2023-2024学年高一生物人教版（2019）必修第二册 学案 2.1 第1课时 减数分裂

第1节　减数分裂和受精作用
【学习目标】
1.通过观察蝗虫精母细胞减数分裂装片,归纳、概括减数分裂的概念及过程,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、科学思维)
2.分析细胞分裂图像,明确减数分裂不同时期中染色体、DNA和染色单体等的行为变化。(科学思维、科学探究)
3.归纳配子中染色体组合多样性的原因,分析受精作用过程,认识亲代与子代间的遗传稳定性。(科学思维)
第1课时　减数分裂
【自主预习】
一、魏斯曼关于减数分裂的预测
1.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　。
2.受精时,精子和卵细胞融合,　染色体数目　得以恢复正常。
二、减数分裂的相关概念
1.减数分裂: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。在减数分裂前,染色体复制　一次　,而细胞在减数分裂过程中连续分裂　两次　。成熟生殖细胞中的染色体数目比　原始生殖细胞　的减少　一半　。
2.同源染色体:在减数分裂过程中,　配对　的两条染色体,形状和大小一般都　相同　,一条来自　父方　,一条来自　母方　。
3.联会和四分体
(1)联会:在减数分裂过程中,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。
三、精子的形成过程(哺乳动物)
1.形成场所:人和其他哺乳动物的　睾丸　。
睾丸里有许多弯弯曲曲的曲细精管,曲细精管中有大量原始的雄性生殖细胞——　精原细胞　,每个精原细胞中的染色体数目都与　体细胞　的相同。精原细胞可通过　有丝分裂　进行增殖,一部分精原细胞通过　减数分裂　产生精细胞。
2.细胞名称的变化
1个精原细胞1个　初级精母细胞 2个　次级精母细胞 4个　精细胞 4个精子
3.染色体的主要行为
(1)减数分裂Ⅰ
时间 图示 相关变化
前期 中期 后期 末期 同源染色体　联会　形成　四分体　,四分体中的　非姐妹染色单体　之间经常发生缠绕,并交换相应的片段
　同源染色体　成对排列在赤道板两侧,每条染色体的着丝粒都附着在纺锤丝上
　同源染色体　分离,非同源染色体　自由组合　,并移向细胞两极
细胞一分为二,形成两个次级精母细胞,细胞内染色体数目　减少一半　
由于　同源染色体　分离,并分别进入两个子细胞,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　。
(2)减数分裂Ⅱ
时间 图示 相关变化
前期 中期 后期 末期 染色体散乱地分布在细胞中
　着丝粒　排列在赤道板上
着丝粒分裂,　姐妹染色单体　分开,分别移向细胞的两极,细胞内染色体数目暂时　加倍　,与精原细胞染色体数目相同
细胞一分为二,细胞内染色体数目为精原细胞的　一半　
四、卵细胞的形成过程(哺乳动物)
1.形成场所:人和其他哺乳动物的　卵巢　。
2.细胞名称的变化
1个卵原细胞1个　初级卵母　细胞1个　次级卵母　细胞+1个极体1个　卵细胞　+3个　极体　(退化)
3.形成过程
4.结果:一个卵原细胞经过减数分裂只形成一个　卵细胞　,三个　极体　都退化消失。
五、观察蝗虫精母细胞减数分裂装片
1.目的要求: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。
2.实验步骤
【合作探究】
任务1　分析并理解减数分裂的含义及与减数分裂相关的概念
活动1　观察课本P18图片,阅读下列资料,初步认识减数分裂
　　资料一:1883年,贝内登观察到马蛔虫的受精卵中染色体的数目为4条,而卵细胞与精子中的染色体数都为2条。
1901年,Montgomery观察到某物种有14条染色体,减数分裂中全部染色体都会出现两两配对现象。他推测配对应该发生在父本与母本染色体之间,而不是在父(母)本染色体自身。
资料二:下图是果蝇雌雄个体的体细胞和配子的染色体示意图,思考并回答以下问题:
1.根据细胞中遗传物质含量推测,配子中遗传物质含量具有什么特点
提示　配子中遗传物质含量减半。
2.Montgomery作出推测的理由是什么 配对的两条染色体就是现在所说的什么染色体
提示　若父(母)本染色体自身配对,则必然有不能配对的染色体。同源染色体。
3.以果蝇为例,配子的染色体与体细胞的染色体有什么差别
提示　配子中的染色体数目是体细胞中的一半;配子中的染色体是由体细胞的每对同源染色体中的一条组合而成的,例如,果蝇体细胞中有四对染色体,配子中只有四条,且是由每对染色体中的一条组合而成的。
4.配子能通过有丝分裂形成吗 若不能,配子是如何形成的
提示　不能。配子是通过减数分裂形成的。
5.结合魏斯曼关于减数分裂的预测,联系课本P18~19图归纳减数分裂发生的范围、时期、特点和结果。
提示　
活动2　根据课本P18~19哺乳动物精子的形成过程示意图,掌握同源染色体的含义,据图回答下列问题
1.图1中哪些是同源染色体 哪些是非同源染色体 同源染色体的大小、形态是否一定相同 大小、形态都相同的一定是同源染色体吗
提示　同源染色体: 1和2、3和4。非同源染色体:1和3、1和4、2和3、2和4。同源染色体的大小、形态不一定相同,如性染色体X和Y。大小、形态都相同的也不一定是同源染色体,如减数分裂Ⅱ后期因着丝粒分裂,两条姐妹染色单体分开后形成的两条染色体不属于同源染色体。
2.图1中,a、a'是什么关系 a、b是什么关系 a、c是什么关系
提示　图1中,a、a'是姐妹染色单体。a、b是同源染色体中的非姐妹染色单体。a、c是非同源染色体中的非姐妹染色单体。
3.图1中有几个四分体 分析四分体、染色体、染色单体和DNA分子之间的数量关系。
提示　2个。1个四分体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子。
4.图2表示什么现象 发生在什么时期 发生在什么染色体之间
提示　图2表示互换现象。该过程发生在减数分裂Ⅰ前期。发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间。
认知生成
1.关注同源染色体的三个易错点
(1)同源染色体的形态、大小一般都相同,但也有大小不同的,如男性体细胞中的X染色体和Y染色体是同源染色体,但X染色体较大,Y染色体较小。
(2)着丝粒分裂后,由两条染色单体形成的两条染色体尽管大小、形状相同,但不叫同源染色体。这两条染色体是经复制形成的,其上的基因相同,若不同则可能是同源染色体的非姐妹染色单体间的互换造成的。
(3)同源染色体的存在:体细胞中也存在同源染色体,只是在有丝分裂过程中不出现联会、分离等现象。
2.“四看法”判断同源染色体
(1)看有无染色体配对、形成四分体的现象:配对形成四分体的染色体互为同源染色体。
(2)看有无互换的发生:发生互换的染色体为同源染色体。
(3)看细胞所处的时期
①减数分裂Ⅱ过程中不存在同源染色体。
②减数分裂Ⅱ后期,上下对应的大小、形状完全相同的染色体不是同源染色体,而是姐妹染色单体分离后形成的相同染色体。
(4)看染色体的大小、形状,若不是减数分裂Ⅱ,则:
①有丝分裂后期,每一极中大小、形状相同的为同源染色体(上下对应的染色体不是)。
②其他时期(除后期外),大小、形状相同的染色体一般为同源染色体。
3.同源染色体与四分体
(1)四分体是同源染色体的特殊存在形式。在减数分裂过程中,联会后的一对同源染色体才可称作四分体。数量关系为四分体数∶同源染色体对数∶染色体数∶染色单体数∶DNA分子数=1∶1∶2∶4∶4。
(2)有丝分裂和减数分裂Ⅰ过程中都有同源染色体存在,但联会和四分体只存在于减数分裂Ⅰ过程中。
例1　(2023·白城校考)下列细胞中,不含同源染色体的是(　　)。
①口腔上皮细胞　②受精卵　③极体　④子叶细胞
⑤初级精母细胞　⑥次级精母细胞　⑦叶肉细胞
A.①③④　　 B.③⑥　　 C.④⑤　　 D.⑥⑦
【答案】　B
【解析】　口腔上皮细胞为体细胞,含有同源染色体,①不符合题意;受精卵是精子和卵细胞结合形成的,含有同源染色体,②不符合题意;减数分裂Ⅰ后期,同源染色体分离,因此极体不含同源染色体,③符合题意;子叶细胞为体细胞,含有同源染色体,④不符合题意;初级精母细胞是精原细胞经染色体复制后的细胞,细胞内含有同源染色体,⑤不符合题意;减数分裂Ⅰ后期,同源染色体分离,因此次级精母细胞不含同源染色体,⑥符合题意;叶肉细胞为体细胞,含有同源染色体,⑦不符合题意。
对点练1　(2023·平顶山联考)一对姐妹染色单体与一对同源染色体的共同点是(　　)。
A.都可以同时存在于减数分裂Ⅰ前期的细胞中
B.形状、大小都是相同的
C.都可以同时存在于减数分裂Ⅱ中期的细胞中
D.所含的DNA分子数都是相同的
【答案】　A
【解析】　减数分裂Ⅰ前期染色体复制完毕,存在姐妹染色单体,该时期同源染色体联会,故两者都可以同时存在于减数分裂Ⅰ前期的细胞中,A正确;同源染色体一般大小相同,但是X、Y染色体形状、大小并不相同,B错误;减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离,因此减数分裂Ⅱ时期不存在同源染色体,C错误;一对姐妹染色单体所含的DNA分子数是2,一对同源染色体所含的DNA分子数为2或4,两者所含的DNA分子数不一定相同,D错误。
任务2　探究减数分裂过程
活动3　根据哺乳动物精子的形成过程示意图,建构精子形成过程的模型,分析减数分裂过程,下图是动物精巢中减数分裂的过程示意图,思考并回答问题
1.图中的细胞A、B、D分别属于什么细胞
提示　细胞A是精原细胞,细胞B是次级精母细胞,细胞D是精细胞。
2.画出含有两对同源染色体的精原细胞通过减数分裂形成精子的过程(注:用 表示来自母本的染色体,用 表示来自父本的染色体)。
含两对同源染色体的精原细胞形成精子的过程
提示　
含两对同源染色体的精原细胞形成精子的过程
3.与有丝分裂相比,甲过程染色体有哪些特殊行为 细胞B、C中有没有同源染色体
提示　①同源染色体联会;②四分体中的非姐妹染色单体间常发生互换;③同源染色体彼此分离,非同源染色体自由组合。细胞B、C中没有同源染色体。
4.染色体数目减半和姐妹染色单体的分离分别发生在图中的哪个过程
提示　染色体数目减半发生在减数分裂Ⅰ过程中,即甲过程;姐妹染色单体的消失发生在减数分裂Ⅱ的后期,即乙过程。
5.若不考虑四分体中的非姐妹染色单体的互换,细胞D、E的染色体组成是否相同 为什么 若考虑四分体中的非姐妹染色单体的互换呢
提示　不考虑四分体中的非姐妹染色单体的互换,细胞D、E的染色体组成是相同的。因为B细胞减数分裂Ⅱ过程发生的是着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,分别移到D、E细胞中,在未发生基因突变和互换的情况下,一条染色体上的两条姐妹染色体单体是一样的,所以分到D、E细胞中的染色体数目和类型完全相同。若四分体中的非姐妹染色单体发生了互换,则一条染色体上的两条姐妹染色体单体不一定相同,所以分到D、E细胞中的染色体的组成不一定相同。
认知生成
有丝分裂与减数分裂过程两阶段的比较(假设体细胞染色体数和核DNA分子数均为2N)
项目 有丝分裂 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ
分裂前间期DNA的复制 复制 复制 不复制
同源染色体 有,不分离 有,分离 无
着丝粒变化 分裂 不分裂 分裂
染色 体的 主要 行为 前期 散乱分布 同源染色体联会,形成四分体,四分体的非姐妹染色单体可以交换片段 散乱分布
中期 着丝粒排列在赤道板上 同源染色体排列在赤道板两侧 着丝粒排列在赤道板上
后期 着丝粒分裂,姐妹染色单体分开 同源染色体分离,非同源染色体自由组合 着丝粒分裂,姐妹染色单体分开
末期 细胞一分为二 细胞一分为二 细胞一分为二
(续表)
项目 有丝分裂 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ
染色体数目 2N→4N→2N 2N→N N→2N→N
核DNA数目 4N→2N 4N→2N 2N→N
染色单体数 4N→0 4N→2N 2N→0
注:有丝分裂和减数分裂都不包含间期。
例2　下图甲表示某精子,图乙中不属于该精子形成过程中的细胞分裂图的是(　　)。
【答案】　B
【解析】　图乙B中移向同一极的非同源染色体只有一条与精子的染色体相同,因此B不属于该精子形成过程中的细胞分裂图。
对点练2　(不定项)下图为某雄性动物细胞分裂某时期的图像。下列叙述不正确的是(　　)。
A.此细胞处于减数分裂Ⅰ前期,图中包含4条染色单体
B.图中A与B互为同源染色体,a'与b可以发生互换
C.此细胞先发生A与B的分离,后发生a与a'的分离
D.此细胞分裂产生的精细胞中有4条染色体
【答案】　AD
【解析】　该细胞含有同源染色体(A和B、C和D),且同源染色体正在联会形成四分体,处于减数分裂Ⅰ前期,该细胞中有4条染色体,8条染色单体,A不正确;该细胞中有2对同源染色体,即A和B、C和D,a'与b是同源染色体上的非姐妹染色单体,可以发生互换,B正确;此细胞处于减数分裂Ⅰ前期,故减数分裂Ⅰ先发生A与B(同源染色体)的分离,后在减数分裂Ⅱ发生a与a'(姐妹染色单体)的分离,C正确;此细胞分裂产生的精细胞中有2条染色体,D不正确。
活动4　下图是某种动物精子和卵细胞形成过程中的部分图像,请根据下图并结合课本P22图2-6分析下列问题
1.F细胞的名称是什么
提示　次级精母细胞或极体。
2.图中　　　　细胞一定来自雄性动物,　　　　细胞一定来自雌性动物。
提示　B、G　D、E
3.胚胎发育早期的细胞分裂活动旺盛,却不从外界摄取营养物质。请据此分析卵母细胞不均等分裂,最终只产生一个卵细胞的意义。
提示　形成的卵细胞较大,便于储存丰富的营养物质。
4.分析精子和卵细胞的形成过程的异同并完成下表。
对比 精子的形成 卵细胞的形成
相 同 点 子细胞数 4个(都是 ①　　　　) 4个(1个②　　　　、3个③　　　　)
子细胞染色体数目 都是染色体复制一次,细胞分裂两次,子细胞中染色体数目都是体细胞的④　　　　　
染色体行为 各个时期染色体行为均⑤　　　
不 同 点 形成部位 　睾丸(精巢) 卵巢
是否变形 ⑥　　　 ⑦　　　
细胞质是否均等分配 两次分裂都是 ⑧　　　　分裂 初级卵母细胞和次级卵母细胞都是⑨　　　 　分裂,极体是⑩　　　　分裂
形成的生殖 细胞数 1个精原细胞形成　　个精子 1个卵原细胞形成　　　个卵细胞(3个极体退化)
提示　①精子　②卵细胞　③极体　④一半　⑤一致　⑥变形　⑦不变形　⑧均等　⑨不均等　⑩均等　4　1
认知生成
1.细胞分裂图像“三看法”
2.卵细胞和精子形成过程中图像的判断方法
例3　下列有关精子和卵细胞形成的说法,正确的是(　　)。
A.两者形成过程中都出现联会、四分体、同源染色体分离、非同源染色体自由组合现象
B.两者形成过程中都有染色体的复制和均分,两者所含遗传物质均是正常体细胞的一半
C.精子和卵细胞形成过程中不同的地方是精子需变形,卵细胞不需要变形,其余完全相同
D.形成100个受精卵,至少需要100个精原细胞和100个卵原细胞
【答案】　A
【解析】　精子和卵细胞的细胞核中的遗传物质均是正常体细胞的一半,而卵细胞在形成的过程中细胞质不均等分裂,细胞质中的遗传物质多于正常体细胞细胞质中遗传物质的一半,精子则几乎不含细胞质,B错误;精子与卵细胞形成过程中除精子需变形外,还有细胞质的分配情况不同、分裂结果不同等区别,C错误;1个精原细胞能产生4个精子,最少需要25个精原细胞,才能产生100个精子,D错误。
对点练3　下图是某种动物细胞分裂的一组图像,有关叙述错误的是(　　)。
A.图①过程中,每条染色体的行为相同
B.图②发生了同源染色体的分离
C.图③处于有丝分裂中期
D.由图④可判断该动物一定是雄性
【答案】　D
【解析】　图①处于有丝分裂后期,分裂过程中每条染色体的行为相同,A正确;图②处于减数分裂Ⅰ后期,同源染色体分离,B正确;雌性动物的卵母细胞经过减数分裂Ⅰ产生的第一极体也可进行图④所示的分裂,D错误。
任务3　观察蝗虫精母细胞减数分裂装片
活动5　阅读课本P24“探究·实践”,动手观察蝗虫精母细胞减数分裂装片
1.为什么选用雄性个体的生殖器官作为实验材料
提示　一般来说,雄性个体产生的雄配子数量明显多于雌性个体产生的雌配子数量。其次,大部分雌性动物排卵前后完成减数分裂Ⅰ,排出的卵子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。
2.观察蝗虫精母细胞的减数分裂装片时,能看到几种不同染色体数目的细胞分裂图像
提示　因为蝗虫精巢中的精原细胞(染色体数为2n)既进行有丝分裂,又进行减数分裂,所以可以观察到染色体数目为n、2n、4n等不同的细胞分裂图像。
例4　(2022·云南统考)下列关于“观察细胞的减数分裂”实验的叙述,错误的是(　　)。
A.可用蝗虫精母细胞制成装片观察
B.能观察到同源染色体的联会现象
C.能观察到减数分裂Ⅰ中期的细胞
D.能观察到同一个细胞减数分裂的全过程
【答案】　D
【解析】　蝗虫精母细胞可以发生减数分裂,因此可用蝗虫精母细胞制成装片观察,A正确;联会现象发生在减数分裂Ⅰ前期,因此实验中可能能观察到同源染色体的联会现象,B正确;利用蝗虫精巢制作减数分裂装片,可以观察到处于各个时期的细胞,包括减数分裂Ⅰ中期的细胞,C正确;在该实验中,由于细胞在解离过程中被杀死,因此无法观察到细胞中染色体的动态变化过程,即不能观察到同一个细胞减数分裂的全过程,D错误。
对点练4　(2023·重庆统考)下列关于“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”(实验Ⅰ)和“观察蝗虫精母细胞减数分裂装片”(实险Ⅱ)的叙述,正确的是(　　)。
A.均能观察到细胞在间期进行DNA复制
B.均能观察到一个细胞分裂为四个子细胞
C.实验Ⅰ中,存在某些细胞的染色体排列在细胞板上
D.实验Ⅱ中,存在某些细胞的染色体发生两两配对现象
【答案】　D
【解析】　细胞在间期进行DNA复制,但观察细胞分裂实验时,细胞已被杀死,因此两实验均不能观察到细胞进行DNA复制的现象,A错误;有丝分裂时细胞一分为二,减数分裂时,虽然一个细胞经分裂后可得到四个子细胞,但一个初级性母细胞经分裂只能得到两个次级性母细胞,每个次级性母细胞再次分裂再各得到两个子细胞,所以两实验均不能观察到一个细胞分裂为四个子细胞,B错误;有丝分裂中期,染色体整齐排列在赤道板上,而不是细胞板,C错误;减数分裂Ⅰ前期,同源染色体发生联会,即染色体发生两两配对,D正确。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)对于雄性哺乳动物来说,同源染色体只存在于精原细胞中,而不存在于其他体细胞中。 (×) (2)细胞内的同源染色体都会形成四分体。 (×) (3)精原细胞是特殊的体细胞,既能通过有丝分裂增殖,又能通过减数分裂产生精子。 (√) (4)玉米体细胞中有10对同源染色体,经减数分裂后,花粉中有5对同源染色体。 (×)
2