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第2章 基因和染色体的关系
减数分裂和受精作用
第一课时
1
2
3
4
5
6
温故：请按照植物细胞有丝分裂的正确顺序进行排序
细胞分裂的方式：
真核细胞分裂的方式
有丝分裂
无丝分裂
减数分裂
体细胞产生方式
生殖细胞产生方式
原核细胞分裂的方式
二分裂
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。
右图是黑腹果蝇雌雄个体的体细胞和配子的染色体示意图。
讨论：配子的染色体与体细胞的染色体有什么差别？
配子的染色体数目是体细胞的染色体数目的一半；
配子的染色体来自体细胞中每对染色体中的一条染色体。
♀
♂
体细胞 配子
果蝇体细胞和配子的染色体示意图
讨论：针对这幅图，你还能提出什么问题或猜想？
生殖细胞：
体细胞：
有丝分裂：真核生物产生体细胞的分裂方式。形成的子代细胞与亲代细胞染色体数目相同。
染色体
亲代细胞
子代细胞
复制
平均分配
除生殖细胞外构成机体的细胞都叫体细胞。构成人体的体细胞有200多种，如神经细胞、血细胞等。
指精子和卵细胞或雄配子和雌配子
提出问题：配子可以通过有丝分裂来产生吗？
作出假设：可。
逻辑推理：以人为例，正常人体细胞含有46条染色体。
受精卵
有丝分裂
细胞分化
受精作用
精子
卵细胞
父亲
母亲
有丝分裂
有丝分裂
（46）
（46）
（46）
（46）
（92）
（92）
个体
结论：配子不可通过有丝分裂来产生。
魏斯曼
（A.Weismann，1834-1914）
德国动物学家魏斯曼从理论上预测：
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。
受精卵
有丝分裂
细胞分化
受精作用
精子
卵细胞
父亲
母亲
减数分裂
减数分裂
（46）
（46）
（23）
（23）
（46）
（46）
这种方式是一种特殊的有丝分裂方式—减数分裂
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。
在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的结果是，成熟生殖细胞的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。
减数分裂概念
阅读精子形成过程
解决以下问题，展示学习成果：
人和其他动物精子形成的具体场所？
精原细胞来源于哪种分裂方式？
减数分裂过程、每个时期特征？
同源染色体、四分体、联会概念？
形成场所：
睾丸(人和其他哺乳动物)
曲细精管中有大量原始的雄性生殖细胞——精原细胞，每个精原细胞的染色体数目都与体细胞相同
曲细精管
人的睾丸和精子示意图
精子的形成过程
精原细胞
精原细胞是原始的雄性生殖细胞
通过有丝分裂进行增殖
每个精原细胞中的染色体数目与体细胞的相同
精原细胞
有丝分裂
减数分裂
新的精原细胞
精细胞
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
过程
精原细胞
染色体复制
初级精母细胞
次级精母细胞
减I
减II
精细胞
精子
变形
精子
（1）减数分裂前的间期（精原细胞）
变化
1:染色质复制（DNA复制和相关蛋白质合成）
2:细胞体积增大
3:中心体复制
1:每条染色体都由两条完全相同的姐妹染色单体组成
2:染色体数目不变，DNA数目加倍
结果
精原细胞
初级精母细胞
染色体复制
体积增大
此时的染色体呈染色质丝的状态
减数分裂I前期
特点
1:同源染色体联会形成四分体
2:同源染色体上的非姐妹染色单体可以发生染色体互换
交叉
互换
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
形状和大小一般相同，
一条来自父方、一条来自母方
同源染色体
（1）同源染色体：
（2）联会：
同源染色体两两配对的现象。
（3）四分体：
联会后每对同源染色体含有四条染色单体，叫四分体。
减数分裂I（初级精母细胞）前期
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
交叉互换
：
减数分裂Ⅰ前期（初级精母细胞）
四分体中的非姐妹染色单体之间缠绕，并交换相应片段。
（同源染色体中的非姐妹染色单体）
= 同源染色体
= 染色体
= 染色单体
= 姐妹染色单体
= DNA分子
= 脱氧核苷酸链
1个四分体
1对
2条
4条
4个
8条
2对
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？
同源染色体上的基因关系
①相同位置有相同基因或者等位基因
②相同位置基因控制同一性状
③所控制性状的基因的排列顺序也相同
减Ⅰ前期
减Ⅰ中期
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。
减数分裂Ⅰ中期（初级精母细胞）
或
特点
或
1:同源染色体分离，
2:非同源染色体自由组合。移向细胞两极
3：这样，细胞的每极只得到各对同源染色体中的一条
减数分裂I（初级精母细胞）后期
即：减数第一次分裂后期，同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合
在两组染色体到达细胞的两极后，一个初级精母细胞就分裂成两个次级精母细胞。
减数分裂I（初级精母细胞）末期
特点
1:细胞质分裂，缢裂形成2个次级精母细胞；
2:细胞中的染色体数目减半，不再有同源染色体。
前期
末期
后期
中期
减数分裂I（初级精母细胞）
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半。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。
特点
1:每个细胞中无同源染色体
2:非同源染色体散乱排布
3:每条染色体含有两条染色单体
减数分裂 II（次级精母细胞）前期
减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ之间通常没有间期，或者间期时间很短，染色体不再复制。
减Ⅱ前期
减Ⅱ中期
纺锤丝牵引着着丝粒将染色体排列在赤道板上。
减数分裂 II（次级精母细胞）中期
减Ⅱ中期
减Ⅱ后期
非同源染色体的着丝粒分裂，两条姐妹染色单体分开形成染色体，染色体数目暂时加倍。
减数分裂 II（次级精母细胞）后期
次级精母细胞
精细胞
减Ⅱ后期
减Ⅱ末期
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。
减数分裂 II（次级精母细胞）末期
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，头部含有细胞核，尾长能够摆动。
四个精细胞变形成四个精子
①细胞核变成精子头部的主要部分；
②高尔基体发育为头部的顶体；
③中心体演变为精子的尾；
④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
①同源染色体配对——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，分别移向细胞的两极；
④非同源染色体自由组合
每条染色体的着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，分别移向细胞的两极
联会、四分体
同源染色体分离
着丝粒分裂
染色单体分开
次级精母细胞
体积增大
染色体复制
变形
间期
减数第一次分裂
减数第二次分裂
（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在______________。
精原细胞
初级精母细胞
精细胞
精
子
同源染色体分离
姐妹染色单体分离
减数第一次分裂
无
有，分离
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；
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
2N→N(减半)
2N→4N→2N
0→4N→2N
N→2N→N(不减半)
2N→N
2N→0
场所（以哺乳动物为例）：卵巢
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
卵细胞
减数分裂
卵原细胞
有丝分裂
卵原细胞
卵原细胞是原始的雌性生殖细胞
通过有丝分裂进行增殖
每个卵原细胞内染色体数目与体细胞的相同
卵细胞的形成
过程
卵细胞形成过程
卵原细胞
初级
卵母细胞
次级
卵母细胞
卵细胞
染色体复制
减数分裂Ⅰ
减数分裂Ⅱ
减数分裂
减数分裂前的
间期
与精子形成过程基本相同。
不同点是初级卵母细胞经过减数分裂Ⅰ进行不均等分裂，形成一个极体（小），和一个次级卵母细胞（大）。
次级卵母细胞经过减数分裂Ⅱ进行不均等分裂，形成卵细胞，和一个极体。
极体
极体
2个极体
同源染色体分离
卵原细胞
复制
联会
卵细胞
着丝粒分裂
着丝粒分裂
极体
退化消失
减数分裂Ⅰ（初级卵母细胞）
减数分裂Ⅱ（极体）
减数分裂Ⅱ（次级卵母细胞）
卵细胞形成过程
睾丸
卵巢
均等的分裂
无变形期
1个精原细胞分裂形成4个2种精子
1个卵原细胞分裂形成1个卵细
胞和3个极体（退化消失）
不均等的分裂
有变形期
染色体
精子形成过程和卵细胞形成过程的比较
进行有性生殖的生物
原始生殖细胞 → 成熟生殖细胞
染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次
对象:
时期:
特点:
结果:
成熟生殖细胞中的染色体比原始生殖细胞中的染色体数目减少一半
（精原细胞、卵原细胞）
（精子、卵细胞）
注意：减数分裂没有细胞周期，因为减数分裂形成的成熟生殖细胞（精子和卵细胞）不再继续分裂。
精(卵)原细胞
初级精(卵)母细胞
次级精(卵)母细胞
精(卵)细胞(或极体)
.
1.1 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
B
.
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
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？
这个细胞正在进行减数分裂。因为细胞中出现了四分体。
4条染色体。8条染色单体。
细胞中有2对同源染色体。其中染色体A与C、A与D、B与C、B与D是非同源染色体。
.
4.下图所示的细胞正在进行细胞分裂，识图回答问题
(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。
a与a’，、b与b’，、c与c’、d与d’是姐妹染色单体。
这个细胞在分裂完成后，子细胞中有2条染色体。
.
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。
染色体行为变化
.
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。
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。
.
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。
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；大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。

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