高中生物高考冲刺细胞分裂与变异专题知识讲解 细胞分裂与变异专题.docx

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高中生物高考冲刺细胞分裂与变异专题知识讲解细胞分裂与变异专题

高考冲刺三细胞分裂与变异专题

编稿：

宋辰霞审稿：

闫敏敏

【高考展望】

真核细胞分裂方式包括有丝分裂、减数分裂、无丝分裂，而难点与重点在有丝分裂与减数分裂，对于有丝分裂，考点主要集中在“细胞周期、有丝分裂过程、观察细胞有丝分裂的实验”上，减数分裂的考点则主要集中在“减数分裂过程与有丝分裂过程的比较、精子与卵细胞的形成及差异分析、有丝分裂与减数第一次分裂及减数第二次分裂分裂图像的辨别、物质或结构的数量变化曲线辨析、染色体相关概念辨析”。

细胞在分裂过程中会出现变异，而变异的原理又可用于新品种的培育，此专题的考点还有可遗传变异的类型及它们在育种上的应用，记忆的内容较多，但也有思维的逻辑和严谨性，在复习的过程中可采用对比的方法来掌握相关知识。

【知识升华】

一、有丝分裂和减数分裂

1.细胞周期：

（1）概念：

进行连续有丝分裂的细胞，从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程，称为一个细胞周期。

注意：

对于连续进行有丝分裂的细胞才有细胞周期。

（2）一个细胞周期包括分裂间期（G１期、S期、G２期）和分裂期（M期）两个阶段，其中分裂间期占了大部分时间，约为整个细胞周期的90％—95％。

实例辨析：

下图为某连续分裂的细胞连续分裂的时间数据，可看出其细胞周期为17.3，需注意BC+CD或DE+EF均可表示1个细胞周期，但AB+BC却不能称为1个细胞周期，因为1个细胞周期是从分裂间期开始而非从分裂期开始。

2.动植物细胞有丝分裂的比较

动植物细胞有丝分裂过程中，染色体及DNA的变化等完全相同，但它们也有区别，如下表：

动物细胞

植物细胞

分裂间期

中心粒的复制

有中心粒的复制，

一组中心粒变为两组

无中心粒

分裂前期

纺锤体的形成方式

由中心粒发出

星射线（纺锤丝）形成

由细胞两极

发出纺锤丝形成

分裂末期

形成新细胞的方式

细胞从中央向内缢缩

使细胞缢裂为两个新细胞

在赤道板位置形成细胞板，

细胞板扩展延伸形成新的细胞壁，

从而形成两个新细胞

3.精子和卵细胞形成过程的比较

精子的形成

卵细胞的形成

形成的子细胞数目

4个

4个

形成成熟生殖细胞的数目

形成4个精子

形成1个卵细胞

（其余3个为后来退化消失的极体）

是否需要变形

需要

不需要

是否均等分裂

均等分裂

有不均等分裂，也有均等分裂

各时期的细胞名称不同

4.判断一个正在分裂的细胞的分裂方式及所处时期

（1）总结有丝分裂，减数第一次分裂及减数第二次分裂的不同之处：

有丝分裂

减数第一次分裂

减数第二次分裂

同源染色体

有

无

同源染色体的

联会、分离等特殊行为

无

有

无

着丝点分裂，

染色体数目加倍的现象

有

无

有

不均等分裂

无

形成卵细胞的减数分裂有不均等分裂，

形成精子的减数分裂无不均等分裂

【高清课堂：

高考冲刺三细胞分裂和变异专题368655巩固练习】

（2）判断方法：

先看有无同源染色体联会等特殊行为，

若有则为减数第一次分裂，若无则为有丝分裂或减数第二次分裂。

再看有无同源染色体，

若无则为减数第二次分裂，若有则为有丝分裂。

判断出细胞为有丝分裂、减数第一次分裂或者减数第二次分裂之后，根据染色体的特点，可判断出细胞具体处于哪个时期，同时还可判断出细胞名称，一般：

◎染色体无规则排列时为有丝分裂或减数第二次分裂的前期

减数第二次分裂前期

次级精（卵）母细胞／第一极体

有丝分裂前期

体细胞

ｗｓ

◎染色体联会配对时为减数第一次分裂前期

减数第一次分裂前期

初级精（卵）母细胞

◎染色体整齐排列于细胞中央时为中期

减数第二次分裂中期

次级精（卵）母细胞／第一极体

减数第一次分裂中期

初级精（卵）母细胞

有丝分裂中期

体细胞

◎出现分离（姐妹染色单体分开或同源染色体分离）时为后期

减数第二次分裂后期

次级卵母细胞／第二极体

减数第二次分裂后期

次级卵母细胞

减数第一次分裂后期

初级精母细胞

减数第一次分裂后期

初级卵母细胞

有丝分裂后期

体细胞

5.有丝分裂和减数分裂过程中染色体、DNA、染色单体的数量变化（设细胞中有2n条染色体）

（1）细胞中染色体、DNA的数量变化

上图中的细胞先进行减数分裂形成配子，然后进行受精作用形成受精卵，接着进行有丝分裂：

①曲线A表示DNA的数量变化曲线，其中0——8段为减数分裂过程，数量变化为：

2n→4n→2n→n，8——13段为有丝分裂过程，数量变化为：

2n→4n→2n。

②曲线B表示染色体变化曲线，其中0——8段为减数分裂过程，数量变化为：

2n→n→2n→n，8——13段为有丝分裂过程，数量变化为：

2n→4n→2n。

③8点表示受精作用，染色体与DNA的数量变化均为：

n→2n。

遇到DNA或染色体变化图时，往往要求判断其表示的有丝分裂还是减数分裂过程，表示的是DNA还

是染色体的变化，判断依据如下：

①DNA数目变化曲线中有斜线，因为DNA复制为渐变的过程；

染色体数目变化曲线中无斜线，因为染色体的加倍和减半均不是渐变过程。

②有丝分裂的DNA或染色体数目变化曲线的起点和终点在一条直线上，因为子代细胞和亲代细胞的染色体、DNA数目相同；

减数分裂的DNA或染色体数目变化曲线的起点和终点不在一条直线上，因为子代细胞和亲代细胞的染色体、DNA数目不相同，是亲代细胞的一半；

（2）细胞中染色单体的数量变化

有丝分裂：

0→4n→0　　　　　　　　　　减数分裂：

0→4n→2n→0

（3）每条染色体上DNA含量的变化：

1→2→1　（注意图中纵坐标表示的量）

①当细胞中有染色单体时，即CD段之前的BC段，一条染色体上有2个DNA分子，染色体和DNA的比例关系为1：

2。

当细胞中无染色单体时，即CD段之后的DE段，一条染色体上有1个DNA分子，染色体和DNA的关系为1：

1

②CD段的形成原因为：

有丝分裂后期着丝点分裂，姐妹染色单体分开。

或减数第二次分裂后期着丝点分裂，姐妹染色单体分开。

二、三种可遗传变异的辨析

【高清课堂：

高考冲刺三细胞分裂和变异专题368655可遗传变异的类型】

基因突变

基因重组

染色体变异

适用范围

所有生物

真核生物

真核生物

机理

基因的

分子结构

发生改变

（碱基对

的增添、缺失或替换）

自由

组合

（非同源染色体上非等位基因

自由组合）

交叉

互换

（同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换）

染色体结构变异

染色体数目变异

重复

缺失

倒位

易位

非整倍体变异

整倍体

变异

基因工程中也发生了基因重组，

是人工进行的不同物种间发生的基因重组。

注意：

易位与交叉互换不同，交叉互换发生于同源染色体的非姐妹染色单体间，属基因重组，易位发生于非同源染色体之间，属于染色体变异。

与细胞分裂的关系

可发生于

有丝分裂或减数分裂时

只发生于减数分裂

（有性生殖过程）

可发生于有丝分裂或减数分裂时

结果

产生新基因，

新性状

产生新基因型，

新性状组合

不产生新基因，引起性状改变

注意：

“染色体数目变异”还需注意以下内容：

（1）染色体组数量判断方法：

①在细胞内任选一条染色体，细胞内与该染色体形态相同的染色体共有几条，则含有几个染色体组。

如二倍体生物中形态相同的染色体便有2条。

再如，下列细胞则分别含有2个、3个、4个染色体组。

②利用以下公式计算：

染色体组数=染色体数/染色体形态数

如上面的图2中，共有染色体15条，染色体形态数有5种，则染色体组数为3（15/5）。

③在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因（读音相同的字母）出现几次，则有几个染色体组。

如大多生物为二倍体，基因成对存在。

再如，细胞的基因型为AaaaBBbb时，每一种基因均有4个，该生物含4个染色体组。

（2）单倍体、二倍体、多倍体的判断

单倍体

二倍体

多倍体

概念

体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体

由受精卵发育而成，体细胞在含有两个染色体组的个体

由受精卵发育而成，体细胞中具有三个或三个以上染色体组的个体

发育起点

配子

受精卵

受精卵

特点

植株弱小，生长发育快

正常

器官（茎、叶、果实、种子等）较大，糖类和蛋白质含量高，但生长发育慢

可育性

高度不育

可育，结实性高

结实性低，有些不育（三倍体）

应用

单倍体育种

多倍体育种

成因

自然

成因

单性生殖的结果

（如雄蜂）

由正常配子受精发育而来

环境条件恶化，纺锤体形成受阻

人为

成因

花药离体培养

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使纺锤体形成受阻

三、比较不同的育种方式

原理

方法

优点

缺点

应用

杂交育种

基因重组

培育纯合子品种：

杂交→自交→筛选出符合要求的表现型→进行连续自交，直到不发生性状分离为止

可将分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中在一起

育种年限长；因远缘杂交不亲合，局限于同种或亲缘关系较近的个体；需及时发现优良品种

培育矮秆抗病小麦

培育杂种优势品种：

一般选取具有不同优良性状的纯合双亲杂交

年年制种

杂交水稻杂交玉米等

诱变育种

基因突变

诱变因素处理后，筛选

提高变异频率，加快育种进程；大幅度改良某些性状

由于基因突变具有低频性、多害少利性，需大量处理实验材料（有很大盲目性）

高产

青霉菌

单倍体育种

染色体变异

明显缩短育种年限，加速育种进程；子代为纯合子

技术复杂且需与杂交育种相结合。

快速获得纯种矮秆抗病小麦

多倍体育种

染色体变异

用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

操作简单，获得的品种各器官均较大，营养含量高；可获得无子果实

所获品种发育延迟，结实率低，一般仅适用于植物

三倍体

无子西瓜

基因工程育种

基因重组

提取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞（转化）→目的基因的表达与检测→筛选获得优良个体

目的性强；育种周期短；克服了远缘杂交不亲和的障碍

技术复杂，安全性问题多，有可能引起生态危机

转基因抗虫棉、

工程菌

植物体细胞杂交育种

染色体变异、植物细胞的全能性

细胞去壁→原生质体→融合培养→杂种细胞→植物组织培养→杂种植株

克服了远缘杂交不亲和的障碍

白菜-甘蓝

【典型例题】

类型一、有丝分裂和减数分裂

例1．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

【解析】此图为减数第二次分裂后期细胞，移向每一极的染色体数目各为4条，因2n＝6，正常情况下移向每一极的染色体数目为各3条，说明减数第一次分裂后，染色体比实际多了一条，只能说明有一对同源染色体没有分开，所以A正确；若减数第二次分裂中有一对染色单体没有相互分离，则移向两极的染色体数目分别为2、4条，B项错；若减数第一次分裂前有一条染色体多复制一次，减一时则有一条染色体含有3条染色单体，减二后期移向两极的染色体数目分别为3、4条，C项错；减数第二次分裂前不进行染色体复制，D项错。

【点评】本题考查细胞分裂图像的判断及细胞分裂与染色体变异的关系。

举一反三：

【变式1】回答下列有关细胞的问题：

下表数据为实验测得体外培养的某种细胞的细胞周期各阶段时间（单位：

小时）

（1）请在下图中绘出该种细胞的细胞周期曲线图并注明各期名称（假设体细胞DNA相对含量为2C）

（2）若在上述细胞的培养液中加入过量的DNA合成抑制剂，处于______期的细胞立刻被抑制，再培养_____小时，则其余细胞都将被抑制在G1，S期交界处；去除抑制剂，更换新鲜培养液，细胞将继续沿细胞周期运行，在所有细胞达到______期终点前，再加入DNA合成抑制剂，则全部细胞都被阻断在G1/S期交界处，实现细胞周期同步化。

（3）s期的启动需要一种蛋白质分子作为启动信，这种蛋白质在S期之前合成并存在于s期全过程中。

若将S期和G1期细胞融合，则G1期细胞核进入S期的时间将________。

（4）在电镜下观察处于M期的细胞，可见纺锤体由细胞两极的发出。

在M期中消失后来又出现的细胞结构是___________。

【答案】

（1）

（2）S；15；G1

（3）提前

（4）中心体；核膜（或核仁、或细胞核）

【解析】

（1）在减数分裂的过程中，DNA分子的复制发生在细胞分裂间期的S期，之后直到细胞分裂期的末期DNA含量才减半，据此可画出对应的DNA含量变化图。

（2）题中数据可知，DNA的合成在S期；当在培养液中加入过量的DNA合成抑制剂时，DNA合成被抑制，即S期的细胞立刻被抑制。

若使所有细胞都停留在G1，S期交界处，则刚完成DNA复制的细胞需要经过G2、M和G1，共需要15小时。

若要使所用细胞停留在G1，S期交界处，则应在G1期终点之前，加入DNA合成抑制剂。

（3）将S期和G1期细胞融合后，G1期的细胞中含有作为启动S期信的蛋白质，使G1期的细胞比正常培养下提前进入S期。

（4）由题意可知，M期是细胞分裂期，在此时期纺锤体有细胞两极的中心体发出，核仁核膜消失。

类型二、可遗传变异和育种

例2．（2015天津高考）低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，从而产生染色体数目加倍的卵细胞，此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎。

上述过程中产生下列四种细胞，下图所示四种细胞的染色体行为（以二倍体草鱼体细胞含两对同源染色体为例）可出现的是（）

【答案】B

【解析】低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，减二时期最终卵细胞加倍，胚胎细胞变为三个染色体组。

【点评】本题考查减数分裂的相关知识，意在考查学生的识图能力和判断能力，运用所学知识综合分析问题、解决问题的能力。

举一反三：

【变式1】（2015广东高考）秋水仙素处理二倍体植物的愈伤组织，从获得的再生植株中筛选四倍体植株，预实验结果如右表，正式实验时秋水仙素浓度设计最合理的是

A．0、2、3、4、5、6B．0、4、5、6、7、8

C．

0、6、7

、8、9、10D．0、3、6、9、12、15

【答案】B

【解析】由表

可知，秋水仙素浓度为4-8g/L范围时，再生植株数

及四倍体植株，所占比例都较高，所以

正式试验时应在此范围内，并设计更小浓度梯度进行实验。

例3．为丰富植物育种的种质资源材料，利用钴60的γ射线辐射植物种子筛选出不同性状的突变植株，请回答下列问题：

（1）钴60的γ辐射用于育种的方法属于____________________育种。

（2）从突变材料中选出高产植株，为培育高产、优质、抗盐新品种，利用该植株进行的部分杂交实验如下：

　　①控制高产、优质性状的基因位于对染色体上。

在减数分裂联会期（能、不能）配对。

　　②控制抗盐性状的基因是否在细胞核中：

________________（填是或否）。

　（3）从突变植株中还获得了显性高蛋白植株（纯合子），为验正该性状是否有望一对基因控制，请参与实验设计并完善实验方案：

　　①步骤l：

选择____________________和____________________杂交。

　　　预期结果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

　　②步骤2：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

　　　预期结果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

　　③观察实验结果，进行统计分析：

如果____________________与____________________相符，可证明该性状由一对基因控制。

【答案】

（1）诱变 

（2）①两（或不同）；不能②否

（3）①高蛋白（纯合）植株；低蛋白植株（或非高蛋白植株）；后代（或F1）表现型都是高蛋白植株

　　②测交方案：

用F1与低蛋白植株杂交；后代高蛋白植株和低蛋白植株的比例是1：

1

　　或自交方案：

F1自交（或杂合高蛋白植株自交）；后代高蛋白植株和低蛋白植株的比例是3:

1

　　③实验结果；预期结果

【解析】

（1）在育种方面，常采用射线对生物进行照射，引起其基因突变，产生新的基因，从而可以获得新的性状。

（2）由遗传图解可知，控制高产、优质性状的基因自由组合，说明是位于两对同源染色体上的，在减数分裂时同源染色体配对，不同对的染色体不能配对。

抗盐的性状始终与母亲的表现型相同，表现为母系遗传，控制它的基因位于细胞质中。

　　（3）对于本小题是对遗传实验的设计，在设计实验时，为获得优良的后代所以选择的亲本应具有我们要选择的优良性状之一，只有这样才能通过杂交产生我们想要的性状。

【点评】本题是对遗传育种和基因自由组合定律的考查。

举一反三：

【变式1】如图所示，科研小组用60Co照射棉花种子。

诱变当代获得棕色（纤维颜色）新性状，诱变I代获得低酚（棉酚含量）新性状。

已知棉花的纤维颜色由一对基因（A、a）控制，棉酚含量由另一对基因（B、b）控制，两对基因独立遗传。

（1）两个新性状中，棕色是________性状，低酚是性状。

（2）诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株基因型是，白色、高酚的棉花植株基因型是______。

　（3）棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。

为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变I代中棕色、高酚植株自交。

每株自交后代种植在一个单独的区域，从________的区域中得到纯合棕色、高酚植株。

请你利用该纯合体作为一个亲本，再从诱变I代中选择另一个亲本，设计一方案，尽快选育出抗虫高产（棕色、低酚）的纯合棉花新品种（用遗传图解和必要的文字表示）。

　　【答案】

（1）显性；隐性；

（2）AaBB；aaBb

（3）不发生性状分离或全为棕色棉或没有出现白色棉；

育种方案如下：

【解析】本题考查有关遗传、变异、育种。

Ⅰ亲代棕色、高酚自交后代是棕色、高酚，白色、高酚因此棕色是显性，亲代白色、高酚自交后代是白色、低酚，白色、高酚因此低酚是隐性。

诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是AaBB，白色高酚的棉花植株基因型是aaBb，纯合体后代不发生性状分离，因此应从不发生性状分离（或全为棕色棉或没有出现白色棉）的区域中选择出纯合棕色、高酚植株。

育种时间短应选择单倍体育种方案。