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第1节 减数分裂和受精作用
一、减数分裂的相关概念
1．同源染色体与非同源染色体
(1)同源染色体：减数分裂过程中配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方。
(2)非同源染色体：形状、大小不相同，且在减数分裂过程中不进行配对的染色体。
2．联会和四分体
(1)联会：在减数分裂过程中，同源染色体两两配对的现象。
(2)四分体：联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫作四分体。
【易错警示】同源染色体不只存在于精原细胞或卵原细胞中，对大多数生物来讲，精原细胞、卵原细胞还有正常的体细胞中都存在成对的同源染色体，但仅在减数分裂过程中才会出现联会现象。
强化记忆：
下图表示细胞分裂某时期的图像，请分析：
(1)图示染色体中属于同源染色体的是哪些？哪些是非同源染色体？
提示　A、B是一对同源染色体；C、D是另一对同源染色体。属于非同源染色体的有：A、C，A、D，B、C，B、D。
(2)四分体、染色体、染色单体和DNA分子数之间的数量关系是怎样的？乙图中四分体、染色体、染色单体各有几个(条)
提示　1个四分体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子。乙图中有2个四分体、4条染色体、8条染色单体。
(3)甲图中有染色单体吗？乙图中的a、a′是什么关系？a、b是什么关系？
提示　甲图中没有染色单体。乙图中的a、a′是姐妹染色单体。a、b是同源染色体中的非姐妹染色单体。
二、精子的形成过程
1．形成场所
人和其他哺乳动物的睾丸(曲细精管)。
2．染色体的主要行为
强化记忆：
1．请就减数分裂过程中两个分裂阶段进行比较(假设体细胞染色体数和核DNA分子数均为2n)
项目 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ
分裂前的间期DNA的复制与否 复制 不复制
同源染色体 有 无
着丝粒变化 不分裂 分裂
染色体主要行为 ①同源染色体联会； ②四分体中非姐妹染色单体可以发生互换； ③同源染色体分离，非同源染色体自由组合 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条染色体，分别移向细胞两极
染色体数目 2n→n n→2n→n
核DNA数目 4n→2n 2n→n
染色单体数 4n→2n 2n→0
2．不考虑四分体中的非姐妹染色单体的互换，来自同一次级精母细胞的两个精细胞的染色体组成是否相同？如果考虑四分体中的非姐妹染色单体的互换呢？
提示　不考虑四分体中的非姐妹染色单体的互换，来自同一次级精母细胞的两个精细胞的染色体组成是相同的；如果考虑四分体中的非姐妹染色单体的互换，来自同一次级精母细胞的两个精细胞的染色体组成不相同。
必背知识：
1．减数分裂Ⅰ过程中染色体的主要行为有：同源染色体联会形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体之间可发生互换；同源染色体排列在赤道板两侧；同源染色体分离，进入两个子细胞，导致染色体数目减半。
2．减数分裂Ⅱ过程与有丝分裂相似，染色体的主要行为有：染色体的着丝粒排列在赤道板上，着丝粒分裂，染色体数目暂时加倍。
3．减数分裂Ⅰ过程中，同源染色体两两配对的现象叫作联会，联会是减数分裂中特有的染色体行为。
4．联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫作四分体。一对同源染色体形成一个四分体。
5．减数分裂Ⅰ过程中，四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕，并交换相应的片段。
三、卵细胞的形成过程
1．形成场所：卵巢。
2．形成过程
3．减数分裂的概念
减数分裂是进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。
【易错警示】　区分精子与卵细胞形成过程中的细胞分裂图像的标准是细胞质是否均等分裂。如果细胞质不均等分裂，可以确定其为卵细胞的形成过程图像，如果细胞质均等分裂，可能为精细胞的形成过程图像，也可能是极体的分裂图像。
强化记忆：
请就动物精子和卵细胞形成过程进行比较
项目 精子形成过程 卵细胞形成过程
部位 睾丸 卵巢
原始生殖细胞 精原细胞 卵原细胞
细胞质的分裂方式 均等分裂 极体均等分裂，初级卵母细胞、次级卵母细胞不均等分裂
分裂结果 一个精原细胞→四个精细胞(生殖细胞) 一个卵原细胞→一个卵细胞(生殖细胞)＋三个极体(退化消失)
是否变形 变形 不需变形
四、减数分裂中染色体、核DNA等数目的变化规律
减数分裂过程中染色体数、染色单体数和核DNA含量的变化(假设某生物正常体细胞中染色体数目为2n，核DNA数为2c)。
细胞分裂图像 相关时期 染色体数 核DNA数 染色单体数
间期 2n 2c→4c 0→4n
减 数 分 裂 Ⅰ 前期 2n 4c 4n
中期 2n 4c 4n
后期 2n 4c 4n
末期 2n→n 4c→2c 4n→2n
减 数 分 裂 Ⅱ 前期 n 2c 2n
中期 n 2c 2n
后期 2n 2c 0
末期 2n→n 2c→c 0
强化记忆：
1．结合上表数据，在给出的坐标系中画出染色体数目和核DNA含量的变化曲线。
提示　如图
2．请结合减数分裂相关过程中染色体、染色单体和核DNA含量的柱形图(以精子形成过程为例)，判断各时期细胞名称。
五、有丝分裂与减数分裂图像辨析
1．前期
图像
时期 有丝分裂前期 减数分裂Ⅰ前期 减数分裂Ⅱ前期
依据 有同源染色体，但不联会 有同源染色体联会现象 无同源染色体，且染色体散乱分布
2．中期
图像
时期 有丝分裂中期 减数分裂Ⅰ中期 减数分裂Ⅱ中期
依据 有同源染色体，且着丝粒排列在赤道板上 同源染色体排列在赤道板两侧 无同源染色体，且着丝粒排列在赤道板上
3．后期
图像
时期 有丝分裂后期 减数分裂Ⅰ后期 减数分裂Ⅱ后期
依据 有同源染色体，且着丝粒分裂后移向两极 同源染色体分离并移向两极 无同源染色体，且着丝粒分裂后移向两极
【归纳总结】　有丝分裂、减数分裂的图像识别方法(以哺乳动物为例)
有无同源染色体
必背知识：
1．一个精原细胞能产生四个精子，而一个卵原细胞只能产生一个卵细胞。
2．精子形成过程中，细胞质都是均等分裂的；卵细胞形成过程中，初级(次级)卵母细胞的细胞质不均等分裂，极体的细胞质均等分裂。
3．次级精(卵)母细胞内染色体数目并不都是体细胞的一半，在减数分裂Ⅱ后期，次级精(卵)母细胞内染色体数目与体细胞是相同的。
六、观察蝗虫精母细胞减数分裂装片
1．目的要求
通过观察蝗虫精母细胞减数分裂装片，识别减数分裂不同时期染色体的形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。
2．材料用具
蝗虫精母细胞减数分裂装片，显微镜。
3．实验步骤
4．实验现象
在减数分裂Ⅰ中期，可以看到同源染色体有序地排列在赤道板两侧(不是着丝粒排列在赤道板上，这是与有丝分裂相区别的地方)；在减数分裂Ⅱ过程中，着丝粒将会排列在赤道板上，次级精母细胞(减数分裂Ⅱ后期除外)中的染色体数目是正常体细胞染色体数目的一半，且次级精母细胞中没有同源染色体。
5．注意事项
(1)判断各时期细胞的依据是减数分裂过程中各个时期染色体变化的特点。
(2)可通过比较同一时刻不同细胞的染色体特点，来推测一个精母细胞在不同分裂时期染色体的连续变化。
(3)画图时较暗的地方不能用铅笔涂黑，而要用细点来表示。
(4)选材时，宜选用雄性(填“雄性”或“雌性”)个体的生殖器官作为实验材料，这是因为雄性个体产生的雄配子数量远远多于雌性个体产生的雌配子的数量。
七、配子中染色体组合的多样性
项目 操作
准备 (1)材料用具：较大的白纸，铅笔或彩笔，适于制作染色体的材料(如橡皮泥、扭扭棒、细树枝、纸卷等)
(2)用两种颜色的橡皮泥分别制作两条大小不同的染色体。两条长的染色体为一对同源染色体，两条短的染色体为另一对同源染色体，两种颜色分别代表来自父方和母方
(3)在纸上画一个足够大的初级精母细胞的轮廓、中心体和纺锤体等结构
模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化 (4)把做好的染色体放在画好的细胞内，让长度相同、颜色不同的两条染色体配对，使着丝粒靠近。将两对染色体横向分别排列在细胞中央的赤道板两侧。双手分别抓住并移动染色体的着丝粒，使两种颜色的染色体分离，分别移向细胞的两极
(5)在另一张纸上再画两个次级精母细胞的轮廓，并画出中心体和纺锤体。将已经移到细胞两极的染色体分别放到这两个新细胞中
(6)把新细胞中的染色体横向排列在细胞中央的赤道板处。平均分开每条染色体上连接染色单体的小块橡皮泥——相当于着丝粒分离。再将染色体分别拉向细胞的两极。然后，在两极有染色体的部分画出细胞轮廓，代表新细胞生成
模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合 将两对染色体横向排列在细胞中央的赤道板处，这次要在赤道板的每一侧放两条与之前相比不同颜色组合的染色体，重复步骤(4)～(6)，比较形成的子细胞与前一次分裂结果的差异
模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换 假设在四分体时期发生了一次同源染色体的非姐妹染色单体间的互换，重复步骤(4)～(6)，比较形成的子细胞与前面分裂结果的差异
强化记忆：
1．请总结产生配子多样性的规律
含n对同源染色体的精(卵)原细胞形成的配子种类(不考虑同源染色体的非姐妹染色单体互换)
项目 配子个数 配子种类
一个精原细胞 4个 2种
一个雄性个体 2n种
一个卵原细胞 1个 1种
一个雌性个体 2n种
2．含有n对同源染色体的生物体可产生的配子类型有时候要比上述结论多，可能的原因是什么？
提示　四分体时期发生了同源染色体的非姐妹染色单体间的互换。
八、受精作用
1．概念：卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
2．过程
图示 过程
精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面
卵细胞的细胞膜发生复杂的生理反应，阻止其他精子再进入
实质：精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合，使彼此的染色体会合在一起
3．结果
受精卵中的染色体一半来自精子(父方)，另一半来自卵细胞(母方)，受精卵中的染色体数目恢复到体细胞中染色体的数目，保证了物种染色体数目的稳定。
4．意义
(1)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。这种多样性有利于生物适应多变的自然环境，有利于生物在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。
(2)减数分裂和受精作用保证了每种生物(有性生殖的生物)前后代染色体数目的恒定，维持了生物遗传的稳定性，对于生物的遗传和变异都具有重要意义。
强化记忆：
每一种生物在繁衍过程中，既保持遗传的稳定性，又表现出遗传的多样性，从配子形成和受精作用两个方面，分别对遗传的稳定性与多样性的原因进行概述，完成下表。
项目 遗传稳定性 遗传多样性
配子 形成 减数分裂形成的配子中的染色体数目减半，而且每个配子中的染色体是一整套非同源染色体的组合 在减数分裂过程中，联会时同源染色体非姐妹染色单体间的互换，减数分裂Ⅰ时非同源染色体的自由组合，都导致了配子中染色体组合的多样性
受精 作用 卵细胞和精子的结合，使受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，生物体的性状主要是由染色体上的遗传物质控制的，因此，染色体数目的恒定维持了遗传的稳定性 卵细胞和精子的随机结合，进一步增加了受精卵中染色体组合的多样性，因而增加了遗传的多样性
必背知识：
1．受精卵核内的遗传物质一半来自父方，一半来自母方，其细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
2．同一双亲子代具有多样性的原因
(1)减数分裂过程中，联会时同源染色体非姐妹染色单体间的互换，减数分裂Ⅰ时，非同源染色体的自由组合，都导致了配子中染色体组合的多样性。
(2)卵细胞和精子的随机结合，进一步增加了受精卵中染色体组合的多样性。
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