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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
第2课时　受精作用
课时目标 1.运用结构与功能观，说明受精作用的意义；由非同源染色体的组合和受精作用，理解有性生殖的变化与稳定。(生命观念)
2．建构细胞减数分裂的模型，并运用模型理解配子中染色体组合的多样性。(科学思维)
3．通过模拟减数分裂中染色体的变化，培养沟通合作能力。(科学探究)
一、配子中染色体组合的多样性
1．模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化
(1)同源染色体制作：长度 ，颜色 。(填“相同”或“不同”)
(2)同源染色体分离：两对染色体排列在赤道板两侧， (填“相同”或“不同”)颜色的染色体分离移向细胞两极。
(3)染色单体分离：平均分开每条染色体上连接染色单体的小块橡皮泥——相当于 分裂，子染色体分别移向细胞两极。
相同
不同
不同
着丝粒
2．配子中染色体组合多样性的原因
时期 图示 染色体行为
减数分裂 Ⅰ
前期 四分体中 之间可能发生互换
减数分裂 Ⅰ
后期 同源染色体分离，非同源染色体
非姐妹染色单体
自由组合
二、受精作用
1．概念：卵细胞和精子相互识别、融合成为 的过程。
2．过程
受精卵
图示 过程变化
精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面
卵细胞的 发生复杂的生理反应，以阻止其他精子进入
精子的 与卵细胞的 融合，使彼此的染色体会合在一起
细胞膜
细胞核
细胞核
3.实质： 融合。
4．结果：受精卵中的 又恢复到体细胞中的数目，保证了物种染色体数目的稳定，其中有一半的染色体来自 ，另一半来自 。
5．减数分裂和受精作用的意义
(1)保证了每种生物前后代 的恒定，维持了生物遗传的稳定性。
(2)后代具有 ，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 的优越性。
精子的细胞核与卵细胞的细胞核
染色体数目
精子(父方)
卵细胞(母方)
染色体数目
多样性
有性生殖
◆视野拓展
1．受精作用与双胞胎的形成
(1)同卵双胞胎：一个精子与一个卵细胞结合完成受精作用后，受精卵一分为二变为两个一样的细胞，然后发育成为两个个体，因为两个个体源自同一个受精卵，所以叫同卵双胞胎。
(2)异卵双胞胎：两个精子与两个卵细胞同时受精，产生了两个不同的受精卵，这两个受精卵相互间没有什么联系，所以叫异卵双胞胎。
2．孤雌生殖
(1)含义：孤雌生殖也称单性生殖，即卵不经过受精发育成正常的新个体。
(2)实例：如蜜蜂的卵不受精发育成雄蜂，卵受精则发育成工蜂和蜂王。
×
√
×
√
×
√
◆思维启迪
1．精子与卵细胞的识别体现了细胞膜的哪一功能？融合过程依赖于细胞膜的什么特点？
提示：精子与卵细胞的识别体现了细胞膜的信息交流功能，其融合过程依赖于细胞膜的流动性。
2．从减数分裂产生配子的角度分析“一母生九子，九子各不同”的原因。
提示：亲代生殖细胞经减数分裂可产生多种多样的配子，每次生育时参与受精作用的配子的染色体组成不完全相同。
3．一般来说，一个人的遗传物质来自母亲的要多于来自父亲的，其原因是什么？
提示：受精时，通常是精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面，因此，受精卵细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞，而细胞核中的遗传物质一半来自母亲、一半来自父亲。所以一个人的遗传物质来自母亲的要多于来自父亲的。
任务一 配子中染色体组合的多样性
下图中的A、a和B、b表示原始生殖细胞中的两对同源染色体。
[问题探究]
1．情况1和情况2中，最终产生的4个子细胞各有几种类型？分别是什么？
答案：情况1中有2种类型，分别为Ab和aB；情况2中有2种类型，分别为AB和ab。
2．据此推断：含有n对同源染色体的生物体可产生的配子类型为多少种？
答案：2n种。
3．如果某雄性动物的基因型为AaBb，一个精原细胞产生了一个Ab的精子，则该精原细胞同时产生的另外三个精子的基因组成是怎样的？
答案：Ab、aB、aB。
1．减数分裂与配子多样性
(1)二倍体生物一个精原细胞的减数分裂，不考虑互换。
由上图可知：
①E和F、G和H的染色体组成完全相同，分别来自同一个次级精母细胞C、D。
②E(F)与G(H)中的染色体“互补”，来自同一个初级精母细胞。
(2)二倍体生物一个精原细胞的减数分裂，考虑互换。
由上图可知：
①E和F、G和H的染色体组成大同小异，分别来自同一个次级精母细胞C、D。
②E(F)与G(H)中的染色体“互补”(除互换部分外)，来自同一个初级精母细胞。
2．一般情况下减数分裂产生配子的种类
(1)只考虑非同源染色体自由组合，不考虑互换。(Y与y、R与r分别表示两对同源染色体)
比较项目 YyRr个体能产生配子的种类 含n对同源染色体个体产生
配子的种类
一个精原细胞 2种(YR、yr
或Yr、yR) 2种
一个雄性个体 4种(YR、
yr、Yr、yR) 2n种
比较项目 YyRr个体能产生配子的种类 含n对同源染色体个体产生
配子的种类
一个卵原细胞 1种(YR或yr
或Yr或yR) 1种
一个雄性个体 4种(YR、
yr、Yr、yR) 2n种
(2)若考虑互换，会增加配子的种类，如一个含n对同源染色体的生物产生配子的种类会大于2n种。
3．减数分裂中的异常情况分析
(1)减数分裂 Ⅰ 异常(同源染色体未分离)
产生的四个精细胞的特点：两两相同、两两“互补”，四个全部异常，且有两个含有同源染色体(等位基因)。
(2)减数分裂 Ⅱ 异常(姐妹染色单体未分离)
产生的四个精细胞的特点：两个相同且正常，其余两个异常，一个没有染色体，另一个含有两条相同的染色体(相同的基因)。
配子中染色体组合的多样性的两个认识误区
(1)配子中染色体组合的多样性不仅仅与减数分裂 Ⅰ 后期时非同源染色体的自由组合有关，还与联会时同源染色体的非姐妹染色单体的互换有关。
(2)一个精原细胞并非只能产生2种类型的精子，也可能同时产生4种类型的精子，如发生互换。
A
解析：
一个初级精母细胞无论含有多少对同源染色体，在不发生互换的情况下，经减数分裂都只形成2种类型的精子，A正确。
D
解析：
在不考虑互换的情况下，每个精原细胞产生2个不同的次级精母细胞，每个次级精母细胞产生2个相同的精细胞，图中①④可能来自同一个精原细胞，②⑥可能来自同一个精原细胞，③⑦可能来自同一个精原细胞，⑤⑧可能来自同一个精原细胞，因此至少来自4个精原细胞，A、B正确；1个次级精母细胞能产生2个相同的精细胞，图中8个精细胞的基因型各不相同，至少来自8个次级精母细胞，C正确；①⑦不可能来自同一个精原细胞，D错误。
“口诀法”判断配子的来源
任务二 受精作用
下图表示受精作用的过程。
[问题探究]
1．一般情况下为什么只有一个精子和卵细胞结合？在结合时是否整个精子都进入卵细胞？
答案：在受精时，一个精子进入卵细胞后卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理反应，从而阻止其他精子进入。在结合时精子只是头部进入卵细胞，而尾部留在外面。
2．以下关于受精过程的两个说法是否正确？请说明理由。
说法一：受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方。
说法二：受精卵中的DNA一半来自父方，一半来自母方。
答案：说法一正确，说法二错误。因为细胞质中也含有DNA，受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，因此细胞质中的DNA几乎全部来自母方。
1．受精作用的细胞学基础
(1)细胞膜的信息交流功能——使同种生物的两性生殖细胞能够相互识别。
(2)细胞膜的流动性——使两性生殖细胞融合为一个受精卵。
2．受精卵中遗传物质的来源
(1)细胞核中的遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞。
(2)细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
3．减数分裂和受精作用过程曲线分析
(1)细胞中核DNA含量变化曲线
①a～b表示减数分裂前的间期，b～c表示减数分裂 Ⅰ ，c～d表示减数分裂 Ⅱ 。
②e点表示进行受精作用。
③e～f表示受精卵进行有丝分裂前的间期，f～g表示受精卵的有丝分裂。
(2)细胞中染色体数目变化曲线
①O～a表示减数分裂前的间期及减数分裂 Ⅰ ，a～c表示减数分裂 Ⅱ 。
②d点表示进行受精作用。
③d～f表示受精卵进行有丝分裂前的间期和有丝分裂。
4．减数分裂和受精作用结果分析
(1)对减数分裂结果的分析：经减数分裂形成的成熟生殖细胞(精子或卵细胞)的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半，即配子中的染色体数目只有体细胞的一半。
(2)对受精作用结果的分析：经受精作用形成的受精卵中的染色体一半来自精子(父方)、一半来自卵细胞(母方)，使受精卵中的染色体数目恢复到体细胞中的数目。
(3)同一双亲的子代遗传呈现多样性的原因
①配子的多样性：非同源染色体的自由组合，同源染色体中非姐妹染色单体的互换。
②受精时雌雄配子的随机结合。
有关受精作用的两个易错点
(1)受精卵中的DNA并不是一半来自父方，一半来自母方，细胞质中的DNA几乎全部来自母方。
(2)同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合发生在减数分裂过程中，与受精作用过程无关。
C
解析：
受精时，雌雄配子相互识别是通过精子细胞膜表面的信号分子与卵细胞表面的受体直接接触实现的，A正确；受精卵由精子和卵细胞结合形成，其细胞核内的染色体一半来自卵细胞，一半来自精子，B正确；非同源染色体上的非等位基因自由组合发生在减数分裂 Ⅰ ，不发生在受精作用过程中，C错误；减数分裂产生配子时染色体数目减半，受精作用雌雄配子结合使染色体数目恢复，故受精作用有利于维持前后代细胞中染色体数目的恒定，D正确。
C
解析：
受精卵中细胞核的遗传物质一半来自母方，一半来自父方，而细胞质中的遗传物质几乎全部来自母方，A错误；基因的自由组合发生在形成配子的过程中，即发生在过程①减数分裂中，过程①减数分裂和②受精作用导致有性生殖后代的多样性，B错误；过程①减数分裂和过程②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，C正确；一般情况下，一个卵细胞只能与一个精子结合，D错误。
A
解析：
依据曲线所表示的染色体数目变化情况可知，A～G段表示减数分裂前的间期及减数分裂，H～I段表示受精作用，I～M段表示有丝分裂前的间期及有丝分裂，A正确、C错误；C～G段为减数分裂 Ⅱ 过程，故C～H段不能表示一个细胞周期，B错误；E～F段表示减数分裂 Ⅱ 后、末期，细胞中着丝粒分裂，姐妹染色单体分开形成子染色体，染色体数目加倍，无同源染色体，D错误。
单亲二体性——社会责任
“单亲二体性”是指23对同源染色体中，某一对同源染色体都来自父方或母方。原因是双亲中的一方减数分裂异常而产生含有两条该染色体的配子，受精后形成的受精卵中含有三条同源染色体，但在胚胎发育过程中，三条同源染色体中的一条随机丢失。
设计1：考查知识迁移能力
(1)____________________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，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。
设计2：考查长句表达能力与科学思维
(2)“单亲二体性”出现的原因是_________________________________
_____________________，“单亲二体性”的后代一定患病吗？_______
________________________________________________________。
设计3：考查问题解决能力与社会责任
(3)如果“单亲二体性”造成了健康问题，推测可能的原因是_________
____________________________________________________________。
答案：(1)减数分裂和受精作用
(2)减数分裂 Ⅰ 异常或者减数分裂 Ⅱ 异常　不一定
(3)一个孩子可能从父母中的一方继承了两条相同的、带有罕见隐性突变的染色体
解析：
(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，维持了遗传的稳定性，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。(2)“单亲二体性”的23对染色体中某一对的两条染色体都来自精子或者卵细胞，这种情况的出现可能是减数分裂 Ⅰ 异常或者减数分裂 Ⅱ 异常。“单亲二体性”也可能产生正常的配子，这样后代不患病。(3)如果“单亲二体性”造成了健康问题，可能的原因是一个孩子可能从父母中的一方继承了两条相同的、带有罕见隐性突变的染色体。
B
解析：
子代体内细胞的细胞核遗传物质一半来自父方，一半来自母方，而细胞质遗传物质几乎都来自母方，A错误；同源染色体一条来自父方，一条来自母方，故子代体内细胞的每一对同源染色体都由父母共同提供，B正确；细胞内的同源染色体一般形态和大小是相同的，但男性体内的性染色体大小不同，C错误；由于基因的自由组合，同一父母的子代之间遗传物质不一定相同，D错误。
D
解析：
配子多样性的原因为减数分裂 Ⅰ 前期同源染色体非姐妹染色单体之间的互换，以及减数分裂 Ⅰ 后期非同源染色体之间的自由组合，D正确。
A
解析：
“黑白双胞胎”在个体发育中，其受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方，增加了遗传的多样性，细胞质中的遗传物质几乎全部来自母方，因此受精卵的遗传物质并非一半来自父方，一半来自母方，A错误；非同源染色体的自由组合形成了多种多样的配子，导致配子中染色体组合的多样性，B正确；配子的多样性，再加上受精时精子与卵细胞的随机结合，进一步增加了受精卵中染色体组合的多样性，C正确；减数分裂 Ⅰ 四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换导致配子中染色体组合的多样性，D正确。
B
解析：
正常情况下，图中细胞分裂最终得到的子细胞的基因型可能是DE、de或De、dE，B正确。
C
解析：
该活动中，红色和黄色橡皮泥制作的两种染色体分别表示来自不同的亲本，A正确；两条颜色、长度相同的染色单体中部用同种颜色的小块橡皮泥粘起来，代表一条染色体含有两条染色单体，小块橡皮泥代表着丝粒，B正确；减数分裂过程中，为演示减数分裂 Ⅰ 后期非同源染色体的自由组合，至少需要用红色橡皮泥和黄色橡皮泥制作的染色体各两条，C错误；可将代表同源染色体的非姐妹染色单体的橡皮泥互换一部分，来模拟互换现象，D正确。
6．下图是高等动物的生殖发育周期图解(2n、n表示染色体数)，回答以下问题：
(1)由成体开始到受精卵的形成主要需要经过[　　]____________和[　　]____________两个过程。这两个过程的重要意义是____________
______________________________________________________________
____________________________________________________________。
(2)哺乳动物的A过程发生在______________________________________
___________________________中。
(3)受精卵经__________和__________最终发育为成体，此过程中细胞的分裂方式为______________。
答案：(1)A　减数分裂　B　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；使后代呈现多样性，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
(2)卵巢或睾丸
(3)细胞增殖　细胞分化　有丝分裂
解析：
(1)分析图解可知，高等动物个体发育成熟后，通过减数分裂(过程A)产生配子，雌、雄配子经过受精作用(过程B)结合形成受精卵。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；使后代具有多样性，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。(2)哺乳动物的减数分裂发生在卵巢或睾丸中。(3)受精卵经细胞增殖和细胞分化最终发育为成体，此过程中细胞的分裂方式为有丝分裂。

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