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第二章：基因和染色体的关系
基因是什么？在哪里？
悠悠百年，寻寻觅觅。
怀疑、争论、推理......
最终是观察和实验，
探明它神秘的踪迹！
　　孟德尔假说核心内容之——在形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子自由组合。人们的疑惑：“遗传因子”（基因）是虚拟的还是具物质性的？
第二章：基因和染色体的关系
第1节 减数分裂和受精作用
本节聚焦
减数分裂的含义是什么？
配子的形成为什么必须经过减数分裂？
减数分裂是怎样进行的？
配子中染色体的组合为什么是多种多样的？
什么是受精作用？
受精作用对于生物的遗传有什么重要意义？
间期
前期
中期
后期
末期
膜仁消失
现两体
形定数清 赤道齐
粒裂数倍均两极
两消两现板新壁
DNA的复制和有关蛋白质合成
有丝分裂
课前3分钟
有丝分裂的重要意义，是将亲代细胞的染色体经过复制之后，精确地平均分配到两个子细胞中
　　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。
1.配子的染色体与体细胞的染色体有什么差别？
果蝇体细胞和配子的染色体示意图
配子的染色体数目是体细胞的染色体数目的一半。
配子的染色体是由体细胞中每对染色体中的一条染色体组合。
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。
问题探讨
德国动物学家魏斯曼（A. Weismann，1834-1914）从理论上预测：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。
果蝇个体（8）
受精卵（8）
卵细胞（4）
受精 作用
♂
♀
有丝 分裂
？
？
精子（4）
减数分裂
减数分裂
这个天才的预见被其他科学家通过显微镜观察所证实。
魏斯曼预言的这个特殊的过程，实际上是一种特殊方式的有丝分裂，叫做减数分裂（meosis）。
配子
Ⅲ
（♂）
体细胞
（♀）
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅱ
X
Y
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
X
X
Ⅳ
Ⅲ
X
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
Y
思考：仔细观察左图，配子的4条染色体是从体细胞的8条染色体中随机选取的吗？
果蝇中的两条Ⅱ（或Ⅲ或Ⅳ）号染色体大小形态相同，分别来自父方和母方，这样的染色体称为同源染色体。减数分裂最核心的就是将同源染色体平分。
减数分裂需要解决的两个最关键的问题：
1.染色体数目减半；2.同源染色体平均分配
如何实现呢？与有丝分裂相比有什么区别？
提出问题：减数分裂前需要进行DNA复制吗？
资料：科学家观察到雄性蝗虫精原细胞减数分裂
显微镜下减数分裂的过程
一.减数分裂
1.范围：
2.时期：
3.特点：
4.结果：
进行有性生殖的生物
原始生殖细胞产生成熟生殖细胞过程中
染色体复制一次，而细胞连续分裂两次
成熟生殖细胞中染色体数目比原始生殖细胞的减少一半
注意：①原始生殖细胞：精原细胞和卵原细胞
②成熟生殖细胞：精子和卵细胞
二.精子的形成过程
1.场所：
体细胞
精原细胞
精细胞
减数分裂
睾丸
精子
精原细胞
细胞分化
2n
n
n
有丝分裂
2.过程：
变形
三个阶段: 复制、减数分裂、变形
在减数分裂前，每个精原细胞的染色体_________。
细胞在减数分裂过程中______________，最后形成____个精细胞。
这两次分裂分别叫作___________（也叫减数第一次分裂）和___________（也叫减数第二次分裂）。
c. 减数分裂后，精细胞再经过_____,形成成熟的雄性生殖细胞——精子。
复制一次
连续分裂两次
四
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
变形
精原细胞
初级
精母细胞
次级
精母细胞
精细胞
精子
染色体复制
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
变形
减数分裂
减数分裂前:复制
（一）
（二）
（三）
★熟悉三阶段中细胞的名称及数目变化
二.精子的形成过程
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
前期：联会形成四分体
间期：染色体复制，细胞体积增大
减数分裂I
减数分裂Ⅱ
后期：同源染色体分离
非同源染色体自由组合
二.精子的形成过程
减数分裂过程中相关概念辨析
1.同源染色体
配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方的染色体。
同源染色体上的DNA碱基序列高度同源，相互吸引，在蛋白质的作用下紧密连接。
配对的原因：
二.精子的形成过程
判断正误:
1.一条来自父方，一条来自母方两条染色体一定是同源染色体（ ）
2.形状和大小相同两条染色体一定是同源染色体（ ）
3.减数第一次分裂前期配对的两条染色体一定是同源染色体（ ）
同源染色体
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
形状和大小各不相同，且在减数分裂过程中不配对的染色体
非同源染色体
减数分裂过程中相关概念辨析
二.精子的形成过程
E F G H
D
下图细胞中不存在同源色体的是：
DGH
3.四分体：
2.联会：
减数分裂中，同源染色体两两配对的现象。
联会后的每对同源染色体中含有四条染色单体，叫做一个四分体。
二个四分体
一个四分体
1
2
3
4
同源染色体
姐妹染色单体
非姐妹染色单体
同源染色体
非同源染色体
1个四分体=____条染色体_=___对同源染色=_____条染色单体=_____个DNA分子。
2
1
4
4
减数分裂过程中相关概念辨析
二.精子的形成过程
同源染色体联会形成四分体，同源染色体上非姐妹染色单体可发生片段交换
交换
姐妹染色单体
姐妹染色单体
减数分裂过程中相关概念辨析
二.精子的形成过程
4.交叉互换：
减数分裂I关键时期之后期：
同源染色体分离，非同源染色体的自由组合
组合一
组合二
二.精子的形成过程
间期
染色体复制，分裂前的准备阶段
减数分裂Ⅰ(MⅠ)
有同源染色体联会形成四分体，四分体的非姐妹染色单体之间可以发生片段交换
减数分裂Ⅱ(MⅡ)
无同源染色体，姐妹染色单体分开后进入不同的子细胞中
同源染色体分离，非同源染色体自由组合，形成2个子细胞
问题：染色体数目减半发生在减数分裂Ⅰ？还是减数分裂Ⅱ？
减数分裂过程特点小结
2个子细胞染色体组成是否相同？
4个子细胞染色体组成是否相同？
1.减数分裂染色体在_______期复制______次，而细胞分裂______次。
2.同源染色体是指在______分裂时会两两配对（联会）的染色体，其_____和______一般都相同，一条来自父方，一条来自母方。
3.一个四分体含____对同源染色体，含____条染色体，含____条染色单体，含___个DNA分子。
4.四分体中的互换是在一对_____染色体中的__________________之间进行的。
5.减数分裂过程中染色体数目的减半发生在减数第____次分裂。
6.一个精原细胞→___个初级精母细胞→___个次级精母细胞→___个精细胞→___个精子（有___种类型)。
间
一
两
减数
形状
大小
一
2
4
4
同源
非姐妹染色单体
一
1
2
4
4
2
课前回顾：
三、卵细胞的形成过程
人的卵巢（横切面）示意图
1.卵细胞的形成场所
卵巢中有许多发育程度不同的卵泡。在卵泡中央的一个细胞会发育成卵细胞。
卵原细胞
有丝分裂
卵原细胞
卵细胞
减数分裂
三、卵细胞的形成过程
卵原细胞
初级卵母细胞（减数分裂I）
极体
次级卵母细胞
卵细胞
极体
（第一）
（第二）
2. 过程
三、卵细胞的形成过程
精子
形成
场所
场所
过程
间期
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
变形
睾丸
卵巢
卵细胞形成
不均等分裂
均等分裂
比较卵细胞与精子形成过程的异同点
相同点：
染色体都在减数分裂前的间期复制
减数第一次分裂同源染色体联会(可发生交叉互换)、分离，非同源染色体自由组合
减数第二次分裂都是着丝点分裂，姐妹染色单体分开
产生的子细胞数目都是4个，且细胞中染色体数目减半
不同点：
1.出现两次细胞不均等分裂。
2.形成生殖细胞数目不同。
2.卵细胞的形成不需要变形。
减数分裂I后期（初级精母细胞）
减数分裂I后期（初级卵母细胞）
减数分裂Ⅱ后期（次级精母细胞）
减数分裂Ⅱ后期（次级卵母细胞）
三、卵细胞的形成过程
有丝分裂 减Ⅰ 减Ⅱ
前期 染色体散乱在中央，有同源染色体 同源染色体联会，四分体形成 染色体散乱分布，无同源染色体
中期 着丝点排在赤道板上，有同源染色体 四分体排列在赤道板上 与有丝分裂相同，但无同源染色体
后期 着丝点分裂，染色单体分开，有同源染色体 同源染色体分开，移向细胞两极 与有丝分裂相同，但无同源染色体
四、减数分裂和有丝分裂图像辨析
识别技巧
一数二看三判断
一数
染色体
数目
奇数
偶数
M Ⅱ
二看有无
同源染色体
有
无
M Ⅱ
三判断
同源染色体行为
无特殊行为
（有丝分裂）
联会、四分体
（M Ⅰ）
四、减数分裂和有丝分裂图像辨析
减Ⅱ前
减Ⅱ前期
减Ⅰ前期
有丝分裂前期
有丝分裂中期
减Ⅱ中
识别技巧
四、减数分裂和有丝分裂图像辨析
减Ⅰ后
减Ⅱ后
有丝后
减Ⅱ后
减Ⅱ末
减Ⅰ中
识别技巧
四、减数分裂和有丝分裂图像辨析
减Ⅰ后
减Ⅱ后
减Ⅱ后
有丝后
减Ⅰ后
有丝分裂中期
减Ⅱ后
识别技巧
四、减数分裂和有丝分裂图像辨析
指出下列图中哪些存在着同源染色体
BDF
A:减Ⅱ前期
B:有丝分裂后期
D:减Ⅰ中期
C:减Ⅱ后期
F:有丝分裂中期
E:减Ⅱ中期
识别技巧
四、减数分裂和有丝分裂图像辨析
1.观察目的：通过观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，识别减数分裂不同阶段的染色体的形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。
2.选材要求：
①.细胞内染色体数量较少。
②.选择雄性个体的生殖器官进行取材观察。
探究 实践:观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片
先在低倍镜下依次找到减数第一次分裂中期、后
期和减数第二次分裂中期、后期的细胞，再在高
倍镜下仔细观察染色体的形态、位置和数目
根据观察结果，尽可能多地绘制减数分裂不同时
期的细胞简图
3．观察步骤
在低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。
识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞。
绘图
低倍镜观察
高倍镜观察
探究 实践:观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片
辨析出下列各图示的减数分裂时期。
减Ⅰ中期
减Ⅰ后期
减Ⅰ前期
减Ⅰ前期
减Ⅱ后期
减Ⅱ末期
减Ⅱ中期
减Ⅰ末期
探究 实践:观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片
2N
4N
前期
中期
后期
末期
染色体的变化
DNA的变化
间 期
复制
着丝粒分裂
细胞分裂
形成子细胞
回顾：有丝分裂细胞周期中核DNA、染色体的数目变化
(设：正常体细胞内核DNA数和染色体数均为2N)
DNA、染色体的数目不变，保持了亲子代细胞间遗传的稳定性。
根据减数分裂过程染色体行为变化, 回答下列过程发生的时期:
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.染色体着丝粒分裂发生在: 。
5.染色体数目减半发生在: 。
6.DNA数目减半发生在: : 。
减数分裂前的间期
减数分裂Ⅰ前期
减数分裂Ⅰ后期
减数分裂Ⅱ后期
减数分裂Ⅰ完成时
减数分裂Ⅰ完成时
减数分裂Ⅱ完成时
DNA含量加倍
染色体数目加倍
减数分裂Ⅱ
2n
4n
间期
减数分裂Ⅰ
1.一个细胞核内染色体变化曲线
染色体数目
时期
五、减数分裂中的染色体和DNA变化
减数分裂Ⅱ
2n
4n
减数分裂Ⅰ
2.一个细胞核内DNA变化曲线
间期
DNA数目
时期
五、减数分裂中的染色体和DNA变化
1
2
每条染色体上的DNA数
次级精母细胞
精原细胞
初级精母细胞
精子细胞
3
4
五、减数分裂中的染色体和DNA变化
2n
4n
间期
前期
中期
后期
末期
间
减Ⅰ
减Ⅱ
2n
4n
减数分裂
有丝分裂
染色体与DNA曲线图的比较
间
减Ⅰ
减Ⅱ
2n
4n
2n
4n
间期
前期
中期
后期
末期
DNA
DNA
染色体
染色体
五、减数分裂中的染色体和DNA变化
减数分裂过程各物质数量变化曲线（柱状图）
n
n
n
n
五、减数分裂中的染色体和DNA变化
1.配子中染色体组合的多样性
减数分裂形成的精子和卵细胞，必须相互结合形成受精卵，才能发育成新个体。
父亲体内所有精原细胞，其染色体组成并无差别；母亲体内的卵原细胞也是如此。为什么“一母生九子，九子九个样”。同样的精（卵）原细胞会产生不同的配子吗？
探究 实践:建立减数分裂中染色体变化的模型
目的要求：
1.加深对减数分裂过程及其特点的认识。
2.理解配子中染色体组合的多样性。
3.领悟减数分裂的意义。
1.用两种颜色的橡皮泥制作染色体，每种颜色制作两条大小不同染色体，每条染色体由两条单体组成。
（一）模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化
2.在白纸上绘制初级精母细胞的轮廓、中心体和纺锤体。
3.让两条长度相同、颜色不同的染色体配对，使着丝粒靠近。
4.将两对染色体横向分别排列在细胞中央的赤道板两侧。
5.双手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。
探究 实践:建立减数分裂中染色体变化的模型
6.绘制两个次级精母细胞的轮廓、中心体、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。
（一）模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化
7.将新细胞中的染色体横向排列在细胞中央的赤道板处。
8.分开着丝粒，将染色体分别移向两极。
9.在两极有染色体部分绘制出细胞轮廓代表子细胞。
1.细胞中至少需要几对染色体？
2.假设细胞中有2对染色体，减数分裂Ⅰ时，非同源染色体有几种组合方式？
（二）模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合
②同源染色体的分离，非同源染色体的自由组合（减Ⅰ后期）
1个有n对同源染色体的精原细胞可以产生（ ）种精子
1个有n对同源染色体的雄性个体可以产生（ ）种精子
1个有n对同源染色体的卵原细胞可以产生（ ）种卵细胞
1个有n对同源染色体的雌性个体可以产生（ ）种卵细胞
2
2n
2n
1
人的体细胞中就有23对染色体。那么人在形成精子或卵细胞时，可能产生多少种类型的配子呢？
如果再把非姐妹染色单体间的交叉互换考虑进去，通过减数分裂
产生的配子种类就更多了。
（二）模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合
①同源染色体的非姐妹染色单体间发生的交叉互换（减Ⅰ前期）
六、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：
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，阻止其他精子进入
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。
精卵相互识别的基础：
细胞膜上的糖蛋白
精卵融合体现：
细胞膜的流动性
受精卵中遗传物质的来源：
①核内DNA：一半来自精子(父方)，一半来自卵细胞(母方)
②细胞质：几乎都来自卵细胞(母方)
六、受精作用
减数分裂和受精作用的意义
① 减数分裂和受精作用保证了每种生物前后代染色体数目的恒定，维持了生物遗传的稳定性。
② 通过有性生殖，新一代继承了父母双方的遗传物质。
③ 在有性生殖的过程中，减数分裂形成的配子，其染色体组合具有多样性，加上受精过程中卵细胞和精子结合的随机性，同一双亲的后代呈现多样性。这种多样性有利于适应多变的自然环境，有利于生物在自然选择中进化。
④ 减数分裂和受精作用对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。
六、受精作用
遗传稳定性 遗传多样性
配子形成
受精作用
每个配子染色体数目
均为体细胞的一半
配子种类繁多
雌雄配子结合后染色体数
目恢复体细胞染色体数目
雌雄配子随机结合
思维训练：
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。试从配子形成和受精作用方面进行概括。
与社会的联系
不良的环境条件会影响原始生殖细胞的减数分裂，从而影响生殖细胞的形成。正常人有23对染色体。有一种叫“21三体综合征”（唐氏综合征）的遗传病，患者智力低下，身体发育缓慢。对患者进行染色体检查，发现患者的21号染色体不是正常的1对，而是3条。
你能从精子或卵细胞形成的角度推测这种病的病因吗？
舟舟
21三体综合征患者
染色体组型
如：吸烟影响精子质量。长期吸烟的男性，精子受精能力比不吸烟人群低75%，
因为精子可以识别尼古丁并且做出相应的反应，长期吸烟会使男性的受精
能力降低。
与社会的联系
教材P21
如：气温过低会影响水稻花粉母细胞的减数分裂，进而影响水稻的花粉数量和
质量，导致稻谷减产。对此，农业生产上可以采取灌深水的措施来预防。
不良环境
减数分裂
生殖细胞
影响
影响
减数第一次分裂
染色体复制
减数第二次分裂
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
减Ⅰ后异常:同源染色体未分离
分裂异常造成的后果
减数第一次分裂
染色体复制
减数第二次分裂
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
减Ⅱ后异常:姐妹染色单体未分开
分裂异常造成的后果
精原细胞
精原细胞
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
染色体复制
联会、四分体(互换)
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
单体分裂
变形
卵原细胞
卵原细胞
初级卵母细胞
极体
＋
次级卵母细胞
卵细胞
染色体复制
联会、四分体(互换)
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
单体分裂
有丝分裂
间期
减Ⅰ
细胞质均分
细胞质不均分
减Ⅱ
细胞质均分
细胞质不均分
极体
极体
＋

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