2023高考一轮新教材 生物Ⅱ 第2讲 减数分裂和受精作用

第2讲减数分裂和受精作用一、减数分裂1．减数分裂的过程(以哺乳动物精子的形成过程为例)2．卵细胞与精子形成过程的比较比较项目精子的形成卵细胞的形成场所睾丸(曲细精管)卵巢时间初情期胎儿时期(性别分化以后)和初情期以后细胞质分裂均等分裂卵母细胞______分裂；极体____分裂是否变形_____不变形结果1个精原细胞→4个精细胞→变形成为4个精子(成熟配子)1个卵原细胞→1个较大的卵细胞(成熟配子)和3个较小的极体(退化消失，不能受精)相同点染色体的变化行为相同不均等均等变形3.减数分裂的概念范围进行_________的生物时期原始生殖细胞产生成熟生殖细胞的过程中特点在减数分裂前，染色体只复制_____，而细胞在减数分裂过程中连续分裂_____结果成熟的生殖细胞中染色体数目比原始生殖细胞的减少一半有性生殖一次两次4.观察蝗虫精母细胞减数分裂装片二、受精作用1．配子中染色体组合的多样性原因分析原因一减数分裂Ⅰ后期发生同源染色体分离、非同源染色体__________，导致配子中染色体组合的多样性原因二减数分裂Ⅰ前期同源染色体联会形成________，四分体中的非姐妹染色单体间可以发生_____自由组合四分体互换2.受精作用过程卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。如图所示，

精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。同时为阻止其他精子入卵，_______________会发生复杂的生理反应。最后二者的细胞核融合，使彼此的染色体会合在一起。图中字母为染色体标志，则受精卵中的同源染色体是_______________实质精子和卵细胞二者的________融合，使彼此的染色体会合在一起结果受精卵中的染色体数目又恢复到_______中的数目卵细胞的细胞膜A和a，B

和b细胞核体细胞一、判断正误——从微点上澄清概念1．染色体易位和数目的变异类型理论上均可以在减数分裂过程中通过光学显微镜观察到。

(

)2．人类14号与21号染色体二者的长臂在着丝粒处融合形成14/21平衡易位染色体，该染色体携带者具有正常的表现型。观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞。

(2021·广东卷)(

)3．有丝分裂中期与减数分裂Ⅰ中期都发生同源染色体联会。

(2018·全国卷Ⅲ)(

)提示：有丝分裂不发生同源染色体联会，减数分裂Ⅰ前期发生同源染色体联会。4．染色体数为2N＝24的性原细胞进行减数分裂，减数分裂Ⅱ中期染色体数和染色体DNA分子数分別为12和24。

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)√√×√二、分析作答——从关联思维上理解概念1．(必修2P19旁栏思考)如果配子的形成与体细胞的增殖一样，也是通过有丝分裂形成的，结果会怎样？提示：产生的配子中的染色体数目和体细胞中一样。2．(必修2P23“与社会的联系”延伸思考)在水稻开花季节遇到低温直接影响到的生理过程是什么？农业生产通常采取什么措施预防？提示：低温会影响水稻花粉母细胞的减数分裂，进而影响花粉数量和质量，导致水稻减产。农业生产上可以采取灌深水的措施预防。3．(必修2P27正文挖掘)请说明有性生殖的后代具有多样性的原因。提示：在有性生殖过程中，减数分裂形成的配子，其染色体组合具有多样性，导致了不同配子遗传物质的差异，加上受精过程中卵细胞和精子结合的随机性，同一双亲的后代必然呈现多样性。微课题(一)减数分裂过程及相关数量变化分析[系统深化知能](一)同源染色体和非同源染色体的比较1．同源染色体(1)概念：配对的两条染色体，形状和大小一般都相同(性染色体X、Y或Z、W不同)，一条来自父方，一条来自母方，减Ⅰ前期可以联会。(2)四分体：联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫四分体。四分体时期非姐妹染色单体之间发生互换可导致基因重组(如图)。一个四分体＝1对同源染色体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子(含8条脱氧核苷酸链)。2．非同源染色体：指形态、大小各不相同，且在减数分裂中不配对的染色体。在减数分裂Ⅰ后期可以自由组合导致基因重组。(二)减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ的比较项目减数分裂Ⅰ减数分裂Ⅱ着丝粒不分裂分裂染色体数目2n→n，减半n→2n→n，不减半DNA数目4n→2n，减半2n→n，减半染色体主要行为同源染色体联会、分离姐妹染色单体分开同源染色体有无(三)减数分裂各时期染色体数、染色单体数和核DNA数的比较1．表格比较项目DNA染色体染色单体每条染色体上DNA数间期2n→4n2n0→4n1→2减数分裂Ⅰ前期4n2n4n2中期4n2n4n2后期4n2n4n2末期4n→2n2n→n4n→2n2减数分裂Ⅱ前期2nn2n2中期2nn2n2后期2nn→2n2n→02→1末期2n→n2n→n012．折线图比较3．柱形图比较(四)精卵形成过程图像的比较(五)减数分裂产生配子种类的比较1．原始生殖细胞减数分裂产生配子情况(以基因型为AaBb的个体为例，没有基因突变和互换)如图：2．若是一个个体，则可产生2n种配子，n代表同源染色体的对数或等位基因的对数。3．若是一个性原细胞，则一个卵原细胞仅产生1个卵细胞，而一个精原细胞可产生4个(2种)精细胞。如基因型为YyRr的个体产生配子情况如下：项目可能产生配子的种类实际能产生配子的种类一个精原细胞4种2种(YR、yr或Yr、yR)一个雄性个体4种4种(YR、yr、Yr、yR)一个卵原细胞4种1种(YR或yr或Yr或yR)一个雌性个体4种4种(YR、yr、Yr、yR)[情境迁移用活]正常人的体细胞中有23对染色体。有一种叫“13三体综合征”的遗传病，患者头小，患先天性心脏病，智力远低于常人。对患者进行染色体检查，发现患者的13号染色体不是正常的1对，而是3条。[问题设计](1)正常人体内的细胞可能含有多少条染色体？(请举例回答)提示：一般体细胞内含有46条染色体，有丝分裂后期的细胞含有92条，减数分裂形成的生殖细胞含有23条。(2)13三体综合征患者体细胞分裂过程中，染色体移向细胞两极会出现染色体数目紊乱吗？为什么？提示：不会。体细胞增殖方式是有丝分裂，染色体着丝粒分裂后，新形成的两条染色体分别移向细胞的两极。(3)根据减数分裂中染色体数目的变化规律，从精子或卵细胞形成的角度推测“13三体综合征”形成的原因。提示：①减数分裂Ⅰ时2条13号染色体没有分离而是进入了同一个次级精(卵)母细胞，再经过减数分裂Ⅱ，就会形成含有2条13号染色体的精子或卵细胞；②如果减数分裂Ⅰ正常，减数分裂Ⅱ时13号染色体的着丝粒分裂后，2条13号染色体进入了同一个精子或卵细胞。当一个正常的卵细胞或精子与上述异常的精子或卵细胞结合形成受精卵时，则该受精卵就多了1条13号染色体。由这样的受精卵发育而成的个体就是13三体综合征患者。[解题思维建模][典例]

(2021·浙江1月选考)现建立“动物精原细胞(2n＝4)有丝分裂和减数分裂过程”模型。1个精原细胞(假定DNA中的P元素都为32P，其他分子不含32P)在不含32P的培养液中正常培养，分裂为2个子细胞，其中1个子细胞发育为细胞①。细胞①和②的染色体组成如图所示，H(h)、R(r)是其中的两对基因，细胞②和③处于相同的分裂时期。下列叙述正确的是

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)A．细胞①形成过程中没有发生基因重组B．细胞②中最多有两条染色体含有32PC．细胞②和细胞③中含有32P的染色体数相等D．细胞④～⑦中含32P的核DNA分子数可能分别是2、1、1、1[解析]

从图中染色体的颜色可以看出，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了互换，所以细胞①中发生了基因重组，A错误；从细胞①→②③进行的是减数分裂，其中细胞②处于减数分裂Ⅱ后期，正常情况下，细胞①中每条染色体上两条染色单体的两个DNA分子一个只含31P，另一个DNA含32P和31P，正常减数分裂Ⅱ后期应该为两条染色体含有32P，但是发生了互换，就可能有更多的染色体含有32P，B错误；由于发生互换，导致染色单体上元素标记情况不同，所以细胞②和细胞③含有32P的染色体数目可能不同，C错误；细胞④～⑦是减数分裂形成的子细胞，每个细胞中染色体上元素的分布情况都可能是不含32P，一条含有32P，两条都含有32P，D正确。[答案]

D内化思维模型减数分裂解题的“染色体模型法”染色体行为和数目的变化规律是减数分裂的根本特征，这是快速解答减数分裂类题型的“牛鼻子”。同时减数分裂染色体行为和数目变化也和后面遗传的基本规律息息相关，因此构建减数分裂的“染色体模型”对解答减数分裂类题目和理解遗传规律都是非常有帮助的。1．单对同源染色体模型2．两(多)对同源染色体模型[题点考法全训]1．甲～丁为某生物卵巢中的一些细胞分裂图，下列有关判断正确的是

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)A．若图中所示细胞分裂具有连续性，则顺序依次为乙→丙→甲→丁B．甲、乙、丙细胞中含有的染色体数目依次为8、4、2C．若乙的基因组成为AAaaBBbb，则丁的基因组成为AaBbD．乙是次级卵母细胞，丁可能为卵细胞解析：若图中所示细胞分裂具有连续性，则顺序依次为甲→乙→丙→丁，A错误；甲、乙、丙细胞中含有的染色体数目依次为8、4、2，B正确；若乙的基因组成为AAaaBBbb，则丁的基因组成为AB或Ab或aB或ab，C错误；乙中同源染色体分离，细胞质不均等分裂，是初级卵母细胞，根据乙的染色体分离情况，丁最可能为极体，D错误。答案：B

2．研究人员在研究卵原细胞进行减数分裂的过程中，发现了如图1所示的“逆反”减数分裂现象，并经过对大量样本的统计研究发现其染色体的分配情况如图2所示。下列叙述正确的是

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)A．“逆反”减数分裂是获得非重组染色体概率高的卵细胞的途径之一B．“逆反”减数分裂形成的卵细胞中DNA与染色体数是体细胞中的一半C．“逆反”减数分裂中着丝粒分裂发生在MⅠD．“逆反”减数分裂经MⅠ后染色体数目减半解析：“逆反”减数分裂是获得重组染色体概率高的卵细胞的途径之一，A错误；“逆反”减数分裂形成的卵细胞中，核DNA与染色体数仍是体细胞中的一半，B错误；据图分析可知，“逆反”减数分裂中着丝粒分裂发生在MⅠ，C正确；据图分析可知，“逆反”减数分裂经MⅡ后染色体数目减半，D错误。答案：C

3．下面是某一高等动物体内的细胞分裂示意图，曲线图分别表示该动物细胞中每条染色体上DNA含量的变化及一个细胞中染色体组数的变化。下列有关叙述正确的是

(

)A．基因重组可发生在乙图中

B．乙图可对应于de段和hj段C．甲、乙两图可同时发生在睾丸中

D．bc段和hj段可对应于同一细胞分裂图解析：乙图细胞中没有同源染色体，处于减数分裂Ⅱ后期，而基因重组发生在减数分裂Ⅰ，A错误；分析曲线图可知：de段可表示有丝分裂的后期和末期或减数分裂Ⅱ的后期和末期，hj段所示的细胞中有4个染色体组，表示有丝分裂后期，B错误；甲图细胞处于有丝分裂中期，乙图细胞处于减数分裂Ⅱ后期，睾丸中的精原细胞通过有丝分裂的方式进行增殖，通过减数分裂的方式产生精子，所以甲、乙两图可同时发生在睾丸中，C正确；bc段每条染色体含有2个DNA分子，存在染色单体，可表示有丝分裂的前期和中期、减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ的前期和中期，而处于有丝分裂的前期和中期、减数分裂Ⅰ的细胞含有2个染色体组，处于减数分裂Ⅱ前期和中期的细胞含有1个染色体组，hj段的细胞中含有4个染色体组，没有染色单体，表示有丝分裂后期，所以bc段和hj段不可能对应于同一细胞分裂图，D错误。答案：C

[归纳拓展]细胞分裂过程中引发相关物质数量变化的四大原因微课题(二)减数分裂和有丝分裂辨析比较[系统深化知能](一)减数分裂与有丝分裂不同点的比较比较项目减数分裂有丝分裂分裂的细胞原始生殖细胞体细胞或原始生殖细胞细胞分裂次数两次一次同源染色体的行为(1)联会形成四分体，非姐妹染色单体互换；(2)同源染色体分离存在同源染色体，但不联会，不分离，无互换现象非同源染色体的行为自由组合不出现自由组合子细胞染色体数目减半不变子细胞的名称和数目4个精子或1个卵细胞和3个极体2个体细胞子细胞间的遗传物质不一定相同相同意义减数分裂和受精作用维持了每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定使生物的亲代细胞和子代细胞之间保持了遗传性状的稳定性(二)减数分裂与有丝分裂细胞图像的比较时期有丝分裂减数分裂Ⅰ减数分裂Ⅱ前期染色体散乱分布，有同源染色体同源染色体联会，出现四分体染色体散乱分布，无同源染色体中期着丝粒排列在赤道板上，有同源染色体成对同源染色体排列在赤道板上着丝粒排列在赤道板上，无同源染色体后期着丝粒分裂，有同源染色体同源染色体分离着丝粒分裂，无同源染色体(三)减数分裂与有丝分裂过程中染色体和核DNA变化规律的比较1．每个细胞中染色体和核DNA的变化分析(1)曲线图分析“三看法”分析减数分裂和有丝分裂染色体和DNA变化曲线（2）柱形图分析有丝分裂减数分裂(以精细胞形成为例)分析：①只有染色单体的数目才可能是0，染色体和DNA的数目不可能是0。染色单体会因着丝粒的分裂而消失，所以柱形图中表示的某结构如出现0，则其一定表示染色单体。②DNA分子未复制时，其数目与染色体一样多，而复制后，每条染色体上含有2个DNA分子，即DNA∶染色体可能为1∶1或2∶1，但不可能是1∶22.每条染色体中DNA含量的变化

A→BB→CC→DD→E减数分裂对应时期减数分裂前的间期MⅠ全过程和MⅡ前期、MⅡ中期MⅡ后期MⅡ末期有丝分裂对应时期间期前期和中期后期末期3．“同源染色体对数”和“染色体组数”数目变化曲线图甲中表示有丝分裂的是①，表示减数分裂的是②；图乙中表示有丝分裂的是③，表示减数分裂的是④[情境迁移用活]减数分裂在生物的有性生殖中是一个重要的过程，科学家在揭开该过程奥秘的探究中做了大量开创性的工作。为了确定减数分裂各阶段的顺序，1900年，VonWiniwarter取出生一天、一天半、两天……一直到28天的雌性小兔，解剖其卵巢，观察比较卵母细胞中染色体的形态。如果刚出生的小兔卵巢中的细胞分裂相为A，出生两天的分裂相为A、B，而出生四天的是A、B、C……根据这几种分裂相确定减数分裂过程细胞发生的变化。[问题设计](1)细胞学家发现马蛔虫的受精卵中，染色体的数目为4，卵子与精子中的染色体数都为2。为什么会出现这样的结果？提示：减数分裂过程中细胞中的染色体复制一次，而细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半。(2)有人用雄性小兔重复VonWiniwarter的实验，却不能观察到不同时期的细胞分裂相，原因是什么？提示：雄性小兔在胚胎时期不进行减数分裂(到初情期才能进行减数分裂)。(3)科学家发现有一个物种(2n＝14)，染色体间的大小差异很大。他推知，染色体的配对不可能发生在父本间或母本间。他的推理依据是什么？提示：①染色体对间的大小不合适；②配对完成后，有一条染色体不能成对(染色体数目为奇数)。[解题思维建模][典例]

(多选)(2020·江苏高考)有研究者采用荧光染色法制片，在显微镜下观察拟南芥(2n＝10)花药减数分裂细胞中染色体形态、位置和数目，以下为镜检时拍摄的4幅图片。下列叙述正确的是

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)A．图甲、丙中细胞处于减数分裂Ⅰ时期B．图甲细胞中同源染色体已彼此分离C．图乙细胞中5个四分体排列在赤道板附近D．图中细胞按照减数分裂时期排列的先后顺序为甲→乙→丙→丁[解析]

根据题干中的信息可知，题图是处于减数分裂不同时期的细胞图像，由于四幅图中图甲和乙细胞中均有5个荧光点，且荧光比较明显，图甲细胞中5个荧光点分布较为散乱，图乙细胞中5个荧光点相对集中地分布在图的中央，所以可以快速判断甲图细胞处于减数分裂Ⅰ前期(四分体时期)，图乙细胞处于减数分裂Ⅰ中期；图丙细胞中一共有10个荧光点，且荧光点较小，均分为两个区域并相对集中于一条线上，可以判断图丙细胞处于减数分裂Ⅱ中期；图丁细胞中一共有20个荧光点，均分为四个区域，可以判断图丁细胞处于减数分裂Ⅱ后期或末期。综上所述，A、B错误，C、D正确。[答案]

CD内化思维模型细胞分裂图像“335”模型减数分裂与有丝分裂典型的细胞图像比较，主要包括3个前期图像、3个中期图像和5个后期图像的比较判断，为清晰把握它们的特征，构建细胞图像比较模型，简称“335模型”。1．三个前期图的判断①判断步骤：②结论：A为有丝分裂前期，B为减数分裂Ⅰ前期，C为减数分裂Ⅱ前期2．三个中期图的判断①判断步骤：②结论：A为有丝分裂中期，B为减数分裂Ⅱ中期，C为减数分裂Ⅰ中期3．五个后期图的判断①判断步骤：②结论：A为有丝分裂后期，B为减数分裂Ⅱ后期(次级精母细胞或第一极体)，C为减数分裂Ⅰ后期(初级精母细胞)，D为减数分裂Ⅰ后期(初级卵母细胞)，E为减数分裂Ⅱ后期(次级卵母细胞)[易错提醒]图像判断中应注意的几点处于减数分裂Ⅱ过程中的细胞，可能含有同源染色体，如四倍体的减数分裂。处于有丝分裂过程中的细胞可能没有同源染色体，如二倍体的单倍体的体细胞进行的有丝分裂。(如下图所示)[题点考法全训]1．图1表示某雌性动物(2n＝4)体内细胞正常分裂过程中不同时期细胞内染色体、染色单体和核DNA含量的关系；图2表示细胞分裂图像。下列说法错误的是

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)A．图1中表示染色体的是a，图2中表示该生物细胞有丝分裂时期的只有图甲B．图1中Ⅲ的数量关系对应图2中的乙，图2中丙所示的细胞有2对同源染色体C．图1中的数量关系由Ⅰ变化为Ⅱ的过程，细胞核内发生的分子水平的变化是DNA复制；由Ⅱ变化为Ⅲ，相当于图2中的丙→乙过程D．符合图1中Ⅳ所示数量关系的某细胞名称是卵细胞，与图1中Ⅲ和Ⅳ对应的细胞内可能存在同源染色体解析：图1中b会消失，表示染色单体，核DNA数目与染色体数目相等或是染色体数目的2倍，故a表示染色体，c表示核DNA，图2中表示二倍体生物细胞有丝分裂时期的只有甲，A正确。图1中Ⅲ可能处于减数分裂Ⅱ前期或中期，对应图2中的乙，图2中丙所示的细胞有2个染色体组，2对同源染色体，B正确。图1中Ⅰ→Ⅱ过程核DNA数目加倍，此时细胞核内发生的分子水平的变化是DNA复制；Ⅱ→Ⅲ过程染色体数目减半，相当于图2中的丙→乙过程，C正确。符合图1中Ⅳ所示数量关系的某细胞名称是卵细胞或极体；图1中Ⅲ和Ⅳ均表示减数分裂Ⅱ过程，不存在同源染色体，D错误。答案：D

2．图甲表示某二倍体动物减数分裂Ⅰ形成的子细胞；图乙表示该动物的细胞中每条染色体上DNA含量的变化；图丙表示该动物一个细胞中染色体组数的变化。下列有关叙述正确的是

(

)A．基因A、a所在的染色体是X染色体B．图甲可对应图乙中的bc段和图丙中的kl段C．bc和hj不可能对应同种细胞分裂的同一时期D．cd段形成原因是细胞分裂解析：X、Y是一对同源染色体，减数分裂Ⅰ过程中同源染色体分离，其不可能同时位于减数分裂Ⅱ的细胞中，故基因A、a位于常染色体上，A错误；图甲为减数分裂Ⅰ形成的细胞，其中每条染色体有两个DNA，可对应图乙中的bc段，图甲细胞中有一个染色体组，而图丙的kl段有两个染色体组，B错误；图乙中的bc段时每条染色体含有2个DNA，图丙中的hj段代表的是有丝分裂的后期，染色体着丝粒分裂，染色体组加倍，但每条染色体只含有1个DNA，C正确；图乙中的cd段形成的原因是着丝粒分裂，D错误。答案：C

[典例]

(2021·河北高考)图中①②和③为三个精原细胞，①和②发生了染色体变异，③为正常细胞。②减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极。不考虑其他变异，下列叙述错误的是

(

)A．①减数分裂Ⅰ前期两对同源染色体联会B．②经减数分裂形成的配子有一半正常C．③减数分裂Ⅰ后期非同源染色体自由组合，最终产生4种基因型配子D．①和②的变异类型理论上均可以在减数分裂过程中通过光学显微镜观察到[解析]

①中有四条染色体，为两对同源染色体，在减数分裂Ⅰ前期两对同源染色体联会，A正确；②减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极，最终产生的配子为1/12AR、1/12Ar、1/12aar、1/12aaR、1/6AaR、1/6Aar、1/6ar、1/6aR，其中正常配子为1/12AR、1/12Ar、1/6ar、1/6aR，则②经减数分裂形成的配子有一半正常，B正确；

③减数分裂Ⅰ后期非同源染色体自由组合，最终产生4个配子，2种基因型，为AR、AR、ar、ar或Ar、Ar、aR、aR，C错误；①发生了染色体结构变异中的易位，②发生了染色体数目变异，理论上可通过光学显微镜观察到这两种变化，D正确。[答案]

C[追根溯源]

高考“源于教材，高于教材”(1)据教材必修2P25“探究·实践建立减数分裂中染色体变化的模型”可以直接解答例题中A、B、C三个选项。(2)据教材必修2P24“探究·实践观察蝗虫精母细胞减数分裂装片”：在高倍镜下仔细观察染色体的形态、位置和数目。可判断例题D选项的正误。[升维训练]1．请结合典例及分析回答下列问题：(1)图中①②和③三个精原细胞形成的初级精母细胞中基因a的个数分别是多少？提示：2个、4个和2个。(2)如果不考虑基因突变，具有②个体的母本基因型为AA，父本基因型为Aa。形成②个体时发生变异的亲本及变异时期是什么？请说明理由。提示：形成②个体时父本在减数分裂Ⅱ后期基因a所在的染色单体分离后移向同一极。因为具有②的个体基因型为Aaa，A来自母本正常。两个a来自父本，由于父本基因型为Aa，所以减数分裂Ⅰ是正常的，只有在减数分裂Ⅱ的后期，存在基因a的姐妹染色单体分开后进入同一极，与正常卵细胞结合后才会形成Aaa的受精卵，进而发育成基因型为Aaa的个体。2．某男子表型正常，但其一条14号和一条21号染色体相互连接形成一条异常染色体，如图甲。减数分裂时异常染色体的联会如图乙，配对的三条染色体中，任意配对的两条染色体分离时，另一条染色体随机移向细胞任一极。下列叙述正确的是

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)A．观察异常染色体应选择处于分裂间期的细胞B．图甲所示的变异属于基因重组C．如不考虑其他染色体，理论上该男子产生的精子类型有8种D．该男子与正常女子婚配能生育染色体组成正常的后代解析：应在中期染色体的形态较稳定，数目较清晰时进行观察，A错误；图甲所示的变异属于染色体结构变异，B错误；根据题意，任意两条染色体进行配对，其他一条随机分配会出现3种分离方式，每种又会产生2种配子，所以产生精子的类型会有