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第1节 减数分裂和受精作用
必修2 第2章 基因和染色体的关系
学习目标
1.减数分裂的含义是什么？
2.配子的形成为什么必须经过减数分裂？
3.减数分裂是怎样进行的？
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与什么差别？
2.针对这幅图，你还能提出什么问题或猜想？
(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。
体细胞 配子
配子是如何产生的？配子是通过一种染色体数目减半的分裂产生的。
问题探讨
一、减数分裂
1.提出者：德国动物学家魏斯曼
2.理论预测：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。
3.发现：被其他科学家通过显微镜观察发现，
这个特殊的过程实际上是一种
，称为减数分裂。
特殊方式的有丝分裂
男23对
女23对
受精作用
受精卵细胞
发育
23对
减数分裂
精子？
卵细胞？
46条
23条
23条
如果配子的形成与体细胞的增殖一样，也是通过有丝分裂形成的，
结果会怎样？
如果配子也是通过有丝分裂形成的，那么配子中的染色体数目和体细胞中的将是一致的。
一、减数分裂——精子的形成过程
1.场所：
高等动植物细胞的减数分裂发生在 内。睾丸
人和其他哺乳动物的精子是在 中形成的。
有性生殖器官
睾丸
精原细胞（曲细精管中）
精原细胞
有丝分裂
精细胞
减数分裂
增殖
性生殖器官成熟时
在减数分裂前，每个精原细胞的染色体复制一次，而细胞在
减数分裂过程中连续分裂两次，最后形成四个精细胞。这两次
分裂分别叫做减数分裂Ⅰ（也叫减数第一次分裂）和减数分裂Ⅱ
（减数第二次分裂）。
精细胞再经过变形，就形成了成熟的雄性生殖细胞——精子。
2：过程
精原
细胞
染色体
复制
————
减数第一次
分裂
————
————
变形
精子
初级精母细胞
次级精母细胞
精细胞
减数第二次
分裂
精原细胞
复制
减数
分裂Ⅰ
减数
分裂Ⅱ
变形
精子
间期
减数分裂
初级精母细胞
精原细胞
减数分裂Ⅰ
在这次分裂过程中，由于同源染色体分离，并分别进入两
个子细胞，使得每个次级精母细胞只得到初级精母细胞中
染色体总数的一般。因此，减数分裂过程中染色体数目的
减半发生在减数分裂Ⅰ。
减数分裂Ⅱ
次级精母细胞
精细胞
精子
复制，细胞体积增大；结果：每条染色体形成2条 ，但成染色质丝状态，显微镜下不可见。
染色体
姐妹染色单体
减数分裂前的间期
一部分精原细胞→初级精母细胞
复制后的每条染色体都由两条完全相同的姐妹染色单体构成。
这两条姐妹染色单体由同一个着丝粒连接。
此时的染色体呈染色质丝的状态
1.同源染色体
形态：形态、大小一般
概念 来源：一条来自 ，一条来自
行为：在减数分裂中
1个四分体
2条染色体
1对同源染色体
4条染色单体
非姐妹染色单体
都相同
父方
母方
配对
着丝粒
染色体
1个
＝1条
＝2条
染色单体
姐妹染色单体
减数分裂Ⅰ
非同源染色体
分析图回答下列问题:
(1)图中同源染色体是　　　　、　　　　。图中共有2 个四分体。
(2)图中姐妹染色单体是　　　　、　　　　、　　　　、　　　　。
(3)图中a和b是　 　　　　　　。A和C是　　　　　　　　。
A和B
C和D
a和a'
b和b'
c和c'
d和d'
非姐妹染色单体
非同源染色体
2.联会与四分体
(1)联会:在减数分裂过程中,　 　　　　　两两配对的现象。
(2)四分体:　　　　　的每对同源染色体含有四条染色单体。
3.互换:四分体中的　 　　　　　　　之间经常发生缠绕,并交换相应的片段。
同源染色体
联会后
非姐妹染色单体
减数分裂Ⅰ前期
①同源染色体 ；
出现 ；
②四分体中的非姐妹染色单体可以
发生片段 现象。
两两配对（联会）
四分体
互换
同源染色体联会
四分体交换
减数分裂Ⅰ中期
①各对染色体同源染色体整齐地排列在细胞中央的 上。
②每条染色体的着丝点都附着在纺锤丝上。
赤道板
减数分裂Ⅰ后期
①在纺锤丝的牵引下，配对的两条 彼此分离，
分别向细胞两极移动。这样细胞的每极只得到各对同源
染色体中的一条。
②在两组染色体到两极后，一个初级精母细胞就分裂成了
两个刺激精母细胞。
同源染色体
减数分裂Ⅰ末期
一个初级精原细胞→2个次级精母细胞
细胞内染色体数量减半
初级精母细胞
精原细胞
减数分裂Ⅰ
细胞这两极的这两组染色体，非同源染色体是自由组合的吗？
旁栏思考
初级精母细胞两极的这两组染色体，非同源染色体之间是自由组合的。
在减数分裂Ⅰ中染色体出现了哪些特殊的行为？
旁栏思考
（1）在减数分裂Ⅰ中出现了同源染色体联会、四分体形成、非姐妹染色单体间的互换、同源染色体分离、非同源染色体自由组合等行为，使细胞两极各有一整套非同源染色体，从而使形成的次级精母细胞中的染色体数目比初级精母细胞的减少一半。
这对于生物的遗传有什么重要意义？
（2）上述过程可使配子中的染色体数目减半。再通过卵细胞和精子结合成受精卵的受精作用，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。
（3）上述过程还可以使通过减数分裂产生的配子种类多样化，从而增加了生物遗传的多样性，有利于生物适应多变的自然环境， 有利于生物的进化。
旁栏思考
减数分裂Ⅱ
次级精母细胞
精细胞
精子
减数分裂Ⅱ前期
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，
染色体不再复制。
每条染色体仍具有 。
两条姐妹染色单体
每个次级精母细胞中不含 。
同源染色体
减数分裂Ⅱ中期
染色体的着丝粒与 相连，整齐地排列
在子细胞中央的 上。
纺锤体
赤道板
减数分裂Ⅱ后期
①每条染色体的着丝粒 ；
② 变为染色体，且在纺锤体的牵引下
。
分裂
染色单体
分别移向细胞两极
①染色体平均分配到 ；
② 分裂结束两个子细胞分裂成 个子细胞 。
两极
四
减数分裂Ⅱ末期
变
形
变
形
减数分裂后。精细胞要经过复杂的变形才能成
为精子。
精子呈蝌蚪状，分头部和尾部，头不含由细
胞核,尾长，能够摆动。
精细胞的变形对受精作用有什么意义？
旁栏思考
精细胞的变形是指由精细胞变为精子的过程.其中细胞核变成精子头部的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体集中在尾的基部形成线粒体鞘。
变形后的精子具备了游向卵细胞并进行受精作用的能力。
细胞名称
分裂时期
行为特征
细胞名称
分裂时期
行为特征
一、减数分裂——卵细胞的形成过程
1.场所：
人和其他哺乳动物的卵细胞
是在 中形成的。
卵巢
卵巢位于腹腔内，内部有许多发育程度不同的卵泡，
在卵泡中央的一个细胞将会发育为卵细胞。
卵原细胞
卵原细胞
有丝分裂
卵细胞
减数分裂
增殖
性生殖器官成熟时
2：过程
卵原
细胞
染色体
复制
————
减数第一次
分裂
————
————
＋
极体
初级卵母细胞
次级卵母细胞
卵细胞
＋
——
极体
减数第二次
分裂
2个极体
退化
消失
3：卵细胞与精子形成过程的主要区别
精（卵）原细胞
次级精（卵）母细胞
精（卵）母细胞
(或极体)
初级精（卵）母细胞
减数分裂示意图
二、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。在减数分裂前，染色体复制一次，而
细胞在减数分裂过程中连续分裂两次。减数分裂的结果是成熟生
殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。
思考：
1.染色体复制的时间：
2.四分体的含义：
3.同源染色体分开的时间：
4.非同源染色体自由组合的时间：
减数第一次分裂前的间期
联会的一对同源染色体
减数第一次分裂后期
减数第一次分裂后期
思考：
5.染色体单体分开的时间：
6.染色体数目减半的时间：
7.染色体数目减半的原因：
8.卵细胞中形成过程中发生细胞质不均等分裂的意义：
减数第二次分裂后期
同源染色体分离
使卵细胞中含有较多的营养物质，保证将来受精卵有充足的营养物质
供早期胚胎发育利用。
减数第一次分裂
与社会的联系
不良环境
条件
影响
原始生殖细胞
减数分裂
影响
生殖细胞形成
举例
①气温
过低
②吸烟
影响
水稻花粉母细胞
的减数分裂
影响
水稻的花粉
数量和质量
稻谷减产
灌深水预防
影响
男性精子的数量和质量
练习与应用
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。（ ）
×
√
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
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
B
C
如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？
减数分裂。
因为细胞中出现了四分体。
4
8
2对
染色体A与C、A与D、B与C、B与D是非同源染色体。
a与a'、b与b'、c与c'、d与d'是姐妹染色单体。
2条
（6）尝试画出这个细胞的分裂后期图。
二、拓展应用
1.右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5um。
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。
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。
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，比如减数分裂Ⅰ时联会的同源染色体有1对或几对没有分别移向细胞两极，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染色体的数目，就会比正常的多一条或几条染色体。再例如，在减数分裂过程中（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，人的唐氏综合症(又称21三体综合征)患者，就是由含有24条染色体（其中21号染色体是两条）的精子或卵细胞与正常的卵细胞或精子结合后发育成的。
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？
精子和卵细胞结合时，头部先进入卵细胞内，精子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，使精子具备了适于游动的能力；大部分细胞质及多数细胞器丢失，避免了受精过程中因为不必要的细胞组分而消费能量；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。精子变形过程中以上变化都是为受精提供了保证，是进化的结果。
减数分裂Ⅰ前期
减数分裂Ⅰ前期
减数分裂Ⅰ中期
减数分裂Ⅰ后期
减数分裂Ⅰ中期
减数分裂Ⅱ后期
减数分裂Ⅱ中期
减数分裂Ⅱ末期
减数分裂Ⅰ末期
讨论
1.当你的目光聚焦在显微镜视野中的一个细胞时，你怎样判断它处
于减数分裂的哪个时期？
根据细胞中染色体的形态、位置和数目来判断。
例如，在减数分裂Ⅰ中，先后出现同源染色体联会、四分体形成、各对同源染色体排列在细胞中央的赤道板两侧、同源染色体分离、移向细胞两极的染色体分别由两条姐妹染色单体组成等现象。
减数分裂Ⅱ中期，非同源染色体的着丝粒排列在细胞中央的赤道板处，移向细胞两极的染色体不含染色单体。
另外，在蝗虫精母细胞减数分裂的过程中，处于减数分裂Ⅰ的细胞要明显多于处于减数分裂Ⅱ的细胞。
讨论
2.减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ相比，中期细胞中染色体的不同点是什么？末期呢？
3.你是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
在不同分裂时期的染色体变化。这一做法能够成立的逻辑前提是什么？
讨论
同一生物的细胞，所含遗传物质相同，增殖过程相同，同一时刻不同细胞可能处于细胞周期的不同阶段。
因此，可以通过观察多个精母细胞的减数分裂，推测一个精母细胞在减数分裂过程中染色体的连续变化。
(1)人和其他哺乳动物的卵细胞是在卵巢内形成的。 (　 )
(2)初级卵母细胞和次级卵母细胞分裂时,细胞质都是不均等分裂的。 (　 )
(3)一个精原细胞和一个卵原细胞经减数分裂产生的精细胞和卵细胞数目相等。 (　 )
√
√
×
[解析] 一个精原细胞经减数分裂产生4个精细胞,一个卵原细胞经减数分裂产生1个卵细胞。
(4)卵细胞形成后不需要变形。 (　 )
(5)农业生产上可以采取灌深水的措施来预防气温过低影响水稻花粉数量和质量而导致的稻谷减产。 (　 )
(6)观察减数分裂的过程,最好选用雌性动物卵巢。 (　 )
√
√
×
[解析] 观察减数分裂的过程,最好选用雄性动物的精母细胞。
任务一　卵细胞的形成过程
【情境】 图为卵细胞形成示意图。
(1)完善染色体数、染色单体数和核DNA数的含量变化：
(2)图为该细胞减数分裂过程中染色体、核DNA的数量变化曲线图。
请据图分析各区段染色体(染色单体)的变化:
①BC段:　　　　　　　。
②DE(de)段:　　　　　　　　　 　　　　　 。
③ff'段:　　　　　　　　　　　 　　　。
④HI(hi)段:　 　　　　　　　　　　　　　　。
染色体复制
同源染色体分开进入不同的子细胞
着丝粒分裂,姐妹染色单体分开成为染色体,染色体数目加倍
染色体平均分配,分别进入不同的子细胞
[分析]
(1)写出图中各种细胞名称:
a　　　　　　,b　　　　　　　　,c　　　　,d　　　　　　　,e　　　,f　　　　　　。
(2)一个卵原细胞经过减数分裂产生　　　个卵细胞和　　　个极体。
(3)胚胎发育早期分裂活动旺盛,却不从外界摄取营养物质。请据此分析卵细胞形成过程中,细胞质不均等分裂的意义:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
卵原细胞
初级卵母细胞
极体
次级卵母细胞
极体
卵细胞
1
3
形成的卵细胞较大,能储存丰富的营养物质供给胚胎发育
n
4n
2n
间期
减数分裂Ⅰ
减数 分裂Ⅱ
核DNA数量
n
4n
2n
间期
减数分裂Ⅰ
减数 分裂Ⅱ
染色体数量
2
1
细胞分裂时期
每条染色体中DNA含量
A
B
C
D
E
二、受精作用——配子中染色体组合的多样性
经减数分裂形成的精子和卵细胞,要相互结合形成受精卵,才能发育成新个体。对配子的进一步了解，有助于理解受精作用( fertilization)的实质和意义。
父亲体内所有的精原细胞，其染色体组成并无差别,母亲体内的卵原细胞也是如此。可是，“一母生九子，九子各不同”。同样的精（卵）原细胞会产生不同的配子吗
二、模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合
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？
至少需要2对染色体
有两种组合方式。假设分别用A、A'和B、B'表示2对染色体，
则减数分裂Ⅰ时，非同源染色体的组合方式有两种：
（1）A、B和A'、B'
或（2）A、B'和A'、B
讨论
1.描述减数分裂中染色体的数目和主要行为的变化，分析其意义。
在减数分裂Ⅰ中，先后出现同源染色体联会、四分体形成、非姐妹染色单体间的互换、同源染色体分离并移向细胞的两极等行为变化。
减数分裂Ⅰ后，细胞中的染色体数目减半。
在减数分裂II中，每条染色体的着丝粒分裂，两条姐妹染色单体随之分开，并分别移向细胞的两极，最终进入两个子细胞。
减数分裂产生了多种多样的配子，配子中的染色体数目减半。这为之后通过受精作用使同一双亲的后代呈现多样性，并维持每种生物前后代染色体数目的恒定提供了保证。
总的来讲，减数分裂和受精作用共同保证了生物遗传的稳定性和多样性。
讨论
2.根据以上三个模型，说说减数分裂产生多种配子的原因。
在减数分裂中，非同源染色体的自由组合、联会时非姐妹染色单体间的互换，都会使减数分裂产生多种配子。
3.与其他小组交流建构模型的过程，如果条件允许，建议在计算机
上制作减数分裂的动态模型。
组合一
组合二
在生物的体细胞中，染色体数目往往是比较多的。例如，人的体细胞中有23对染色体。那么人在形成精子或卵细胞时，可能产生多少种配子呢？
1个精原细胞能产生2种精子
1个卵原细胞能产生1种卵细胞
1个雄性个体能产生配子种类：
1个雌性个体能产生配子种类：
注：n是同源染色体的对数
n
2
n
2
发生互换
如果再把非姐妹染色单体间的互换考虑进去，通过减数分裂产生的配子种类就更多了。
请你想一想，这对于生物多样性的形成有
什么意义
经过减数分裂产生的配子类型多样，增加了生物的变异，增强了生物适应环境的能力，有利于生物的进化。
配子中染色体组合具有多样性的原因：
①非同源染色体的自由组合
②同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换
二、受精作用——受精作用
1.定义：精子和卵细胞相互______、______成为受精卵的过程。
2.过程：
①精子的________进入卵细胞，_________留在外面。
②卵细胞的_______发生复杂的生理反应，阻止其他精子再进入。
③精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，彼此的________会合在一起。
识别
融合
头部
尾巴
细胞膜
染色体
3.结果：受精卵中_________数目有恢复到体细胞中的数目，其中一半的_______来自精子（父方），另一半来自卵细胞（母方）。
染色体
染色体
4.减数分裂和受精作用的意义：
①子代呈现多样性，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对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目恒定，对于生物的遗传变异是，十分重要。
思维训练
综合概述
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两个方面，分比对遗传的稳定性与多样性的原因
进行综合概括，并用尽量简练的语言表述出来（填写在下表空格内）。
练习与应用
一、概念检测
1.大熊猫的体细胞有42条染色体，判断下列相关表述是否正确。
(1) 一只雄性大熊猫在不同时期产生的精子，染色体数目一般都是21条。（ ）
(2) 一只雌性大熊猫在不同时期产生的卵细胞，其染色体组合具有多样性。（ ）
2.假如蛙的15个初级卵母细胞和5个初级精母细胞都能正常分裂，并在最大限度内受精， 则最多能形成的受精卵数目是 （ ）
A. 20 B. 15 C. 10 D. 5
√
√
B
3.同种生物前后代的染色体数目是相同的，对此起决定作用的过程是（ ）
A. 有丝分裂
B. 有丝分裂和受精作用
C. 减数分裂
D. 减数分裂和受精作用
D
二、拓展应用
1.正常人的体细胞中有23对染色体。有一种叫“13三体综合征”的遗传病，患者头小，患先天性心脏病，智力远低于常人。对患者进行染色体检查，发现患者的13号染色体不是正常的1对，而是3条。请尝试使用“减数分裂中染色体变化的模型”，从精子或卵细胞形成的角度分析这种病产生的原因。
情况一：
在形成精子或卵细胞的减数分裂过程中，如果由于某种原因，减数分裂Ⅰ时两条13号染色体没有分离而是进入了同一个次级精（卵）母细胞，再经过减数分裂II，就会形成含有两条13号染色体的精子或卵细胞。
情况二：
如果减数分裂Ⅰ正常，减数分裂II时13号染色体的着丝粒分裂，形成了两条13号染色体，但没有分别移向细胞的两极，而是进入了同一个精子或卵细胞，这样异常的精子或卵细胞就含有24条染色体，其中13号染色休是两条。
当一个正常的卵细胞或精子(含23条染色体，其中13号染色体是1条)与上述异常的精子或卵细胞结合成受精卵时，则该受精卵含47条染色体，其中13号染色体是3条。
由这样的受精卵发育而成的个体就是13三体综合征患者。
2.骡是马和驴杂交产生的后代。马和驴的体细胞中分别有32对和31对染色体，请问骡的体细胞中含有多少条染色体？骡的体细胞增殖是通过正常的有丝分裂进行的，而它们的睾丸或卵细胞中的原始生殖细胞却不能发生正常的减数分裂，因此骡不能正常繁殖后代。你能从减数分裂中中染色体行为的角度解释其原因吗？
骡的体细胞中含有63条染色体，其中32条来自马，31条来自驴。
由于这63条染色体没有同源染色体，导致骡的生殖细胞不能进行正常的减数分裂，无法形成配子，因此骡不能繁殖后代。

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