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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
【高考目标定位】
1、细胞的减数分裂
2、动物配子的形成过程
3、动物的受精过程
4、观察细胞的减数分裂
【考纲知识梳理】
一、减数分裂概念的理解
范围 进行有性生殖的生物
时期 从原始生殖细胞→成熟生殖细胞
特点 染色体只复制一次，二细胞分裂两次
结果 染色体数目减少一半
场所21世纪教育网 有性生殖器官
二、精子的形成过程
三、卵细胞的形成过程
四、精子和卵细胞形成过程的比较
项目 精子的形成 卵细胞的形成
不21世纪教育网同21世纪教育网点21世纪教育网 场所21世纪教育网 睾丸或精巢21世纪教育网 卵巢21世纪教育网21世纪教育网
原始生殖细胞 精原细胞 卵原细胞
细胞质的分裂方式 均等分裂 只有减数第二次分裂中第一极体分裂均等，其他分裂皆不均等
结果 1个精原细胞形成4个精子。在无交叉互换时形成2种精子，有交叉互换时形成4种精子 1个卵原细胞形成4个子细胞，其中1个是卵细胞，3个是极体
变形 是 否
相同点 （1）染色体的行为和数目变化规律相同，表现在：染色体都在减数第一次分裂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）、均分，非同源染色体的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（2）产生的子细胞数目都是4个，且细胞中染色体数目减半
五、配子中染色体组合多样性的原因
1、同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合。
2、同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换。
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
（1）精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。
（2）卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理反应，以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，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，其中一半染色体来自精子（父方），一半来自卵细胞（母方）。
4、意义
减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。
【要点名师精解】
一、减数分裂过程的规律性变化
1、减数分裂中染色体、DNA的规律性变化
2、数目变化的曲线模型
【例1】以下①～④为动物生殖细胞形成过程中某些时期的示意图。
按分裂时期的先后排序，正确的是
A．①②③④ B．②①④③
C．③④②① D．④①③②
【解析】本题考查减数分裂过程图像识别，①减数第一次分裂后期，理由同源染色体分离，②为减数第一次分裂中期，理由同源染色体排列在赤道板两侧。③为减数第二次分裂后期，理由没有同源染色体，着丝点分裂。④减数第二次分裂中期，理由没有同源染色体，着丝点排列在赤道板上。所以答案②①④③。
【答案】B
二、减数分裂和有丝分裂的比较及图像识别
1、减数分裂和有丝分裂的比较
比较项目 减数分裂 有丝分裂
染色体复制次数及时间 一次，减数第一次分裂间期 一次，有丝分裂的间期
细胞分裂次数 二次 一次
是否出现联会、四分体 出现在减数第一次分裂 不出现
有无同源染色体分离 有；发生于减数第一次分裂后期 无
着丝点分裂 发生在减数第二次分裂后期 后期
子细胞的名称及数目 精细胞四个或卵细胞一个、极体3个 体细胞，2个
子细胞中染色体变化 减半，发生于减数第一次分裂 保持不变
子细胞间的遗传组成 不一定相同 一定相同
2、细胞分裂图像的识别（重点是前、中、后三个时期）
方法三看鉴别法（点数目、找同源、看行为）
第一步：如果细胞内染色体数目为奇数，则该细胞为减数第二次分裂某时期的细胞。
第二步：看细胞内有无同源染色体，若无则为减数第二次分裂某时期的细胞分裂图；若有则为减数第一次分裂或有丝分裂某时期的细胞分裂图。
第三步：在有同源染色体的情况下，若有联会、四分体、同源染色体分离，非同源染色体自由组合等行为则为减数第一次分裂某时期的细胞分裂图；若无以上行为，则为有丝分裂的某一时期的细胞分裂图。
【例2】图1表示某二倍体雌性动物(2n＝4)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DNA含量的关系；图2表示细胞分裂图像。下列说法不正确的是：
A．图1中a、b、c柱表示染色体的是a，图2中表示二倍体生物细胞有丝分裂时期的只有图甲。
B．图l中Ⅲ的数量关系对应于图2中的乙，图2中丙所示的细胞有2个染色体组
C．图1中的数量关系由I变化为Ⅱ的过程，细胞核内发生的分子水平的变化是DNA复制；由Ⅱ变化为Ⅲ，相当于图2中的丙→乙过程
D．符合图1中Ⅳ所示数量关系的某细胞名称是卵细胞。与图l中Ⅲ和Ⅳ对应的细胞内可能存在同源染色体
【解析】符合图1中Ⅳ所示数量关系的某细胞名称是卵细胞或第二极体。图l中Ⅲ表示次级卵母细胞或第一极体，Ⅲ和Ⅳ对应的细胞内不存在同源染色体
【答案】D
【感悟高考真题】
（2010·安徽高考）2雄蛙的一个体细胞经有丝分裂形成两个子细胞（C1、C2），一个初级精母细胞经减数第一次分裂形成两个次级精母细胞（S1、S2）。比较C1与C2、S1与S2细胞核中DNA数目及其贮存的遗传信息，正确的是
A．DNA数目C1与C2相同，S1与S2不同 B.遗传信息C1与C2相同，S1与S2不同
C．DNA数目C1与C2不同，S1与S2相同 D. 遗传信息C1与C2不同，S1与S2相同
【解析】本题考查有关细胞分裂相关知识C1 C2 是细胞有丝分裂形成的，而有丝分裂重要特征是亲代细胞的染色体经复制后平均分配到两个子细胞中，保持遗传物质的稳定性，所以C1 和C2的遗传信息相同；而S1和S2是减数第一次分裂形成的两个刺激精母细胞，减数第一次分裂的重要特征是同源染色体平均分子细胞，染色体数目减半，有染色单体，无同源染色体，所以遗传信息不同，且XY两条性染色体上的基因不同。答案B正确。
【答案】B
（2010·江苏高考）21．人类精子发生过程中，下列说法正确的是
A．细胞中染色单体散最多可达92条
B．姐妹染色单体携带的遗传信息可能是不同的
C．染色单体的交叉互换发生在同源染色体分离之前
D．一个精原细胞产生两个相同精子的概率最大为1／
【解析】本题考查了减数分裂的过程及考生理解能力。人精子形成过程中，经过减数分裂，在减数第一次分裂过程中，染色体经过复制，染色单体可达到92条，A项正确；姐妹染色单体可发生交叉互换，带着遗传信息可能不同，B项正确，姐妹染色单体壳发生交叉互换发生在四分体时期，即同源染色体分开前，C项正确，一个精原细胞产生两种类型4个精子，D项错误.
【答案】ABC
（2010·江苏高考）28．（6分）细胞周期包括分裂间期(分为期、S期和期)和分裂期(M期)。下图标注了甲动物(体细胞染色体数为12)肠上皮细胞的细胞周期各阶段的时长及DNA含量。请回答下列问题：
（1）若用含放射性同位素的胸苷(DNA复制的原料之一)短期培养甲动物肠上皮细胞后，
处于S期的细胞都会被标记。洗脱含放射性同位素的胸苷，换用无放射性的新鲜培养液培养，定期检测。预计最快约 ▲ h后会检测到被标记的M期细胞。
（2）从被标记的M期细胞开始出现到其所占M期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为 ▲ 期的时间，处于该期的一个细胞中染色体数目的变化情况是
▲ 。
（3）若向甲动物肠上皮细胞培养液中加人过量胸苷，处于S期的细胞立刻被抑制，而处于其他时期的细胞不受影响。预计加人过量胸苷约 ▲ h后，细胞都将停留在S期。
（4）乙动物肠上皮细胞的细胞周期时长为24 h，M期时长为l．9 h。若要在显徽镜下观察细胞有丝分裂过程中染色体形态的变化，选用 ▲ (填“甲”或“乙”)动物肠上皮细胞更合适。
（5）在光学显徽镜下观察，同处于分裂末期的动物肠上皮细胞与洋葱根尖细胞，形态上最主要的区别是 ▲ 。
【解析】本题借助细胞周期的DNA含量变化曲线考查细胞周期及分裂期特点，同时考查学生的识图判断能力。
（1）根据题意S期细胞被标记，洗脱放射性的胸苷后，S期的细胞经G2期变化后变为M期细胞，故最短时间为G2时期，即2.2h
（2）细胞间期细胞数目最多，因此从M期细胞开始出现，到其所占M其细胞总数比例最大值，即变为间期细胞，故经历的时间为分裂期的时间，即M期的时间。因染色体只在分裂后期加倍，故分裂期染色体数目变化为12-24-12
（3）加入过量胸苷后，只有处于S期的细胞被抑制；刚结束S期的细胞，再次经过G2、M、G1期后再次到达S期后受到抑制，经历时间为2.2+1.8+3.4=7.4h。其他各期细胞达到S期的时间均短于该时间，故加入胸苷后7.4h后细胞都停留在S期
（4）从图可知，甲动物分裂期所占时间比例为1.8/(3.4+7.9+2.2+1.8)=1.8/15.3=11.2%;乙动物分裂期的比例是1.9/24=0.08,观察染色体形态变化主要是观察分裂期的细胞，而分裂期细胞数目的增多与其所占细胞周期的时间的比例呈正相关，因此选甲动物作为观察材料。
（5）洋葱根尖细胞为高等植物细胞，与动物细胞相比，有细胞壁，因此分裂末期两者的主要区别是动物细胞的细胞质从中央向内凹陷，缢裂为两个；而植物细胞中央出现细胞板。
【答案】
（1）2.2
（2）M 12→24→12
（3）7.4
(4)甲
（5）动物肠上皮细胞膜凹陷，细胞缢裂；洋葱根尖细胞形成细胞板
（2009·广东高考）右图为蝗虫精母细胞减数分裂某一时期的显微照片，该时期
A.是减数分裂第一次分裂的前期
B.是减数分裂第一次分裂的中期
C.非姐妹染色单体发生了互换
D.结束后，同源染色体发生联会
【解析】据图可看到同源染色体配对的现象，所以为减数分裂前期，前期发生了非姐妹染色单体的交叉互换，联会就发生在减数第一次分裂的前期。
【答案】AC
（2009·江苏高考）对性腺组织细胞进行荧光标记，等位基因A、a都被标记为黄色，等位基因B、b都被标记为绿色，在荧光显微镜下观察处于四分体时期的细胞。下列有关推测合理的是
A．若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点
B．若这2对基因在1对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点
C．若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现2个黄色、2个绿色荧光点
D．若这2对基因在2对同源染色体上，则有1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点
【解析】本题考查的是减数分裂过程中出现的四分体的结构特点。在减数第一次分裂时，同源染色体联会形成染色体。等位基因位于同源染色体上，若这2对基因在一对同源染色体上，由于经过了间期DNA的复制，则1个四分体中有2个A，2个a，2个B，2个b，即1个四分体中出现4个黄色、4个绿色荧光点。若在2对同源染色体上，则四分体中只有A，a或者只有B，b，不能同时存在。
【答案】B
（2009·上海高考）由基因型为的个体产生的1000个精子中，有的精子500个，则理论上初级精母细胞中发生交换的比例是
A. 5% B. 10%
C. 20% D. 40%
【解析】一个初级精母细胞可以产生4个精子，10000个精子理论上需要2500个初级精母细胞，发生交换后每个初级精母细胞只能产生1个aB型精子则交换值为500/2500=20%。
【答案】C
（2009·山东高考）（18分）人类遗传病发病率逐年增高，相关遗传学研究备受关注。根据以下信息回答问题：
（3）小鼠常被用作研究人类遗传病的模式动物。请填充观察小鼠细胞减少分裂的实验步骤：
供选材料及试剂：小鼠的肾脏、睾丸、肝脏，苏丹Ⅲ染液、醋酸洋红染液、詹纳斯绿B（健那绿）染液，解离固定液。
取材：用____________作实验材料
制片：①取少量组织低渗处理后，放在____________溶液中，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，____________。
观察：①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__________________。
②右图是观察到的同源染色体进入（A1 和A2）的配对情况若A1正常，A2发生的改变可能是________________________。
【解析】本题考察了减数分裂观察实验，比较贴近课本。
首先学生要对课本上关于有丝分裂实验中的系列步骤要熟知，取材——解离——漂洗——染色——制片——观察。然后将知识迁移到减数分裂实验观察中
【答案】（3）（小鼠）睾丸 解离固定液 醋酸洋红染液 压片 次级精母细胞，精细胞，精原细胞 缺失
(2008·上海高考)下图为处于不同分裂时期的某生物的细胞示意图，下列叙述正确的是
A．甲、乙、丙中都有同源染色体 B．卵巢中不可能同时出现这三种细胞
C．能够出现基因重组的是乙 D．丙的子细胞是精细胞
【解析】丙表示减二后期，不存在同源染色体，卵巢可以进行有丝分裂，也可以进行有丝分裂，只有在减数分裂过程中才可能出现基因重组，丙的子细胞中极体和卵细胞。
【答案】C
（2008·广东高考）以下为某植物生殖细胞形成过程中某些时期的示意图，正确的描述是
A．①纺锤丝牵引着姐妹染色单体分开
B．②纺锤丝牵引着同源染色体向细胞两极移动
C．③同源染色体排列在赤道板上
D．④减数第一次分裂染色体排列在赤道板上
【解析】①同源染色体分开②无同源染色体；④减数第二次分裂染色体排列在赤道板上。
【答案】C
（2008·广东高考）仅在减数分裂过程中出现，而有丝分裂过程中不出现的选项是
A．分裂间期DNA复制与相关蛋白质合成
B．姐妹染色单体分离分别进入两个子细胞
C．联会后非姐妹染色单体发生部分DNA交换
D．同源染色体分开分别进入两个子细胞
【解析】联会后非姐妹染色单体发生部分DNA交换 .同源染色体分开分别进入两个子细胞仅在减数分裂过程中出现，而有丝分裂过程中不出现，都出现分裂间期DNA复制与机关蛋白质合成 姐妹染色单体分离分别进入两个子细胞。
【答案】CD
【考点精题精练】
1. 右图示正在进行分裂的某种动物细胞。下列有关叙述正确的是 A
A.1和2相同位置的基因不一定是相同基因
B.基因重组只发生在减数第一次分裂后期
C.该动物体内的细胞中染色体组数可能为1个、2个、4 个、8个
D.图示细胞中含有4个四分体
2. 图示某雄性二倍体动物体内一个正在分裂的精原细胞。这个细胞所处的时期为（ ）
A. 有丝分裂中期
B. 减数第一次分裂中期
C. 减数第二次分裂中期
D. 减数第一次分裂间期
3. （2010·广东省广州市高三二模）图7是减数第一次分裂形成的子细胞，下列有关说法正确的是 AB
A．与该细胞活动关系密切的激素是雄性激素
B．该细胞中有2条染色体、4条染色单体
C．若①有基因B，②上相应位点的基因是b，则b是基因突变导致的
D．该细胞一旦分裂结束即能参与受精过程
4. 右图为高等动物细胞分裂示意图。下列有关叙述正确的是： A
A．该细胞形成的子细胞为精细胞
B．该细胞的形成过程中一定发生了基因突变
C．该细胞含2个染色体组，4个染色体
D．该细胞处在有丝分裂后期
5. （2010·北京宣武二模）下图为基因组成为Aa的动物在形成精子过程中某一时期示意图。下列相关叙述中，正确的是 （ ）
A．2号染色单体上与A相同位置的基因最可能是a
B．若姐妹染色单体没有分离，则可能出现性染色体组成为XXY的后代
C．1个该细胞经过两次连续分裂，最终可以形成4种类型的精细胞
D．同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换将导致染色体结构变异
6. 下图示某二倍体生物正在进行分裂的细胞，等位基因A和a位于染色体的位置（不考虑互换和突变）可能是（ D ）
A．A位于①上，a位于⑤上
B．A位于①上，a位于③上
C．该细胞只有a，分别位于⑤和⑦上
D．该细胞只有A，分别位于②和⑥上
7. 在狗的睾丸细胞中，由A、T两种碱基参与构成的核苷酸共有X种；DNA分子结构稳定性最低的时期在细胞周期的Y期；DNA复制出的2个DNA分子彼此分离发生在Z期。 下列有关X、Y、Z的说法，正确的是 D
A．2、分裂期、有丝分裂后期和减数第二次分裂后期
B．3、分裂间期、有丝分裂后期和减数第一次分裂后期
C．5、分裂前期、减数第一次分裂和第二次分裂后期
D．3、分裂间期、有丝分裂后期和减数第二次分裂后期
8. 从配子形成和受精作用的角度分析，下列关于遗传具有多样性和稳定性的原因的叙述不正确的是 C
A. 减数分裂过程中，非同源染色体的自由组合是形成配子多样性的重要原因之一
B. 减数分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体间的互换也是形成配子多样性的原因之一
C. 受精时，雌雄配子间的随机结合导致的基因重组是形成合子多样性的重要原因
D. 减数分裂和受精作用维持了生物前后代体细胞中染色体数目的恒定从而维持了遗传的稳定性。
9. 下图为进行有性生殖的同一种生物体内的有关细胞分裂图象，下列说法中不正确的是（ B ）
A．中心法则所表示的生命活动主要发生在图⑤时期
B．基因重组的发生与图①有关而与图③无直接关系
C．图②所示分裂方式，其间期突变产生的新基因传给后代的可能性要大于图③
D．雄性动物体内，同时具有图①~⑤所示细胞的器官是睾丸而不可能是肝脏
10. 如图表示某高等动物的一组细胞分裂图像，下列叙述错误的是 D
A．细胞②分裂结束后，子细胞中的染色体数与细胞①相同
B．细胞④中发生了等位基因的分离
C．细胞③的出现可能是发生了基因突变
D．图中的五个细胞中均存在同源染色体
11. （2010·安徽省巢湖高三一模）下图为一二倍体生物细胞内的同源染色体对数的变化曲线。基因重组最可能发生在 C
A. AB段 B．CD段 C.FG段 D.HI段
12. 下图示细胞分裂和受精作用过程中，核DNA含量和染色体数目的变化，据图分析可得出： A
A．a阶段为有丝分裂、b阶段为减数分裂
B．L→M点所示过程与细胞膜的流动性无关
C．GH段和OP段，细胞中含有的染色体数是相等的
D．FG段发生了染色体数目的加倍
13. a和b属于同一动物体内的两个细胞，通过对其核内DNA分子含量的测定，发现a细胞中DNA含量是b细胞的两倍，最可能的解释是：
A. a是正常体细胞，b是处于减数笫二次分裂时的细胞
B. a是处于有丝分裂后期的细胞，b是处于有丝分裂前期的细胞
C. a是处于有丝分裂前期的细胞，b是处于减数第一次分裂后期的细胞
D. a处于有丝分裂中心体相互分离时，b处于次级精母细胞中染色体移向两极时
14. （2010·北京海淀二模）下列关于细胞有丝分裂和减数分裂共性的说法错误的是 （ D ）
A．都有纺锤丝和纺锤体的出现 B．都可以产生可遗传的变异
C．都具有染色体复制的过程 D．都有同源染色体分离的现象
15. 下列与细胞分裂有关的叙述中，不正确的是 D
A．蛙的受精卵细胞的第三次分裂为有丝分裂
B．与植物细胞有丝分裂有关的细胞器有线粒体、核糖体、高尔基体
C．秋水仙素作用于植物细胞有丝分裂前期能产生多倍体
D．若人的精子细胞核中DNA为N，则体细胞中的DNA等于2N
16. （2010·安徽省合肥市高三二模）Ⅰ．基因型为AaBb（两对基因自由组合）的某种动物，可以产生下图中各种基因型的子细胞。请回答：
（1）在动物的 （器官）中，可能同时找到AaBb、AB、Ab、aB和ab五种基因型的细胞。
（2）与过程②相比，过程①特有的现象是（要求写4点）
（3）过程①产生的、AB、Ab、aB和ab 4种基因型的细胞，至少需要 个基因型为AaBb细的胞？原因是 。
（4）过程③和④代表的变异分别是 。
Ⅱ．基因型为AaBb（两对基因自由组合）的二倍体水稻，其体细胞中含有24条染色体。用它的花药进行离体培养，在获得由花粉发育成的单倍体植株的同时，也会得到一些由花药壁细胞发育成的二倍体植株。
（1）由花粉发育成的单倍体植株和由花药壁细胞发育成的二倍体植株在幼胚期，形态上并无明显差别，可以采用 的方法，对它们加以区分。
（2）对花药离体培养过程中得到的幼胚，用0.2%—0.4%的秋水仙素进行处理，得到了许多染色体数目增加一倍的植株。其中，两对性状均为显性的基因型是 ；只表现出一种显性性状的基因型有两种，统计这两种植株，其比例与1：1相差甚远，可能原因是：① ②
答案：（1）精巢或卵巢
（2）联会、形成四分体、同源染色体分离、细胞连续分裂两次染色体只复制一次、产生4个染色体数目减半的子细胞等（其它合理的、不重复的表述均可）（答满4点才给分）
（3）2 一个原始生殖细胞经减数分裂只能产生两种基因型相同的子细胞
（4）基因突变、染色体变异（答不全不给分）
Ⅱ
（1）显微镜观察
（2）AABB和AaaaBBbb（答不全不给分）
①统计的植株数太少
②这两种植株（或产生这两种植株的花粉）生活力不同
17. 图示某生物细胞分裂过程随时间的变化细胞中DNA含量变化曲线，请据图回答：
I．若图示生物为烟草，离体培养“A”处细胞的方法为　 　。该方法人工条件下的培养基中至少应含有的激素是　 　，为促进其根的发生，其浓度要　 　（填“高于”或“低于”）促进芽的发生时所需。
II．若图示生物为蜜蜂（蜂王和工蜂的体细胞中的染色体数为32条，雄蜂的体细胞中只有16条），则
（1）甲过程可能发生在　 　（填“精巢”或“卵巢”）中。
（2）图中的乙、丙、丁表示的细胞分裂方式为　 　。
（3）图中的“B”时期细胞中所含的染色体数是　 　条，该个体是　 　倍体。
（4）经研究发现工蜂的下列行为受两对相对独立的基因控制：
行为一：能咬开蜂室盖（h）；不能咬开蜂室盖（H）。
行为二：能移出蜂室中死掉的幼虫（r）；不能移出蜂室中死掉的幼虫（R）。
①上述工蜂行为中，对蜂群生存最有利的行为组合是　 　。
②若实验室现有基因型分别为HHRR、HhRr、HhRR、HHRr的四种蜂王以及图甲（基因型为hhrr）产生的雄性个体，要获得具有对蜂群生存最有利行为组合基因型的工蜂，请在上述几种蜂王中选出一种设计选育程序，作出遗传图解并加以简要说明。
答案：I．花粉（或花药）的离体培养　 生长素　　低于
II．（1）卵巢　　有丝分裂
（3）32　　单
（4）①能咬开蜂室盖、能移出蜂室中死掉的幼虫（hhrr）
②见下表 评分参考：P、配子、F1（工蜂）、基因型、表现型、比例、杂交符号“×”等表述正确；亲本的基因型、配子基因、F1基因型书写正确；F1表现书写正确；F1比例正确
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