对一道异常减数分裂试题的剖析

祝远超

(湖北省天门市教育科学研究院)

减数分裂是遗传学的基础,同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合都是在减数分裂过程中进行的,其上的基因也随之变化。减数分裂试题,尤其是异常减数分裂试题,能够很好地考查学生的科学思维,倍受高考命题组的青睐。那么,此类试题究竟该如何解答呢?

例.(2022·湖北模拟)某种二倍体动物基因型为AaBbDdXTY,其中A、B基因位于同一条常染色体上,D、d基因位于另一对常染色体上。该动物的一个精原细胞经减数分裂产生甲、乙、丙、丁四个精细胞,甲和乙来自一个次级精母细胞,丙和丁来自另一个次级精母细胞。其中甲的基因型为AbDXTY,不考虑基因突变和染色体结构变异,下列判断错误的是

( )

A.产生甲的原因是减数第一次分裂时一对同源染色体没有分离

B.在减数第一分裂前期发生了交叉互换

C.乙的基因型为ABDXTY或abDXTY

D.丁的基因型为ABd或abd

解析：题中所涉及4对等位基因的位置用图1表示(⑤、⑥分别表示X、Y染色体),由甲的基因型为AbDXTY可知,其中含有同源染色体(X与Y),说明减数第一次分裂时X与Y这一对同源染色体没有分离,A项正确。由基因的分离定律可知,减数分裂时图1中的①与②要发生分离,而甲中含有A与b基因,由于不考虑基因突变和染色体结构变异,故甲中含有A基因与b基因的原因只能是在减数第一次分裂前期发生了交叉互换,B项正确。由该个体的基因型和甲的基因型及图1可知,减数分裂时①与②的交换情况有两种可能:A基因与a基因所在染色体片段互换(图2)或B基因与b基因所在染色体片段互换(图3)。

图2 A基因与a基因所在染色体片段互换

图3 B基因与b基因所在染色体片段互换

结合前述分析,减数第一次分裂后期染色体的分配情况也有两种可能:①″③⑤⑥移向细胞一极,②″④移向细胞另一极;②′③⑤⑥移向细胞一极,①′④移向细胞另一极(此时③④⑤⑥也都含有染色单体)。

若为前者,则经减数第一次分裂形成的两个次级精母细胞如图4、图5。图4所示的次级精母细胞经减数第二次分裂形成的两个精细胞分别为AbDXTY(甲)和ABDXTY(乙);图5所示的次级精母细胞经减数第二次分裂形成的两个精细胞分别为aBd和abd。

图4 产生甲、乙的次级精母细胞

图5 产生丙、丁的次级精母细胞

若为后者,则经减数第一次分裂形成的两个次级精母细胞如图6、图7。图6所示的次级精母细胞经减数第二次分裂形成的两个精细胞分别为AbDXTY(甲)和abDXTY(乙);图7所示的次级精母细胞经减数第二次分裂形成的两个精细胞分别为ABd和aBd。

图6 产生甲、乙的次级精母细胞

图7 产生丙、丁的次级精母细胞

综上所述,乙的基因型为ABDXTY或abDXTY,丁的基因型为aBd或abd或ABd,故 C项正确,D项错误,答案为D。

点拨：(1)解决此类问题的关键,首先要掌握好正常减数分裂过程中染色体和基因的行为变化及数目变化。然后,再根据异常情况做相应的变化。无论分配情况如何变化,染色体和基因的总数一般是不变的,有一极多了,另一极会少。

(2)解此类试题的基本思路:先结合个体及异常配子的基因型分析出减数第一次分裂后期染色体的分配情况,再分析减数第二次分裂后期染色体的分配情况,从而得出由一个精原细胞经减数分裂产生的四个精细胞的基因型。

(3)所选例题涉及的染色体及基因的对数较多,且有两对基因位于一对同源染色体上,再加上在减数分裂过程中产生了染色体的数目变异和交叉互换等情况,故此题的综合性很强,难度也很大。在解此类试题时,建议画图分析。整题所涉及的减数分裂全部过程可用图8表示。

图8 该精原细胞减数分裂的过程

(4)若二倍体生物产生的配子中含有同源染色体或其上的等位基因,则说明减数第一分裂后期该对同源染色体没有分离,而是移向了同一极。

(5)若基因型为AaBb(A、B基因位于同一条常染色体上)的个体产生了一个基因型为Ab的配子,则其可能原因有3种(A/a、B/b基因位置以图1为例):基因突变,如①中B基因突变为b基因或②中a基因突变为A基因;染色体结构变异,如①中A基因移接到②上或②中b基因移接到①上;交叉互换(基因重组),即在减数第一分裂前期四分体中的非姐妹染色单体发生交叉后互换片段,使得A基因与a基因所在染色体片段互换或B基因与b基因所在染色体片段互换。同理,若该个体产生的配子中含有a、B基因,则也有上述3种可能。在解题时要结合试题的具体条件来确定是哪种原因,如例题中指出“不考虑基因突变和染色体结构变异”,只考虑交叉互换这种情形。

思维警示：(1)基因型为AaBb(A、B基因位于同一条常染色体上)的个体产生了一个基因型为Ab的配子,发生交叉互换时有两种情形:A基因与a基因所在染色体片段互换或B基因与b基因所在染色体片段互换。在解题时勿漏掉其中一种。

(2)当二倍体生物产生的配子中含有等位基因时,不只是减数第一次分裂后期异常:若等位基因位于同源染色体上,则是减数第一次分裂后期相应的同源染色体没有分离;若等位基因原来位于姐妹染色单体上(减数分裂时发生了基因突变或交叉互换)则是减数第二次分裂后期异常(着丝粒分裂后,相应的子染色体没有分离,移向了同一极)。

针对性训练.某种动物(2N=6)的基因型为AaCcRrXTY,其中A和C基因位于同一条常染色体上,R、r基因位于另一对常染色体上。该动物的一个精原细胞经减数分裂产生甲、乙、丙、丁四个精细胞,其中精细胞甲的基因型为AcRXTY,精细胞乙与精细胞甲来自同一个次级精母细胞,而精细胞丙和精细胞丁来自同一个次级精母细胞。不考虑基因突变和染色体结构变异,下列对这四个精细胞的叙述,正确的是

( )

A.精细胞甲含有5条染色体

B.精细胞乙的基因型为AcRXTY

C.精细胞丙含有2条常染色体

D.精细胞丁的基因型不是aCr就是ACr

解析：发生交叉互换后A和c基因位于同一条染色体上,故精细胞甲含有4条染色体,A项错误。精细胞乙的基因型为ACRXTY或acRXTY,B项错误。产生精细胞丙和丁的次级精母细胞中只分得了两条常染色体,其经减数第二次分裂产生的精细胞丙、丁中均只含2条常染色体,故C项正确。精细胞丁的基因型有三种可能:ACr或aCr或acr,故D项错误。答案为C。

总之,当减数分裂过程中发生交叉互换等多种变异时,此类试题的难度往往较大。解题的关键是要熟练掌握正常减数分裂过程中染色体和基因的行为变化及数目变化;基本思路就是先结合个体及异常配子的基因型分析出减数第一次分裂后期染色体的分配情况,继而分析减数第二次分裂后期染色体的分配情况;有效方法是通过画图,建构减数分裂模型。