热点微专题12 细胞分裂与遗传、变异的联系（解析版）

微专题12细胞分裂与遗传、变异的联系【核心知识储备】一、减数分裂与基因突变通常，此时可导致一条染色体的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。二、减数分裂与基因重组1、非同源染色体上非等位基因自由组合导致基因重组。在减数分裂Ⅰ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、同源染色体非姐妹染色单体互换导致基因重组。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。三、减数分裂与染色体变异的有关分析1、减数分裂异常导致配子种类变化的规律(1)如果减数分裂Ⅰ异常，则所形成的配子全部不正常。如图所示：从基因型的角度分析：若减数分裂Ⅰ异常，则染色体数目增多的细胞内会存在等位或相同基因。(2)如果减数分裂Ⅱ一个次级精母细胞分裂异常，则所形成的配子有的正常，有的不正常。如图所示：从基因型的角度分析：若减数分裂Ⅱ异常，则染色体数目增多的细胞内会存在相同基因。2、XXY与XYY异常个体的成因分析(1)XBXb×XBY→形成XbXbY的原因可能为：次级卵母细胞在减数分裂Ⅱ后期时含有b的X染色体着丝粒分裂形成的两条X染色体进入同一子细胞，最终产生了含有XbXb的卵细胞。(2)XBXb×XBY→形成XBXBY的原因可能为：①初级精母细胞在减数分裂Ⅰ后期时，X、Y同源染色体未分离，最终产生了含有XBY的精细胞，最终与XB的卵细胞结合。②次级卵母细胞在减数分裂Ⅱ后期时，含有B的X染色体着丝粒分裂形成的两条X染色体未移向细胞两极，最终产生了含有XBXB的卵细胞。(3)XBXb×XBY→形成XBYY的原因可能为：次级精母细胞在减数分裂Ⅱ后期时，Y染色体着丝粒分裂形成的两条Y染色体未移向细胞两极，最终产生了含有YY的精细胞，最终与XB的卵细胞结合。【真题研究】1、(2022·全国乙卷)有丝分裂和减数分裂是哺乳动物细胞分裂的两种形式。某动物的基因型是Aa，若该动物的某细胞在四分体时期一条染色单体上的A和另一条染色单体上的a发生了互换，则通常情况下姐妹染色单体分离导致等位基因A和a进入不同细胞的时期是A、有丝分裂的后期 B、有丝分裂的末期C、减数第一次分裂 D、减数第二次分裂参考答案：D解析：减数分裂过程包括减数第一次分裂和减数第二次分裂；主要特点是减数第一次分裂前期同源染色体联会，可能发生同源染色体非姐妹单体之间的交叉互换，后期同源染色体分开，同时非同源染色体自由组合，实现基因的重组，减数第二次分裂则为姐妹染色单体的分离。有丝分裂过程中不会发生同源染色体联会形成四分体的过程，也不会发生交叉互换，不会发生姐妹染色单体分离导致等位基因A和a进入不同细胞的现象，A、B错误；根据题意，某动物基因型是Aa，经过间期复制，初级性母细胞中有AAaa四个基因，该动物的某细胞在四分体时期发生交叉互换，涉及A和a的交换，交换后两条同源染色体的姐妹染色单体上均分别具有A和a基因，减数第一次分裂时，同源染色体分开，两组Aa彼此分开进入次级性母细胞，至此减数第一次分裂完成，所以不会发生姐妹染色单体分离导致等位基因A和a的现象；而在减数第二次分裂时，姐妹染色单体分离，导致其上的等位基因A和a分开进入两个子细胞，C错误，D正确。2、(2022·山东·高考)减数分裂Ⅰ时，若同源染色体异常联会，则异常联会的同源染色体可进入1个或2个子细胞；减数分裂Ⅱ时，若有同源染色体则同源染色体分离而姐妹染色单体不分离，若无同源染色体则姐妹染色单体分离。异常联会不影响配子的存活、受精和其他染色体的行为。基因型为Aa的多个精原细胞在减数分裂Ⅰ时，仅A、a所在的同源染色体异常联会且非姐妹染色单体发生交换。上述精原细胞形成的精子与基因型为Aa的卵原细胞正常减数分裂形成的卵细胞结合形成受精卵。已知A、a位于常染色体上，不考虑其他突变，上述精子和受精卵的基因组成种类最多分别为()A、6；9 B、6；12 C、4；7 D、5；9参考答案：A解析：基因型为Aa的多个精原细胞在减数分裂Ⅰ时，仅A、a所在的同源染色体异常联会且非姐妹染色单体发生交换。(1)若A、a所在的染色体片段发生交换，则A、a位于姐妹染色单体上，①异常联会的同源染色体进入1个子细胞，则子细胞基因组成为AAaa或不含A、a，经减数第二次分裂，同源染色体分离而姐妹染色单体不分离,可形成基因型为Aa和不含A、a的精子；②异常联会的同源染色体进入2个子细胞，则子细胞基因组成为Aa，经减数第二次分裂，可形成基因型为A或a的精子；(2)若A、a所在的染色体片段未发生交换，③异常联会的同源染色体进入1个子细胞，则子细胞基因组成为AAaa或不含A、a，经减数第二次分裂，同源染色体分离而姐妹染色单体不分离，可形成基因型为AA、aa和不含A、a的精子；④异常联会的同源染色体进入2个子细胞，则子细胞基因组成为AA或aa，经减数第二次分裂，可形成基因型为A或a的精子；综上所述，精子的基因组成包括AA、aa、Aa、A、a和不含A或a，共6种，与基因组成为A或a的卵细胞结合，通过棋盘法可知，受精卵的基因组成包括AAA、AAa、Aaa、aaa、AA、Aa、aa、A、a，共9种。故选A。3、(2021.6月浙江高考真题)某高等动物的一个细胞减数分裂过程如图所示，其中①~⑥表示细胞，基因未发生突变。下列叙述错误的是()A、⑥的形成过程中发生了染色体畸变B、若④的基因型是AbY，则⑤是abYC、②与③中均可能发生等位基因分离D、①为4个染色体组的初级精母细胞参考答案：D解析：由图可知，该细胞中含有Y染色体，故为精原细胞的减数分裂过程，精原细胞的基因型为AaBbXY，且A与B在同一条染色体上，a与b在另一条同源染色体上，①为经过减数第一次分裂间期染色体复制后的初级精母细胞，其基因型为AAaaBBbbXXYY，②③为次级精母细胞，④⑤⑥是减数第二次分裂分裂产生四个子细胞中的三个精细胞。图中显示出来的最后一个子细胞染色体数目异常。⑥是由③次级精母细胞经过减数第二次分裂形成的，已知的一个精细胞染色体数目异常，有两条X染色体，说明③次级精母细胞在第二次分裂后期X染色单体分离后移向同一极，则⑥中应该缺少一条X染色体，故形成过程中发生了染色体畸变（染色体数目变异），A正确；④和⑤是由②次级精母细胞经过减数第二次分裂形成的，若④的基因型是AbY，对比精原细胞中的染色体上的基因组成，应在减数第一次分裂发生过交叉互换，即产生了同时含有Ab基因和ab基因的两条姐妹染色单体的染色体的次级精母细胞，即②次级精母细胞的基因型AabbYY，分裂后产生的两个子细胞基因型分别为AbY和abY，故⑤的基因组成是abY，B正确；根据B选项的分析可知，减数第一次分裂过程中发生过交叉互换，②次级精母细胞的基因型AabbYY，③次级精母细胞的基因型为AaBBXX，故②与③中姐妹染色单体上均含有等位基因，故在减数第二次分裂时可能发生等位基因分离，C正确；由分析可知，精原细胞的基因型为AaBbXY，含有2个染色体组，①为经过减数第一次分裂间期染色体复制后的初级精母细胞，染色体数目不变，因此①含有2个染色体组，D错误。故选D。4、(2021年河北卷)图中①、②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减数第一次分裂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减数第一次分裂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参考答案：C解析：精原细胞①中有四条染色体，含有A、a、R、r四种基因，对比正常精原细胞③可知，精原细胞①发生了染色体结构变异中的易位，R基因和a基因发生了位置互换；精原细胞②中含有a基因的染色体多了一条，发生了染色体数目变异。①细胞中有四条染色体，为两对同源染色体，在减数第一次分裂前期两对同源染色体联会，A正确；②细胞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，刚好占一半，B正确；③细胞减数第一次分裂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，理论上通过观察染色体的结构和细胞中的染色体数目就可以观察到，D正确。故选C。5、(2020年浙江省高考)若某二倍体高等动物（2n=4）的基因型为DdEe，其1个精原细胞（DNA被32P全部标记）在培养液中培养一段时间，分裂过程中形成的其中1个细胞如图所示，图中细胞有2条染色体DNA含有32P。下列叙述错误的是()A、形成图中细胞的过程中发生了基因突变B、该精原细胞至多形成4种基因型的4个精细胞C、图中细胞为处于减数第二次分裂后期的次级精母细胞D、该精原细胞形成图中细胞的过程中至少经历了两次胞质分裂参考答案：B解析：已知该二倍体高等动物体细胞中染色体数量为4，分析图示细胞可知，细胞中含有4个染色体，两两分别移向两极，移向同一极的两条染色体不含染色单体，因此该细胞处于减数第二次分裂后期。图示细胞中，分别移向两极的由姐妹染色单体分开形成的两条子染色体上同一位置的基因分别为d和D，且除该基因外染色体形态无其他差异，可推测形成该细胞的过程发生了基因突变，A正确；该精原细胞至多形成3种基因型的4个精细胞，B错误；由分析可知，图中细胞为处于减数第二次分裂后期次级精母细胞，C正确；由于图中细胞只有2条染色体DNA含有32P，说明该精原细胞至少经过2次DNA复制，则至少经历了一次有丝分裂的胞质分裂和减数第一次分裂的胞质分裂，才形成图示细胞，D正确。故选B。6、(2022·湖北卷)为了分析某21三体综合征患儿的病因，对该患儿及其父母的21号染色体上的A基因(A1～A4)进行PCR扩增，经凝胶电泳后，结果如图所示。关于该患儿致病的原因叙述错误的是()A、考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常B、考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常C、不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常D、不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常参考答案：D解析：考虑同源染色体交叉互换，卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常，A2、A3所在的染色体可进入同一个卵细胞，A正确；考虑同源染色体交叉互换，卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常，A2、A3所在的染色体可进入同一个卵细胞，B正确；不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常，C正确。不考虑同源染色体交叉互换，患儿含有三个不同的等位基因，不可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常，D错误。【模拟题汇编】1、下图中甲、乙为一个基因型为AaBb的精原细胞在减数分裂过程中产生的两个细胞，下列叙述正确的是()A、甲图细胞中存在A、a基因可能是因为同源染色体的非姐妹染色单体间发生了互换或基因突变B、甲图细胞分裂结束形成的每个子细胞中各含有两个染色体组C、乙图细胞处于减数分裂Ⅱ后期，其子细胞为精细胞或极体D、乙图细胞已开始胞质分裂，细胞中染色体数与体细胞的相同参考答案：D解析：该生物的基因型为AaBb，而甲图次级精母细胞含有A和a基因，乙图次级精母细胞含有a和a基因，可见，甲图次级精母细胞中a是A基因突变形成的，A错误；甲图细胞分裂形成的子细胞只含有一个染色体组，B错误；精原细胞减数分裂不能形成极体，乙图细胞处于减数分裂Ⅱ后期，其子细胞为精细胞，C错误。2、一个基因型为AaXBY的精原细胞进行减数分裂。下列说法错误的是()A、若某细胞中无染色单体，基因组成为AAXBXB，则该细胞可能处于减数分裂Ⅱ后期B、若产生的精子AXB∶aXB∶AY∶aY＝1∶1∶1∶1，则是减数分裂Ⅰ后期基因自由组合的结果C、处于减数分裂Ⅰ后和处于减数分裂Ⅱ后细胞中染色体组数相同，但核DNA数不同D、若产生了一个AaXB的精子，与该精子同时产生的另三个精子为AaXB、Y、Y参考答案：B解析：减数分裂过程中，若某细胞无染色单体，且基因组成为AAXBXB，说明该细胞着丝粒已经分裂，则该细胞可能处于减数分裂Ⅱ后期，A正确；正常情况下，一个精原细胞减数分裂只能产生4个共2种精子，若产生的精子为AXB∶aXB∶AY∶aY＝1∶1∶1∶1，则可能是减数分裂Ⅰ前期发生了互换，B错误；在减数分裂Ⅰ后期和减数分裂Ⅱ后期，染色体组数都与体细胞中的染色体组数相同，但减数分裂Ⅱ后期的核DNA数是减数分裂Ⅰ后期核DNA数的一半，C正确；若产生了一个AaXB的精子，说明减数分裂Ⅰ后期有一对同源染色体未分离，故与该精子同时产生的另三个精子为AaXB、Y、Y，D正确。3、(2022·山东滨州模拟)某精原细胞中m、n为一对同源染色体，其中m为正常染色体。该对同源染色体联会后发生的特殊过程如图所示，其中A～E表示染色体片段，染色体桥在减数分裂Ⅰ时随机断裂。后续的分裂过程正常进行。下列说法正确的是()A、该精原细胞形成的配子中存在染色体结构变异和数目变异B、该精原细胞形成染色体正常的配子占1/4C、图中所示过程发生在次级精母细胞中D、形成该精原细胞的分裂过程中发生了互换参考答案：B解析：根据题图分析可知，该精原细胞形成的配子中存在染色体结构变异，A错误；由于题图中同源染色体发生变异后，相连的片段随机断裂，所以该精原细胞产生含有正常染色体的配子比例为1/4，B正确；右图所示细胞中同源染色体配对后发生变异，正处于减数分裂Ⅰ过程的初级精母细胞中，C错误；互换发生在减数分裂Ⅰ，而形成精原细胞的分裂过程是有丝分裂，不可能发生片段互换，D错误。4、某二倍体高等动物(2n=6)雄性个体的基因型为AaBb,将一个精原细胞放入含32P标记的培养液中离体培养,如图为分裂过程中某细胞处于细胞分裂某时期的示意图。下列说法正确的是()A、该细胞中DNA与染色体数之比等于2B、该生物细胞中最多可有4个染色体组,6个四分体C、该精原细胞产生四种子细胞,每个子细胞中含32P的染色体为50%D、该精原细胞减数分裂过程中发生了基因重组参考答案：D解析：该细胞中一条染色体上含有2条染色单体,含有2个DNA,核DNA数是染色体数的两倍,而细胞中的DNA还包括细胞质线粒体中的DNA,A错误;该细胞处于减数分裂Ⅱ前期,细胞中含有3条染色体,因此该生物的体细胞含有6条染色体,共3对,所以形成该细胞过程中最多可有3个四分体,B错误;由于DNA分子为半保留复制,所以将精原细胞放入含32P标记的培养液中离体培养,经过复制后,每条染色单体上的DNA分子都有一条链含有32P,所以产生的子细胞中含32P的染色体所占的比例为100%,C错误;图中姐妹染色单体上含有A和a基因,且A基因所在的片段颜色与a基因所在片段不同,说明其发生了染色体片段的交换,发生了基因重组,D正确。5、(2022·长沙模拟)基因型为AaBb(两对基因独立遗传)的某二倍体生物有以下几种细胞分裂图像，下列说法正确的是()A、甲图中基因a最可能来源于染色体的互换B、乙图中基因a不可能来源于基因突变C、丙细胞产生的子细胞中发生的变异属于染色体结构变异D、丁图中基因a的出现最可能与基因重组有关参考答案：D解析：甲图是有丝分裂后期图像，图像中基因a出现的原因是基因突变，A错误；乙图是减数分裂Ⅱ图像，图像中基因a出现的原因可能是染色体互换，也可能是基因突变，B错误；丙细胞产生的2个子细胞中，一个多一条染色体，一个少一条染色体，属于染色体数目变异，但是a出现的原因可能是染色体互换，也可能是基因突变，C错误；丁图是减数分裂Ⅱ后期图像，图像中基因a出现的原因可能是染色体互换，也可能是基因突变，基因突变的频率是很低的，最可能的原因是减数分裂Ⅰ前期的四分体时期发生了染色体互换，染色体互换会导致基因重组，因此基因a的出现最可能与基因重组有关，D正确。6、(2022·江苏兴城市高级中学高三月考)下图表示某生物细胞分裂过程，两对等位基因A、a和B、b分别位于两对同源染色体上，若不考虑同源染色体非姐妹染色单体间的互换，则下列叙述不正确的是(不定项)()A、细胞Ⅱ可能是次级卵母细胞，无同源染色体B、细胞Ⅳ中有2个B基因和2个b基因C、细胞Ⅴ中可能含有2条染色体，1个b基因D、细胞Ⅲ中的染色体数目与核DNA数目的比例始终为1∶2参考答案：ACD解析：由细胞Ⅱ和Ⅳ不均等分裂可知，细胞Ⅰ是卵原细胞，细胞Ⅱ是初级卵母细胞，细胞Ⅱ中含有两对同源染色体，A错误；细胞Ⅷ中含有B和b基因，说明减数第一次分裂过程中含有B和b基因的同源染色体没有分开，因此，细胞Ⅳ中有2个B基因和2个b基因，细胞Ⅲ中只含有a基因所在的染色体，故细胞Ⅴ含有一条染色体，一个a基因，不含有b基因，B正确