2021年广东省普通高中学业水平选择性考试第16题分析及“减数分裂”专题复习建议

广东 邹高声

2021年广东省普通高中学业水平选择性考试第16题以教材中减数分裂形成配子内容为基础，渗透染色体变异的有关知识，综合考查学生对减数分裂过程染色体形态、数目变化的理解，通过分析易位染色体的配对与分配过程，培养学生对问题进行推理，并做出合理判断的能力。因此，笔者建议教师应转变“结论机械记忆”思想，增强“揭示问题本质”意识，在一轮复习基础上升华认知，引导学生实现高效专题复习。

1.试题分析

1.1真题再现

【例1】(2021年，广东卷，第16题)人类(2n=46)14号与21号染色体二者的长臂在着丝点处融合形成14/21平衡易位染色体，该染色体携带者具有正常的表现型，但在产生生殖细胞的过程中，其细胞中形成复杂的联会复合物(图1)。在进行减数分裂时，若该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律(不考虑交叉互换)，下列关于平衡易位染色体携带者的叙述，错误的是

图1

( )

A.观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞

B.男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体

C.女性携带者的卵子最多含24种形态不同的染色体

D.女性携带者的卵子可能有6种类型(只考虑图1中的3种染色体)

1.2命题情境分析

阅读题干，分离信息点，引导学生回忆教材，明确考点：

(1)信息点一“人类(2n=46)”：人类是二倍体生物，共有46条染色体(22对常染色体+XX或XY)，正常细胞14号与21号染色体都成对存在，如图2(图中还有21对染色体未画出)所示。

图2

(2)信息点二“14号与21号染色体二者的长臂在着丝点处融合形成14/21平衡易位染色体”：14号与21号染色体属于非同源染色体，依据教材“染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异”观点判断该变异为染色体结构变异中的易位。14/21平衡易位染色体携带者的细胞染色体如图3所示。

图3

(3)信息点三“该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律”：正常细胞减数第一次分裂前期，同源染色体联会配对形成四分体，14号和21号的一对同源染色体分别形成四分体，减数第一次分裂后期同源染色体彼此分离。14/21平衡易位染色体携带者具有正常的表现型，但在产生生殖细胞的过程中该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律，即减数第一次分裂前期，14/21平衡易位染色体可以与14号或与21号染色体联会形成异常四分体，如图4或图5；减数第一次分裂后期联会的2条染色体彼此分离，分配到细胞的两极，而未配对的一条染色体则随机分配到细胞的某一极。

图4

图5

2.“减数分裂”专题复习建议

有性生殖是通过减数分裂过程实现的，减数分裂过程与生物的遗传和变异密切相关。二轮复习不是一轮复习各知识内容的简单重复，“减数分裂”专题复习时，教师能否很好地引导学生串联遗传的细胞学基础、遗传规律和遗传的分子基础三大模块成为统一整体，能否很好地将突变基因和变异染色体通过减数分裂形成配子遗传给下一代的流向规律讲清，直接影响复习效果。

2.1通过减数分裂揭示遗传规律实质

图6表示某性原细胞染色体及其上基因的组成，该细胞进行减数分裂形成配子过程中，处于减数第一次分裂后期时，等位基因A和a、C和c会随1号和2号同源染色体的分开而分离，等位基因B和b会随3号和4号同源染色体的分开而分离，这是基因分离定律的细胞学基础。若只考虑任意一对等位基因，减数分裂形成的配子比例为1∶1；若只考虑A和a、C和c两对等位基因且不考虑交叉互换，形成的配子基因型为AC和ac，比例为1∶1,显然1号和2号同源染色体上的非等位基因A和C、a和c是连锁的，正常情况下等位基因A和a、C和c的遗传遵循基因的分离定律，不遵循基因的自由组合定律。

图6

同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，1号和3号或4号(2号和4号或3号)非同源染色体上的非等位基因A和B或b(a和b或B)自由组合，或1号和3号或4号(2号和4号或3号)非同源染色体上的非等位基因C和B或b(c和b或B)自由组合，这是基因自由组合定律的细胞学基础。若只考虑两对等位基因A和a、B和b(或C和c、B和b)，减数分裂形成的配子基因型为AB、ab、Ab、aB(或BC、bc、bC、Bc)，比例为1∶1∶1∶1；若同时考虑三对等位基因且不考虑交叉互换，形成的配子基因型为ABC、abc、AbC、aBc，比例为1∶1∶1∶1。学生只有深刻理解并内化遗传规律的实质，明确某个体减数分裂形成的配子类型及比例，解题时才会得心应手。

【例2】棉铃虫是严重危害棉花的一种害虫。科研工作者发现了苏云金芽孢杆菌中的毒蛋白基因B和豇豆中的胰蛋白酶抑制剂基因D均可导致棉铃虫死亡。现将B和D基因同时导入棉花的一条染色体上获得抗虫棉。棉花的短果枝由基因A控制,研究者获得了多个基因型为AaBD的短果枝抗虫棉植株,AaBD植株自交得到F1(不考虑减数分裂时的交叉互换)。下列说法错误的是

( )

A.若F1表现型比例为9∶3∶3∶1,则果枝基因和抗虫基因分别位于两对同源染色体上

B.若F1中短果枝抗虫∶长果枝不抗虫=3∶1,则B、D基因与A基因位于同一条染色体上

C.若F1中短果枝抗虫∶短果枝不抗虫∶长果枝抗虫=2∶1∶1,基因型为AaBD的短果枝抗虫棉植株产生配子的基因型为A和aBD

D.若F1中长果枝不抗虫植株比例为1/16,则基因型为AaBD的短果枝抗虫棉植株产生配子的基因型为AB、AD、aB、aD

【答案】D

【解析】依据题意，B和D基因同时导入棉花的一条染色体上，大体情况有三种：

(1)B和D基因同时导入棉花的A基因所在的一条染色体上，如图7所示。基因型AaBD植株形成的配子中基因型为ABD和a，比例为1∶1，则基因型为AaBD植株自交得到F1的基因型及比例为AABBDD∶AaBD∶aa=1∶2∶1,即F1的表现型及比例为短果枝抗虫∶长果枝不抗虫=3∶1，B正确。

图7

(2)B和D基因同时导入棉花的a基因所在的一条染色体上，如图8所示。基因型为AaBD的植株形成的配子基因型为A和aBD，比例为1∶1，则基因型为AaBD的植株自交得到F1的基因型及比例为AA∶AaBD∶aaBBDD=1∶2∶1,即F1的表现型及比例为短果枝不抗虫∶短果枝抗虫∶长果枝抗虫=1∶2∶1，C正确。

图8

(3)果枝基因和抗虫基因分别位于两对同源染色体上，如图9所示。不考虑减数分裂时的交叉互换，基因型为AaBD植株形成的配子类型及比例为ABD∶A∶aBD∶a=1∶1∶1∶1，则基因型为AaBD的植株自交，F1中短果枝(A_)∶长果枝(aa)=3∶1,抗虫∶不抗虫=3∶1,因此F1表现型及比例为短果枝抗虫∶长果枝抗虫∶短果枝不抗虫∶长果枝不抗虫=9∶3∶3∶1,A正确，D错误。

图9

【解题思路】审题明确基因在染色体上的位置→理解运用分离定律与自由组合定律的关系→利用减数分裂知识推断配子的类型及比例→推断后代基因型、表现型及比例。

2.2细胞分裂融合复制DNA的分配

专题复习时，教师首先需要将DNA复制内容融合到细胞分裂过程中。细胞分裂的间期进行DNA复制，复制后的每一个DNA分子含有两条脱氧核苷酸链，一条是母链，另一条是新合成的子链，复制后的两个DNA分子分别位于由一着丝粒连接的两条姐妹染色单体上；有丝分裂后期和减数第二次分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开形成两条染色体，复制后的两个DNA分子也随之随机移向细胞两极。接着，教师展示DNA复制与有丝分裂模型(图10)，分析复制的DNA在有丝分裂各时期所在染色体位置及其走向，理解DNA半保留复制及其分配特点。最后，要求学生依照有丝分裂模型，根据教师创设的问题情境，建构DNA复制与减数分裂模型，再进一步串联性原细胞的增殖与减数分裂。学生只有学习与构建DNA复制与细胞分裂模型，才能在解题过程中做到以不变应万变，“题”变“法”不变。

图10

【情境一】某一精原细胞含有1对同源染色体，其染色体上的DNA用15N标记，然后放在含14N的培养基中培养。

(1)若让其进行减数分裂形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数所占比例是________。

(2)若让其进行一次有丝分裂后产生的一个精原细胞进行减数分裂形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数所占比例是________。

【情境二】取1个含有1对同源染色体的精原细胞，放在含15N的培养基中培养。

(1)若让其进行减数分裂形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数所占比例是________。

(2)若让其进行一次有丝分裂后产生的一个精原细胞进行减数分裂形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数所占比例是________。

【情境三】取某雄果蝇(2N=8)的一个精原细胞，在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中培养至完成一个细胞周期。然后在不含标记的培养基中继续完成减数分裂过程。

(1)该精原细胞完成一个细胞周期后，每个子细胞中都有________条核DNA被3H标记。

(2)减数分裂过程中，一个初级精母细胞中含有3H标记的染色体共有________条。

(3)处于减数第二次分裂后期时，两个次级精母细胞中有________条含3H的Y染色体。

(4)减数分裂完成后，至少有________个精细胞中含有3H标记的染色体。

【五注意】(1)注意培养环境；(2)注意分裂次数；(3)注意DNA半保留复制；(4)注意DNA复制后存在的位置及复制后分开的时间；(5)注意着丝粒分裂后的两条染色体分配到两极的随机性。

2.3通过减数分裂图形分析辨清变异类型

在减数第一次分裂前的间期，DNA分子复制如出现差错会引起基因突变，可能导致同一着丝粒连接的两姐妹染色单体上含有等位基因，这种突变能通过配子传递给下一代。在减数第一次分裂的前期，四分体中的非姐妹染色单体间发生交叉互换可导致基因重组；在减数第一次分裂的后期，同源染色体分离和非同源染色体自由组合可出现基因重组。整个减数分裂过程中可因倒位、易位等出现染色体结构变异，或因染色体移向出错等出现染色体数目变异。学生在一轮复习时已对几种变异概念和原因有初步了解，教师可在专题复习时引导学生通过减数分裂图像分析，辨清几种变异类型的区别，深化理解。

【例3】图11为某哺乳动物(基因型为AaBbDDEe)体内一个细胞的分裂示意图。试说出该细胞形成过程中可能发生了哪些可遗传变异。

图11

【答案】基因突变、基因重组、染色体数目变异和染色体结构变异

【解析】据图中染色体分布特点及其上的基因分析，该细胞处于减数第二次分裂的后期。只考虑3号、8号染色体，该哺乳动物的基因型为DD，正常情况下3号、8号染色体由同一条染色体复制后相同姐妹染色体单体分开而来，其上的基因都应该是D，则3号染色体上的d基因是D基因在复制过程发生基因突变产生的等位基因。同理只考虑4号、9号染色体，4号、9号染色体上等位基因的出现可能是由基因突变产生，但由于该哺乳动物的基因型为Ee，因此也可能是因为在减数第一次分裂四分体时期，E、e基因所在的同源染色体中的非姐妹染色单体发生交叉互换所致，属于基因重组。该细胞在减数第一次分裂的后期发生了非同源染色体上的非等位基因自由组合，也属于基因重组。图11为减数第二次分裂后期细胞图，图中还存在同源染色体(1号和5号或6号和10号)，说明在减数第一次分裂后期A、a基因所在的同源染色体未正常分离，而是移向同一极，因此发生了染色体数目变异。2号染色体本应含有B基因，B基因却出现在10号非同源染色体上，属于染色体结构变异中的易位。

2.4通过减数分裂探索异常个体产生原因

XXY与XYY异常个体产生原因是高考高频考点之一，其成因需要从减数分裂形成异常配子过程中追踪。二轮专题复习时，教师可以列出5种双亲基因型组合和子代基因型(表1)，让学生进行雌、雄配子可能的受精类型分析，再从减数分裂方面分析异常配子形成的原因。

表1

教师点评，总结规律：

(1)父方产生的精子，精子若含有同源染色体(XY)，则减数第一次分裂异常；精子若含有两条X染色体或两条Y染色体(XX或YY)，则减数第二次分裂异常，不需考虑基因。

(2)母方产生的卵细胞，卵细胞若含有两条X染色体XBXb，则减数第一次分裂异常；若含有两条X染色体XBXB(或XbXb)，且母方基因型为XBXb，则减数第二次分裂异常；若含有两条X染色体XBXB(或XbXb)，且母方基因型为XBXB(或XbXb)，则可能是减数第一次分裂异常，也可能是减数第二次分裂异常。

2.5通过减数分裂厘清变异个体的遗传

遗传过程可能会出现变异个体，而变异个体如何遗传呢？近年来高考生物学试题考查变异个体遗传问题屡见不鲜，此类试题常基于变异个体减数分裂形成含突变基因或变异染色体的配子类型及比例分析，进而考查遗传规律，意在考查考生运用所学遗传与变异知识，做出合理的判断或得出正确的结论的能力。

【例4】某二倍体植株(2N=14)的叶形有宽叶和窄叶两种，分别受一对等位基因D、d控制。该植株中偶见7号染色体三体的变异植株，这种变异植株能正常繁殖，产生的配子均可育。为判断控制叶形的基因是否位于7号染色体上。研究人员进行了如下实验探究：将纯合的7号染色体三体宽叶植株与正常窄叶植株杂交得到F1，F1中三体植株占________，挑选F1中三体植株与正常窄叶植株杂交得到F2，统计F2的表现型及比例。若________，则控制叶形的基因位于7号染色体上；若________，则控制叶形的基因不位于7号染色体上。

【答案】1/2 F2中宽叶∶窄叶=5∶1 F2中宽叶∶窄叶=1∶1

【解析】根据题目分析，明确两点：一是7号染色体三体的变异植株指的是7号同源染色体多了一条，即有三条7号染色体，其他染色体都为正常的两条；二是7号染色体三体的变异植株进行减数分裂形成配子时，三条7号染色体中的任意两条能联会、分离，剩下的一条随机移向一极，产生的异常配子和正常配子均可育。实验的目的是探究控制叶形的基因是否位于7号染色体上，假设其在7号染色体上，推导后代表现型及比例；假设其不在7号染色体上，推导后代表现型及比例，根据不同的表现型和比例便可确定。

假设①：控制叶形的基因位于7号染色体上，则纯合的7号染色体三体宽叶植株的基因型为DDD，其减数分裂形成的配子种类及比例为D∶DD=1∶1，而正常窄叶植株的基因型为dd，其配子只有d一种，故F1的基因型及比例为Dd∶DDd=1∶1，即F1中三体植株占1/2；F1中三体植株的基因型为DDd，其减数分裂形成的配子种类及比例为D∶Dd∶DD∶d=2∶2∶1∶1，与正常窄叶植株dd杂交，F2的基因型及比例为Dd∶Ddd∶DDd∶dd=2∶2∶1∶1，故F2的表现型及比例为宽叶∶窄叶=5∶1。

假设②：控制叶形的基因不位于7号染色体上，则纯合的7号染色体三体宽叶植株的基因型为DD，正常窄叶植株的基因型为dd，两亲本杂交得F1植株Dd产生配子的种类及比例为D∶d=1∶1，F1与正常窄叶植株dd杂交，F2的基因型及比例为Dd∶dd=1∶1，故F2的表现型及比例为宽叶∶窄叶=1∶1。

【总结】各变异个体减数分裂形成的配子种类及比例归纳如表2。

表2