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第4单元　细胞的生命历程
第2课　减数分裂和受精作用
[复习目标]　1.通过比较减数分裂的过程及精卵细胞形成过程，理解细胞生命活动的动态变化并建立辩证统一的观点。(生命观念)　2.通过细胞分裂图像辨析染色体、核DNA数量变化，培养逻辑思维能力。(科学思维)　3.通过观察蝗虫精母细胞减数分裂装片实验，提升观察能力和提出问题的能力。(科学探究)
考点一　减数分裂和受精作用
1．减数分裂的过程
(1)精细胞的形成过程
(2)卵细胞的形成过程
(3)比较精子和卵细胞形成过程的异同
2．减数分裂的概念
[教材深挖]
(必修2 P23习题改编)如图所示细胞为某雄性动物体内正在进行细胞分裂的细胞，据图回答下列问题：
(1)图示细胞的名称为初级精母细胞，判断的依据是该细胞为雄性动物体内的细胞，且有同源染色体联会现象。
(2)图示细胞含有2个四分体，这个细胞分裂完成后，子细胞的染色体组成类型共有4种。
3．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。如图所示：
(2)实质：精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体会合在一起。
(3)结果：受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目。
提醒：受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方，重新构成同源染色体。精子只提供核基因给受精卵，细胞质基因都来自母方，细胞质基因的遗传方式为“母系遗传”。
4．减数分裂与受精作用的意义
(1)子代呈现多样性，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)对于维持每种生物(有性生殖的生物)前后代体细胞中染色体数目的恒定和生物的遗传和变异都具有重要意义。
5．遗传多样性的原因分析
(1)配子多样性的原因：减数分裂Ⅰ前期，联会时同源染色体的非姐妹染色单体间容易发生互换；减数分裂Ⅰ后期，同源染色体分离，非同源染色体自由组合。
(2)受精作用带来的遗传多样性：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。
[易错辨析]
1．减数分裂Ⅰ过程中同源染色体先分离，后联会。(×)
2．减数分裂Ⅱ过程中染色体的着丝粒分裂，姐妹染色单体分开。(√)
3．减数分裂Ⅰ染色体数目不变，减数分裂Ⅱ染色体数目减半。(×)
4．卵细胞形成过程中，细胞质都是均等分裂的。(×)
1．减数分裂重要概念的区分
(1)同源染色体和非同源染色体
①同源染色体
②非同源染色体：指形态、大小各不相同，且在减数分裂中不配对的染色体。
(2)联会与四分体
①联会：是指减数分裂Ⅰ过程中(前期)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。
③一个四分体＝1对同源染色体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子(含8条脱氧核苷酸链)。
(3)互换
①概念：减数分裂Ⅰ前期，同源染色体的非姐妹染色单体之间互换片段的现象。
②时期：减数分裂Ⅰ前期。
③意义：进一步丰富了配子的类型，增强了有性生殖生物的变异性。
2．减数分裂中染色体、DNA数量变化规律
(1)数量变化(体细胞染色体数为2n)
性原细胞→初级性母细胞→次级性母细胞(第一极体)→性细胞(第二极体)
间期 减Ⅰ 减Ⅱ前、中 减Ⅱ后 减Ⅱ末
染色体数2n 2n→n n 2n 2n→n
核DNA数2n→4n 4n→2n 2n 2n 2n→n
注：减Ⅰ表示减数分裂Ⅰ；减Ⅱ表示减数分裂Ⅱ。
(2)典型图示分析
①甲为性原细胞；乙为初级性母细胞；丙、丁为次级性母细胞(第一极体)；戊为性细胞(第二极体)。
②染色体数目减半发生在减数分裂Ⅰ末期，是由同源染色体分开平均进入 两个子细胞造成的，减数分裂Ⅱ时染色体数变化为n→2n→n，没有减半。
③减数分裂Ⅱ后期染色体数、DNA数都与正常体细胞中的相同，不同的是没有同源染色体。
④染色体/核DNA数的比值的变化规律及原因：
1∶11∶21∶1。
3．减数分裂产生配子种类的判断
原始生殖细胞减数分裂产生配子情况(以AaBb为例，没有突变和互换)如图：
分析产生配子种类时应特别注意是“一个个体”还是“一个性原细胞”。
①一个个体有很多性原细胞，如图各种情况都可以发生，因此可产生2n种配子，n代表同源染色体的对数。
②一个卵原细胞只能产生1个卵细胞，只能是1种。
③一个精原细胞只能发生图中的一种情况，因此可产生4个精细胞，这4个细胞“两两相同”，是2种。
④若仅发生基因突变，一个精原细胞可能会产生3种精细胞。
⑤若仅发生互换，一个精原细胞可能会产生4种精细胞。
命题点1　围绕精子与卵细胞的形成过程考查生命观念及科学思维
1．(2022·青岛三模)马蛔虫的精子和卵细胞中都只有2条染色体，图1表示马蛔虫体内细胞正常分裂过程中不同时期细胞内染色体、染色单体和核DNA含量的关系，图2表示部分细胞分裂图像。下列说法错误的是(　　)
图1
甲　　　　乙
图2
A．图1中Ⅲ时期所对应的细胞中一定不存在同源染色体
B．DNA分子的复制主要发生在图1的Ⅰ→Ⅱ过程中
C．图2中若乙细胞来自甲细胞，则乙细胞一定是次级卵母细胞
D．图2中甲细胞是观察染色体形态、数目的最佳时期
解析：选D。图1中Ⅲ时期对应的细胞处于减数分裂Ⅱ前期或中期，不存在同源染色体，A正确；DNA分子的复制主要发生在间期，即图1的Ⅰ→Ⅱ过程中，B正确；若乙细胞来自甲细胞，则根据染色体颜色可知，乙细胞一定是次级卵母细胞，C正确；观察染色体形态和数目的最佳时期是中期，而图2中甲细胞处于后期，D错误。
2．研究发现，雌蝗虫体细胞含有24条染色体，性染色体组成为XX，雄蝗虫体细胞中有23条染色体，只有一条X染色体，性染色体组成为XO，图甲表示某蝗虫体内正常的性原细胞(只画出了2号染色体和X染色体)，图乙是甲细胞进行减数分裂过程中，每条染色体上的DNA含量变化曲线。(不考虑突变和基因重组)下列有关叙述正确的是(　　)
甲　　　　　　　　　　乙　
A．甲细胞减数分裂后，产生的子细胞含有11或12条染色体
B．甲细胞中染色体和DNA的关系对应图乙的ef段
C．①②是2号染色体，cd段对应的细胞中含有2个染色体组
D．甲细胞减数分裂后会产生gH和gh两种生殖细胞
解析：选A。甲细胞缺了一条X染色体，减数分裂后，产生的子细胞含有11或12条染色体，A正确；甲细胞是性原细胞，染色体和DNA的关系对应图乙的ab段，B错误；①②是2号染色体，cd段表示减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ前、中期，对应的细胞中含有1个或2个染色体组，C错误；甲细胞减数分裂后会产生HXg和hO或HO和hXg两种生殖细胞，D错误。
命题点2　围绕配子形成与受精作用考查科学思维
3．(2021·湖北卷)植物的有性生殖过程中，一个卵细胞与一个精子成功融合后通常不再与其他精子融合。我国科学家最新研究发现，当卵细胞与精子融合后，植物卵细胞特异表达和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2。这两种酶能降解一种吸引花粉管的信号分子，避免受精卵再度与精子融合。下列叙述错误的是(　　)
A．多精入卵会产生更多的种子
B．防止多精入卵能保持后代染色体数目稳定
C．未受精的情况下，卵细胞不分泌ECS1和ECS2
D．ECS1和ECS2通过影响花粉管导致卵细胞和精子不能融合
解析：选A。多精入卵会导致子代有来自卵细胞和多个精细胞的染色体，破坏亲子代之间遗传信息的稳定性，因此一个卵细胞与一个精子成功融合后通常不再与其他精子融合。防止多精入卵可以保证子代遗传信息来自一个精子和一个卵细胞，能保持后代染色体数目稳定，A错误，B正确；结合题意“当卵细胞与精子融合后，植物卵细胞特异表达和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2”可知，未受精的情况下，卵细胞不分泌ECS1和ECS2，C正确；据题意可知，ECS1和ECS2能降解一种吸引花粉管的信号分子，避免受精卵再度与精子融合，推测该过程是由于ECS1和ECS2通过影响花粉管导致卵细胞和精子不能融合，D正确。
4．如图1所示为某动物初级精母细胞中的两对同源染色体，其减数分裂过程中，同源染色体非姐妹染色单体之间发生互换形成了如图2所示的四个精子，则来自同一个次级精母细胞的是(　　)
　
　图1　　　　　　　　图2　　　　　
A．①②　 B．①③　　
C．②③　 D．③④
解析：选B。减数分裂Ⅰ的特点：同源染色体分离；减数分裂Ⅱ的特点：次级精母细胞内由同一着丝粒相连的两条姐妹染色单体分开，成为两条子染色体并分别进入两个精细胞中，所以由同一个次级精母细胞最终分裂形成的精细胞中，染色体组成应相同。综上所述，根据图2中各细胞内染色体组成特点推知，①与③、②与④的染色体组成基本相同，B符合题意。
[技法提炼]　根据配子的种类逆推配子来源
考点二　(实验)观察蝗虫精母细胞减数分裂装片
1．实验原理
蝗虫的精母细胞进行减数分裂形成精细胞，再形成精子。此过程要经过两次连续的细胞分裂。在此过程中，细胞中的染色体形态、位置和数目都在不断地发生变化，因而可据此识别减数分裂的各个时期。
2．实验步骤
(1)装片制作(同有丝分裂装片制作过程)
解离→漂洗→染色→制片。
(2)显微观察(以蝗虫精母细胞为例)
观察细胞减数分裂实验的注意事项
(1)宜选用雄性个体生殖器官(如植物的花药、动物的精巢)作为观察减数分裂实验材料的原因：
①雄性个体产生精子的数量多于雌性个体产生卵细胞的数量。
②在动物卵巢内的减数分裂没有进行彻底，排卵时排出的仅仅是次级卵母细胞，只有和精子相遇后，在精子的刺激下，才能继续完成减数分裂Ⅱ。
(2)精巢内精原细胞既进行有丝分裂，又进行减数分裂，因此可以观察到染色体数为N、2N、4N的不同细胞分裂图像。
命题点1　教材基础实验
1．(2022·重庆模拟)下列关于实验原理、方法及结果的叙述，正确的是(　　)
A．可以通过观察兔的卵母细胞减数分裂固定装片来了解减数分裂动态过程
B．观察植物减数分裂不同时期的细胞，可选用已经开放豌豆花的花药作实验材料
C．在“建立减数分裂中染色体变化的模型”的制作活动中，若要模拟含3对同源染色体的细胞进行减数分裂，需要2种不同颜色的橡皮泥
D．在显微镜下观察洋葱根尖分生区细胞，在有丝分裂末期图像中发现了赤道板
解析：选C。兔卵原细胞的减数分裂是不连续的，且数目少，而精原细胞减数分裂形成精子的过程是连续的，且数目多，因此可以通过观察兔的精原细胞减数分裂固定装片来了解减数分裂过程，装片中的标本是死的，无法观察到减数分裂的动态过程，A错误；观察植物减数分裂不同时期的细胞，不可选用已经开放豌豆花的花药作实验材料，因为此时豌豆的减数分裂过程已经完成，B错误；在“建立减数分裂中染色体变化的模型”的制作活动中，要用2种颜色的橡皮泥制成染色体，形态大小相同但颜色不同的两条染色体表示同源染色体，因此模拟含3对同源染色体的细胞进行减数分裂过程中需要2种不同颜色的橡皮泥，C正确；在显微镜下观察洋葱根尖分生区细胞，在有丝分裂末期图像中发现了细胞板，赤道板是有丝分裂中期提出的一个假想的平面，是不存在的，D错误。
命题点2　高考拓展延伸
2．小鼠是常被用于研究人类遗传病的模式动物。请根据观察小鼠细胞减数分裂的实验步骤，回答下列问题：
供选材料及试剂：小鼠的肾脏、睾丸、肝脏，苏丹Ⅲ染液、醋酸洋红液、解离固定液。
(1)取材：用____________________作实验材料。
(2)制作：①取少量组织低渗处理后，放在____________________中，一定时间后轻轻漂洗。
②将漂洗后的组织放在载玻片上，滴加适量__________________________。
③一定时间后加盖玻片，_________________________________。
(3)观察：用显微镜观察时，发现几种不同特征的分裂中期细胞。若它们正常分裂，产生的子细胞是_________________________。
解析：(1)观察减数分裂应选取生殖器官，故应选取(小鼠)睾丸。(2)制片过程为“解离→漂洗→染色→制片”。①将少量组织经过低渗处理后，放在解离固定液中进行解离，然后进行漂洗。②将漂洗后的组织放在载玻片上，滴加适量的醋酸洋红液进行染色。③一定时间后，加盖玻片进行压片。(3)如果精原细胞进行有丝分裂，则其中期细胞正常分裂产生精原细胞；如果精原细胞进行减数分裂，则减数分裂Ⅰ中期细胞正常分裂产生次级精母细胞，减数分裂Ⅱ中期细胞正常分裂产生精细胞。
答案：(1)(小鼠)睾丸　(2)①解离固定液　②醋酸洋红液　③压片(只要有压片的操作均可)　(3)次级精母细胞、精细胞、精原细胞
考点三　减数分裂与有丝分裂综合应用的题型突破
题型1　根据细胞分裂图像判断细胞分裂方式
(1)有丝分裂与减数分裂主要时期细胞图像比较(以雄性动物为例)
项目 有丝分裂 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ
前期 ① ② ③
①与②的主要区别是同源染色体的排列方式；①与③、②与③的区别主要在于有无同源染色体
中期 ① ② ③
①与②的主要区别在于同源染色体的行为特点不同；①与③、②与③的区别主要在于有无同源染色体
后期 ① ② ③
①与③均为染色单体分离，细胞中染色单体数为0；②中同源染色体分离，分开的每条染色体中含有2条染色单体；①②都有同源染色体，③中无同源染色体
(2)根据染色体数目和行为判断细胞分裂时期
[对点突破]
1．(2021·天津卷)如图为某二倍体昆虫精巢中一个异常精原细胞的部分染色体组成示意图。若该细胞可以正常分裂，下列哪种情况不可能出现(　　)
解析：选D。若该细胞进行正常的有丝分裂，则后期会出现如图A所示的情况，A不符合题意；该图B和C为异常精原细胞进行减数分裂Ⅱ后期时可能出现的情况，B、C不符合题意；正常分裂时，形态较小的那对同源染色体应该在减数分裂Ⅰ后期分离，该图所示的减数分裂Ⅱ后期不会出现其同源染色体，D符合题意。
2．如图为某二倍体动物体内不同时期的细胞分裂图，下列叙述正确的是(　　)
甲　　　乙　　　　丙　　　　　丁
A．上图中含有2个染色体组的细胞是乙和丁
B．甲细胞可以表示该动物初级精母细胞的分裂过程
C．乙、丙细胞中不含有同源染色体，核DNA∶染色体＝2∶1
D．丁细胞产生的子细胞的基因组成是AB、Ab、aB、ab
解析：选A。据题图分析，该动物体细胞中含有两对同源染色体，4条染色体，图中甲含有4个染色体组，丙含有1个染色体组，乙和丁含有2个染色体组，A正确；甲细胞表示有丝分裂过程，B错误；乙细胞中不含有姐妹染色单体，核DNA∶染色体＝1∶1，C错误；丁细胞进行有丝分裂，产生的子细胞的基因组成是AaBb，D错误。
题型2　减数分裂与有丝分裂相关物质或结构的变化
(1)减数分裂和有丝分裂过程中的染色体与核DNA数量变化
①模型
②判断
(2)每条染色体中DNA含量的变化
时期 A→B B→C C→D D→E
减数分裂对应时期 减数分裂前的间期 G2期、MⅠ全过程和MⅡ前期、中期 MⅡ后期 MⅡ后期、末期
有丝分裂对应时期 有丝分裂前的间期 前期和中期 后期 后期、末期
(3)“同源染色体对数”和“染色体组数”数目变化曲线
甲　　　　　　　　　乙
①图甲中表示有丝分裂的是①，表示减数分裂的是②。
②图乙中表示有丝分裂的是③，表示减数分裂的是④。
[对点突破]
3．如图表示果蝇精原细胞在分裂过程中细胞内染色体数目、核DNA分子含量等指标的变化情况，图1中的乙曲线表示减数分裂过程中的染色体数目变化。下列有关分析正确的是(　　)
图1　　　　　　　　图2
图3
A．图2中HI段只有1个染色体组
B．图3可表示减数分裂
C．图1中EF段和图2中BC段变化的原因不同
D．基因重组可发生在图1中的CE段和图3中的jk段
解析：选C。图2中实线表示有丝分裂过程，虚线表示减数分裂过程，HI段细胞处于减数分裂Ⅱ时期，减数分裂Ⅱ后期含有2个染色体组，A错误；图3只能表示有丝分裂过程中一个细胞中染色体组数的变化，B错误；图1中EF段是减数分裂Ⅰ结束形成两个子细胞，导致核DNA含量减半，图2中BC段是有丝分裂后期着丝粒分裂，导致染色体数目加倍，C正确；基因重组通常可发生在减数分裂Ⅰ的前期和后期，有丝分裂过程中不能发生基因重组，D错误。
4.如图为人体细胞正常分裂时有关物质或结构数量变化曲线，下列分析错误的是(　　)
A．若曲线表示减数分裂每条染色体上DNA分子数目变化的部分曲线，则n等于1
B．若曲线表示有丝分裂染色体数目变化的部分曲线，则n等于46
C．若曲线表示减数分裂Ⅰ核DNA分子数目变化的部分曲线，则n等于23
D．若曲线表示有丝分裂染色体组数数目变化的部分曲线，则n等于2
解析：选C。每条染色体上DNA含量为1或2，若曲线表示减数分裂中每条染色体上DNA分子数目变化的部分曲线，则n＝1，A正确；有丝分裂过程中染色体数目变化规律为46→92→46，若曲线表示有丝分裂中染色体数目变化的部分曲线，则n＝46，B正确；减数分裂Ⅰ中核DNA数目是92，若曲线表示减数分裂Ⅰ中核DNA数目，则n＝46，C错误；人体细胞有丝分裂过程中，染色体组数为2或4(后期)，因此n＝2，D正确。
[真题演练]
1．(2021·福建卷)有同学用下列示意图表示某两栖类动物(基因型为AaBb)卵巢正常的细胞分裂可能产生的细胞，其中正确的是(　　)
解析：选A。A图示细胞着丝粒分裂，细胞中无同源染色体，且细胞质不均等分裂，可为次级卵母细胞处于减数分裂Ⅱ的后期，A正确；B图示细胞中含有同源染色体，细胞质不均等分裂，应处于减数分裂Ⅰ的后期，此时应发生同源染色体分离，与图示a和B、A和b分离不符，B错误；C图示细胞处于减数分裂Ⅰ后期，卵细胞形成过程在减数分裂Ⅰ的后期应不均等分裂，与题图不符，C错误；D图示细胞着丝粒分裂，且细胞中含有同源染色体，细胞质不均等分裂，在卵巢正常的细胞分裂中不可能产生，D错误。
2．(2022·浙江6月选考)某哺乳动物卵原细胞形成卵细胞的过程中，某时期的细胞如图所示，其中①～④表示染色体，a～h表示染色单体。下列叙述正确的是(　　)
A．图示细胞为次级卵母细胞，所处时期为前期Ⅱ
B．①与②的分离发生在后期Ⅰ，③与④的分离发生在后期Ⅱ
C．该细胞的染色体数与核DNA分子数均为卵细胞的2倍
D．a和e同时进入一个卵细胞的概率为1/16
解析：选D。图示细胞中存在2对同源染色体，为初级卵母细胞，且此时正在联会，所处时期为前期Ⅰ，A错误；①和②、③和④为同源染色体，分离发生在后期Ⅰ，B错误；图示细胞中有4条染色体，8个核DNA分子，推知卵原细胞中有4条染色体，4个核DNA分子，卵细胞中有2条染色体，2个核DNA分子，综上所述，该细胞的染色体数为卵细胞的2倍，核DNA分子数为卵细胞的4倍，C错误；a和e进入到同一个卵细胞的前提是①和③进入到同一个次级卵母细胞，而①和②(同源染色体)分离、③和④(同源染色体)分离时，①和③进入一个次级卵母细胞的概率是1/2×1/2＝1/4，此时a和e从同一个次级卵母细胞进入一个卵细胞的概率是1/2×1/2＝1/4，则图示细胞中的a和e进入同一个卵细胞的概率是1/4×1/4＝1/16，D正确。
3．(2022·全国乙卷)有丝分裂和减数分裂是哺乳动物细胞分裂的两种形式。某动物的基因型是Aa，若该动物的某细胞在四分体时期一条染色单体上的A和另一条染色单体上的a发生了互换，则通常情况下姐妹染色单体分离导致等位基因A和a进入不同细胞的时期是(　　)
A．有丝分裂的后期　 B．有丝分裂的末期
C．减数分裂Ⅰ D．减数分裂Ⅱ
解析：选D。有丝分裂过程中不会发生同源染色体联会形成四分体的过程，这样就不会发生姐妹染色单体分离导致等位基因A和a进入不同细胞的现象，A、B不符合题意；根据题意，某动物基因型是Aa，经过间期复制，初级性母细胞中有AAaa四个基因，该动物的某细胞在四分体时期发生互换，涉及A和a的交换，交换后两条同源染色体的姐妹染色单体上均分别具有A和a基因，减数分裂Ⅰ时，同源染色体分开，两组Aa彼此分开进入次级性母细胞，但不会发生姐妹染色单体分离导致等位基因A和a分开的现象，而在减数分裂Ⅱ时，姐妹染色单体分离，其上的A和a分开进入两个子细胞，C不符合题意，D符合题意。
4．(2021·江苏卷)A和a，B和b为一对同源染色体上的两对等位基因。有关有丝分裂和减数分裂叙述正确的是(　　)
A．多细胞生物体内都同时进行这两种形式的细胞分裂
B．减数分裂的两次细胞分裂前都要进行染色质DNA的复制
C．有丝分裂的2个子细胞中都含有Aa，减数分裂Ⅰ的2个子细胞中也可能都含有Aa
D．有丝分裂都形成AaBb型2个子细胞，减数分裂都形成AB、Ab、aB、ab型4个子细胞
解析：选C。生物体内有些特殊的细胞如生殖器官中的细胞既能进行有丝分裂又能进行减数分裂，但体细胞只进行有丝分裂，A错误。减数分裂只在减数分裂Ⅰ前进行染色质DNA的复制，B错误。有丝分裂得到的子细胞染色体组成与亲代相同，得到的2个子细胞中都含有Aa；减数分裂Ⅰ若发生互换，则得到的2个子细胞中也可能都含有Aa，C正确。有丝分裂得到的子细胞染色体组成与亲代相同，都形成AaBb型2个子细胞；因A和a，B和b为一对同源染色体上的两对等位基因，若不考虑互换，则减数分裂能得到两种类型(AB、ab或Ab、aB)的子细胞，D错误。
[长句特训]
　研究表明，雌性动物繁殖率下降与减数分裂异常密切相关。为了解减数分裂过程中的调控机制，研究人员展开了系列实验。
图1
图2
图3
设问形式1　图示判断类命题
(1)减数分裂Ⅰ的前期又可分为如图1所示5个亚时期，其中偶线期和粗线期可见同源染色体发生____________并形成四分体。减数分裂Ⅰ过程中，非同源染色体的自由组合及同源染色体中____________之间的互换，会导致配子基因组合的多样性。
设问形式2　实验探究类命题
(2)小鼠卵原细胞在胚胎期就开始了减数分裂Ⅰ，但在出生前后被阻滞在双线期之后、浓缩期之前的一个漫长的静止阶段(称为核网期)。研究发现，在此过程中，细胞中的环腺苷酸(简称cAMP)含量逐渐上升，达到峰值后维持在较高水平。在雌性小鼠性成熟后，卵母细胞才少量分批继续减数分裂过程。
①cAMP被称为细胞内的第二信使。如图2所示，当信号分子与受体结合后，通过G蛋白激活酶A，在其催化下由__________生成cAMP，作用于靶蛋白，调节细胞的生理过程。
②实验一：不同条件下体外培养特定时期的卵母细胞，实验结果如图3所示。由此可知，cAMP调控了细胞的减数分裂进程，判断依据是__________________。
③已知卵原细胞进入粗线期时，在显微镜下可观察到联会复合体蛋白(简称S蛋白)沿染色体轴分布，进入核网期时，S蛋白则已完全从染色体上解离下来。研究人员猜测cAMP调控减数分裂进程的靶蛋白可能是S蛋白，并对此展开进一步实验。
实验二：选取特定时期的胚胎卵巢，实验组注射混有台盼蓝的干扰S基因表达的RNA(台盼蓝用于指示注射成功与否)，则对照组应注射__________________________。经处理后分别进行细胞培养，3天后，实验组有67.0%的卵母细胞进入了核网期，对照组只有31.7%的卵母细胞进入核网期，证明干扰S基因的表达会____________小鼠卵母细胞提前进入核网期。
实验三：体外培养特定时期的卵母细胞，实验组中添加酶A抑制剂，一段时间后，实验组中可观察到S蛋白沿染色体轴分布的卵母细胞为68.7%，对照组的相应数据为39.0%，表明cAMP会____________S蛋白与染色体的解离。
④结合图2及上述一系列实验结果推测，cAMP调控减数分裂进程的机制为____________________________________。
解析：(1)分析题图可知，减数分裂Ⅰ前期的偶线期和粗线期同源染色体发生联会并形成四分体。减数分裂Ⅰ过程中，非同源染色体的自由组合及同源染色体中非姐妹染色单体之间的互换，会导致配子基因组合的多样性。(2)①图2中信号分子与受体结合后，G蛋白激活酶A，然后在酶A的催化下由ATP生成cAMP，作用于靶蛋白，调节细胞的生理过程。②实验一：图3中研究了酶A抑制剂和酶A抑制剂加cAMP类似物两种不同条件下细胞减数分裂进程，结果显示2组处于核网期的细胞比例低于1组和3组，由此可知，cAMP调控了细胞的减数分裂进程。③实验二：选取特定时期的胚胎卵巢，实验组注射混有台盼蓝的干扰S基因表达的RNA(台盼蓝用于指示注射成功与否)，则对照组要保证无关变量的一致，应注射等量混有台盼蓝的不干扰S基因表达的RNA。经处理后分别进行细胞培养，3天后，对照组只有31.7%的卵母细胞进入核网期，实验组有67.0%的卵母细胞进入了核网期，说明干扰S基因的表达会促进小鼠卵母细胞提前进入核网期。实验三：实验组中添加酶A抑制剂，与对照组对比，一段时间后，实验组中可观察到S蛋白沿染色体轴分布的卵母细胞为68.7%，对照组的相应数据为39.0%，表明cAMP会促进S蛋白与染色体的解离。④实验二证明干扰S基因的表达会促进小鼠卵母细胞提前进入核网期；实验三表明cAMP会促进S蛋白与染色体的解离。结合图2及上述一系列实验结果推测，cAMP调控减数分裂进程的机制为cAMP促进了S蛋白与染色体的解离，从而促进细胞减数分裂Ⅰ进入核网期。
答案：(1)联会　非姐妹染色单体　(2)①ATP
②2组处于核网期的细胞比例低于1组和3组
③等量混有台盼蓝的不干扰S基因表达的RNA　促进　促进　④cAMP促进了S蛋白与染色体的解离，从而促进细胞减数分裂Ⅰ进入核网期
第2课　减数分裂与受精作用
[基础练透]
1．下列是对高等动物通过减数分裂形成雌、雄配子以及受精作用的描述，其中正确的是(　　)
A．每个卵细胞继承了初级卵母细胞1/4的细胞质
B．进入卵细胞并与之融合的精子几乎不携带细胞质
C．等位基因进入卵细胞的机会并不相等，因为一次减数分裂只形成一个卵细胞
D．雌、雄配子彼此结合的机会相等，因为它们的数量相等
解析：选B。1个卵原细胞经过减数分裂产生1个卵细胞和3个极体，其中初级卵母细胞和次级卵母细胞在分裂过程中，细胞质分配是不均等的，A错误；精细胞产生后变形为精子，受精时精子只有头部进入卵细胞，尾部留在外面，进入卵细胞并与之融合的精子几乎不携带细胞质，B正确；等位基因进入卵细胞的机会相等，因为在减数分裂Ⅰ等位基因随同源染色体的分离而分离，随机进入次级卵母细胞和极体，C错误；一般来说，雄配子的数量远远多于雌配子的数量，D错误。
2.(2022·淮北一模)如图为某二倍体高等雄性动物的某细胞部分染色体组成示意图，图中①、②表示染色体，a、b、c、d表示染色单体，不考虑突变。下列叙述错误的是(　　)
A．在不发生互换的情况下，a和b中的两个DNA分子所含遗传信息相同
B．在减数分裂Ⅰ前期，同源染色体①与②联会形成的四分体分布在细胞中
C．在减数分裂Ⅱ过程中，一个次级精母细胞中可能存在0或1或2条X染色体
D．若a与c出现在该细胞产生的一个精子中，则b与d可出现在同时产生的另一精子中
解析：选D。a、b是染色体经过复制形成的姐妹染色单体，所以在不发生互换的情况下，两个DNA分子所含遗传信息相同，A正确；同源染色体①与②在减数分裂Ⅰ前期发生联会，形成四分体分布在细胞中，B正确；雄性动物的性染色体组成为XY型，减数分裂Ⅰ结束形成的两个次级精母细胞分别含有1条X和1条Y染色体，减数分裂Ⅱ后期，着丝粒分开，形成2条X染色体或2条Y染色体，所以一个次级精母细胞中可能存在0或1或2条X染色体，C正确；a、b是姐妹染色单体，因此若a与c出现在该细胞产生的一个精子中，则b与c的姐妹染色单体可出现在同时产生的另一精子中，但b与d不可能出现在同时产生的另一精子中，D错误。
3．(2022·莆田市二模)如图为某高等动物细胞连续分裂图像。下列分析正确的是(　　)
甲　　　　乙　　　　丙　　　　　丁
A．甲正在进行非等位基因的自由组合
B．乙中含两对同源染色体、两个染色体组
C．丙可能正在进行互换
D．丁可能是次级精母细胞或次级卵母细胞
解析：选B。非等位基因的自由组合发生在减数分裂Ⅰ后期，图示甲为有丝分裂后期，A错误；乙为体细胞，细胞中含两对同源染色体、两个染色体组，B正确；互换发生在减数分裂Ⅰ前期，图丙为减数分裂Ⅰ后期，C错误；根据图丙细胞质均等分裂可知，该生物为雄性，则丁是次级精母细胞，D错误。
4．(2022·雁峰区模拟)现代分子生物学技术能够用特定分子与染色体上的某一个基因结合，这个分子又能被带有荧光标记的物质识别，从而在染色体上显示出某种特定颜色的荧光点。现对正常分裂细胞的某一基因进行定位，发现一条染色体上有两个显示出某种特定颜色的荧光点。下列相关叙述正确的是(不考虑变异)(　　)
A．这两个荧光点表示的基因为等位基因
B．该分裂细胞可能处于减数分裂Ⅱ后期
C．该细胞的染色体数可能是体细胞的两倍
D．该细胞的同源染色体可能正在移向细胞两极
解析：选D。这两个荧光点表示的基因属于复制关系，正常情况下应为相同基因，A错误；该分裂细胞可能处于减数分裂Ⅰ或减数分裂Ⅱ前期和中期，此时每条染色体上含有两条染色单体，B错误；细胞的染色体数是体细胞的两倍时应处于有丝分裂后期，此时着丝粒已分裂，一条染色体上只有某种特定颜色的一个荧光点，C错误；该细胞可能处于减数分裂Ⅰ后期，此时细胞中同源染色体正在移向细胞两极，D正确。
5．(2022·河北模拟)某种蝗虫，其雌虫体细胞内染色体数为2n＝24(22＋XX)，雄虫体细胞内染色体数为2n＝23(22＋X)。下列情况不可能出现的是(　　)
A．四分体时期的初级精母细胞中会出现11个四分体
B．初级卵母细胞中的染色体数与初级精母细胞中的染色体数相等
C．着丝粒断裂前，次级卵母细胞中的染色单体数与次级精母细胞中的染色单体数相等
D．着丝粒断裂后，次级卵母细胞中的染色体数与次级精母细胞中的染色体数相等
解析：选B。由于蝗虫雄虫体细胞内染色体数为2n＝23(22＋X)，因此在四分体时期的初级精母细胞中会出现11个四分体，A不符合题意；根据题意，初级卵母细胞中的染色体数与初级精母细胞中的染色体数分别是24和23，B符合题意；着丝粒断裂前，次级卵母细胞中的染色单体数可能与次级精母细胞中的染色单体数相等，都是24条，C不符合题意；着丝粒断裂后，次级卵母细胞中的染色体数可能与次级精母细胞中的染色体数相等，都是24条，D不符合题意。
6．如图甲、乙为“观察蝗虫精母细胞减数分裂装片”实验的相关照片，图乙中减Ⅰ代表减数分裂Ⅰ，减Ⅱ代表减数分裂Ⅱ。下列叙述正确的是(　　)
甲
乙
A．该实验过程中要进行解离、漂洗、染色、制片等操作
B．该实验可直接用高倍镜进行观察
C．可在显微镜视野下观察到图乙变化的连续过程
D．可在图乙的减Ⅰ①中找到图甲的结构
解析：选D。该实验是“观察蝗虫精母细胞减数分裂装片”，所以不需要进行解离、漂洗、染色、制片等操作，A错误；该实验先在低倍镜下观察找到目标，再换高倍镜观察，B错误；制作装片后细胞已经死亡，因此不能观察到图乙变化的连续过程，C错误；减数分裂Ⅰ前期有可能发生同源染色体的非姐妹染色单体互换现象，故可在图乙的减Ⅰ①中找到图甲的结构，D正确。
7．(多选)甲、乙是某生物(2n＝2)细胞分裂过程中染色体分离示意图。下列叙述正确的是(　　)
甲　　　　　　　　乙
A．甲为减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离
B．甲图母源与父源染色体上有等位基因
C．乙不会发生非同源染色体的自由组合
D．该生物有性生殖过程中不能发生基因重组
解析：选BC。甲为有丝分裂后期，乙为减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离，A错误；等位基因是位于同源染色体相同位置上控制相同性状的基因，甲图母源与父源染色体上有等位基因，B正确；该生物2n＝2，只有一对同源染色体，没有非同源染色体，因此乙不会发生非同源染色体的自由组合，C正确；该生物有性生殖过程中可能发生同源染色体非姐妹染色单体之间的互换，属于基因重组的一种，D错误。
8．(2022·江苏常州模拟)研究人员对基因型为AaBb的某动物(2n)有丝分裂和减数分裂细胞中染色体形态、数目和分布进行了观察分析。图1中①～③为其细胞分裂不同时期的示意图(图中染色体不代表具体数目)，图2中细胞类型是依据不同时期细胞中染色体数和核DNA分子数的数量关系而划分的。请回答下列问题：
图1
图2
(1)图1中的①细胞表示的细胞分裂方式和时期是____________，该细胞中A和a基因出现在姐妹染色单体上的原因可能是_____________，
除此之外，该细胞还发生了___________________。
(2)图1中②细胞分裂的方式和时期是____________，它属于图2中类型____________的细胞。③细胞取自__________(填器官名称)。
(3)若图2中类型b、d、e的细胞属于同一次减数分裂，那么三者出现的先后顺序是___________________________，
在图2的5种细胞类型中，一定具有同源染色体的细胞类型有________________。
(4)着丝粒分裂导致图2中一种细胞类型转变为另一种细胞类型，其转变的具体情况有___________________________________。
A．a→b　　　　　 B．b→a
C．c→d D．d→c
解析：(1)图1中的①细胞中同源染色体两两配对形成四分体，所以其表示的细胞分裂时期是减数分裂Ⅰ前期，该细胞中A和a基因出现在姐妹染色单体上的原因可能是基因突变或互换。由该细胞右下角的染色体可看出(出现十字形，非同源染色体上有些片段能配对)，这对同源染色体发生染色体结构变异。(2)图1中②细胞含有同源染色体，且着丝粒正在分裂，处于有丝分裂后期，对应图2中类型a。③细胞中同源染色体正在分离，非同源染色体正在自由组合，处于减数分裂Ⅰ的后期，且细胞质均等分裂，说明该细胞为初级精母细胞，取自精巢或睾丸。(3)图2中a染色体数为体细胞的2倍，处于有丝分裂后期；b染色体是DNA的一半，且DNA是体细胞的2倍，处于有丝分裂前、中期，减数分裂Ⅰ的前、中、后期；c染色体和DNA相等，且与体细胞相等，处于有丝分裂末期、减数分裂Ⅱ的后期；d染色体数目减半，DNA是染色体的2倍，处于减数分裂Ⅱ的前、中期；e染色体和DNA均减半，处于减数分裂Ⅱ的末期，若b、d、e的细胞属于同一次减数分裂，则顺序依次为bde，五种类型的细胞中，一定具有同源染色体的有ab(因为有丝分裂和减数分裂Ⅰ都含有同源染色体)。(4)a为有丝分裂后期，着丝粒已经分裂，A错误；b→a，说明是有丝分裂中期→有丝分裂后期，B正确；c处于有丝分裂末期或减数分裂Ⅱ后期，着丝粒已经分裂，C错误；d→c，说明是减数分裂Ⅱ的中期→减数分裂Ⅱ的后期，D正确。
答案：(1)减数分裂Ⅰ前期　基因突变或互换　染色体结构变异　(2)有丝分裂后期　a　精巢(或睾丸)　(3)bde　ab　(4)BD
[能力提升]
9.果蝇体内的一个细胞在分裂过程中，一段时期内某种物质或结构的数量变化如图。下列叙述正确的是(　　)
A．若a代表2个染色体组，则该细胞正在进行减数分裂
B．若a代表4个核DNA分子，则该细胞正在进行有丝分裂
C．若a代表4条染色体，则该细胞在CD段不能形成四分体
D．若a代表8条染色单体，则该细胞在CD段可发生基因重组
解析：选D。若a代表2个染色体组，则CD段细胞中出现4个染色体组，说明该细胞进行有丝分裂，A错误；若a代表4个核DNA分子，说明该细胞进行减数分裂，B错误；若a代表4条染色体，则CD段细胞中有8条染色体，说明进行减数分裂Ⅰ或减数分裂Ⅱ，可能形成四分体，C错误；若a代表8条染色单体，则CD段细胞有16条染色单体，可能处于减数分裂Ⅰ，细胞可能发生基因重组，D正确。
10．研究发现，Cyclin B3(蛋白)在雌性哺乳动物生殖细胞形成过程中发挥独特作用，当Cyclin B3缺失时雌性小鼠不能产生后代(个体)。为揭示Cyclin B3的作用机理，研究者对Cyclin B3缺失雌鼠和正常雌鼠卵细胞的形成过程进行了观察对比，并绘制了下图。据此推测Cyclin B3的功能是(　　)
A．促进同源染色体的分离
B．促进DNA的复制
C．促进纺锤体的形成
D．促进着丝粒的分裂
解析：选A。由题图可知，与正常雌鼠卵细胞的形成过程相比，Cyclin B3缺失雌鼠在减数分裂Ⅰ后期才表现异常，其同源染色体不能分离，进而导致减数分裂Ⅱ过程不能正常进行，说明Cyclin B3的功能是促进同源染色体的分离，A符合题意；DNA的复制发生在减数分裂Ⅰ前的间期，由题图可知，Cyclin B3缺失雌鼠和正常雌鼠均能正常进行DNA复制，说明Cyclin B3的功能不是促进DNA的复制，B不符合题意；由题图可知，正常雌鼠和Cyclin B3缺失雌鼠都形成了纺锤体，说明Cyclin B3的功能不是促进纺锤体的形成，C不符合题意；减数分裂过程中着丝粒的分裂发生在减数分裂Ⅱ后期，图中未显示减数分裂Ⅱ后期图像，无法得出Cyclin B3对着丝粒分裂的作用，D不符合题意。
11．(多选)研究人员在四川牡丹(2n＝10)花粉母细胞中观察到图中箭头所示的“染色体桥”现象。下列选项分析不正确的是(　　)
A．图中时期是减数分裂Ⅰ
B．姐妹染色单体连接形成染色体桥
C．染色体桥现象不会影响基因重组
D．该细胞的子细胞中遗传信息相同
解析：选BCD。结合分析可知，图中时期是减数分裂Ⅰ，A正确；图中的染色体桥是由不同的染色体连接而成，是非姐妹染色体单体，B错误；染色体桥会影响同源染色体的分离，故会影响基因重组现象，C错误；该细胞中含有同源染色体，同源染色体通常含有等位基因，故子细胞中遗传信息不一定相同，D错误。
12．cAMP(环化腺苷一磷酸)是一种细胞内的信号分子。研究表明，cAMP对初级卵母细胞完成减数分裂Ⅰ有抑制作用，大致机理如图1所示。
图1
(1)由图1可知，被激活的酶A能催化ATP________________________，并发生环化形成cAMP。cAMP能活化酶P，活化的酶P能抑制初级卵母细胞分裂为____________________________________。
(2)女性在胚胎时期卵原细胞就发育成为初级卵母细胞，但初级卵母细胞启动减数分裂Ⅰ则需要等到进入青春期之后。依据图1推测，进入青春期后女性的初级卵母细胞恢复分裂的信号途径是______________________________________。
(3)初级卵母细胞的不均等分裂依赖于细胞膜内陷位置形成的缢缩环。有人认为cAMP抑制减数分裂Ⅰ是因为影响了缢缩环，为此搜集了小鼠的初级卵母细胞，在诱导恢复分裂后，用两种特异性药物(药物H和药物F)进行了实验，结果如图2所示。
注：“＋”表示处理，“－”表示未处理。
图2
①应从小鼠的__________(器官)中获取初级卵母细胞，然后转移到37 ℃、______________(气体环境)的恒温培养箱中培养。
②由实验结果推测，药物H能__________细胞中cAMP的量；药物F对酶A有____________作用。
③根据上述结果推测，cAMP抑制减数分裂Ⅰ的原因除了阻止缢缩环的形成，还可能是_______________________________________。
解析：(1)由图1可知，被激活的酶A能催化ATP形成cAMP(环化腺苷一磷酸)和PPi，该过程脱去两个磷酸基团；初级卵母细胞分裂形成的子细胞为次级卵母细胞和极体。(2)依据图1推测，进入青春期后女性的初级卵母细胞恢复分裂的信号途径是信号分子2作用于S2蛋白，通过G2蛋白抑制酶A，使细胞内的cAMP浓度降低，活化的酶P减少，从而解除对减数分裂Ⅰ的抑制作用。(3)①初级卵母细胞是由卵原细胞经过减数分裂前的间期的染色体复制后形成的，场所是卵巢，因此应从小鼠的卵巢中获取初级卵母细胞，然后转移到37 ℃，含5%CO2、95%空气的恒温培养箱中培养。②根据图中结果可知，只加药物F时，没有完成减数分裂Ⅰ的细胞增多，这说明药物F特异性激活酶A，只加药物H时，没有完成减数分裂Ⅰ的细胞减少，这说明药物H能降低细胞中cAMP的量。③由实验结果分析可知，cAMP抑制减数分裂Ⅰ的原因可能是阻止缢缩环的形成(或“促进缢缩环的退化”)及干扰缢缩环的定位。
答案：(1)脱去两个磷酸基团　次级卵母细胞和极体　(2)信号分子2作用于S2蛋白，通过G2蛋白抑制酶A，使细胞内的cAMP浓度降低，活化的酶P减少，从而解除对减数分裂Ⅰ的抑制作用　(3)①卵巢　5% CO2、95%空气
②降低　激活　③干扰缢缩环的定位

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