知识技能专项突破 6 细胞分裂与可遗传变异的关系 一、细胞分裂与基因突变 1. 发生时期 基因突变主要发生在细胞分裂间期 DNA 复制过程中。 2. 发生原因 DNA 复制过程中，基因内部的脱氧核苷酸的数量、顺序、种类发生了局部改变从而改变 了遗传信息。 3. 变异图像 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，突变 一般发生在同源染色体中的某一条染色体上，可能发生隐性突变，也可能发生显性突 变，通过突变产生等位基因。 4. 所属分裂 基因突变即可发生在有丝分裂间期，也可发生在减数第一次分裂前的间期。 【典例 1】　（2021·南京模拟）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 解析：(1)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。 (2)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。 (3)由题干信息可知动物体细胞内含有二个染色体组，图示细胞所含染色体组数目是体细胞 的一半，在有丝分裂后期最多含有四个染色体组。 答案　A 基因突变对子细胞种类的影响 基因突变可以改变子细胞的种类数目，以基因型为 AABb 的细胞为例： 分裂类型 有丝分裂 减数分裂 未变异子细胞类型 AABb、AABb AB、AB、Ab、Ab 基因突变举例 A→a A→a 变异后子细胞类型 AaBb、AABb AB、AB、Ab、ab 1.(2021·河南九师联盟质检)如图是某基因型为 AABb 的哺乳动物细胞分裂的示意图，下列 有关叙述正确的是(　　) A.基因 B 和 b 中脱氧核苷酸的数量一定不同 B.甲细胞中染色体①和②上的基因一定是等位基因 C.乙细胞中出现基因 A 和 a 的原因一定是基因突变 D.甲、乙细胞中一个染色体组中染色体数目一定不同 解析　基因 B 和 b 是一对等位基因，它们的基因结构不同，表现为脱氧核苷酸的数量或排 列顺序不同，A 错误；甲细胞中染色体①和②是同源染色体，据图示分析，①和②上的基 因可以是相同基因或等位基因，B 错误；由于该哺乳动物的基因型为 AABb，乙细胞中出 现基因 a 的原因一定是基因突变，C 正确；甲、乙细胞中一个染色体组中染色体数目均为 2，D 错误。 答案　C 2.(2021·杭州一模)如图是基因型为 AaBb 的某动物的一个精原细胞经减数分裂过程产生的一 个细胞的示意图，据图分析下列叙述正确的是(　　) A.图中细胞处于减数第二次分裂，为次级精母细胞，内含 8 条染色体 B.此精原细胞在四分体时期染色体发生了交叉互换，此变异属于染色体结构变异 C.此精原细胞经减数分裂过程形成四个精子，其基因型一定为 AB、Ab、aB、ab D.此精原细胞在减数第一次分裂后期，移向细胞一极的基因可能是 A、a、b、b 解析　图中细胞处于减数第二次分裂，为次级精母细胞，着丝点没有分裂，细胞内含 4 条 染色体，8 条染色单体，A 错误；四分体时期同源染色体可发生交叉互换，由此引起的变 异属于基因重组，B 错误；据图可知，该细胞可能发生过交叉互换或基因突变，若发生交 叉互换，该细胞经减数分裂形成的 4 个精子的基因型分别为 AB、Ab、aB、ab；若发生基 因突变，该细胞经减数分裂只能形成 3 种精子(AB、aB、Ab 或 AB、aB、ab)，C 错误；该 细胞可能在减数第一次分裂前期发生过交叉互换，因此在减数第一次分裂后期，移向细胞 一极的基因可能是 A、a、b、b，D 正确。 答案　D 3.(2021·宁波调研)甲图为某哺乳动物体细胞中部分染色体及其上的基因示意图，乙、丙、 丁图为该动物处于不同分裂时期的染色体示意图。下列叙述正确的是(　　) A.甲、乙、丙图示细胞中都含同源染色体，有 8 条染色单体出现 B.在乙、丙、丁图示细胞中，仅乙为有丝分裂且含 4 个染色体组 C.甲、丙图示细胞含有 2 个染色体组，丁图细胞为次级精母细胞 D.甲图所示两姐妹染色单体携带的基因不同，原因可能是发生过基因突变或交叉互换 解析　甲、乙、丙图示细胞中都含同源染色体，但乙中无染色单体， A 错误；乙、丙、丁 图示细胞中，乙为有丝分裂后期，含 4 个染色体组，丙为减数第一次分裂后期，含 2 个染 色体组，丁为减数第二次分裂中期，含 1 个染色体组，B 正确；由丙图细胞质不均等分裂 可判断该生物为雌性，丁图为第一极体或次级卵母细胞， C 错误；甲图所示两姐妹染色单 体携带的基因不同，说明该细胞发生过基因突变，D 错误。 答案　B 二、细胞分裂与基因重组 1. 发生时期 基因重组可发生在减数第一次分裂前期和后期。 2. 发生原因 同源染色体的交叉互换和非同源染色体的自由组合即可使非等位基因发生重新组合， 从而导致基因重组。 3. 变异类型 （1）自由组合型：减数第一次分裂后期非同源染色体上非等位基因自由组合导致基因 重组（必定发生） （2）交叉互换型：减数第一次分裂前期同源染色体非姐妹染色单体交叉互换导致基因 重组（往往发生） 4. 所属分裂 在细胞分裂过程中，基因重组只能发生在减数分裂。 【典例 2】　(2022·石家庄一诊)图 1、图 2 表示某基因型为 AaBb 的二倍体动物在生殖发育 过程中正在分裂的两个细胞。下列相关叙述错误的是(　　) A.图 1 所示细胞中①处染色体上出现 a 基因的原因是基因突变 B.图 2 所示细胞中②处染色体上出现 a 基因的原因很可能是交叉互换 C.图 1 所示细胞与图 2 所示细胞均具有四对同源染色体 D.选该动物的睾丸制作切片可同时观察到图 1、图 2 所示细胞图像 解析　据题图分析图 1 所示细胞处于有丝分裂后期，所以①处染色体上出现 a 基因的原因 是基因突变，A 正确；图 2 所示细胞处于减数第一次分裂后期， ②处染色体上出现 a 基因 的原因很可能是同源染色体的非姐妹染色单体之间发生交叉互换，B 正确；图 1 所示细胞 具有四对同源染色体，图 2 所示细胞具有两对同源染色体，C 错误；由于图 2 中细胞质均 等分裂，所以该细胞为初级精母细胞。想在一个装片中同时观察到图 1、图 2 所示细胞图 像，应选该动物的睾丸制作切片，D 正确。 答案　C 姐妹染色单体(或分开后形成的子染色体上)存在等位基因的原因分析 (1)若为有丝分裂(如图 1)，则为基因突变。 (2)若为减数分裂(如图 2)，则可能是交叉互换或基因突变，需要再结合个体的基因型和基因 个数进行判断。 1.（2022 届·深圳中学开学考）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．B 与 b 的分离发生在减数第一次分裂 C．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 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，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。 答案　C 2.(2021·青岛调研)研究人员对珍珠贝(AaBb)有丝分裂和减数分裂细胞中的染色体形态、数 目和分布进行了观察分析，甲图为其细胞一个分裂时期的示意图 (仅示部分染色体)，乙图 中细胞类型是依据不同时期细胞中染色体数和核 DNA 分子数的数量关系划分的。请回答 下列问题： (1)图甲中细胞分裂的方式和时期是___________________________________， 其对应于图乙中________类型细胞，该细胞中 a 基因出现的原因最可能是_______________ ________________________________________。 (2)图乙中，孟德尔遗传定律发生在________类型细胞中，其实质是____________________ _____________________________。 (3)染色后用显微镜观察时发现几种不同特征的分裂中期细胞，若它们是正常分裂的，进入 后期时，对应乙图中的细胞类型可以是___________________________________。 解析　(1)图甲细胞中无同源染色体，且染色体散乱排布，因此处于减数第二次分裂前期。 图乙中 a 处于有丝分裂后期，b 处于有丝分裂前、中期或减数第一次分裂，c 处于减数第二 次分裂后期，d 处于减数第二次分裂前、中期，e 代表成熟生殖细胞，故图甲中细胞对应图 乙中的 d 类细胞。由于该生物的基因型是 AaBb，该细胞中 a 基因出现的原因有两种可能性， 一是减数第一次分裂前期，同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换，二是发生基因突 变。根据图示可知，最可能的是发生了交叉互换。(2)孟德尔遗传定律发生在减数第一次分 裂后期，对应图乙中的 b 类细胞，其实质是同源染色体分离，其上的等位基因分离；非同 源染色体自由组合，其上的非等位基因自由组合。(3)染色后用显微镜观察时发现几种不同 特征的分裂中期细胞，可以处于有丝分裂、减数第一次分裂和减数第二次分裂，分裂后期 对应于乙图中的细胞类型可以是 a 有丝分裂后期、b 减数第一次分裂后期、c 减数第二次分 裂后期。 答案　(1)减数第二次分裂前期　d　减数第一次分裂前期，同源染色体的非姐妹染色单体 发生交叉互换　(2)b　同源染色体分离，其上的等位基因分离；非同源染色体自由组合， 其上非等位基因的自由组合　(3)a、b、c 3.(高考真题)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，