【生物】2021届一轮复习人教版科学思维系列（六）细胞分裂与可遗传变异的关系　教案

【生物】2021届一轮复习人教版科学思维系列（六）细胞分裂与可遗传变异的关系　教案

核心素养微专题——科学思维系列（六）细胞分裂与可遗传变异的关系　‎ 命题点一　细胞分裂与基因突变和基因重组的关系 ‎ ‎ ‎【典例】(2019·天津高考)作物M的F1基因杂合,具有优良性状。F1自交形成自交胚的过程见途径1(以两对同源染色体为例)。改造F1相关基因,获得具有与F1优良性状一致的N植株,该植株在形成配子时,有丝分裂替代减数分裂,其卵细胞不能受精,直接发育成克隆胚,过程见途径2。据图回答:‎ ‎ ‎ ‎(1)与途径1相比,途径2中N植株形成配子时由于有丝分裂替代减数分裂,不会发生由______________________________和____________________________导致的基因重组,也不会发生染色体数目____________。 ‎ ‎(2)基因杂合是保持F1优良性状的必要条件。以n对独立遗传的等位基因为例,理论上,自交胚与F1基因型一致的概率是__________________,克隆胚与N植株基因型一致的概率是____________。 ‎ ‎(3)通过途径____________获得的后代可保持F1的优良性状。 ‎ ‎【名师讲题】‎ ‎※题眼:‎ ‎(1)有丝分裂替代减数分裂:基因重组→交叉互换和自由组合。‎ ‎(2)基因杂合是保持F1优良性状的必要条件:自交→杂合子比例=(1/2)n。‎ ‎(3)保持F1的优良性状:无性生殖→途径2。‎ ‎※解题:‎ 破解(1)　途径1经减数分裂形成配子,途径2经有丝分裂产生配子→有丝分裂过程中不发生基因重组,且子细胞中染色体数不减半→与途径1相比,途径2中N植株不发生同源染色体非姐妹染色单体的交叉互换和非同源染色体的自由组合,也不会发生染色体数目减半。‎ 破解(2)　①保持F1优良性状需要基因杂合→一对杂合基因的个体自交获得杂合子的概率是1/2,该植株有n对独立遗传的等位基因→根据自由组合定律,杂合子自交子代中每对基因均杂合的概率为1/2n→自交胚与F1基因型(基因杂合)一致的概率为1/2n。‎ ‎②克隆胚→子代和N植株遗传信息一致→克隆胚与N植株基因型一致的概率是100%。‎ 破解(3)　途径1有性生殖→基因重组,F1产生的配子具有多样性,经受精作用后的子代具有多样性,不一定保持F1的优良性状;途径2无性生殖→不存在基因重组,子代和亲本的遗传信息一致,保持F1的优良性状。‎ ‎※答案:(1)同源染色体非姐妹染色单体交叉互换　非同源染色体自由组合　减半　(2)1/2n　100%　(3)2‎ ‎ ‎ ‎1.明确基因重组的两种类型和时期:‎ ‎(1)减数第一次分裂前期:同源染色体上的非等位基因交叉互换而重组。‎ ‎(2)减数第一次分裂后期:‎ 非同源染色体上的非等位基因因非同源染色体自由组合而重组。‎ ‎2.理解两种突变型个体出现的过程(用A、a表示等位基因):‎ ‎(1)显性突变:aa→Aa。‎ ‎(2)隐性突变:AA→Aa。‎ ‎3.看懂分裂图像中的变异类型:‎ ‎ ‎ ‎(1)图甲的变异类型属于基因突变。‎ ‎(2)图乙的变异类型属于基因突变或基因重组。‎ ‎①若该生物基因型为AA,则该变异类型为基因突变。‎ ‎②若该生物的基因型为Aa,则该变异最可能是基因重组。‎ ‎4.结合基因型看懂分裂图像中的变异类型:‎ 如图所示为基因型AaBb(两对基因独立遗传)的某种二倍体动物的两个正处在分裂状态的细胞。‎ ‎ ‎ ‎(1)图甲细胞进行有丝分裂,故甲细胞同一染色体上出现等位基因A和a的原因为基因突变;图乙细胞处于减Ⅱ后期,故该细胞可能发生了基因突变或交叉互换而出现等位基因A和a。‎ ‎(2)A、a与B、b两对基因独立遗传,图甲细胞中一条染色体上同时含有a和b,图甲细胞发生了染色体结构变异(或易位)。‎ ‎(3)A、a与B、b两对基因独立遗传,图乙细胞中一条染色体上同时含有A和b,图乙细胞发生了染色体结构变异(或易位)。‎ ‎ ‎ ‎1.如图是基因型为AABb的某动物进行细胞分裂的示意图,下列相关叙述错误的是 (　　)‎ ‎ ‎ A.此细胞形成过程中发生了基因突变 B.此细胞含有其母细胞一半的细胞质 C.此细胞可形成两种基因型的子细胞 D.此细胞中的染色单体在减数第一次分裂前的间期形成 ‎【解析】选B。该生物的基因型为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,A项正确;若此细胞为次级精母细胞,则含有其母细胞一半的细胞质。若此细胞为次级卵母细胞,由于初级卵母细胞的细胞质不均等分裂,则该次级卵母细胞含有其母细胞大部分的细胞质。若此细胞为第一极体,由于初级卵母细胞的细胞质不均等分裂,则该极体含有其母细胞的一小部分细胞质,B项错误;此细胞继续分裂可形成AB和aB两种基因型的子细胞,C项正确;此细胞处于减数第二次分裂,细胞中的染色单体是在减数第一次分裂前的间期形成的,D项正确。‎ ‎2.(2017·浙江4月选考真题)二倍体动物某个精原细胞形成精细胞过程中,不同时期细胞的核DNA相对含量和染色体数目如图所示。下列叙述错误的是(　　)‎ ‎ ‎ A.乙时期细胞和丙时期均含两个染色体组 B.甲→乙过程中DNA复制前需合成RNA聚合酶 C.乙→丙过程中可发生基因重组和基因突变 D.丙→丁过程中着丝粒(点)分裂、姐妹染色单体分离 ‎【解析】选D。乙时期是细胞减数第一次分裂前期至后期,此时每条染色体包含两条染色单体,细胞内的染色体数是2n,含两个染色体组,丙时期是细胞减数第二次分裂的后期,细胞均含有两个染色体组,A项正确;甲→乙过程,DNA复制前需要合成一些蛋白质,而合成蛋白质需要进行转录和翻译,因此需要合成RNA聚合酶,B项正确;乙→丙过程是减数第一次分裂前期到减数第二次分裂后期,其中,在减数第一次分裂前期,同源染色体的非姐妹染色单体会发生交叉互换,可能造成基因重组;在减数第一次分裂后期,非同源染色体上的非等位基因自由组合,属于基因重组,而基因突变可能发生在任何时期,C项正确;丙的染色体和DNA数目相同,是减数第二次分裂后期,而丁时期细胞内的DNA和染色体数都已变到n,因此丁时期是减数第二次分裂末期,而着丝粒(点)分裂的过程应在丙时期之前,而不是丙→丁的过程中,D项错误。‎ ‎3.(2015·海南高考)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 ________________________________________________________。 ‎ ‎【解析】本题考查变异和细胞分裂图像识别的有关知识。‎ ‎(1)基因重组主要发生在高等动物配子形成过程中。精子或卵细胞的形成过程中,在减数第一次分裂后期,位于 非同源染色体上的基因会发生自由组合;在减数第一次分裂前期,同源染色体的非姐妹染色单体之间可能会发生交换(交叉互换),这两种情况都可能导致基因重组,从而产生基因组成不同的配子。‎ ‎(2)根据题意,该物种染色体数目为2n,图甲细胞内染色体数目为2n且存在同源染色体,并含有姐妹染色单体,故可判断图甲表示初级精母细胞;而图乙中没有同源染色体,也无染色单体,表示精细胞。‎ ‎(3)单倍体是指体细胞内含有本物种配子染色体数目的个体。‎ 答案:(1)自由组合　 交换 ‎(2)初级精母细胞 　精细胞 ‎(3)体细胞内含有本物种配子染色体数目的个体 命题点二　细胞分裂与染色体变异的关系 ‎ ‎ ‎【典例】(2020·武汉模拟)多倍体鱼类较正常鱼个体大、生长速度快、抗逆性强。下面是采用低温和秋水仙素处理,利用二倍体鱼培育多倍体鱼的示意图。下列叙述正确的是 (　　)‎ ‎ ‎ A.由a、b分别受精后发育成的①和②所含染色体组数目相同 B.培育过程中可发生三种可遗传变异 C.秋水仙素阻止染色单体分离导致染色体数目加倍 D.在培育过程中,低温处理和秋水仙素处理的作用原理不同 ‎【名师讲题】‎ ‎※题眼:‎ ‎(1)低温抑制极体排出→受精后形成多倍体(2n+n=3n)。‎ ‎(2)受精(n+n=2n)→秋水仙素→抑制纺锤体形成→染色体加倍→形成多倍体(4n)。‎ ‎※解题:‎ 破解A项:图中含有2个染色体组的卵细胞+含有1个染色体组的精子→①含有3个染色体组;二倍体的受精卵+秋水仙素处理→②含有4个染色体组。‎ 破解B项:图示包括真核生物有丝分裂和减数分裂→基因突变,基因重组;‎ 低温和秋水仙素处理→染色体数目加倍。‎ 破解C项:秋水仙素抑制纺锤体形成→染色体数目加倍。‎ 破解D项:低温处理和秋水仙素处理→抑制纺锤体的形成→染色体数目加倍→作用机理相同。‎ ‎※答案:B ‎ ‎ ‎1.理解减数分裂过程中个别染色体不分离导致的两种结果:‎ 染色体不分离 的时间 减数第一次分裂 减数第二次分裂 不分离的染色体 同源染色体 子染色体 配子中染色体组成 含同源染色体 含相同的染色体 配子的基因组成 含等位基因 含相同的基因 ‎2.读懂两种染色体数目变异的减数分裂图像:‎ ‎(1)减数第一次分裂异常导致的染色体数目变异(正常体细胞中染色体数目为2n):‎ ‎ ‎ ‎(2)减数第二次分裂异常导致的染色体数目变异(正常体细胞中染色体数目为2n):‎ ‎ ‎ ‎3.几种染色体变异类型产生配子的分析方法:‎ 缺体 单体 三体 减数分裂“减半”‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 配子的种类和比例 A∶O=1∶1(O表示不含有该基因)‎ A∶O=1∶1(O表示不含有该基因)‎ AA∶a∶Aa∶A=1∶1∶2∶2‎ 说明 分析三体产生的配子类型时,为了避免混淆,可以进行标号,如AAa。可以记为A1A2a,则染色体的三种分离方式为1A1A2、1a、1A1、1A2a、1A2、1A1a,最后把A合并即可得到各种配子的比例 ‎ ‎ ‎1.一对表现型正常的夫妇,生育了一个有3条性染色体的血友病男孩。某同学结合下图分析该男孩的病因,其中判断不合理的是 (　　)‎ ‎ ‎ A.该男孩的性染色体组成若为XXY,则患病最可能与图丁有关 B.该男孩的性染色体组成若为XYY,则患病可能与图乙有关 C.该男孩患病若与图乙有关,其性染色体组成可能是XXY D.该男孩患病若与图甲有关,其父亲可能发生了基因突变 ‎【解析】选C。该男孩的性染色体组成若为XXY,且患有血友病,由于其父母都是正常人,说明血友病基因来自其母亲,其母亲是血友病基因携带者,产生卵细胞时,在减数第二次分裂时,X染色体的姐妹染色单体未分开,A合理,C不合理;该男孩的性染色体组成若为XYY,且患有血友病,由于其父母都是正常人,说明血友病基因来自其母亲,其母亲是血友病基因携带者,卵细胞内只含1条带血友病基因的X染色体,但是其父亲产生精子的过程中,在减数第二次分裂时,两条Y染色单体未分开,B合理;该男孩患病若与图甲有关,则参与受精的精子可能是X染色体上基因发生了基因突变,D合理。‎ ‎2.(2020·郑州九校联考)如图为一对雌雄果蝇体细胞的染色体图,其中红眼(A)对白眼(a)为显性,长翅(D)对残翅(d)为显性。如表为果蝇性染色体组成与其性别的关系,雌果蝇(XXY)产生的可育配子中性染色体有1条或2条。请分析图和表回答以下问题:‎ ‎ ‎ 性染色 体组成 XY XX XXX XXY XO XYY YY 性别 雄性 雌性 死亡 雌性 雄性 雄性 死亡 ‎(1)正常雄果蝇的一个染色体组中包含____________条染色体。 ‎ ‎(2)若这一对雌雄果蝇交配,则F1中的白眼残翅果蝇的基因型是____________;表现为红眼长翅的雌果蝇中杂合子所占的比例为____________。 ‎ ‎(3)某一次的杂交实验中,产生了一只残翅白眼雌果蝇,原因可能有以下三种:‎ ‎①环境因素改变了果蝇的表现型,遗传物质未变;‎ ‎②亲本减数分裂过程中发生基因突变;‎ ‎③亲本减数分裂过程中发生染色体不分离的现象。‎ 请设计简单的杂交实验,探究该白眼雌果蝇产生的原因。‎ 实验步骤:‎ ‎①选择____________果蝇与该雌果蝇进行杂交; ‎ ‎②____________________________________________。 ‎ 结果预测:‎ ‎①若后代雌果蝇均表现为红眼,雄果蝇全表现为红眼或红眼∶白眼=1∶1,则为第一种原因;‎ ‎②若__________________________________,则为第二种原因; ‎ ‎③若__________________________________,则为第三种原因,且可进一步推知,减数分裂异常发生于________(填“父本”或“母本”)减数第________次分裂过程中。 ‎ ‎【解析】(1)分析题图可知,果蝇为二倍体生物,其体细胞中共有8条染色体,因此正常雄果蝇的一个染色体组中有4条染色体。‎ ‎(2)同时考虑眼色和翅型时,该对雌雄果蝇的基因型分别为DdXAXa和DdXAY,二者杂交后白眼残翅果蝇的基因型为ddXaY;红眼长翅雌果蝇的基因型为D_XAXA和D_XAXa,其中纯合子(DDXAXA)所占比例为1/3×1/2=1/6,因此杂合子所占比例为1-1/6=5/6。‎ ‎(3)该果蝇为白眼雌果蝇,结合结果预测中的信息可知,不宜选择白眼雄果蝇进行杂交,可选择正常红眼雄果蝇与该白眼雌果蝇杂交,然后统计后代的性状表现和比例,分析得出该白眼雌果蝇产生的原因。仅考虑眼色时,亲本雌、雄果蝇的基因型分别是XAXa、XAY,正常情况下后代雌果蝇的基因型为XAXA或XAXa。如果亲本在减数分裂时发生了基因突变,则该子代白眼雌果蝇的基因型为XaXa,它与红眼雄果蝇(XAY)杂交,后代中雌果蝇均表现为红眼,雄果蝇均表现为白眼。如果该白眼雌果蝇是亲本减数分裂过程中发生染色体不分离所致,则该果蝇的基因型为XaXaY,结合亲本的基因型可知,该果蝇是亲本雌果蝇在减数第二次分裂后期含两个a的X染色体未分离,形成含XaXa的卵细胞,此卵细胞与含Y的精子结合发育而来的,该果蝇产生的配子的类型及比例为XaXa∶XaY∶Xa∶Y=1∶2∶2∶1,则该白眼雌果蝇与红眼雄果蝇(XAY)交配,后代的基因型及比例为:‎ 配子 ‎1XaXa ‎2XaY ‎2Xa ‎1Y XA ‎1XAXaXa ‎(死亡)‎ ‎2XAXaY ‎(红眼雌)‎ ‎2XAXa ‎(红眼雌)‎ ‎1XAY ‎(红眼雄)‎ Y ‎1XaXaY ‎(白眼雌)‎ ‎2XaYY ‎(白眼雄)‎ ‎2XaY ‎(白眼雄)‎ ‎1YY ‎(死亡)‎ 因此后代雌果蝇中红眼∶白眼=4∶1,雄果蝇中红眼∶白眼=1∶4。‎ 答案:(1)4　(2)ddXaY　5/6　‎ ‎(3)实验步骤:‎ ‎①正常红眼雄　②统计后代的性状表现和比例 结果预测:‎ ‎②后代雌果蝇均为红眼,雄果蝇均为白眼 ‎③后代雌果蝇红眼∶白眼=4∶1,雄果蝇红眼∶白眼=1∶4　母本　二 ‎【加固训练】‎ ‎　　某二倍体植物宽叶(M)对窄叶(m)为显性,红花(R)对白花(r)为显性。m、r 的位置如下面左图所示。一批窄叶白花植株经诱导产生了下图甲、乙、丙所示的突变。现有一株由纯种宽叶红花诱导得到的突变体,推测其体细胞内发生的变异与M无关,且为图甲、乙、丙所示变异类型中的一种,其他同源染色体数目及结构正常。现只有甲、乙、丙植株可供选择,请设计一代杂交实验确定该宽叶红花突变体的变异类型是图示甲、乙、丙类型中的哪一种。(注:各类型配子活力相同,控制某一性状的基因都缺失时,幼胚死亡)‎ ‎(1)图甲、乙、丙所示的变异类型依次是__________________、__________________、__________________(请具体表述)。‎ ‎(2)实验步骤:‎ ‎①__________________。‎ ‎②观察、统计后代表现型及比例。‎ ‎(3)结果预测:‎ ‎①若________________________________________________________,‎ 则该宽叶红花突变体为图甲所示变异类型;‎ ‎②若________________________________________________________,‎ 则该宽叶红花突变体为图乙所示变异类型;‎ ‎③若________________________________________________________,‎ 则该宽叶红花突变体为图丙所示变异类型。‎ ‎【解析】据图分析,纯种窄叶白花的基因型为mmrr,且两对基因位于一对同源染色体上。甲图中一条染色体上的r变成了R,发生了基因突变,属于显性突变;乙图中一条染色体上r所在的片段丢失,属于染色体结构变异中的缺失;‎ 丙图中一条染色体缺失,属于染色体数目的变异。‎ ‎(1)根据以上分析可知,图甲发生了基因突变,图乙发生了染色体结构变异中的缺失,图丙中一条染色体缺失,属于染色体数目的变异。‎ ‎(2)要通过一代杂交实验确定该宽叶红花突变体的变异类型是图示甲、乙、丙类型中的哪一种,可以让该突变体与乙或丙植株杂交,通过观察、统计后代表现型及比例进行判断。‎ ‎(3)Ⅰ.若后代的宽叶红花与宽叶白花植株的比为1∶1,说明该宽叶红花突变体为图甲所示变异类型。‎ Ⅱ.若宽叶红花与宽叶白花植株的比为2∶1(控制某一性状的基因都缺失时,幼胚死亡),说明该宽叶红花突变体为图乙所示变异类型。‎ Ⅲ.若宽叶红花与窄叶白花植株的比为2∶1,则该宽叶红花突变体为图丙所示变异类型。‎ 答案:(1)基因突变　(染色体结构变异中的)缺失　染色体数目变异 ‎(2)用该突变体与乙或丙植株杂交 ‎(3)宽叶红花与宽叶白花植株的比为1∶1‎ 宽叶红花与宽叶白花植株的比为2∶1‎ 宽叶红花与窄叶白花植株的比为2∶1 ‎ ‎ ‎