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第2章 基因和染色体的关系
第1节 减数分裂和受精作用
一种特殊的有丝分裂
温故知新：
●无丝分裂
●有丝分裂
体细胞
真核细胞的分裂方式：
●减数分裂——生殖细胞
植物细胞的有丝分裂
细胞周期：
分裂间期和分裂期
分裂间期
①DNA的复制
②蛋白质的合成
③细胞适度的生长
染色质的复制
前期：膜、仁消失现两体
中期：形定数晰赤道齐
后期：粒裂数增均两极
末期：两消两现建新壁
姐妹染色单体间期形成，前期出现，后期消失
有丝分裂
意义：
保持亲代细胞和子代细胞遗传的稳定性
1条染色体
1个DNA
无染色单体
1条染色体
2个DNA
2个染色单体
1条染色体
2个DNA
2个染色单体
2条染色体
2个DNA
无染色单体
复制
螺旋化
着丝粒分裂
染色体加倍
染色体、染色单体、DNA三者之间的关系：
温故知新：
特点：染色体复制一次，细胞
分裂一次
结果：子细胞和亲代细胞染色体数
相同。
形成生殖细胞
假设进行有性生殖的生物以有丝分裂的方式产生两性生殖细胞。
精子
卵细胞
受精卵
受精作用
细胞分裂
细胞分化
（92）
（46）
（46）
雄性个体
雌性个体
（46）
（46）
（92）
生殖细胞的形成不能通过有丝分裂的方式
个体
以人为例
形成生殖细胞
精子
卵细胞
受精卵
受精作用
细胞分裂
细胞分化
（46）
（23）
（23）
雄性个体
雌性个体
（46）
（46）
（46）
生殖细胞的形成通过减数分裂的方式
个体
以人为例
问题探讨：
　　在腐烂的水果周围常可看到飞舞的果蝇。果蝇的生长周期短，繁殖快，染色体少且容易观察，是遗传学上常用的实验材料。
讨论：
1、配子的染色体与体细胞的染色体有什么差别？
2、针对这幅图，你还能提出什么问题或猜想？
配子不是通过有丝分裂的方式产生的，可能是通过减数分裂产生的，染色体的数目减少一半。受精时，雌雄配子结合，染色体数目得以恢复正常。
体细胞
配子
果蝇体细胞和配子的染色体示意图
①配子中的染色体数目是体细胞中的一半;
②配子的染色体是由体细胞的每对同源染色体中的一条组合而成的。
P
配子
F1
♂
♀
（体细胞4对染色体）
（体细胞4对染色体）
×
精子
（4条染色体）
卵细胞
（4条染色体）
（体细胞4对染色体）
果蝇体细胞和配子的染色体示意图
魏斯曼的预测：
魏斯曼(1834-1914)
●德国动物学家魏斯曼（A. Weismann，1834-1914）
●预测：在精子和卵细胞成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半；受精时，精子和卵细胞融合，染色体数目得以恢复正常。
●被其他科学家通过显微镜观察所证实。
●这个特殊的过程，实际上是一种特殊方式的有丝分裂，叫做减数分裂（meosis）。
P.20 同源染色体
概念：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，叫作同源染色体。
同源染色体
判断：
同源染色体的形状和大小一定相同。
×
形状和大小相同的两条染色体，一定是同源染色体。
×
X染色体和Y染色体
着丝粒分裂后形成的两条染色体
联会
减数分裂过程中，同源染色体两两配对的现象叫作联会
1个四分体
= 同源染色体
= 染色体
= 染色单体
= DNA分子
= 脱氧核苷酸链
1个四分体
1对
2条
4条
4个
8条
联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫做四分体
巩固
个四分体
个四分体
一
两
①包含 对同源染色体
②包含 条染色体
③包含 个着丝粒
④包含 条染色单体
1
2
2
4
⑤包含个 DNA
4
①包含 对同源染色体
②包含 条染色体
③包含 个着丝粒
④包含 条染色单体
⑤包含个 DNA
2
4
4
8
8
a与b′的关系？
同源染色体
非同源染色体
姐妹染色单体
同源染色体的非姐妹染色单体
A与B的关系？
A与C的关系？
a与a′的关系？
非同源染色体的非姐妹染色单体
a与c′的关系？
：不配对的染色体
互换：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
一、精子的形成过程
1.精子形成的场所：
睾丸（人和其他哺乳动物）
精巢（蜜蜂、蚂蚁等）
花药（植物）
精原细胞
（原始雄性生殖细胞）
体细胞
精原细胞
精细胞
精子
2.精原细胞的分裂方式：
有丝分裂
细胞分化
减数分裂
有丝分裂
变形
减数分裂的过程
（原始生
殖细胞）
成熟生殖细胞
1个
精原细胞
1个
初级精母细胞
2个
次级精母细胞
间期
减数分裂Ⅰ
4个
精细胞
减数分裂Ⅱ
4个
精子
变形
复制
间期
复制
一、精子的形成过程
减数分裂前的间期
初级精母细胞
间期复制
精原细胞
特点：●体积增大，染色体复制，成为初级精母细胞
●复制后的每条染色体都由两条姐妹染色单体构成，由同一个着丝粒连接
●染色体呈染色质丝的状态。
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅰ的前期（四分体时期）：
特点：●分散的染色体缩短变粗并两两配对，同源染色体两两配对的现象叫联会
●联会后的每对同源染色体含有四条姐妹染色单体，叫做四分体
●四分体中的非姐妹染色单体经常缠绕并交换相应片段（互换）。
前期
初级精母细胞
初级精母细胞
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅰ的中期：
特点：● 各对同源染色体排列在细胞中央的赤道板两侧
● 每条染色体的着丝粒都附着在纺锤丝上。
中期
初级精母细胞
初级精母细胞
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅰ的后期：
特点：● 在纺锤丝的牵引下，配对的两条同源染色体彼此分离（着丝粒不分裂）， 分别移向细胞两极
● 细胞的两极只得到各对同源染色体中的一条，即非同源染色体自由组合
后期
初级精母细胞
初级精母细胞
非同源染色体的自由组合
Ａ 　B
a　b
Ａ　b
a　B
第一种可能性
第二种可能性
A
a
B
b
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅰ的末期：
特点：● 在两组染色体到达细胞的两极后，一个初级精母细胞形成两个次级精母细胞
● 细胞的每一极只得到各对同源染色体中的一条
末期
初级精母细胞
次级精母细胞
减数分裂Ⅰ的末期结束，无同源染色体，染色体数目减半。
减数分裂Ⅱ
次级精母细胞
减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ之间通常没有间期，或者间期很短，无染色体的复制。
直接进入
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅱ的前期：
特点： 新细胞中再次形成纺锤体，纺锤丝与染色体相连，这时的染色体依然由
姐妹染色单体组成。
前期
次级精母细胞
次级级精母细胞
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅱ的中期：
特点：纺锤丝牵引着着丝粒将染色体排列在赤道板上。
中期
次级精母细胞
次级级精母细胞
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅱ的后期：
特点：着丝粒一分为二，两条姐妹染色单体分开，形成两条子染色体。
后期
次级精母细胞
次级级精母细胞
一、精子的形成过程
减数分裂Ⅱ的末期：
特点：在纺锤丝的牵引下，子染色体分别移向细胞两极，随着细胞的分裂进入两个子细胞。
末期
次级精母细胞
精细胞
一、精子的形成过程
精细胞变形：精细胞经变形，形成蝌蚪状的精子，分为头部和尾部，头部含有细胞核，尾长，能够摆动。尾部含有大量的线粒体
变形
精子
精细胞
变形不属于减数分裂的过程
减数分裂无细胞周期
注 意
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
精子形成的顺序依次是：
4
→5
→7
→2
→9
→6
→8
→10
→1
→3
一、精子的形成过程
思考：
①减数第一次分裂的实质是 ,减数第二次分裂的实质是__________________。
②染色体数目减半发生的时期是 。
同源染色体分离
姐妹染色单体分离
减数第一次分裂
精细胞
精子
初级精母细胞
次级精母细胞
精原细胞
染色体的数目变化
8
8
8
8→4
4
4
4←8←4
4
4
DNA的数目变化
8→16
8
16
16
16
16→8
8
8
4←8
4
4
染色单体的数目变化
0→16
16
16
16
16→8
8
8
0←8
0
0
时期 DNA 染色体 染色单体 同源染色体（对）
间
前
中
后
末-前
中
后
末
DNA数目初始值2n
时期 DNA 染色体 染色单体 同源染色体（对）
间 2n→4n 2n 0→4n n
前 4n 2n 4n n
中 4n 2n 4n n
后 4n 2n 4n n
末-前 4n→2n 2n→n 4n→2n n→0
中 2n n 2n 0
后 2n n→2n 2n→0 0
末 2n→n 2n→n 0 0
DNA数目初始值2n
次级精母细胞
2N
4N
精原细胞
初级精母细胞
精细胞
DNA 变 化 曲 线
减数分裂 I
减数分裂 II
DNA复制
减数分裂Ⅰ完成时，DNA平均分给2个子细胞
减数分裂Ⅱ完成时，DNA平均分给２个子细胞
2N
4N
次级精母细胞
精原细胞
初级精母细胞
精细胞
染 色 体 变 化 曲 线
减数分裂 I
减数分裂 II
减数分裂Ⅰ完成时，同源染色体平均分给2个子细胞
减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分开
减数分裂Ⅱ完成时染色体平均分给子细胞
次级精母细胞
2N
4N
精原细胞
初级精母细胞
精细胞
染 色 单 体 变 化 曲 线
减数分裂 I
减数分裂 II
DNA复制
减数分裂Ⅰ完成时，同源染色体分离平均分给2个子细胞
减数分裂Ⅱ后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开
练习巩固
下列细胞中分别有几对同源染色体？
有4对
有2对
有2对
没有
判断正误
(1)减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂，同样具有周期性(　　)
(2)对于雄性哺乳动物来说，同源染色体只存在于精原细胞中，而不存在于其他体细胞中(　　)
(3)细胞内的同源染色体都会形成四分体(　　)
×
×
×
下列关于同源染色体和四分体“一定”的叙述，正确的是
A.同源染色体在细胞分裂过程中一定能够配对
B.含有四条姐妹染色单体的一定是四分体
C.一个四分体一定是一对同源染色体
D.一对同源染色体一定是一个四分体
√
减数第一次分裂
联会后才有
随堂练习
下列有关四分体的叙述，正确的是
A.每个四分体包含一对同源染色体的4条染色单体
B.经过复制的同源染色体都能形成四分体
C.四分体时期可能发生姐妹染色单体间的互换
D.四分体出现在减数分裂Ⅰ的每个时期
√
随堂练习
在减数分裂前及分裂过程中，下列有关染色体变化的叙述，正确的是
A.着丝粒在减数分裂Ⅰ后期分裂，染色体数目加倍
B.在减数分裂前，染色体只复制一次
C.在减数分裂Ⅱ过程中，同源染色体分离
D.细胞中同源染色体分离导致染色体数目加倍
√
随堂练习
在减数分裂Ⅰ过程中，染色体变化的顺序是
①同源染色体分离　②四分体　③染色体分配到两个细胞中　④联会
A.①③④② B.④②①③
C.③①②④ D.①③②④
√
减数分裂过程中相关曲线变化
间期
减Ⅰ前期
减Ⅰ中期
减Ⅰ后期
减Ⅰ末期
n
2n
3n
4n
减Ⅱ前期
减Ⅱ中期
减Ⅱ后期
减Ⅱ末期
减数分裂过程中相关曲线变化
间期
减Ⅰ前期
减Ⅰ中期
减Ⅰ后期
减Ⅰ末期
n
2n
3n
4n
减Ⅱ前期
减Ⅱ中期
减Ⅱ后期
减Ⅱ末期
染色体数
细胞一分为二
着丝 粒分裂
细胞一分为二
核DNA数
复制
染色单体数
同源染色体数
右图表示细胞分裂过程中染色体、核DNA变化相对值。下列关a～c段(不含a、c点)的叙述正确的是(　　)
A．细胞中始终存在染色单体
B．细胞中始终存在同源染色体
C．此时期表示初级卵母细胞
D．细胞中染色体和核DNA数之比由1∶2变为1∶1
随堂练习
1.染色体复制发生在:_________________
2.同源染色体的联会发生在:________________
3.同源染色体分离发生在:_________________
4.染色体数目减半发生在:____________________
5. DNA数目减半发生在:______________________
6.减数分裂Ⅱ与有丝分裂相似，但不同的是减数分裂Ⅱ中不存在_______________。
减数分裂Ⅰ前的间期
减数分裂Ⅰ的前期
减数分裂Ⅰ的后期
减数分裂Ⅰ完成时
和减数分裂Ⅱ完成时
减数分裂Ⅰ完成时
同源染色体
根据减数分裂过程染色体行为变化, 回答下列过程各发生的时期:
/减数分裂Ⅰ的末期结束时
四个时期：
1、间期DNA复制：
DNA数量增加，染色体数量不变，染色单体从无到有
2、减数分裂Ⅰ完成时：
三减（DNA数量、染色体数量、染色单体数量都减半）
3、减数分裂Ⅱ后期：着丝粒分裂
DNA不变，染色体增加，染色单体变为0
4、减数分裂Ⅱ完成时：
DNA减半，染色体减半
减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ
同源染色体
着丝粒变化
染色体主要行为
染色体数目
DNA数目
染色单体数
无
有
不分裂
分裂
着丝粒分裂，
姐妹染色单体分开
①同源染色体联会；
2N→N(减半)
2N→4N→2N
0→4N→2N
N→2N→N(不减半)
2N→N
2N→0
②四分体中非姐妹染色单体
发生互换；
③同源染色体分离，
非同源染色体自由组合
减数分裂过程中，着丝粒的分裂发生在 （ ）
A.间期 B.减数第一次分裂 C.减数第二次分裂 D.四分体时期
关于下图的叙述错误的是
A.因为细胞无细胞壁有中心体⑨，
所以可以判定该细胞为动物细胞
B.④是一条染色体，包含两条染色单体①和③，它们通过一个着丝点②相连
C.细胞中含有两对同源染色体，其中④和⑦为一对同源染色体
D.在后期时，移向同一极的染色体均含同源染色体
随堂练习
细胞内没有同源染色体的是
A.体细胞 B.精原细胞
C.初级精母细胞 D.次级精母细胞
D
随堂练习
前期
后期
中期
有丝分裂
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
细胞分裂时期图像
精子的形成过程
识图
说出时期名称和细胞名称
减数分裂Ⅰ前期
初级精母细胞
减数分裂Ⅰ后期
初级精母细胞
减数分裂Ⅱ前期
次级精母细胞
减数分裂Ⅱ末期
精细胞
减数分裂前的间期
精原细胞
减数分裂Ⅱ后期
次级精母细胞
减数分裂Ⅱ中期
次级精母细胞
减数分裂Ⅰ中期
初级精母细胞
请判断下面细胞分裂时期：
有同源染色体且成对排列
无同源染色体
有同源染色体，且一条条排列
减数第一次分裂中期
减数第二次分裂中期
有丝分裂中期
请判断下面细胞分裂时期：
有同源染色体，且着丝粒没有分裂
着丝粒已经分裂且同侧无同源染色体，
一侧有同源染色体
减数第一次分裂后期
减数第二次分裂后期
有丝分裂后期
一看有无
同源染色体
细胞分裂图象的辨别
有
无
无上述行为
有联会、四分体、
着丝粒位于赤道
板两侧、同源染色体分离
MⅠ
有丝分裂
MⅡ
二看同源染色体行为
2
1
每条染色体上DNA数目
细胞分裂时期
每条染色体上DNA数目变化曲线
着丝粒分裂
DNA复制
A
B
C
D
E
阶段和时期 A→B B→C C→D D→E
对应减数分裂时期
对应有丝分裂时期
2
1
每条染色体上DNA数目
细胞分裂时期
每条染色体上DNA数目变化曲线
着丝粒分裂
DNA复制
A
B
C
D
E
阶段和时期 A→B B→C C→D D→E
对应减数分裂时期 间期（S期） （G2期）、减Ⅰ、减Ⅱ前期、减Ⅱ中期 减Ⅱ后期 减Ⅱ末期
对应有丝分裂时期 间期（S期） （G2期）、前期和中期 后期 末期
卵细胞的形成过程
1.形成场所：
卵巢中有许多发育程度不同的卵泡。
卵泡中央的一个细胞会发育成卵细胞。
卵细胞是在卵巢中形成。
卵泡
卵细胞
人的卵巢
初级精母细胞
精原细胞
次级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
变形
变形
卵原细胞
初级卵母细胞
第一极体
次级卵母细胞
第一极体
次级卵母细胞
第二极体
卵细胞
精子和卵细胞的形成过程比较
（二）过程：
（三）结果：
一个卵原细胞形成一个卵细胞（生殖细胞）和三个极体，三个极体最终都退化消失。
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
第一极体
卵细胞
第二极体
第二极体
第二极体
退化消失
细胞质不均等分裂
细胞质不均等分裂
细胞质
均等分裂
卵细胞的形成过程
（可能直接退化消失）
不同点 精子的形成过程 卵细胞的形成过程
分裂场所
分裂过程
分裂结果
相同点 ①都要经过减数分裂。 ②染色体的行为变化相同：都有染色体的复制、联会、出现四分体、交叉互换、同源染色体分离、非同源染色体自由组合等 ③结果：子细胞的染色体数目都减半。
睾丸
卵巢
细胞质是均等分裂
有变形期
细胞质是不均等的分裂
无变形期
一个精原细胞分裂形成
四个精子（生殖细胞）
一个卵原细胞分裂形成一个卵细胞（生殖细胞）和三个极体（消失退化）
精子和卵细胞的形成过程比较
减数分裂总结
对象：有性生殖的生物产生成熟生殖细胞时
过程：减数分裂前，染色体复制一次，减数分裂过程中，细胞连续分裂两次
结果：染色体数目减半
染色体数目不变（2N→2N）
染色体数目减少一半（2N→N）
2个体细胞
4个精子或1个卵细胞和3个极体
无
同源染色体在减数第一次分裂出现联会、互换和分离
1、都出现纺锤体
2、染色体都只复制一次
相同点
染色体复制一次，细胞分裂一次
染色体复制一次，细胞分裂两次
有丝分裂
减数分裂
复制次数
同源染色体的行为
子细胞数目
染色体数目
减数分裂与有丝分裂
前 中 后 末
减Ⅰ
有丝分裂
减Ⅱ
间期
有丝分裂与减数分裂图象
（2个）
（2个）
（4个）
无同源染色体
同源染色体的联会、分离
练习：判断下列细胞分别属于何种分裂的什么时期，形成的子细胞是什么？
甲:细胞处于__________分裂的__期,子细胞为___________
减数第一次
后
次级精母细胞
乙:细胞处于__________分裂的__期,子细胞为___________
减数第二次
后
精细胞或极体
丙:细胞处于__________分裂的__期,子细胞为___________
有 丝
后
体细胞
丁:细胞处于__________分裂的__期,子细胞为___________
减数第二次
后
卵细胞和极体
N
N
受精作用
N
有丝分裂柱形图
2N
4N
2N
4N
2N
4N
消失为0
→姐妹染色单体
=姐妹染色单体
→DNA
G2、前、中
后、末
G1、子细胞
abc代表的时期
复制前
复制后
G1
S
G2、M
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
减数分裂柱形图
一、概念检测
1. 与有丝分裂不同，减数分裂形成的成熟生殖细胞中的染色体数目会减少。判断下列相关表述是否正确。
(1) 玉米体细胞中有10对染色体，经过减数分裂后，卵细胞中染色体数目为5对。（ ）
(2) 在减数分裂过程中，染色体数目减半发生在减数分裂Ⅰ（ ）
×
√
练习与应用
2. 蝗虫的体细胞中有24条染色体，在观察蝗虫的细胞时，下列现象能够说明该细胞处于减数分裂的是 （ ）
A. 出现染色单体
B. 同源染色体联会
C. 染色体移向细胞的两极
D. 子细胞中有24条染色体
B
练习与应用
3. 下图所示的细胞最可能是（ ）
A. 卵细胞
B. 初级精母细胞
C. 次级卵母细胞
D. 有丝分裂前期的细胞
练习与应用
C
4. 下图所示的细胞正在进行细胞分裂，识图回答问题
(1) 这个细胞正在进行哪种分裂？为什么？
(2) 细胞中有几条染色体？几条染色单体？
(3) 细胞中有几对同源染色体？哪几条染色体是非同源染色体？
(4) 细胞中包含哪些姐妹染色单体？
(5) 这个细胞在分裂完成后，子细胞中有几条染色体？
(6) 尝试画出这个细胞的分裂后期图。
练习与应用
减数分裂。因为细胞中出现了四分体。
细胞中有4条染色体，8条染色单体。
2对。A与C、A与D、B与C、B与D是非同源染色体。
细胞中a与a’、b与b’、c与c’、d与d’是姐妹染色单体。
2条染色体
二、拓展应用
1. 下图是水稻花粉母细胞减数分裂不同时期的显微照片，A至D为减数分裂Ⅰ，E和F为减数分裂Ⅱ。图中的短线表示长度为5 μm。请你说说怎样判断图中的细胞处于减数分裂Ⅰ还是减数分裂Ⅱ。
【提示】根据细胞大小，染色体的形态、位置和数目判断细胞处于减数分裂的哪个时期。
练习与应用
2. 经过减数分裂形成的精子或卵细胞，染色体数目一定是体细胞的一半吗？有没有例外？出现例外会造成什么后果？请选择你认为最便捷的途径寻找答案。
【提示】不一定。若减数分裂过程中发生异常情况，比如减数分裂Ⅰ时联会的同源染色体，有一对或几对没有分别移向细胞的两极，而是集中到一个次级精（卵）母细胞中，再经过减数分裂Ⅱ形成的精子或卵细胞中的染色体数目，就会比正常的多一条或几条染色体，再例如，在减数分裂过程（无论减数分裂Ⅰ还是减数分裂Ⅱ）中，染色体已移向细胞的两极，但因某种原因细胞未分裂成两个子细胞，这样就可能出现精子或卵细胞中染色体数目加倍的现象。
如果出现上述现象，受精卵中的染色体数目就会出现异常，由该受精卵发育成的个体细胞中的染色体数目也不正常。由于染色体是遗传物质的载体，生物体的性状又是由遗传物质控制的， 那么当该个体的遗传物质出现异常时，该个体的性状也是异常的。例如，人的唐氏综合征（又称21-1体综合征）患者，就是由含有24条染色体（其中21号染色休是两条）的精子或卵细胞与正常的卵细胞或精子结合后发育成的。
练习与应用
3. 在精细胞变形为精子的过程中，精子的头部几乎只保留了细胞核，部分细胞质变成了精子的颈部和尾部，大部分细胞质及多数细胞器被丢弃，但全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部。你怎样解释这一现象？
【答案】精子和卵细胞结合时，头部先进入卵细胞内，精子的头部几乎只保留了细胞核，这就保证了遗传物质能够先进入卵细胞；部分细胞质变成了精子的颈部和尾部，使精子具备适于游动的能力；人部分细胞质及多数细胞器被丢弃，避免了受精过程中因为不必要的细胞组分而耗费能量；全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部，可以更好地在受精过程中提供能量。精子变形过程中的以上变化都是为受精提供了保证，是进化的结果。
练习与应用

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