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3课时 受精作用
（一）基础巩固
1.学习“减数分裂和受精作用”的内容后,某同学形成以下认识。请帮他判断下列认识错误的是( )
A.受精过程依赖精、卵细胞表面信号与受体的识别
B.细胞中的遗传物质一半来自父方,一半来自母方
C.人体细胞内,不是每对同源染色体的大小都相同
D.不同个体的染色体组合不同,造就生命的独一无二
解析:受精过程依赖精、卵细胞表面信号与受体的识别完成信息交流,并借助膜的流动性完成融合过程,A项正确;受精后形成的受精卵内染色体一半来自父方,一半来自母方,但细胞质内的遗传物质几乎全部来自卵细胞,因此受精卵内遗传物质来自母方的要多于父方,B项错误;人体细胞内,不是每对同源染色体的大小都相同,如X染色体和Y染色体形态、大小不同,是一对特殊的同源染色体,C项正确;由于减数分裂时同源染色体分离,非同源染色体自由组合,因此不同精子和不同卵细胞内的染色体组合一般不同,受精后形成的不同受精卵内的染色体组合不同,不同个体的染色体组合不同,造就生命的独一无二,D项正确。
答案:B
2.下列有关减数分裂的说法,错误的是( )
A.同一个生物体在不同时刻产生的精子或卵细胞,染色体数目一般是相同的
B.同一个生物体在不同时刻产生的精子或卵细胞,染色体组成一般是不同的
C.同一精原细胞减数分裂一般形成4个精细胞,变形后成为4个相同的精子
D.同一卵原细胞减数分裂一般形成4个子细胞,有一个体积较大的是卵细胞
解析:同一生物体的染色体数目恒定,所以在不同时刻产生的精子或卵细胞染色体数目一般是相同的,A项正确;由于减数分裂时非同源染色体自由组合,所以同一个生物体在不同时刻产生的精子或卵细胞,染色体组成一般是不相同的,B项正确;同一精原细胞经减数分裂一般形成4个精细胞,变形后成为4个精子,共2种类型,C项错误;同一卵原细胞经减数分裂一般形成4个子细胞,有一个体积较大的是卵细胞,3个极体退化消失,D项正确。
答案:C
3.下图为某初级卵母细胞的分裂图像,该细胞正常分裂后产生的卵细胞类型有( )
A.1种 B.2种 C.4种 D.8种
解析:由图可知,该初级卵母细胞中发生了交叉互换,因为1个初级卵母细胞只能产生1个卵细胞,所以只有1种基因型。
答案:A
4.高等动物进行有性生殖的3个生理过程如下图所示,则图中①②③分别为 ( )
A.有丝分裂、减数分裂、受精作用 B.受精作用、减数分裂、有丝分裂
C.有丝分裂、受精作用、减数分裂 D.减数分裂、受精作用、有丝分裂
解析:根据题意和图示分析可知,图中①是精子和卵细胞结合形成受精卵,属于受精作用;成熟的生物体通过减数分裂产生精子和卵细胞;生物的个体发育从受精卵开始,经有丝分裂形成多细胞个体。所以题图中①②③分别为受精作用、减数分裂、有丝分裂。
答案:B
5.下图表示某植物体的生殖和发育过程,请分析回答下列问题。
(1)Ⅰ、Ⅱ表示受精卵通过细胞的 分裂、细胞 及细胞生长,发育成植物体的过程。
(2)精子和卵细胞的染色体数目是该物种体细胞染色体数目的 ,这是因为它们的形成过程经过了 分裂。
(3)Ⅳ表示 作用,其结果是使受精卵的染色体数目与该物种体细胞染色体数目 。
答案:(1)有丝 分化 (2)一半 减数 (3)受精 相同
(二)拓展提高
6.图1表示某动物体内一个正在进行减数分裂的细胞;图2和图3分别表示该动物细胞减数分裂、受精作用及胚胎发育过程中每个细胞中染色单体数、染色体数/核DNA数的变化。下列说法错误的是( )
图1 图2 图3
A.图1所示细胞分别处于图2和图3的de段和cd段
B.基因的自由组合分别发生于图2和图3的bc段
C.图2中fg段与图3中fg段相对应
D.受精作用过程分别发生于图2和图3的de 段和cd段
解析:图1中细胞不含同源染色体,且着丝粒分裂,处于减数分裂Ⅱ后期,此时染色单体数为0以及染色体数∶核DNA数=1∶1,分别处于图2和图3的de段和cd段,A项正确;基因的自由组合发生在减数分裂Ⅰ后期,此时每条染色体含有2个DNA分子,染色单体数为4n以及染色体数∶核DNA数=1∶2,分别发生于图2和图3的bc段,B项正确;分析图可知,图2中fg段表示有丝分裂前期、中期,与图3中ef段对应,图3中fg段表示有丝分裂后期和末期,C项错误;受精作用过程发生在减数分裂之后,分别发生于图2和图3的de段和cd段,D项正确。
答案:C
7.科学家在某种鱼中发现了“孤雄生殖”现象。关于这种鱼的“孤雄生殖”,科学家提出了如下图中A、B、C三种可能的发生途径,甲、乙、丙分别代表这三种途径所得到的“孤雄生殖”后代的体细胞。下列相关叙述中,正确的是 ( )
A.甲、乙、丙中均只含有父方的遗传物质
B.图中的异常精子是由于亲代减数分裂Ⅰ或减数分裂Ⅱ异常而形成的
C.图中丙细胞中两条染色体上的基因不可能完全相同
D.甲细胞形成的过程中曾发生减数分裂异常
解析:甲、乙、丙细胞质中的遗传物质均来自母方,细胞核中的遗传物质均来自父方,A项错误;图中“含有两个染色体组的精子”可能是减数分裂Ⅰ异常(同源染色体未分离)形成的,也可能是减数分裂Ⅱ异常(姐妹染色单体移向同一极)形成的,B项正确;若C途径的精子来自同一次级精母细胞,不考虑突变和交叉互换的话,丙细胞中两条染色体上的基因完全相同,C项错误;无核的卵细胞和精子结合形成受精卵,受精卵中只含一个染色体组,经过有丝分裂得到甲,甲含两个染色体组,因此甲细胞形成的过程中曾发生有丝分裂异常,D项错误。
答案:B
8.下面是某雄性动物(2n=4)在生殖和发育过程中的相关图示。图Ⅰ是减数分裂过程简图,图Ⅱ、图Ⅲ是某同学画的不同时期细胞分裂图像和细胞染色体数目的变化曲线,请据图回答下列问题。
甲 乙 丙
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
(1)图Ⅰ中的②过程产生的细胞名称是 ,图Ⅱ中的 细胞处在该过程中。
(2)图Ⅱ中的乙细胞处于图Ⅲ中的 (填序号)阶段,其分裂产生的子细胞是图Ⅰ中的 (填细胞名称)。
(3)图Ⅲ中,曲线③阶段形成的原因是 ;曲线 (填序号)阶段的细胞内不存在同源染色体。
(4)图Ⅱ甲中有两处错误,请指出错误之处: 、 。
(5)图 Ⅳ 所示为该种生物的一个精细胞,根据染色体的类型和数目,判断图Ⅴ中与其来自同一个次级精母细胞的是 (填序号)。
① ② ③ ④
Ⅳ Ⅴ
解析:(1)图Ⅰ中的②过程表示减数分裂Ⅰ,产生的子细胞叫次级精母细胞,图Ⅱ中的丙细胞内同源染色体分离、非同源染色体自由组合,表示减数分裂Ⅰ后期。(2)图Ⅱ中,乙细胞中存在同源染色体和染色单体,而且着丝粒排列在赤道板上,处于有丝分裂的中期;乙细胞处于图Ⅲ中的⑤阶段,其分裂产生的子细胞仍为体细胞,相当于图Ⅰ中的精原细胞。(3)图Ⅲ中,曲线②阶段染色体数目减半,形成的原因是同源染色体分离后,细胞一分为二,染色体平均分配到2个子细胞中;曲线③阶段染色体数目暂时加倍,形成的原因是着丝粒分裂,姐妹染色单体分开;细胞中不存在同源染色体的是减数分裂Ⅰ末期和减数分裂Ⅱ的细胞及产生的生殖细胞,即图中的②③④。(4)由题意可知,该图为雄性动物不同分裂时期的细胞,甲存在的错误是细胞质不均等分裂;如果表示减数分裂Ⅱ后期,则细胞中染色体数应只有4条,所以染色体数目错误。(5)分析图Ⅳ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交叉互换,因此图Ⅳ与图Ⅴ中的③可能是由同一个次级精母细胞形成的2个精细胞。
答案:(1)次级精母细胞 丙 (2)⑤ 精原细胞 (3)着丝粒分裂(姐妹染色单体分开) ②③④ (4)细胞质不均等分裂 染色体数目错误 (5)③
探究实践课: 建立减数分裂中染色体变化的模型
一、实验目的
通过建立减数分裂中染色体数目和行为变化的模型,加深对减数分裂过程及其特点的认识,理解配子中染色体组合的多样性,领悟减数分裂的意义。
二、实验原理
减数分裂是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。
减数分裂Ⅰ的主要特征:同源染色体配对——联会;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。
减数分裂Ⅱ的主要特征:染色体不再复制;每条染色体的着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,分别移向细胞的两极。
三、材料用具
较大的白纸,铅笔或彩笔,适于制作染色体的材料(如橡皮泥、扭扭棒、细树枝、纸卷等)。
四、方法步骤
1.模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化。
方法步骤 模拟时期
(1) 用两种颜色的橡皮泥制作染色体,每种颜色分别制作两条大小不同的染色体,每条染色体由两条染色单体组成(注意:一种颜色的两条染色体分别与另一种颜色的两条染色体大小相同)。两种颜色分别代表来自父方和母方 减数分裂前的间期
(2) ①在纸上画一个足够大的初级精母细胞的轮廓,能够容纳所制作的四条染色体。画出中心体和纺锤体 ②将染色体放在画好的细胞内,让长度相同、颜色不同的两条染色体配对,使着丝粒靠近 减数分裂Ⅰ前期
(3) 将两对染色体横向分别排列在细胞中央的赤道板两侧 减数分裂Ⅰ中期
(4) 双手分别抓住并移动染色体的着丝粒,使两种颜色的染色体分离,分别移向细胞的两极 减数分裂Ⅰ后期
(5) 在两极有染色体的部分画出细胞轮廓,代表新细胞生成 减数分裂Ⅰ末期
(6) 在另一张纸上再画两个次级精母细胞的轮廓,并画出中心体和纺锤体。将已经移到细胞两极的染色体分别放到这两个新细胞中 减数分裂Ⅱ前期
(7) 把新细胞中的染色体横向排列在细胞中央的赤道板处 减数分裂Ⅱ中期
(8) 平均分开每条染色体上连接染色单体的小块橡皮泥——相当于着丝粒分离。再将染色体分别拉向细胞的两极 减数分裂Ⅱ后期
(9) 在两极有染色体的部分画出细胞轮廓,代表新细胞生成 减数分裂Ⅱ末期
2.模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合。
(1)同方法步骤1中的(1)(2)。
(2)将两对染色体横向排列在赤道板处,注意,这次要在赤道板的每一侧放两条长度不同的染色体。
(3)继续方法步骤1中的其他步骤,完成减数分裂全过程。
3.模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换。
(1)同方法步骤1中的(1)。
(2)①在纸上画一个足够大的初级精母细胞的轮廓,能够容纳所制作的四条染色体。画出中心体和纺锤体。
②将染色体放在画好的细胞内,让长度相同、颜色不同的两条染色体配对,使着丝粒靠近。
③将一对同源染色体的非姐妹染色单体部分交换。
(3)继续方法步骤1中的其他步骤,完成减数分裂全过程。
4.表达与交流。
与其他小组交流建构模型的过程和结果,用语言和图解说明减数分裂中染色体数目及主要行为的变化。如果条件允许,建议在计算机上制作减数分裂的动态模型。
实验思考
1.本实验思考。
(1)减数分裂过程中,同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合发生在什么时期 姐妹染色单体的交叉互换发生在什么时期 减数分裂中的“减数”发生在什么时期
提示:减数分裂Ⅰ后期;减数分裂Ⅰ前期;减数分裂Ⅰ末期。
(2)如果1个精原细胞只有2对同源染色体,则该细胞进行减数分裂将产生几种精细胞 该细胞所在的生物体可产生几种精细胞
提示:2种;4种。
(3)以精原细胞为例,描述减数分裂过程中染色体的数目和主要行为的变化,分析其意义。
提示:染色体数目变化如图:
在减数分裂Ⅰ中出现了同源染色体联会、四分体形成、非姐妹染色单体之间交叉互换、同源染色体分离,使得细胞两极各有一整套非同源染色体,从而使形成的次级精母细胞中染色体数目减少为初级精母细胞的一半等行为。
上述过程可使配子中染色体数目减半。这样再通过以后发生的两性配子结合成合子的受精作用,就能维持生物前后代体细胞染色体数目的恒定,从而保证遗传的稳定性。上述过程还可以使经过减数分裂产生的配子类型多样,从而增加了生物的变异,增强了生物适应环境的能力,有利于生物的进化。
(4)根据以上3个模型,说说减数分裂产生多种配子的原因。
提示:减数分裂过程中,非同源染色体的自由组合和四分体中非姐妹染色单体之间的交叉互换,使减数分裂可以产生多种配子。
2.延伸思考。
若1个初级精母细胞的1对同源染色体之间发生部分姐妹染色单体交叉互换,那么该细胞经减数分裂可产生几种精细胞
提示:4种。
归纳提升
配子中染色体组合多样性的原因
(1)减数分裂Ⅰ的后期,非同源染色体自由组合,导致减数分裂产生的配子中染色体组合具有多样性。
(2)四分体中非姐妹染色单体之间的交叉互换,导致减数分裂产生的配子中染色体组合具有多样性。
实战演练
下列关于“建立减数分裂中染色体变化的模型”活动的叙述,正确的是
( )
A.用铁丝把颜色和长度相同的2条橡皮泥扎起来代表配对完成的一对同源
染色体
B.模拟过程中被拉向两极的染色体可能含有染色单体
C.模拟过程中一共画了2个纺锤体
D.模拟含有3对同源染色体的细胞的减数分裂过程需要3种不同颜色的橡
皮泥
解析:“建立减数分裂中染色体变化的模型”活动中,用铁丝把颜色和长度相同的2条橡皮泥扎起来代表1条含有2个染色单体的染色体,A项错误;模拟过程中被拉向两极的染色体可能含有染色单体,如减数分裂Ⅰ后期的染色体含有染色单体,B项正确;模拟过程中一共画了3个纺锤体,C项错误;模拟含有3对同源染色体的细胞的减数分裂过程需要2种不同颜色的橡皮泥,D项错误。
答案:B
2.通过建立减数分裂过程中染色体数目和行为变化的模型,加深对减数分裂过程及其特点的认识,理解配子中染色体组合的多样性。下列关于“建立减数分裂过程中染色体变化的模型”的叙述,错误的是 ( )
A.需要先在纸上画出中心体和纺锤体
B.两种颜色的橡皮泥,分别代表父方和母方的染色体
C.让长度不同、颜色相同的两条染色体配对,使着丝粒靠近
D.模拟非同源染色体的自由组合时,至少需要两对染色体
解析:建立减数分裂过程中染色体数目和行为变化的模型时,需要先在纸上画出细胞的轮廓、中心体和纺锤体,代表正在减数分裂的细胞,A项正确;同源染色体是指形态、大小一般都相同,一条来自父方,一条来自母方,且在减数第一次分裂过程中能两两配对(即联会)的一对染色体,可以让长度相同、颜色不同的两条染色体配对,也可以用两种颜色的橡皮泥,分别代表父方和母方的染色体,B项正确、C项错误;精原细胞经减数分裂Ⅰ同源染色体分离,非同源染色体上的非等位基因自由组合,故模拟非同源染色体自由组合时,至少需要两对染色体,D项正确。
答案:C
3.下列能准确表示染色体之间交叉互换的是 ( )
A B C D
解析:由题意可知,应是同源染色体的非姐妹染色单体之间进行交叉互换,即等位基因发生了互换。
答案:B
4.下列能表示某动物细胞(2n=4)减数分裂Ⅱ结束时形成的细胞的是 ( )
A B C D
解析:A图表示减数分裂Ⅰ前期,同源染色体正在联会,A项错误;B图表示某动物细胞(2n=4)减数分裂Ⅱ结束时形成的细胞,即生殖细胞,B项正确;C图表示某动物细胞(2n=4)的体细胞,或者有丝分裂末期形成的子细胞,C项错误;D图表示减数分裂Ⅱ中期,D项错误。
答案:B
5.图甲是模拟细胞分裂的图像,图乙所示是一个处于某种分裂状态的细胞,据图回答下列问题。
甲 乙
(1)图甲A细胞经 分裂形成B细胞,B细胞处在 期。
(2)图甲A细胞经 分裂形成D细胞,D细胞处在 期。
(3)图甲E细胞处在 期,细胞中的2条染色体的关系是 。
(4)图乙细胞在形成配子时,非同源染色体有 种组合的可能性。而一个这样的初级精母细胞,最后实际只能产生 种配子。该细胞内的染色体发生交叉互换时,a可能与 发生片段交换,增加配子种类的多样性。
解析:(1)由分析可知,B细胞处在减数分裂Ⅱ后期,A细胞经减数分裂形成B细胞。(2)由分析可知,D细胞处在有丝分裂中期,A细胞经有丝分裂形成D细胞。(3)由分析可知,E细胞处在减数分裂Ⅱ中期。细胞中无同源染色体,2条染色体的关系是互为非同源染色体。(4)图乙细胞含有2对同源染色体,在形成配子时,非同源染色体有4种组合的可能性。1个初级精母细胞能形成4个(2种)精子。同源染色体的非姐妹染色单体之间才会发生交叉互换,a与 b(b')互为同源染色体的非姐妹染色单体,可发生片段交换,增加配子种类的多样性。
答案:(1)减数 减数分裂Ⅱ后 (2)有丝 有丝分裂中 (3)减数分裂Ⅱ中 互为非同源染色体 (4)4 2 b或b'(共24张PPT)
第2章 基因和染色体的关系
铺垫知识
如果精子和卵细胞也像体细胞那样,都具有成对的染色体,那么,当精子和卵细胞结合为 时,染色体数就会翻一番。然而事实并非如此,以人来说,虽然代代相传,但是每个正常人的体细胞中都只有 对染色体,基因的数目也不变。
受精卵
23
合作探究
精(卵)原细胞个数 配子个数 配子实际种类
1个精原细胞 4 2种,表现为两两相同
1个卵原细胞 1 1种
m个精原细胞 4m 2n
m个卵原细胞 m 2n
点拨提升
典例研析
合作探究
点拨提升
典例研析
课堂建构
2门世2有
3厚
卵细胞
精子
受精作用
(n)
AB
(n)
受精卵
数分裂
(2n)
AaBb
有丝分裂
减数分裂
有丝分裂
有丝分裂
卵原细胞
♀生物体o
精原细胞
AaBb
(2n)
(2n)
(2n)
AaBb
