以減數分裂為命題基礎的高考試題探析

周 偉

(湖南省耒陽市第一中學 421800)

“減數分裂”是高中生物學中遺傳變異知識的一個重要交匯點，也是聯系各項知識的重要媒介。縱觀近幾年生物學高考，基于減數分裂命制的試題以其新穎性、綜合性而成為高考試題中的熱點，常見類型歸納如下。

1 減數分裂+自由組合定律

在減數分裂過程中，自由組合定律的細胞學基礎是第一減數分裂前期，等位基因隨同源染色體的分離而分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。減數第一次分裂時，因為同源染色體分離，非同源染色體自由組合，所以一個初級精母細胞能產生2個基因型不同的次級精母細胞；減數第二次分裂類似于有絲分裂，因此每個次級精母細胞產生2個基因型相同的精細胞。

例1 (2017年新課標Ⅱ卷)已知某種細胞有4條染色體，且兩對等位基因分別位于兩對同源染色體上。某同學用示意圖表示這種細胞在正常減數分裂過程中可能產生的細胞。其中表示錯誤的是(D)

A

B

C

D

解析：由選項所示的細胞類型可知，這種細胞是精原細胞，在不考慮基因突變和交叉互換的情況下，減數第一次分裂后期，同源染色體分離，其上的等位基因隨之分離(如等位基因G與g、H與h分離)，非等位基因隨著非同源染色體的自由組合而自由組合(如非等位基因G與H組合、g與h組合或G與h、g與H組合)，減數第一次分裂產生互補的2個次級精母細胞，A項與B項均正確；減數第二次分裂產生的4個精細胞應該兩兩相同，每個精細胞中不含同源染色體(不含等位基因)，C項正確，D項錯誤。

2 減數分裂+染色體數目變異

減數分裂發生異常，則會產生染色體數目不正常的配子，會導致子代體細胞內染色體數目的改變。染色體數目異常細胞產生的原因歸納如下：①紡錘體形成受阻(低溫或秋水仙素所致)導致子細胞染色體加倍；②減數第一次分裂后期，同源染色體未分離導致全部配子異常；③減數第二次分裂后期，姐妹染色單體不分離導致本次級性母細胞產生的配子異常(另一次級性母細胞產生的配子可能正常)

例2 (2015年天津卷)低溫誘導可使二倍體草魚卵原細胞在減數第一次分裂時不形成紡錘體，從而產生染色體數目加倍的卵細胞，此卵細胞與精子結合發育成3倍體草魚胚胎。上述過程中產生下列4種細胞，下圖所示4種細胞的染色體行為(以2倍體草魚體細胞含兩對同源染色體為例)可出現的是(B)

A

B

C

D

解析：根據題干信息可知，卵原細胞在減數第一次分裂時不形成紡錘體，因此同源染色體不能移向細胞兩極，A項不符合；由于減數第一次分裂時不形成紡錘體，所以形成的次級卵母細胞中的染色體數目與體細胞相同，即次級卵母細胞在減數第二次分裂后期含有8條染色體，B項符合；減數第二次分裂形成的卵細胞中染色體數目為4條，C不符合；染色體數目加倍的卵細胞與精子結合發育成3倍體草魚胚胎，因此胚胎細胞有絲分裂中期應含有6條染色體，3個染色體組，D不符合。

3 減數分裂+染色體結構變異

染色體結構變異是由于外界因素作用，染色體發生斷裂和重新組合而造成染色體結構變化，改變遺傳信息。若這種變異發生在減數分裂過程中，則能隨配子遺傳給子代。

例3 (2013年福建卷)某男子表現型正常，但其1條14號和1條21號染色體相互連接形成1條異常染色體，如圖甲。減數分裂時異常染色體的聯會如圖乙，配對的3條染色體中，任意配對的兩條染色體分離時，另一條染色體隨機移向細胞任—極。下列敘述正確的是(D)

圖甲

圖乙

A.圖甲所示的變異屬于基因重組

B.觀察異常染色體應選擇處于分裂間期的細胞

C.如不考慮其他染色體，理論上該男子產生的精子類型有8種

D.該男子與正常女子婚配能生育染色體組成正常的后代

解析：在非同源染色體之間染色體片段的移接稱作染色體結構變異(易位)，A項錯誤；分裂期染色體高度螺旋化，顯微鏡下易于觀察，因此觀察異常染色體通常在分裂期進行觀察，分裂間期染色質呈細絲狀不易觀察，B項錯誤；由于圖乙中配對的3條染色體在減數分裂時其中的1條染色體可以隨機移向細胞任一極，故可形成以下6種配子：14號、14—21號與21號、21號、14—21號與14號、14—21號、14號與21號，C項錯誤；由于該男子可以形成只含14號與21號兩條未變異染色體的配子，因此與正常女子婚配能生育染色體組成正常的后代，D項正確。

4 減數分裂+連鎖互換定律

在減數分裂過程中，連鎖互換律的細胞學基礎對應的是減數第一分裂前期，同源非姐妹染色單體的長臂或短臂上的局部交叉，以后隨著同源染色體相互排斥而最終導致片段互換。以基因型為AaBb的一個精原細胞為例，若無交叉互換，則能產生2種配子(AB和ab或Ab和aB)；若有交叉互換，只有兩對基因在一對同源染色體上時，且交換的區段有相關基因時，才能產生4種配子。

例4 (2013年北京卷)斑馬魚的酶D由17號染色體上的D基因編碼。具有純合突變基因(dd)的斑馬魚胚胎會發出紅色熒光。利用轉基因技術將綠色熒光蛋白(G)基因整合到斑馬魚17號染色體上。帶有G基因的胚胎能夠發出綠色熒光。未整合G基因的染色體的對應位點表示為g。用個體M和N進行如下雜交實驗。

雜交后，出現紅·綠熒光(既有紅色又有綠色熒光)胚胎的原因是親代________(填“M”或“N”)的初級精(卵)母細胞在減數分裂過程中，同源染色體的________發生了交換，導致染色體上的基因重組。通過記錄子代中紅·綠熒光胚胎數量與胚胎總數，可計算得到該親本產生的重組配子占其全部配子的比例，算式為________。

解析：根據題圖可知，M的基因型為D_gg，N的基因型為D_G_，子代基因型分別為：D_G_、ddgg、D_gg、ddG_，由于子代中有ddgg出現，所以M的基因型為Ddgg，N的基因型為DdGg。由于個體N的基因型為DdGg，如果不發生交叉互換，其產生的配子只有DG、dg 2種，而M產生的配子有Dg、dg兩種，兩者雜交只有綠色熒光、無熒光和紅色熒光3種，而雜交子代出現了紅·綠熒光，說明親代出現了交叉互換。假設M出現了交叉互換，其配子種類仍然是Dg、dg 2種，對子代性狀無影響，因此發生交叉互換的是個體N，其互換后產生的配子為：DG、dg、Dg和dG 4種(注意：交叉互換發生在同源染色體的非姐妹染色單體之間)。假設個體N中發生交叉互換的比率為x，則產生dG的概率為x/2，而M個體產生dg的概率為1/2，則子代中紅·綠熒光胚胎出現的概率為x/4，因而通過記錄子代中紅·綠熒光胚胎數量與胚胎總數，可計算得到該親本產生的重組配子占其全部配子的比例，即為4×紅·綠熒光胚胎數∕胚胎總數。參考答案：N 非姐妹染色單體 4×紅·綠熒光胚胎數∕胚胎總數。

5 減數分裂+基因突變

在減數第一次分裂前的間期，DNA分子復制過程中，如復制出現差錯，則會引起基因突變，此時可導致姐妹染色單體上含有等位基因，這種突變能通過配子傳遞給下一代。

例5 (2016年四川卷)某果蠅染色體及部分基因組成如甲所示，觀察該果蠅某器官切片，發現了如乙、丙所示細胞，請回答下列問題。

丙細胞的名稱是________，正常情況下，乙細胞？處的基因應為________，丙細胞中出現A和a的原因可能是________。

解析：丙細胞不含同源染色體，處于減數第二次分裂后期，且細胞質不均等分裂，稱為次級卵母細胞，已知細胞中(同一極)有一條染色體含有D基因，根據甲圖中的基因組成(Dd)可知，乙細胞？處的基因應為d，丙細胞中上下兩條相同的染色體是間期復制形成的，它們所含的基因應該完全相同，即都應該是a基因，出現A的原因可能是減數第一次分裂間期發生了基因突變。

參考答案：次級卵母細胞 d 分裂過程中發生了基因突變。

(基金項目：湖南省教育科學“十二五”規劃2015年度湖南省教育科學研究基地專項課題，No.XJK015BJD024)