细胞分裂与生物变异

黑龙江 翟贵君 宫运利

细胞分裂与生物变异

黑龙江 翟贵君 宫运利

一、减数分裂与基因突变

1.从产生原因角度分析

主要是由于细胞分裂间期（S期）DNA复制发生差错，主要有两种情况：

（1）碱基配对发生错误，可导致碱基对的增添、缺失或替换；

（2）碱基类似物的干扰，可导致碱基对的替换。

【例1】5－BrU（5－溴尿嘧啶）既可以与A配对，又可以与C配对。将一个正常的具有分裂能力的细胞，接种到含有A、G、C、T、5－BrU五种核苷酸的适宜培养基上，至少需要经过几次复制后，才能实现细胞中某DNA分子某位点上碱基对从T—A到G—C的替换 （ ）

A.2次 B.3次 C.4次 D.5次

【答案】B

2.从突变类型角度分析

（1）若突变发生在有丝分裂，产生的是体细胞突变，这种突变一般是不遗传的，如癌变的形成，但有些植物可通过无性繁殖遗传给后代；

（2）若突变发生在减数分裂，产生的是生殖细胞突变，这种突变可通过有性生殖遗传给后代。

3.从产生配子的种类角度分析

以一个精原细胞进行减数分裂为例。

（1）只考虑一对基因的情况下：设其基因型为AA（或aa），则突变后的基因型为Aa，减数分裂后可产生A、a两种类型的配子，且突变配子的数量占1/4，即：

（2）若考虑两对或多对基因，且只有一对纯合基因突变，即AA（或aa）突变为Aa：

①若其他未突变的基因都为纯合，则减数分裂后可产生两种类型的配子，如（以两对基因为例）：

②若其他未突变的基因为杂合，则减数分裂后可产生三种类型的配子，如（以两对基因为例）：

【例2】（2011·江苏卷）如图为基因型AABb的某动物进行细胞分裂的示意图。相关判断错误的是 （ ）

A.此细胞为次级精母细胞或次级卵母细胞

B.此细胞中基因a是由基因A经突变产生的

C.此细胞可能形成两种精子或一种卵细胞

D.此动物体细胞内最多含有四个染色体组

【答案】A

二、减数分裂与基因重组

传统意义上的基因重组发生在进行有性生殖的同种生物（即不存在生殖隔离的生物）之间，是通过减数分裂实现的，主要存在以下两种情况。

1.基因的自由组合

（1）细胞学基础

减Ⅰ后期，等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合。

（2）产生配子的种类

①从染色体的角度分析：设每个细胞中有n对同源染色体（不考虑交叉互换）则

【例3】（2010·江苏卷·多选）人类精子发生过程中，下列说法正确的是 （ ）

A.细胞中染色单体数最多可达92条

B.姐妹染色单体携带的遗传信息可能是不同的

C.染色单体的交叉互换发生在同源染色体分离之前

D.一个精原细胞产生两个相同精子的概率最大为1/223

【答案】ABC

②从基因型的角度分析：设每个细胞中有n对等位基因（不考虑交叉互换），则

【例4】某二倍体生物的一个精原细胞通过减数分裂产生的一个精子的基因组成是Ab，下列四个选项中有关其他三个精子的基因组成不正确的是 （ ）

A.Ab、aB、aB B.aB、AB、ab

C.Ab、ab、ab D.Ab、Ab、Ab

【答案】B

2.基因的连锁交换

（1）细胞学基础

减I前期，联会的一对同源染色体（四分体）可能发生非姐妹染色单体的交叉互换。

（2）产生配子的种类

①从染色体的角度分析：设每个细胞中有n对同源染色体，进行减数分裂，如果只有一对同源染色体发生互换，则可产生4种类型的配子，其中亲本类型2种（两种配子间染色体组成互补），重组类型2种（两种配子间染色体组成互补）。

②从基因型的角度分析：略

【说明】在正常情况下，因染色体的复制，一对姐妹染色单体的同一位置上存在的是相同基因，但如果发现了等位基因的存在，则存在以下几种情况。

①如果该个体原为纯合子，则该等位基因是基因突变产生的。

②如果该个体原为杂合子：

【例5】如图为某高等动物细胞分裂示意图，图中不可能反映的是 （ ）

A.该细胞发生了基因突变

B.该细胞发生了染色体互换

C.该细胞次级为卵母细胞

D.该细胞为次级精母细胞

【答案】C

三、减数分裂与染色体变异

1.染色体结构变异

细胞增殖过程中染色体的交叉互换与染色体的结构变异有着密切的关系。

（1）同源染色体间的非对齐互换会导致一条染色体增加一段（属于染色体结构变异中的重复），另一条染色体减少一段（属于染色体结构变异中的缺失，如下图），联会时会发生一条染色体多出来一段的现象。

【说明】在减数分裂联会时，一对同源染色体间的非姐妹染色单体的对齐互换导致的是基因重组。

（2）非同源染色体间的互换导致一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上，该种情况属于染色体结构变异中的易位（如下图），联会时会出现“十字结构”现象。

（3）一条染色体本身交叉互换会导致染色体某一片段的位置颠倒而发生倒位（如下图），联会时会出现“环形圈”现象。

【说明】以上各种变化可发生在细胞分裂的各时期。

【例6】（2009·上海卷）下图中①和②表示发生在常染色体上的变异。①和②所表示的变异类型分别属于（ ）

A.重组和易位 B.易位和易位

C.易位和重组 D.重组和重组

【答案】A

2.染色体数目变异

染色体数目变异主要是由于染色体的不平均分配造成的，存在以下情况。

（1）个别染色体增加或减少

①假设某生物为杂合子（设基因型为Aa）。正常情况下通过减数分裂可产生基因型为A和a两种类型的配子。在减数分裂发生异常的情况下，若产生基因型为Aa的配子，则是由于减数第一次分裂后期，含有A和a的同源染色体没有分开而移向同一极所致；若产生基因型为AA（或aa）的配子，则是由于减数第二次分裂后期，含有A和A（或a和a）的姐妹染色单体分开后移向同一极所致。

②假设某生物为纯合子（设基因型为AA或aa）。正常情况下通过减数分裂可产生基因型为A或a一种类型的配子。若在减数分裂发生异常的情况下产生AA（或aa）的配子，则存在以下两种原因：

【例7】1968年，有几篇新闻报告描述了一个惊人的发现：有2%～4%的精神病患者的性染色体组成为XYY。XYY综合征患者有暴力倾向，有反社会行为。有人称这条多出的Y染色体为“犯罪染色体”。下列关于XYY综合征的叙述正确的是 （ ）

A.患者为男性，是由于母方减数第一次分裂产生异常的卵细胞所致

B.患者为男性，是由于父方减数第一次分裂产生异常的精子所致

C.患者为男性，是由于父方减数第二次分裂产生异常的精子所致

D.患者为女性，是由于母方减数第二次分裂产生异常的卵细胞所致

【答案】C

③不论该生物是纯合子还是杂合子，减数第一次分裂不正常或减数第二次分裂不正常都会导致部分配子中相应基因或染色体的丢失。

【例8】一个基因型为AaXbY的精原细胞，在减数分裂过程中，由于染色体分配紊乱，产生了一个AAaXb的精子，则另三个精子的基因型分别是 （ ）

A.aXb、Y、Y B.Xb、aY、Y

C.aXb、aY、Y D.AaXb、Y、Y

【答案】A

④减数第一次分裂染色体或基因行为的异常会导致次级精（卵）母细胞中染色体或基因数目的异常。

【例9】（2012·江苏卷）观察到的某生物（2n＝6）减数第二次分裂后期细胞如图所示。下列解释合理的是 （ ）

A.减数第一次分裂中有一对染色体没有相互分离

B.减数第二次分裂中有一对染色单体没有相互分离

C.减数第一次分裂前有一条染色体多复制一次

D.减数第二次分裂前有一条染色体多复制一次

【答案】A

⑤性染色体不正常的分析还要考虑到亲本的性别

【例10】基因组成为XBXbY的甲，其父患色盲，其母表现正常。下列分析中可能性较大的是 （ ）

a.甲母减数第一次分裂中，2条X染色体未分开而是一起进入了次级卵母细胞 b.甲母减数第二次分裂中，2条X染色体未分开而是一起进入了卵细胞 c.甲父减数第一次分裂中，2条性染色体未分开而是一起进入了次级精母细胞 d.甲父减数第二次分裂中，2条性染色体未分开而是一起进入了精细胞

A.ab B.ac C.bc D.bd

【答案】B

⑥若配子中有两对或两对以上的基因或染色体异常，可一对一对单独分析。

【例11】（2011·山东卷）基因型为AaXBY小鼠仅因为减数分裂过程中染色体未正常分离，而产生一个不含性染色体的AA型配子。等位基因A、a位于2号染色体。下列关于染色体未分离时期的分析，正确的是 （ ）

a.2号染色体一定在减数第二次分裂时未分离 b.2号染色体可能在减数第一次分裂时未分离 c.性染色体可能在减数第二次分裂时未分离 d.性染色体一定在减数第一次分裂时未分离

A.ac B.ad C.bc D.bd

【答案】A

3.染色体组成倍增加或减少

若分裂前期因低温或人为使用秋水仙素，会抑制纺锤体的形成，导致染色体虽发生了复制，但不能移向两极而形成染色体数目加倍的配子，该配子正常受精可形成多倍体。有丝分裂产生的多倍体细胞可通过无性繁殖培育成多倍体生物。

（作者单位：黑龙江省安达市田家炳高级中学）