例析减数分裂相关考点

颜 浩 房 杰

(1.安徽省滁州市定远中学 2.安徽省滁州市定远县第二中学)

减数分裂现象不仅过程复杂,在考试的过程中往往还与其他知识点相关联,解析起来需要花费较多时间。在高考中属于易失分的考点。本文通过分析减数分裂和孟德尔遗传定律、有丝分裂、可遗传变异、生物进化的联系,帮助学生深入了解减数分裂,注意知识点之间的连贯性,从而突破相关的解题难点。

一、减数分裂和有丝分裂

减数分裂,是指进行有性生殖活动的动植物在产生生殖细胞过程中所特有的细胞分裂方式,在某些文献中也被叫作特殊的“有丝分裂”,因为它在分裂的过程中也出现了纺锤丝或者星射线,并形成了纺锤体。但是因为在减数分裂过程中,染色体只复制一次,而细胞连续分裂两次,新产生的生殖细胞中的染色体数目比体细胞减少一半,所以减数分裂不能算是真正意义上的有丝分裂。故学好减数分裂要先掌握细胞的有丝分裂,并且在学习的过程中对比两者的异同点(如分裂过程中染色体、DNA、染色单体的数目变化的时间和原因等)。

减数分裂与有丝分裂的不同点主要体现在减数第一次分裂中:同源染色体的联会、交叉互换,同源染色体在赤道板平面上下对称,同源染色体分离(着丝粒没有断裂)等。

例1.(2023·石家庄三模)图1和图2表示某二倍体生物有丝分裂和减数分裂过程中同源染色体对数的变化。下列叙述错误的是

图1

图2

( )

A.同源染色体联会一定发生在MF段,此时细胞中可形成4个四分体

B.有丝分裂的后期处于CD段,此时细胞中一定含有4个染色体组

C.若细胞中没有同源染色体,也不含染色单体,则一定处于HI段

D.若细胞质正在发生不均等分裂,此时细胞一定处于MF段的后期

【答案】D

【解析】同源染色体联会发生在减数第一次分裂的前期,MF包括前期,此时细胞中同源染色体对数根据图2纵坐标可知是4对,同源染色体对数等于四分体的个数,A正确;有丝分裂的后期着丝粒一分为二,姐妹染色单体两两分离,染色体数量加倍,同源染色体的对数也加倍,B正确;没有同源染色体,也没有染色单体,则一定不是有丝分裂、减数第一次分裂、减数第二次分裂(前期、中期),应位于HI段,C正确;细胞质不均等分裂在卵原细胞减数分裂过程中出现两次,减数第一次分裂末期和减数第二次分裂末期时。细胞可能处于MF段后期,也可能处于HI段,D错误。

二、减数分裂和孟德尔遗传定律

1.减数分裂与分离定律

减数第一次分裂后期,由于同源染色体的分离导致其上的等位基因也发生了分离。若发生了基因突变或者交叉互换导致姐妹染色单体上出现等位基因的话,就会使等位基因在减数第二次分裂的后期随着姐妹染色单体的分离而分离。

2.减数分裂与自由组合定律

减数第一次分裂后期,非同源染色上的非等位基因随着非同源染色体的自由组合而自由组合。这一过程使减数分裂产生的配子种类大幅度增加,受精卵的多样性增加,为生物的进化提供更多的原材料,加快生物进化的进程。

例2.(2023·安徽滁州三模)已知桃树中,树体乔化与矮化为一对相对性状(由等位基因A、a控制),蟠桃果形与圆桃果形为一对相对性状(由等位基因B、b控制),以下是相关的两组杂交实验。

实验(1):乔化蟠桃(甲)×矮化圆桃(乙)→F1:乔化蟠桃∶矮化圆桃=1∶1

实验(2):乔化蟠桃(丙)×乔化蟠桃(丁)→F1:乔化蟠桃∶矮化圆桃=3∶1

根据上述实验判断,以下关于甲、乙、丙、丁四个亲本的基因在染色体上的分布情况正确的是

( )

【答案】D

【解析】由实验(2)可知,乔化×乔化→出现矮化,说明乔化对矮化是显性,亲本基因型为Aa×Aa,蟠桃×蟠桃→出现圆桃,说明蟠桃对圆桃是显性,基因型为Bb×Bb,因此丙、丁的基因型为AaBb,丙、丁杂交后代出现的表现型及比例为乔化蟠桃∶矮化圆桃=3∶1,说明两对等位基因不遵循基因的自由组合定律,两对等位基因应位于1对同源染色体上且A、B在一条染色体上;同理实验(1)中,乔化蟠桃(甲)×矮化圆桃(乙)→F1:乔化蟠桃∶矮化圆桃=1∶1,说明两对等位基因中A、B连锁在同一条染色体上,a、b连锁在同一条染色体上,故选D。

三、减数分裂和中心法则

中心法则主要反映的是遗传信息的传递方向,包括DNA复制、转录、翻译、RNA复制、逆转录过程。其中DNA复制、转录、翻译是可以发生在减数分裂中的。

1.减数分裂与DNA复制、转录

DNA的复制和转录只发生在减数第一次分裂前的间期,当细胞进入分裂期时,由于DNA高度螺旋化,DNA复制和转录就停止进行。

2.减数分裂与翻译

中心法则中的翻译能发生在减数分裂全过程,进入分裂期时,不能转录产生新的mRNA,但已合成的mRNA仍然存在,可以继续指导翻译的进行。但随着mRNA被降解,其数量越来越少,翻译会越来越慢,所以翻译主要发生在间期。

例3.(2023·重庆三模)某二倍体生物(2n=4)精原细胞的一个染色体组中的每个DNA分子两条单链均被32P标记,置于不含32P的培养液中培养,得到4个子细胞,检测子细胞情况。若不考虑变异,则下列叙述正确的是

( )

A.若某个子细胞中的染色体都不含32P,则一定进行有丝分裂

B.若某个子细胞中有2条染色体含32P,则一定进行减数分裂

C.若每个子细胞中均只有1条染色体含32P,则一定进行有丝分裂

D.若进行减数分裂,则4个子细胞中含有32P的染色体数的可能性有1、1、1、1条或2、0、2、0条

【答案】D

【解析】由题干信息“得到4个子细胞”可推知,该细胞进行1次减数分裂或2次有丝分裂。两者的主要区别是DNA复制次数不同。若某个子细胞中的染色体都不含32P,或者有2条染色体含32P,可能是有丝分裂,也有可能是减数分裂,A错误;进行有丝分裂或减数分裂,都会出现某个子细胞中有2条染色体含32P,B错误;若进行有丝分裂,则4个子细胞中含有32P的染色体数的可能性有0、1、1、2条,或1、1、1、1条,或2、0、2、0条;若进行减数分裂,则4个子细胞中含有32P的染色体数的可能性有1、1、1、1条,或2、0、2、0条,故若每个子细胞中均只有 1条染色体含32P,可能是有丝分裂也有可能是减数分裂,C错误、D正确。

四、减数分裂和可遗传变异、生物进化

可遗传变异在高中阶段一般指的是由于遗传物质改变而引起的变异,可以使生物的性状发生改变。如果可遗传变异发生在生殖细胞,可以通过有性生殖遗传给后代,但是如果发生在体细胞,则不能通过有性生殖遗传给后代(有的生物可以通过无性生殖遗传给后代)。可遗传变异包括基因突变,基因重组,染色体变异。

1.减数分裂与基因突变

在减数分裂中,基因突变主要发生在减数第一次分裂前的间期。它通过改变基因的结构,使姐妹染色单体上的基因不同,从而使配子的种类增加(正常减数分裂产生2种子细胞,而发生基因突变后能产生3种子细胞),为生物的进化提供更多的原材料,加快新物种的形成。

2.减数分裂与基因重组

基因重组主要指的是非等位基因的重新组合。非等位基因有两种,即非同源染色体上的非等位基因和同源染色体上的非等位基因,所以基因重组包括两种类型,一种是自由组合,另外一种是交叉互换。前者发生在减数第一次分裂的后期,是导致亲子代出现差异的最主要原因。后者发生在减数第一次分裂的四分体时期,同源染色体上的等位基因互换导致同源染色体上的非等位基因重新组合。这两种基因重组都能增加配子的种类(增加的幅度远大于其他两种可遗传变异),是有性生殖生物变异的最主要来源。

3.减数分裂与染色体变异

染色体变异包括染色体结构变异和染色体数目变异。染色体结构变异几乎可以发生在减数分裂的任何时候。染色体数目变异包括两种,一种是以个别染色体的形式增加或减少,一种是以染色体组的形式成倍地增加或者减少。第一种染色体数目变异主要发生在减数第一次分裂末期或者减数第二次分裂末期,是导致配子基因型异常的原因之一,相关题目出现的频率较高,难度较大。

4.减数分裂与生物进化

生物进化是在自然选择的作用下,对各种变异进行选择,淘汰有害变异,保留有利变异,使生物体向着适应环境的方向进化。在这个过程中自然选择决定生物的进化方向,突变和基因重组为生物进化提供原材料。科学家研究发现,当减数分裂出现之后,进行有性生殖的生物进化的速度大幅度上升。这是因为减数分裂增加了生物变异的频率,为生物的进化提供更多的原材料。

例4.(2023·重庆八中高三校考)图中①、②和③为某动物体内的三个精原细胞,①和②发生了染色体变异,③为正常细胞。②减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离,另一条随机移向一极。不考虑其他变异,下列叙述错误的是

( )

①

②

③

A.①减数第一次分裂后期A、a所在染色体可自由组合

B.②因同源染色体联会紊乱,不能形成正常配子

C.③遵循孟德尔遗传定律,最终产生2种基因型配子

D.①的变异类型可在减数分裂过程中通过光学显微镜观察到

【答案】B

【解析】①由于发生易位,A与a所在染色体为非同源染色体,故减数第一次分裂后期可自由组合,A正确;②中多了一条含a的染色体,经减数分裂形成的配子有一半正常,一半异常,B错误;减数第一次分裂后期非同源染色体自由组合,③只是一个细胞,正常减数分裂,最终产生2种基因型配子,C正确;①和②都属于染色体变异,在光学显微镜下能观察到,D正确。

减数分裂是贯穿整个必修2的知识点,也是连接其他知识点的桥梁,在必修2中有着重要的地位。在复习中对减数分裂给予足够的重视才能在高考中减少无谓失分。