1.1 减数分裂和受精作用 课件(共31张PPT) 2023-2024学年高一生物苏教版必修第二册

(共31张PPT)
第一章 遗传的细胞基础
第一节 减数分裂和受精作用
由于环境问题和不良卫生习惯，有些人可能会感染蛔虫。蛔虫是常见的肠道寄生虫，其细胞内染色体数量很少。科学家常把蛔虫作为研究细胞分裂过程中染色体数量变化规律的好材料。那么，科学家从蛔虫研究中发现了什么呢
生殖细胞中染色体数量与体细胞中的一样吗
事实：
1.19世纪末，有些科学家在观察一种寄生生活的蛔虫时，发现它们的受精卵、体细胞都含有四条染色体，而它们的配子中只含有两条染色体(图1-1-1)。
2.后来发现，许多生物也和这种蛔虫一样，配子的染色体数量是体细胞的一半。例如，人的精原细胞有46条染色体。一个精原细胞经过细胞分裂，形成四个精细胞，每个精细胞只有23 条染色体。这种细胞分裂结果和细胞有丝分裂不一样。这引起了科学家进一步思考。
从上述事实可以看出，形成生殖细胞的细胞分裂与体细胞的有丝分裂既有相似之处，也有显著不同。这种特殊的细胞分裂对于生物的繁衍具有十分重要的意义。那么，这种形成生殖细胞的分裂方式与有丝分裂究竟有哪些异同呢
减数分裂产生精子或卵细胞
经过科学家深入的研究发现，进行有性生殖的生物，其体细胞核内的染色体数量之所以能保持恒定，与形成生殖细胞时进行了减数分裂有关。
在减数分裂过程中，染色体的形态、结构，以及中心体、纺锤体、核仁、核膜等也像在有丝分裂过程中一样，发生规律性的变化。所以，减数分裂可以看做是一种特殊的有丝分裂。
在哺乳动物体内，精原细胞和卵原细胞最终分别能形成精子和卵细胞。以哺乳动物精子形成过程(图1-1-2)为例，可以将减数分裂分为减数第一次分裂和减数第二次分裂两个主要阶段。
减数分裂的意义在于，子代既能有效地获得父母双方的遗传物质，确保遗传的稳定性，又能保持遗传的多样性，增强子代适应环境变化的能力。如果在有性生殖过程中没有减数分裂，那么，生殖细胞的染色体数量将不能减半，经过受精作用，受精卵的染色体数量必将倍增，细胞体积也会相应增加······如此代代相传，生命活动将无法正常进行。因此，减数分裂是生物有性生殖的基础，也是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要保证。
间期的精原细胞经过生长发育，体积增大，细胞核中染色体复制(包括DNA复制和有关蛋白质合成)后，发育成为初级精母细胞。完成染色体复制的初级精母细胞中，每条染色体都含有两条姐妹染色单体，它们呈染色质状，由一个着丝粒连接。
减数分裂前间期
减数第一次分裂
前期I：同源染色体是指分别来自父方、母方的一对染色体，它们的形态、大小和着丝粒位置一般都相同。同源染色体两两配对，称为联会。联会的同源染色体因含有四条染色单体，又称为四分体。联会时，同源染色体中的非姐妹染色单体之间可能发生对等片段的交换，这时通过显微镜可以观察到这种交换后的交叉现象(图1-1-3)。同时，核仁逐渐消失、核膜逐渐解，纺锤体出现
中期 I：同源染色体成对排列在赤道面的位置上，每条染色体的着丝点分别与纺锤丝相连。
后期 I：同源染色体分离，在纺锤丝的作用下，分别移向细胞两极；此时每条染色体仍然含有两条姐妹染色单体。
末期 I：染色体解螺旋，逐渐变为染色质，核膜、核仁重新出现，细胞缢裂，一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞。次级精母细胞中染色体数量只有初级精母细胞中的一半。
减数第二次分裂
前期 Ⅱ ：染色质再次螺旋化变成染色体，核膜解体，核仁逐渐消失，纺锤体再次出现。
中期 Ⅱ：在纺锤丝的作用下，染色体的着丝粒再次排列在赤道面的位置上。
后期 Ⅱ：两条姐妹染色单体分离，在纺锤丝的牵引下，分别移向细胞两极。
末期 Ⅱ：细胞缢裂，两个次级精母细胞最终分裂成四个精细胞。精细胞中染色体数量为体细胞的一半。
有些生物在减数第一次分裂后直接进行减数第二次分裂；有些生物在减数第一次分裂后会经历短暂的间期(没有发生 DNA 复制)，再进行减数第二次分裂。
与有丝分裂过程不同，减数分裂只发生在有性生殖细胞形成过程中的某个阶段；减数分裂前染色体只复制一次，减数分裂时细胞连续分裂两次，产生四个子代细胞，结果子代细胞中染色体数量为原先的一半；减数分裂过程中会出现同源染色体配对(联会)，而同源染色体非姐妹染色单体之间还会发生交换和重组。
被子植物细胞减数分裂的过程与哺乳动物细胞减数分裂的过程基本相同。
走进实验室
观察植物细胞的减数分裂
观察植物细胞减数分裂的材料很多，常用的是花药中的花粉母细胞。
实验目的
了解植物细胞的减数分裂过程及特点。
实验器材和试剂
蚕豆花粉母细胞减数分裂永久装片，显微镜.
实验指导
1.观察：在显微镜下观察蚕豆花粉母细胞减数分裂永久装片。
2.判断：对照图1-1-4，判断我们观察到的细胞图像分别属于什么时期。
3.小组成员之间相互交流观察结果。
蚕豆花粉母细胞与动物细胞的减数分裂过程基本相同，但也有一定的差异。
在有条件的情况下，可以观察蝗虫精母细胞减数分裂永久装片。
由动植物细胞的减数分裂过程可知，减数分裂是指进行有性生殖的生物在形成成熟的生殖细胞时所特有的细胞分裂方式。通过减数分裂形成的成熟的生殖细胞在染色体数量上是体细胞的一半。
结果与分析
哺乳动物生殖细胞的形成
睾丸是雄性哺乳动物的生殖腺。睾丸里有很多纵隔，纵隔将睾丸分成多个小叶，每个小叶内有若干条弯曲细长的曲细精管。曲细精管上皮中的精原细胞，先通过有丝分裂进行增殖，再分化成为初级精母细胞。初级精母细胞先进行减数第一次分裂，形成两个次级精母细胞，两个次级精母细胞随即进行减数第二次分裂，形成四个精细胞。精细胞分化变形成为精子(图1-1-5)。
卵巢是雌性哺乳动物的生殖腺(图1-1-6)。由卵原细胞发育而来的初级卵母细胞，经过减数第一次分裂，形成一个次级卵母细胞和一个极体，随后次级卵母细胞进行减数第二次分裂，形成一个卵细胞和一个极体，减数第一次分裂产生的极体也均等地分裂为两个极体。这样，一个初级卵母细胞经过减数分裂，最终形成一个体积较大的卵细胞和三个体积较小的极体，极体不久就会消失。
模拟哺乳动物精子和卵细胞的形成过程
实践：哺乳动物精子与卵细胞的形成过程基本相似，但也有不同。根据图1-1-2，尝试在图1-1-7中绘出精子和卵细胞形成过程中的染色体变化(假设该动物体细胞内有两对染色体)，也可以制作模型模拟哺乳动物精子和卵细胞的形成过程。
受精作用孕育新的生命
“离离原上草，一岁一枯荣”，诗人白居易不仅感叹了生命的顽强，也赞美了生命的代代相传、延续不断。生命的延续是靠生物个体生殖产生子代实现的。任何一种生物的个体，不管寿命多长，最终都会走向衰老和死亡，而种群却在延续。
以人为例，在受精过程中，精子头部的细胞质膜首先与卵母细胞质膜融合，随即精子的细胞核和细胞质进入卵母细胞内，卵母细胞立即释放相应的物质，阻止其他精子的进入，然后两者的细胞核在细胞中部靠拢，相互融合，形成受精卵(图1-1-8)。这样，受精卵中的染色体数量恢复到与该物种的体细胞一样，其中一半来自精子(父方)，另一半来自卵细胞(母方)。
受精卵的代谢更加旺盛，它不断地分裂和分化，最终发育为新的个体。通过减数分裂和受精作用，每种生物维持了前后代体细胞中染色体数量的恒定，也实现了遗传物质的重新组合。
像哺乳动物这样，由亲代产生有性生殖细胞或配子，经过两性生殖细胞或配子的结合成为合子(如受精卵)，再由合子发育成新个体的生殖方式称为有性生殖。由合子发育成的子代具备了双亲的遗传特性，这对于生物的生存和进化具有重要意义。
知识链接
特殊的有性生殖——单性生殖
有性生殖是通过两性生殖细胞或配子结合的生殖方式。某些生物的配子可不经融合而单独发育为新个体，这种方式称为单性生殖，是特殊的有性生殖。其中最常见的就是孤雌生殖，即有些动物的生殖不需雄性个体参与，只由雌性个体产生卵，卵不与精子结合，直接发育成新个体。少数动物如某些轮虫至今只有雌性个体，尚未发现雄性个体的存在，只能进行孤雌生殖。有些动物如蜜蜂的生殖是两性生殖与孤雌生殖并存，卵不受精即发育成雄蜂，卵受精则发育成雌性的工蜂和蜂王。还有些动物一生中一段时期进行两性生殖，一段时期进行孤雌生殖。