根据生物的基因型，将基因定位于各染色体上，不难发现，正常情况下，随着减数分裂同源染色体的分离和减数第二次分裂后期姐妹染色单体的分开，丁中染色体不会出现m基因，而且根据乙分析，即便交叉互换发生也不可能出现m，因此，细胞中一定发生了基因突变，产生了新基因。这种变异发生于减数第一次分裂前的间期。

【答案】D

此处可以延伸交叉互换发生时，细胞的基因定位情况。

【变式训练】1.图3中，甲为某哺乳动物体细胞中部分染色体及其上的基因示意图，乙、丙、丁为该动物处于不同分裂时期的染色体示意图。下列叙述正确的是 （ ）

图3

A. 判断该动物是否为纯合子应选用另一雌性动物与其测交

B. 乙细胞和丙细胞分裂时均可以发生基因重组

C. 甲细胞产生的基因突变可通过卵细胞传递给子代

D. 丁产生的子细胞中的基因组成是aB和aB

【答案】C

2.减数分裂与染色体变异

图4

图5

图5中是姐妹染色单体分开，并且细胞质均等分裂，根据减数分裂特点不难判断此图属于减数第二次分裂后期，并且是第一极体的分裂。据此不难把此细胞图定位于图4的②位置。

根据同源染色体的分离特点，进一步判断出①发生了染色体变异，Ⅱ中的次级卵母细胞只含有B基因及其所在的染色体，从而解决了图5的发生过程和卵细胞的基因型。

3.减数分裂中同源染色体上非等位基因的重新组合

图6

图6首先将等位基因定位于发生交换的非姐妹染色单体上，发生的新的组合类型是AB和ab。学生在把这样的染色体回归到减数分裂过程中的时候，自然而然的理解了等位基因B和b、A和a分离的时机差异。

二、减数分裂与DNA的变化

例2.某精原细胞染色体DNA被3H标记，将其放在不含放射性标记的培养基中完成减数分裂，其染色体的放射性标记分布情况如何。

解决这类问题的关键，是把握减数分裂的特点是DNA只复制一次，细胞分裂两次，而DNA分子具有半保留复制的特点，并能够把DNA定位于染色体上，随染色体遗传给子代细胞（如图7）。

图7

【答案】子细胞中每条染色体上均有一条DNA单链上含3H标记。

【变式训练】2.用32P标记了玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期和后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是 （ ）

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：本题可参照图8进行分析：

图8

【答案】A

三、减数分裂与基因遗传定律

孟德尔遗传定律的实质是，有性生殖的生物，在减数分裂过程中等位基因随同源染色体的分离而分开，非等位基因随非同源染色体的自由组合而组合。

从减数分裂过程很容易找到其与基因分离定律、基因自由组合的关联，并进一步扩展理解连锁基因的遗传特点（如图9）。

图9

四、减数分裂图形解题法

在减数分裂的考查中，数量庞大的细胞图形以及曲线图、柱形图的给出，无疑对学生图文转换，信息提取能力提出很高的要求。

1.常规曲线的上升下降的解读，与细胞分裂时期联系起来

比如间期DNA复制、着丝点分裂、细胞分裂等原因，据此特点进一步标注细胞分裂的时期，并与求解的问题相联系（如图10、图11、图12）。

图12

2.将柱形图赋值于常规曲线图，使曲线图成为解题的媒介

例3.根据每个细胞中核DNA相对含量的不同，将某高等哺乳动物睾丸中连续增殖的精原细胞归为A、B、C三组，每组细胞数目如图13所示；将睾丸中参与配子形成过程的细胞归为D、E、F三组，每组细胞数目如图14所示；根据细胞中每条染色体上DNA含量在细胞周期中的变化绘制曲线，如图15所示。下列叙述中错误的是 （ ）

图14

图15

A. 图13中的B组细胞位于图15中的甲～乙段

B. 图13中C组的细胞不都位于图15的乙～丙段

C. 图14中F组细胞变成E组细胞的过程发生在图15的丙～丁段

D. 图14中，D组细胞表示精细胞，E组细胞可以表示精原细胞，也可以表示次级精母细胞

分析：图13表示精原细胞，首先把ABC组细胞定位于有丝分裂的DNA曲线图上，如图16：

图17

B组表示间期细胞中进行DNA复制和有关蛋白质合成，C组细胞表示有丝分裂过程的G2、前期、中期和后期，在后期着丝点分裂，每条染色体上只有一个DNA分子。

图14定位于减数分裂曲线图上，如图17，其中F组细胞表示减数第一次分裂过程，同源染色体分离，姐妹染色单体不分离，D组细胞表示精细胞，E组细胞可以表示精原细胞，也可以表示次级精母细胞。

图15染色体特点和可能时期定位于图上，如图18：

图18

根据三幅图不同区段的含义解读，各选项中的问题也就迎刃而解。

【答案】C

综上所述，理解减数分裂，能从根本上引导学生解决相关遗传问题。

（作者单位：天津市武清区大良高中）