生物（2019版）必修二同步学案：2.1.2减数分裂的观察实验、受精作用

生物（2019版）必修二知识梳理及训练
2.1.2减数分裂的观察实验、受精作用
1.借助模型构建,阐述配子中染色体组合的多样性。
2.通过归纳与概括,说明减数分裂和受精作用在遗传信息传递中的作用。
3.运用模型、装片观察模拟减数分裂过程中染色体的行为变化。
新知探究一　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可形成精细胞,再通过变形形成精子。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.实验目的
通过观察蝗虫精母细胞减数分裂装片,识别减数分裂不同时期染色体的形态、位置和数目,加深对减数分裂过程的理解。
3.实验材料的选择
宜选用雄性(填“雄性”或“雌性”)个体的生殖器官。
4.实验步骤
低倍镜
观察—在低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂装片,识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞
　　
高倍镜
观察—先在低倍镜下依次找到减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ不同时期的细胞,再在高倍镜下仔细观察染色体的形态、位置和数目
　　
绘图—根据观察结果,尽可能多地绘制减数分裂不同时期的细胞简图
问题(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
提示:依据减数分裂不同时期染色体的不同特征来判断。
问题(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
提示:减数分裂Ⅰ中期,每对同源染色体分别排列在细胞赤道板的两侧;末期在细胞两极的染色体由该细胞一整套非同源染色体组成,其数目是体细胞染色体数目的一半,每条染色体均由两条染色单体构成。减数分裂Ⅱ中期,所有染色体的着丝粒排列在细胞的赤道板位置;末期细胞两极的染色体不含染色单体。
问题(3):通过比较同一时刻不同细胞的染色体特点,可以推测一个精原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
提示:同一生物的不同细胞,所含遗传物质相同,增殖的过程相同,不同细胞可能处于细胞分裂的不同阶段。因此,可以通过观察多个精原细胞的减数分裂,推测出一个精原细胞减数分裂过程中染色体的连续变化。
选用雄性个体生殖器官作为实验材料的原因
(1)一般来说,雄性个体产生的雄配子数量远远多于雌性个体产生的雌配子的数量。
(2)雌性动物排卵排出的仅仅是初级卵母细胞或次级卵母细胞,排出的细胞先在输卵管中发育到减数分裂Ⅱ中期,只有在受精的过程中才能继续进行减数分裂Ⅱ,因此在卵巢中看不到完整的减数分裂。
1.下列关于观察细胞减数分裂过程实验的叙述中,错误的是(　D　)
A.可用蝗虫卵母细胞、蚕豆花粉母细胞的装片观察减数分裂
B.用桃花的雄蕊制成的装片比用桃花的雌蕊制成的装片更容易观察到减数分裂现象
C.能观察到减数分裂现象的装片中,可能观察到同源染色体联会现象
D.用洋葱根尖制成装片,能观察到同源染色体联会现象
解析:蝗虫卵母细胞和蚕豆花粉母细胞都属于原始生殖细胞,会进行减数分裂,可以作为观察减数分裂的实验材料;桃花的雄蕊中进行减数分裂的花粉母细胞数量较多,而桃花的雌蕊中进行减数分裂的胚囊母细胞数量较少,故用桃花的雄蕊制成的装片比用桃花的雌蕊制成的装片更容易观察到减数分裂现象;减数分裂Ⅰ前期发生同源染色体联会,可以通过观察细胞减数分裂装片来观察联会现象;洋葱根尖细胞进行有丝分裂,不会进行减数分裂,故用洋葱根尖制成的装片可以观察到有丝分裂的细胞,但有丝分裂过程中没有同源染色体联会现象的发生。
2.一个班级分组进行观察减数分裂的实验,下列操作及表述正确的是(　A　)
A.换用高倍镜时,从侧面观察,防止物镜与装片碰擦
B.因观察材料较少,性母细胞较小,显微镜视野应适当调亮
C.为观察染色体的形态,换用高倍镜后用粗准焦螺旋调节焦距
D.一个视野中,用10×物镜看到8个细胞,用40×物镜则可看到32个细胞
解析:高倍镜镜头较长,换用时应从侧面观察,防止物镜与装片碰擦;本实验要用高倍镜观察,视野应适当调亮,但原因不是材料少,性母细胞小;观察染色体的形态需要用高倍镜,换用高倍镜后只能用细准焦螺旋调节焦距;放大倍数越大,看到的细胞数目越少。
新知探究二　配子中染色体组合的多样性
资料:在不考虑互换的情况下,分析下列细胞产生配子的种类。
问题(1):若图甲所示为一个精原细胞,则能形成多少种精子 若甲图所示为一个卵原细胞,则能形成多少种卵细胞
提示:2种精子,A和a。1种卵细胞,A或a。
问题(2):若图乙所示为一个精原细胞,则能形成多少种精子 若图乙所示精原细胞数量足够多,则能产生多少种精子
提示:2种精子,AB和ab或Ab和aB。若图乙所示精原细胞数量足够多,则能产生4种精子,即AB、ab、Ab、aB。
问题(3):若图乙所示为一个卵原细胞,则能形成多少种卵细胞 若图乙所示卵原细胞数量足够多,则能产生多少种卵细胞
提示:1个卵原细胞可以形成1个卵细胞,即AB或ab或Ab或aB。若图乙所示卵原细胞数量足够多时可产生4种卵细胞,即AB、ab、Ab、aB。
问题(4):含有n对同源染色体的精原细胞,且数量足够多,则可能产生多少种精子,产生每一种精子的比例是多少
提示:可能产生2n种精子,产生每一种精子的比例为1/2n。
问题(5):考虑四分体的互换,分析含两对同源染色体的1个精原细胞和卵原细胞,减数分裂最多能产生几种精子和卵细胞
提示:①1个精原细胞减数分裂和变形后产生4个精子,在不发生互换的情况下,4个精子两两相同,即有2种类型;若四分体时期发生互换,则4个精子各不相同,即4种类型。
②无论是否发生互换,1个卵原细胞经减数分裂后,只能产生1个卵细胞,即1种类型。
(1)配子中染色体组合多样性的原因
①减数第一次分裂后期,非同源染色体的自由组合。
②四分体时期,同源染色体上非姐妹染色单体之间的互换。
(2)配子来源的判断方法
①以二倍体生物一个精原细胞的减数分裂(不考虑互换)为例,如图所示。
由图可知,E和F、G和H的染色体组成完全相同,分别来自同一次级精母细胞C、D;E(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)如图所示。
由图可知,E和F,G和H的染色体组成大同小异,分别来自同一次级精母细胞C、D;E(F)与G(H)中的染色体“互补”,来自同一初级精母细胞。
(3)减数分裂产生配子的种类
①对个体而言,由于一个个体能产生许多性原细胞,不同的性原细胞减数分裂时非同源染色体组合方式不同,因此,一个个体经减数分裂最多能产生2n种配子(二倍体),n代表同源染色体的对数。
②只考虑非同源染色体自由组合,不考虑互换的情况。Y与y、R与r分别表示两对同源染色体。
　　　配子种类 细胞或个体　 　 YyRr能产生 配子的种类 n对同源染色体 产生的配子种类
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
一个卵原细胞 1种(YR或yr 或Yr或yR) 1种
一个雌性个体 4种(YR、yr、 Yr、yR) 2n种
③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的配子种类会大于2n种。
根据染色体组成判断配子来源的方法
(1)若两个精细胞中染色体完全相同,则它们可能来自同一个次级精母细胞。简记为“同为同一次”。
(2)若两个精细胞中染色体恰好“互补”,则它们可能来自同一个初级精母细胞分裂产生的两个次级精母细胞。简记为“补为同一初”。
(3)若两个精细胞中的染色体有的相同,有的互补,只能判定可能来自同一个生物体不同精原细胞的减数分裂过程。简记为“同、补同一体”。
3.如图表示染色体组成为AaCcDd的生物产生的精细胞。试根据细胞内染色体的组合分析,在不考虑互换的情况下,下列相关叙述不正确的是(　D　)
A.上述精细胞至少来自4个精原细胞
B.⑤⑧可能来自同一个精原细胞
C.上述精细胞至少来自8个次级精母细胞
D.①⑦可能来自同一个精原细胞
解析:在不考虑互换的情况下,每个精原细胞可产生两个不同的次级精母细胞(染色体互补),每个次级精母细胞又可产生2个基因组成相同的精细胞,因此图中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,因此上述精细胞至少来自4个精原细胞;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;由于同一个精原细胞产生的精细胞,基因组成相同或互补,故①⑦不可能来自同一个精原细胞。
4.某动物能产生基因型为AB、Ab、aB、ab的四种精子(无互换和基因突变),下列说法正确的是(　B　)
A.这四种精子可能来自同一个精原细胞
B.这四种精子可能来自两个精原细胞
C.这四种精子可能来自两个次级精母细胞
D.这四种精子可能来自三个次级精母细胞
解析:在无互换和基因突变的情况下,一个精原细胞减数分裂只能产生两种精子;由题意可知,AB和ab可能来自一个精原细胞,而Ab和aB可能来自另一个精原细胞,所以这四种精子可能来自两个精原细胞;每个次级精母细胞只能形成一种精子。
新知探究三　受精作用
资料:如图所示为生物体的有性生殖过程。
问题(1):从减数分裂角度分析,生殖细胞与原始生殖细胞相比,染色体数目有何变化
提示:染色体数目减半,且不含同源染色体。
问题(2):从受精作用角度分析,受精卵与生殖细胞相比,染色体数目有何变化
提示:受精卵染色体数目恢复为体细胞染色体数目,且出现同源染色体。
问题(3):结合细胞膜的成分,讨论精子与卵细胞相互识别的物质基础是什么 精子与卵细胞融合的过程体现了生物膜的什么特点
提示:精子与卵细胞相互识别的物质基础是细胞膜表面的糖蛋白。精子与卵细胞相互融合体现了生物膜的流动性。
问题(4):受精卵中的染色体一半来自精子,一半来自卵细胞,是否意味着父、母双方各为后代提供一半的遗传物质 试分析原因。
提示:不是。受精卵细胞核中的遗传物质一半来自父方,一半来自母方,但细胞质中的遗传物质几乎全部来自母方(卵细胞)。
问题(5):受精作用的实质是什么 受精作用有什么意义
提示:受精作用的实质是精子和卵细胞的细胞核融合成为受精卵。减数分裂和受精作用对于维持生物前后代体细胞中染色体数目的恒定性,以及生物的遗传和变异具有重要的意义。
(1)受精作用的细胞学基础
①细胞膜的信息交流功能——同种生物的精子和卵细胞相互识别。
②细胞膜的流动性——精子和卵细胞融合为受精卵。
(2)受精卵中的遗传物质(DNA)并非一半来自父方、一半来自母方。因为细胞质中含有少量遗传物质(DNA),而受精卵的细胞质几乎全部来自卵细胞。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)。受精作用使受精卵中的染色体数目恢复为体细胞染色体数目,且出现同源染色体。
(3)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,也维持了遗传信息在亲子代间的连续性。
(4)同一双亲的子代遗传呈现多样性的原因
5.如图是生物的有性生殖过程。下列叙述正确的是(　A　)
A.非同源染色体的自由组合发生在过程Ⅰ中
B.由过程Ⅱ可知受精卵中的细胞质主要来自精子
C.同源染色体的分离发生在过程Ⅰ和Ⅱ中
D.仅有过程Ⅰ即可维持亲子代间染色体数目的恒定
解析:分析题图可知,过程Ⅰ是减数分裂,过程Ⅱ是受精作用。非同源染色体的自由组合发生在减数分裂Ⅰ的后期;受精卵中的细胞质主要来自卵细胞;同源染色体的分离仅发生在过程Ⅰ中;过程Ⅰ和Ⅱ共同维持亲子代间染色体数目的恒定。
6.下列关于精子和卵细胞结合成受精卵过程的叙述,正确的是(　A　)
①受精卵中的遗传物质主要来自染色体　②受精卵中的细胞质主要来自卵细胞　③受精时精子全部进入卵细胞内　④受精卵中的染色体一半来自父方,一半来自母方
A.①②④ B.②③④ C.①③④ D.①②③
解析:在受精作用过程中,精子只是头部进入卵细胞,因此受精卵中的染色体一半来自父方,一半来自母方,而细胞质主要来自卵细胞。
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
[科研情境]
有性生殖的生物通过细胞分裂和受精作用完成个体的繁殖(如图)。
探究:(1)同时含有同源染色体和姐妹染色单体的细胞是哪个
提示:Ⅱ。
(2)细胞Ⅳ的生成通过什么过程 该细胞中遗传物质来源有哪些
提示:受精作用。核遗传物质一半来自父方,一半来自母方,细胞质遗传物质几乎都来自母方。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.配子中染色体组合多样性的原因:①同源染色体分离的同时,非同源染色体自由组合;②同源染色体上非姐妹染色单体间发生互换。 2.受精卵中的核遗传物质一半来自父方,一半来自母方,但细胞质基因几乎全部来自母方。 3.减数分裂和受精作用共同维持生物体细胞中染色体数目的恒定。
随堂反馈
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.欲观察细胞减数分裂过程,在下列材料中应该选用的是(　C　)
A.马蛔虫受精卵 B.成熟的花粉粒
C.小鼠睾丸 D.根尖分生区
解析:马蛔虫受精卵的增殖方式为有丝分裂,属于观察有丝分裂的材料;成熟花粉粒里面含有精子,说明减数分裂已经完成,观察不到减数分裂的过程;小鼠的睾丸是雄性生殖器官,该器官减数分裂进行旺盛,并且产生的精子数量较多,适宜作为观察材料;根尖分生区细胞增殖方式属于有丝分裂,因此观察不到减数分裂。
2.A和A′、B和B′分别代表细胞中的两对同源染色体,下列来自同一个精原细胞的一组精子是(　B　)
A.AB、A′B、AB′、A′B′
B.AB、A′B′、AB、A′B′
C.A′B′、A′B、A′B、A′B′
D.A′B、A′B、AB、A′B′
解析:由于减数第一次分裂过程中同源染色体分离,非同源染色体自由组合,一个精原细胞应产生两个“互补”类型的次级精母细胞,而减数第二次分裂相当于有丝分裂,因此最终产生的4个精细胞(精子)只有两种类型。
3.关于“建立减数分裂中染色体变化的模型”的活动,下列叙述错误的是(　C　)
A.用红色和蓝色的橡皮泥制成的长度相同的染色体,可以表示来源不同的一对同源染色体
B.可以把颜色和长短一样的两个染色单体的中部用铁丝扎起来,代表减数分裂开始时已复制完成的一条染色体
C.在模拟减数分裂Ⅰ中期时,必须是红色的染色体都放在赤道板的一侧,蓝色的染色体都放在赤道板的另一侧
D.模型制作完成时,可以得到四个子细胞,只有两种类型
解析:减数分裂Ⅰ中期时,同源染色体排列在赤道板的两侧,但是一对同源染色体的两条染色体是随机分布在赤道板两侧的,相同颜色的染色体不一定全在同一侧。
4.图甲是某生物的一个精细胞,图中染色体的灰色和白色分别代表染色体的来源,来自父方和母方。根据染色体的类型和数目判断图乙中与图甲来自同一个精原细胞的有(　C　)
A.①② B.①④ C.①③ D.②④
解析:由图甲可知,形成该细胞的过程中,同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了互换,依据染色体组成情况可判断,图甲和图乙中的③可能来自同一个次级精母细胞;图甲和图乙中的①可能来自同一个精原细胞,故图乙中的①③与图甲来自同一个精原细胞。
5.如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需要经过[　]　　　　　　　　和[　]　　　　　　　　两个过程。从遗传的角度看这两个过程的重要意义是　
　。
(2)哺乳动物的A过程发生在　　　　　　　　(填腺体名称)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　　　　　　　　。
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(A过程)产生配子,雌雄配子经过受精作用(B过程)结合形成受精卵,继续进行个体发育,由此可见,减数分裂和受精作用对于维持生物前后代染色体数目的恒定,维持生物遗传的稳定性具有重要意义。
(2)哺乳动物的减数分裂发生在卵巢和睾丸中。
(3)受精卵经细胞分裂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。
答案:(1)A　减数分裂　B　受精作用　维持生物前后代染色体数目的恒定,维持生物遗传的稳定性
(2)卵巢和睾丸　(3)细胞分裂　细胞分化　有丝分裂