高三生物 微专题四 细胞分裂与DNA复制遗传变异的关系.docx

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高三生物微专题四细胞分裂与DNA复制遗传变异的关系

高三生物微专题四　细胞分裂与DNA复制、遗传变异的关系

1．细胞分裂与DNA半保留复制

（1）如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：

减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次。

（2）如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。

2．减数分裂中的遗传规律

3．减数分裂与基因重组

（1）非同源染色体上的非等位基因自由组合导致基因重组（自由组合定律）。

在减数第一次分裂后期，可因同源染色体分离，非同源染色体自由组合而出现基因重组，如A与B或A与b组合。

（2）同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换导致基因重组。

在减数第一次分裂四分体时期，可因同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换而导致基因重组，例如原本A与B组合，a与b组合，经重组可导致A与b组合，a与B组合。

4．减数分裂与基因突变

在减数第一次分裂前的间期，DNA分子复制过程中，若复制出现差错，则会引起基因突变，此时可导致姐妹染色单体上含有等位基因，这种突变能通过配子传递给下一代，如图所示：

5．减数分裂与染色体畸变的关系分析

（1）减数分裂异常导致配子种类变化的规律

如果减数第一次分裂异常，则所形成的配子全部异常；如果减数第二次分裂一个次级精母细胞分裂异常，则所形成的配子有的正常，有的异常。

如图所示：

（2）XXY与XYY异常个体的成因分析

①XXY成因

②XYY成因：

父方MⅡ后期Y染色体着丝粒分裂后两条Y染色体共同进入同一精细胞。

题型一　细胞分裂与DNA复制的关系

1．某性原细胞（2n＝16）的DNA全部被32P标记，其在含有31P的培养基中进行一次有丝分裂后继续进行减数分裂，下列能正确表示有丝分裂前期（白色柱状图）和减数第一次分裂前期（灰色柱状图）每个细胞中含有32P的染色单体和DNA数目的是（　　）

答案　A

解析　下图表示分裂过程中1条染色体上DNA的标记变化情况，其他染色体标记变化情况与之相同。

该性原细胞在含有31P的培养基中进行有丝分裂时，DNA的半保留复制使每条染色体中含有两个DNA，且DNA双链均为一条含有31P，另一条含有32P，故有丝分裂前期含有32P的染色单体和DNA数目分别为32和32；有丝分裂产生的子细胞中每个DNA双链均为一条含有31P，另一条含有32P，子细胞在含有31P的培养基中继续进行减数分裂，则减数第一次分裂前期每个细胞中含有32P的染色单体和DNA数目分别为16和16。

2．将某精原细胞（2n＝8）的DNA分子用15N标记后置于含14N的培养基中培养，经过连续两次细胞分裂，并检测分裂过程和分裂后细胞中的情况。

下列推断正确的是（　　）

A．若这两次分裂为有丝分裂，则含15N染色体的子细胞比例为

B．若这两次分裂为有丝分裂，则第二次分裂中期含14N的染色单体有8条

C．若这两次分裂为减数分裂，则MⅠ中期含14N的染色单体有8条

D．若这两次分裂为减数分裂，则子细胞中每条染色体均含15N

答案　D

解析　由分析可知，如果细胞进行2次有丝分裂，含15N染色体的子细胞比例可能为

、

或1，A错误；如果进行有丝分裂，经过一次细胞分裂后，形成的2个子细胞中的DNA分子都是15N//14N，再复制一次形成2个DNA分子分别是15N//14N、14N//14N，中期存在于2条染色单体上，则第二次分裂中期含14N的染色单体有16条，B错误；如果进行减数分裂，则MⅠ中期每条染色体上含有的2条染色单体都含有14N，则含14N的染色单体有16条，C错误；如果进行减数分裂，形成的子细胞都有15N染色体，D正确。

题型二　减数分裂与遗传定律

3．下图为高等动物的一组细胞分裂图像，下列分析判断不正确的是（　　）

A．乙产生的子细胞基因型为AaBbCC，丙产生的子细胞基因型为ABC和abc

B．甲、乙、丙三个细胞中均含有两个染色体组，但只有丙中不含同源染色体

C．甲细胞形成乙细胞的过程中产生的基因突变不能用光学显微镜直接观察

D．甲细胞产生丙细胞的过程中可发生等位基因的分离和非等位基因的自由组合

答案　A

解析　甲→乙为有丝分裂，乙产生的子细胞基因型为AaBbCC，甲→丙为减数分裂，丙产生的子细胞基因型为ABC或abC或AbC或aBC，A项错误。

4.如图为一个精原细胞，有关该细胞减数分裂的叙述中错误的是（　　）

A．形成的正常精子中有两条染色体

B．减数分裂过程中遵循基因自由组合定律

C．不考虑交叉互换，A基因与a基因彼此分离发生在MⅠ后期

D．考虑交叉互换，B基因与b基因彼此分离不可能发生在MⅠ后期

答案　D

解析　减数分裂的结果是染色体数目减半，因此形成的正常精子中有两条染色体，A项正确；由于两对等位基因分别位于两对同源染色体上，所以该细胞在减数分裂过程中遵循基因自由组合定律，B项正确；A基因与a基因为位于一对同源染色体上的等位基因，若不考虑交叉互换，在减数分裂过程中，A基因与a基因彼此分离发生在减数第一次分裂后期，C项正确；若考虑交叉互换，B基因与b基因彼此分离发生在减数第一次分裂后期和减数第二次分裂后期，D项错误。

题型三　减数分裂与基因重组

5.如图表示一对同源染色体及其上的等位基因，下列说法错误的是（　　）

A．非姐妹染色单体之间发生了交叉互换

B．基因B与b的分离发生在减数第一次分裂

C．基因A与a的分离只发生在减数第一次分裂

D．基因突变是等位基因A、a和B、b产生的根本原因

答案　C

解析　在两条非姐妹染色单体上都有黑色和白色两种片段，说明两条同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换，A项正确；在减数第一次分裂的后期，两条同源染色体上的等位基因B和b随着同源染色体的分开而分离，B项正确；由图可知，两条染色体上A与a所在部分发生了交叉互换，因此，基因A与a的分离发生在减数第一次分裂的后期和减数第二次分裂的后期，C项错误；等位基因产生的根本原因是基因突变，D项正确。

6．（2018·杭州一模）某生物的基因型为AABb，图中甲、乙两个细胞来自同一个初级精母细胞，其中甲已经标出了所有相关的基因，乙未标明。

图中2号染色体长臂上的一段错接到了4号染色体上。

下列叙述正确的是（　　）

A．该初级精母细胞在分裂过程前后没有发生基因突变

B．产生甲、乙细胞的初级精母细胞含有2个染色体组

C．图中发生的变异是染色体结构变异中的缺失和易位

D．乙分裂产生的精细胞，其基因型分别是Ab和aBb

答案　B

解析　因为该亲代细胞中无a基因，故该初级精母细胞在分裂过程前后发生了基因突变，A错误；产生甲、乙细胞的初级精母细胞含有2个染色体组，B正确；图中2和4是同源染色体，发生的变异不属于易位，C错误；乙分裂产生的精细胞，其基因型分别是Ab和ABb，D错误。

题型四　减数分裂与基因突变

7.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

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

解析　由题干可知该生物基因型为AABb，因此图示细胞中基因a不可能是交叉互换产生的，只能是由基因A经突变产生的，B正确；题干图示细胞的特点是不含同源染色体，含有染色单体，染色体散乱分布，则其为次级精母细胞或次级卵母细胞或第一极体，若为次级精母细胞，则能产生AB和aB两种精子；若为次级卵母细胞，则能产生AB或aB一种卵细胞，A错误，C正确；已知动物体细胞内含有二个染色体组，所以此动物体细胞在有丝分裂后期最多含有四个染色体组，D正确。

8.某哺乳动物的基因型为AABbEe，如图是其中一个精原细胞在产生精细胞过程中某个环节的示意图，下列判断正确的是（　　）

A．图示细胞为次级精母细胞，细胞中含一个染色体组

B．该精原细胞产生的精细胞的基因型有ABe、aBe、AbE

C．图示细胞中，a基因来自基因突变或基因重组

D．三对基因的遗传遵循自由组合定律

答案　B

解析　图示细胞中无同源染色体，故该细胞是次级精母细胞，细胞中含两个染色体组，A错误；正常情况下，一个精原细胞减数分裂产生的精细胞有两种基因型，图示细胞发生了基因突变，产生的精细胞有三种基因型，分别为ABe、aBe和AbE，B正确；因为亲代细胞中无a基因，故其来自基因突变，C错误；A、a与B、b位于同一对同源染色体上，其遗传不遵循基因的自由组合定律，D错误。

题型五　减数分裂与染色体畸变

9．一对表现型正常的夫妇生了一个患红绿色盲且性染色体组成为XXY的孩子，下列示意图最能表明其原因的是（　　）

答案　D

解析　红绿色盲为伴X染色体隐性遗传病，设用B、b表示相关基因。

表现型正常夫妇的基因型分别为XBXb、XBY；患病孩子的基因型为XbXbY，其是由XbXb型卵细胞与Y型精子结合发育形成的，XbXb卵细胞产生的原因是在减数第二次分裂后期次级卵母细胞着丝粒分裂后产生的两条Xb没有分开，一同进入卵细胞。

10.番茄是二倍体植物（2n＝24），其正常叶基因（D）与马铃薯叶基因（d）位于6号染色体上。

番茄变异后可出现一种三体，其6号染色体的同源染色体有三条。

三体在减数分裂联会时，3条同源染色体中的任意2条配对联会，另1条同源染色体不能配对。

减数第一次分裂的后期，配对的同源染色体正常分离，而不能配对的1条染色体随机移向细胞的任意一极。

而其他如5号染色体正常配对及分离（如图所示）。

下列分析错误的是（　　）

A．三体番茄1个体细胞中最多含有50条染色体

B．通过显微镜观察根尖分生区细胞的染色体可检测出三体番茄

C．三体形成的原因可能是减数第一次分裂过程中有一对同源染色体未分开

D．若将基因型为DDd的个体与基因型为dd的个体杂交，后代正常叶型∶马铃薯叶型为3∶1

答案　D

解析　三体番茄体细胞中染色体是25条，在有丝分裂后期，染色体数最多为50条，A正确；染色体形态、数目可在显微镜下观察到，B正确；减数第一次分裂有一对同源染色体未分开或是减数第二次分裂有一对姐妹染色单体在着丝粒分裂后，产生的两条染色体未分开，移向了同一极，这样形成的异常配子和正常减数分裂形成的配子结合成的受精卵，都可发育成三体，C正确；基因型为DDd的个体产生配子的比例为Dd∶D∶DD∶d＝2∶2∶1∶1，与基因型为dd的个体杂交，后代基因型比例为DDd∶dd∶Ddd∶Dd＝1∶1∶2∶2，故正常叶型∶马铃薯叶型为5∶1，D错误。

课时作业

一、选择题

1.（2019·温州十校联考）如图为某动物细胞分裂示意图，据图判断该细胞（　　）

A．分裂形成1种卵细胞

B．含有3对同源染色体

C．含有3个染色体组

D．一定发生过基因突变

答案　A

解析　由题图细胞质分配不均等，无同源染色体，可知其属于次级卵母细胞，细胞分裂结束后，产生一个（一种）卵细胞和一个第二极体，A正确；正常情况下，减数第二次分裂时期的细胞不含有同源染色体，B错误；该细胞含有两个染色体组，C错误；该细胞不一定发生过基因突变，Gg的出现可能是基因重组导致的，D错误。

2．性染色体为XY（①）和YY（②）的精子产生的原因分别是（　　）

A．①减数第一次分裂同源染色体未分离，②减数第一次分裂同源染色体未分离

B．①减数第二次分裂姐妹染色单体未分离，②减数第二次分裂姐妹染色单体未分离

C．①减数第一次分裂同源染色体未分离，②减数第二次分裂姐妹染色单体未分离

D．①减数第二次分裂姐妹染色单体未分离，②减数第一次分裂同源染色体未分离

答案　C

解析　X和Y染色体是一对特殊的同源染色体，若减数第一次分裂后期这一对同源染色体未分离，则会产生性染色体为XY的精子；若减数第一次分裂正常，减数第二次分裂后期Y染色体上的两条姐妹染色单体分离后移向同一极而进入同一个子细胞，则会产生性染色体为YY的精子。

3.如图表示某哺乳动物体内一个细胞中部分染色体及基因组成示意图（未发生染色体畸变）。

据图分析，下列有关叙述正确的是（　　）

A．图中共有7条染色单体

B．等位基因的分离只能发生在图示所处时期

C．该细胞发生了基因突变，2号染色体上的基因A突变为a

D．该细胞分裂完成产生的有性生殖细胞分别是aY、aY、aX和AX

答案　D

解析　题图为哺乳动物体内一个细胞处于减数第一次分裂后期的图像，此时每条染色体均含有两条姐妹染色单体，因此图中共有8条染色单体，A错误；据图可知，图中的基因在间期发生了基因突变，导致同一条染色体的姐妹染色单体上带有等位基因，此时等位基因的分离也可发生在减数第二次分裂后期，B错误；该细胞发生了基因突变，但不能确定2号染色体上的基因是显性突变（a→A）还是隐性突变（A→a），C错误；3号与4号染色体大小、形状不同，且3号较小，因此3号是Y染色体，4号是X染色体，根据减数分裂的规律可知该细胞分裂完成产生的有性生殖细胞分别是aY、aY、aX和AX，D正确。

4．基因型为AaBbDd的二倍体生物，其体内某精原细胞减数分裂时同源染色体变化示意图如图。

下列叙述正确的是（　　）

A．三对等位基因的分离均发生在次级精母细胞中

B．该细胞能产生AbD、ABD、abd、aBd四种精子

C．B（b）与D（d）间发生重组，遵循基因自由组合定律

D．非姐妹染色单体发生交换导致染色体结构变异

答案　B

解析　由图可知，基因B、b所在的片段发生了交叉互换，因此，等位基因B和b的分离发生在初级精母细胞和次级精母细胞中，而等位基因A、a和D、d的分离只发生在初级精母细胞中，A错误；若不发生交叉互换，该细胞将产生AbD和aBd两种精子，但由于基因b所在的片段发生了交叉互换，因此该细胞能产生AbD、ABD、abd、aBd四种精子，B正确；基因B（b）与D（d）位于同一对同源染色体上，它们之间的遗传不遵循基因自由组合定律，C错误；同源染色体的非姐妹染色单体发生交换导致基因重组，D错误。

5．下图中甲、乙为某细胞连续多次细胞分裂过程中两个不同时期的细胞模式图。

下列相关叙述中，正确的是（　　）

A．该细胞的基因型一定是Dd

B．乙的基因型一定是DDdd

C．多次分裂过程中出现的次序为甲→乙

D．甲、乙的子细胞均含有2个染色体组

答案　C

解析　由题图可知，甲细胞处于有丝分裂的中期，乙细胞处于减数第一次分裂的四分体时期；由于图中仅一条染色体上标出基因D或d，其同源染色体上的基因没有标出，所以不能确定甲、乙细胞的基因型，A、B错误；根据题意，甲、乙为某细胞连续多次细胞分裂过程中两个不同时期的细胞模式图，所以应先进行有丝分裂，再进行减数分裂，C正确；甲的子细胞含有2个染色体组，乙的子细胞只含有1个染色体组，D错误。

6．甲、乙、丙表示某个高等动物体内细胞分裂图像，丁为某一时刻部分染色体行为示意图。

下列说法正确的是（　　）

A．若A基因位于甲细胞的1号染色体上，正常情况下a基因在5号染色体上

B．乙细胞表示次级精母细胞或极体

C．若丁发生在丙细胞形成的过程中，则最终产生的子细胞的相关基因组成有4种

D．丁图中①和②都发生了染色体畸变

答案　C

解析　甲细胞处于有丝分裂后期，若A基因在甲细胞的1号染色体上，在不发生基因突变的情况下，a基因在4号和8号染色体上，A项错误；由丙细胞可知，该动物为雌性，因此乙细胞表示（第一）极体，B项错误；丁图染色体行为发生在减数第一次分裂的四分体时期，①和②发生了交叉互换，属于基因重组，D项错误。

7．如图是某二倍体动物的几个细胞分裂示意图（数字代表染色体，字母代表染色体上带有的基因）。

据图判断，下列叙述不正确的是（　　）

A．该动物的性别是雄性

B．乙细胞表明该动物发生了基因突变或基因重组

C．1与2或1与4的片段交换，前者属于基因重组，后者属于染色体结构变异

D．丙细胞不能发生基因重组

答案　B

解析　根据题干可知，图中细胞是同一生物个体的细胞。

由甲图细胞质均等分裂可知，该动物的性别为雄性，A正确；乙图为有丝分裂图像，不发生基因重组，乙图所示的细胞中两条子染色体分别含有A和a基因，其原因是发生了基因突变，B错误；1与2片段交换属于同源染色体间的交叉互换，属于基因重组，1与4片段交换属于染色体结构变异，C正确；丙细胞处于减数第二次分裂后期，基因重组发生在减数第一次分裂四分体时期和后期，D正确。

二、非选择题

8．回答下列关于遗传和变异的问题：

（1）高等动物在产生精子或卵细胞的过程中，位于非同源染色体上的基因之间会发生________，同源染色体的非姐妹染色单体之间可能会发生________，这两种情况都有可能导致基因重组，从而产生基因组成不同的配子。

（2）假设某物种的染色体数目为2n，在其减数分裂过程中，会出现不同的细胞，甲、乙2个模式图仅表示出了Aa、Bb基因所在的常染色体，那么，图甲表示的是________________（填“初级精母细胞”“次级精母细胞”或“精细胞”），图乙表示的是________________（填“初级精母细胞”“次级精母细胞”或“精细胞”）。

（3）某植物的染色体数目为2n，其产生的花粉经培养可得到单倍体植株。

单倍体是指

________________________________________________________________________。

答案　

（1）自由组合　交叉互换　

（2）初级精母细胞　精细胞　（3）由配子发育而来，体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体

解析　

（1）进行有性生殖的生物通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非同源染色体上的非等位基因也自由组合；在减数分裂形成四分体时期，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交叉互换。

（2）如图所示，甲细胞中含有同源染色体，并且每条染色体上有姐妹染色单体，所以为初级精母细胞；乙图无同源染色体，且姐妹染色单体已分开，分别进入不同的配子中，所以为精细胞。

9．下图1中A表示基因型为AaBb（两对基因独立遗传）的某雌性动物的体细胞，B、C分别表示该动物处于不同分裂状态的细胞图像；图2为该动物部分组织切片的显微图像。

请据图回答下列问题：

（1）图1中数字分别表示不同的生理过程，它们分别是：

①________________，②________________。

（2）C细胞的名称是______________________，它含有同源染色体________对。

（3）通常情况下，该动物的基因A和a的分离发生在______（用图中数字表示）分裂过程中。

B细胞最终分裂结束后，一般情况下，可以形成________种生殖细胞。

其基因型是________________。

（4）按分裂过程判断，图2中标号的先后顺序应该是________________。

（5）若图示动物与基因型为Aabb的个体交配，后代只出现一种显性性状的概率是________。

答案　

（1）有丝分裂　减数第一次分裂　

（2）次级卵母细胞或第一极体　0　（3）②　1　AB或Ab或aB或ab　（4）甲→丙→乙　（5）1/2

解析　

（1）、

（2）②过程同源染色体分离，为减数第一次分裂，所以C为次级卵母细胞或第一极体；分裂方式①是有丝分裂。

（3）在减数第一次分裂时，等位基因随同源染色体的分开而分离。

一个卵原细胞经减数分裂只能形成一个卵细胞，因为该个体基因型为AaBb，故卵细胞的基因型可能为AB或Ab或aB或ab。

（4）图2中甲有同源染色体且排列在赤道面两侧，为减数第一次分裂中期；乙为姐妹染色单体移向两极，且没有同源染色体，故为减数第二次分裂后期；丙无同源染色体，且姐妹染色单体没有分离，散乱分布于细胞中，为减数第二次分裂前期。

（5）若图示的动物与基因型为Aabb个体交配，则后代只出现一种显性性状的概率是A_bb（3/4×1/2）＋aaBb（1/4×1/2）＝1/2。

10．粗糙脉孢菌是一种真菌，约10天完成一个生活周期（如下图），合子分裂产生的孢子是按分裂形成的顺序排列的。

请分析回答下列问题：

（1）从合子到8个孢子的过程中，细胞核内的DNA发生了________次复制。

图中8个子代菌丝体都是________（填“单倍体”或“二倍体”）。

（2）按顺序排列的8个孢子中，如果第一个与第二个性状不同，原因可能是有丝分裂过程中发生了________（填选项前的字母）；如果第二个与第三个性状不同，原因可能是合子减数分裂过程中发生了____________（填选项前的字母）。

a．基因突变　　　b．基因重组　　　c．染色体畸变

（3）野生型脉孢菌能在只含水、无机盐、蔗糖和维生素的基本培养基中生长。

研究人员用X射线照射野生型脉孢菌孢子，经选择培养，获得了三种营养缺陷型突变菌株（如下图）。

①如果培养C突变型脉孢菌，需要在基本培养基中加入________。

②欲证明A突变型菌株的酶缺陷是由一个基因决定的，应让该突变型菌株与_____________杂交，根据_________定律，预期其后代8个孢子的表现型是_______________，若实验结果与预期一致，则说明A突变型菌株的酶缺陷是由一个基因决定的。

答案　

（1）两　单倍体　

（2）a、c　a、b、c　（3）①精氨酸　②野生型菌株　基因分离　4个野生型、4个突变型

解析　

（1）由图示知，从合子到8个孢子的过程中，经过一次减数分裂和一次有丝分裂，细胞核内的DNA发生了两次复制。

经过一次减数分裂和一次有丝分裂得到8个孢子，由8个孢子直接发育成的8个子代菌丝体均为单倍体。

（2）按顺序排列的8个孢子中，第一个和第二个是通过有丝分裂形成的，性状不同的原因可能是有丝分裂过程中发生了基因突变或染色体畸变；第二个与第三个来自同一个次级性母细胞，性状不同的原因可能是基因突变或染色体畸变，也可能是减数第一次分裂的四分体时期发生了交叉互换，即基因重组。

（3）C突变型脉孢菌由于基因突变导致不能合成酶3，不能将瓜氨酸转变为精氨酸，如果培养C突变型脉孢菌，则需要在基本培养基中加入精氨酸。

若A突变型菌株的酶缺陷是由一个基因决定的，应让该突变型菌株与野生型菌株杂交，获得杂合子，杂合子进行减数分裂，形成两种孢子，再经有丝分裂形成的后代中8个孢子有两种表现型：

4个野生型、4个突变型。