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间期染色体复制,每条染色体都含有两条_______________;
分裂期初级精母细胞经过同源染色体联会,形成四分体,______________的分离,分裂成为两个次级精母细胞。
(2)减数第二次分裂:
间期通常很短,没有染色体的复制。
分裂期染色体的着丝粒分开,姐妹染色单体变成__________,移向两极,形成四个精细胞,变形成为精子。
知识点二 精子的形成过程
1.场所:
人和其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成的,________细胞是原始的雄性生殖细胞,其染色体都与________细胞相同。
知识点三 卵细胞形成过程及精子和卵细胞形成过程比较
人和其他哺乳动物的卵细胞是在________中形成的。
2.过程
3.结果:
一个卵原细胞经过减数分裂形成染色体数目减半的________卵细胞和三个极体,不久三个极体退化消失。
4.精子和卵细胞形成过程比较
知识点四 受精作用
1.概念:
精子和卵细胞相互识别、融合成为受精卵的过程。
实质是精子和卵细胞的________融合在一起。
2.结果:
受精卵中的染色体数目又恢复到________细胞中的数目,其中一半染色体来自________(父方),一半来自________(母方)。
3.意义
(1)子代呈多样性,有利于生物在自然选择中进化,体现了有性生殖的优越性。
(2)减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中______________的恒定,对于生物的遗传和变异,都是十分重要的。
探究考向一 有丝分裂与减数分裂的过程比较和图像识别
1.过程的比较
减数分裂是特殊方式的有丝分裂,两者既有共同点,又有不同点。
两者的相同点主要体现在:
都发生染色体复制,都出现纺锤丝形成的纺锤体。
减数分裂的特殊性表现在发生部位、时间、染色体行为、子细胞性质等方面。
两者的不同点列表比较如下。
①先看是否有同源染色体
若无同源染色体,则为减数第二次分裂,该细胞名称为次级性母细胞或极体,如图A1。
②若有同源染色体,再看染色体的分布与行为特点
a.若染色体散乱分布,则为有丝分裂,该细胞名称为体细胞,如图A2。
b.若染色体有特殊行为,如联会和四分体(图A3)则为减数第一次分裂,该细胞名称为初级性母细胞。
(2)中期图像比较
若无同源染色体,则为减数第二次分裂,该细胞的名称为次级性母细胞或极体,如图B1。
a.若染色体着丝点排列在赤道板上,则为有丝分裂,该细胞为体细胞,如图B2。
b.若着丝点排列在赤道板两侧,即四分体排列在细胞中央,则为减数第一次分裂,该细胞为初级性母细胞,如图B3。
(3)后期图像比较(一般只看一极)
若有同源染色体,则为有丝分裂,该细胞的名称为体细胞。
如图C1。
②若无同源染色体,则再看是否有染色单体。
a.若有染色单体,则为减数第一次分裂,该细胞的名称为初级性母细胞(若细胞质均等分裂则为初级精母细胞,如图C2;
若细胞质不均等分裂则为初级卵母细胞,如图C3)。
b.若无染色单体,则为减数第二次分裂,该细胞的名称为次级性母细胞(若细胞质均等分裂则为次级精母细胞或极体,如图C4;
若细胞质不均等分裂则为次级卵母细胞,如图C5)。
后期图像只看一极的原因:
在有丝分裂后期与减数第二次分裂后期,由于着丝点分裂,姐妹染色单体分开后形成两条一模一样的染色体,容易被误判为同源染色体,因而一般只看一极。
【特别提醒】
1.该鉴别法仅适用于二倍体生物的细胞分裂。
2.多倍体(如四倍体)减数分裂,子细胞中有同源染色体,可根据子细胞染色体数目减半推断是减数分裂。
3.二倍体的单倍体(如玉米的单倍体)体细胞进行有丝分裂,子细胞中虽无同源染色体,但可根据子细胞内染色体数与母细胞相同推断为有丝分裂。
如下图:
例1 图155是果蝇细胞减数分裂示意图,下列说法正确的是( )
A.图Ⅰ表示的细胞中有8条染色体、4个染色体组
B.①过程可能发生同源染色体的交叉互换和自由组合
C.图Ⅲ中的a、b、c、d4个细胞不可能有三个极体
D.若a细胞内有5条染色体,一定是②过程出现异常
[解析]图Ⅰ果蝇细胞中有8条染色体,2个染色体组;
该果蝇为雄性个体,不可能产生极体;
减数第一次分裂时,同源染色体分开,非同源染色体自由组合;
若a细胞内有5条染色体,可能是减数第一次分裂时同源染色体没分离,也可能是减数第二次分裂时,着丝点分裂后,两条子染色体移到了同一极。
[归纳总结]
细胞分裂方式的判定(图解如下所示)
变式题 下图为某二倍体生物的三个处于不同分裂时期的细胞示意图。
下列有关叙述中,正确的是( )
甲乙丙
A.甲、乙、丙三个细胞均含有两个染色体组
B.甲、乙、丙三个细胞均含有同源染色体
C.甲、乙、丙三个细胞均含有姐妹染色单体
D.甲、乙、丙三个细胞可在同一器官中找到
[解析]甲图处于减数第二次分裂的后期,细胞中含两个染色体组;
乙图处于有丝分裂的后期,细胞中含有四个染色体组;
丙图处于减数第一次分裂的后期,细胞中含有两个染色体组;
丙图细胞的细胞质是均等分裂的,因此该细胞的名称是初级精母细胞,在动物的精巢中可同时进行有丝分裂和减数分裂,所以D项正确。
探究考向二 有丝分裂与减数分裂各成分变化比较
2.数目变化的曲线模型
1.有丝分裂过程中可发生基因突变和染色体变异,不发生基因重组。
2.在解答DNA数目变化曲线时,应注意区分纵坐标表示的是“细胞核DNA含量变化”还是“一条染色体中DNA含量变化”。
例2 图158表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( )
①a阶段为有丝分裂、b阶段为减数分裂 ②L点→M点所示过程与细胞膜的流动性有关 ③GH段和OP段,细胞中含有的染色体数是相等的 ④MN段发生了核DNA含量的加倍
A.①②④B.①②③
C.①③D.②④
[解析]图中a段是有丝分裂过程,b段是减数分裂过程,LM段是受精作用过程,c段是有丝分裂过程。
在受精过程中,精子与卵细胞的结合与细胞膜的流动性有关。
MN段是有丝分裂的间期、前期、中期,前期发生了核DNA含量的加倍。
OP段是有丝分裂的后期,由于着丝点分裂,染色体数目加倍,是GH段染色体数目的两倍。
解本题时,应注意两个指标(核DNA含量、染色体数目)的曲线所代表的含义。
有丝分裂与减数分裂最本质的差别在于是否有同源染色体的行为或数目变化,有变化即为减数分裂,无变化则为有丝分裂。
有丝分裂过程始终存在着同源染色体,而减Ⅱ则无同源染色体。
变式题 下列有关成年男性正常细胞分裂的叙述,正确的是( )
A.有丝分裂与减数分裂相比,基因突变和基因重组的概率基本相同
B.有丝分裂后期和减数第二次分裂后期的所有细胞中都能出现两条Y染色体
C.减数第一次分裂后期与减数第二次分裂后期的细胞中都含有两个染色体组
D.有丝分裂中期和减数第二次分裂前期细胞中的核DNA含量相同
[解析]有丝分裂与减数分裂相比,基因突变的概率基本相同,有丝分裂没有基因重组现象;
有丝分裂后期的所有细胞中都能出现两条Y染色体,减数第二次分裂后期只是一部分细胞中能出现两条Y染色体;
减数第一次分裂后期与减数第二次分裂后期的细胞中都含有两个染色体组;
有丝分裂中期和减数第二次分裂前期细胞中的核DNA含量不同,有丝分裂中期是减数第二次分裂前期细胞中的核DNA含量的两倍。
探究考向三 减数分裂是有性生殖生物遗传和变异的细胞学基础
1.减数分裂时发生的变异类型
(1)减Ⅰ间期复制时可发生基因突变。
(2)减Ⅰ前期同源染色体非姐妹染色单体交叉互换可进行基因重组;
减Ⅰ后期同源染色体分开,非同源染色体进行自由组合,这也属于基因重组。
另外,减数分裂中也可能发生染色体结构和数目改变的染色体变异。
2.减数分裂产生的配子种类
(1)假设一个精(卵)原细胞中有n对同源染色体,则形成配子(精子或卵细胞)的可能性(不含交换)为2n种;
完全含父方(或母方)染色体的配子占的比例是1/2n。
(2)不论一个精(卵)原细胞内含有多少对染色体,不考虑交叉互换,减数第一次分裂形成的次级精(卵)母细胞的实际数目都是2个(1个),实际种类均为2种(1种);
减数第二次分裂形成的精子(卵细胞)实际数目都是4个(1个),实际种类均为2种(1种);
如果考虑交叉互换,减数第一次分裂形成的次级精(卵)母细胞的实际数目都是2个(1个),实际种类均为2种(1种);
减数第二次分裂形成的精子(卵细胞)实际数目都是4个(1个),实际种类均为4种(1种)。
3.染色体的行为与遗传规律的关系
基因的分离定律、自由组合定律、伴性遗传都发生在有性生殖的减数分裂过程中,与减数分裂中染色体的行为变化密切相关。
同源染色体分离等位基因分离——分离定律
性染色体分离——性别决定、伴性遗传
非同源染色体自由组合非等位基因自由组合——自由组合定律
1.同源染色体要具备三个条件:
(1)形态、大小和结构相同或相似;
(2)一条来自父方,一条来自母方;
(3)减数分裂中能够两两配对。
其中,X、Y染色体,虽形状、大小、结构不相同,但是在减数分裂中能够联会配对,因此也属于同源染色体。
2.四分体各结构之间的数量关系为:
一个四分体=一对同源染色体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子。
例3 一个初级精母细胞在减数第一次分裂时,有一对同源染色体不发生分离,所形成的次级精母细胞减数第二次分裂时正常;
另一个初级精母细胞减数第一次分裂时正常,减数第二次分裂时,在两个次级精母细胞中,有一个次级精母细胞的1条染色体的姐妹染色单体没有分开。
上述两个初级精母细胞减数分裂的最终结果应当是( )
A.两者产生的配子全部都不正常
B.前者产生一半不正常的配子,后者产生的配子都不正常
C.两者都只产生一半不正常的配子
D.前者产生的配子都不正常,后者产生一半不正常的配子
[解析]如果减数第一次分裂同源染色体没有分开,减数第二次正常分裂,子代细胞要么多一条染色体,要么少一条染色体,所以都不正常;
如果减数第二次分裂一个次级精母细胞出问题,那只有这个细胞的子代细胞不正常,另一个分裂得到的子代细胞都是正常的。
只有真正明确减数分裂的具体过程,才能正确解答此类习题。
变式题 对图15-9减数分裂过程某阶段的描述,正确的是( )
A.同源染色体移向两极
B.非姐妹染色单体交换结束
C.减数第二次分裂的中期
D.姐妹染色单体排列在赤道板上
[解析]从图上看,同源染色体排列在赤道板两侧,属于减数第一次分裂中期。
非姐妹染色单体的交叉互换发生在前期的四分体阶段,故非姐妹染色单体的交叉互换已结束。
例4若一细胞在减数第一次分裂时,一对同源染色体没有分开,最终产生的子细胞中正常的和异常的细胞各占多少?
________。
如果是减数第二次分裂时,一对姐妹染色单体没有分开,结果又是如何?
[答案]0和100% 50%和50%
[解析]若是减数分裂第一次分裂时,一对同源染色体没有分开,则最终产生的子细胞均异常;
若是减数分裂第二次分裂时,一对姐妹染色单体没有分开,则最终产生的子细胞一半正常一半异常。
变式题基因型为Mm的动物细胞,在减数分裂过程中产生了Mm和mm的异常配子,产生原因( )
A.Mm是因减数第一次分裂时同源染色体不分离,mm是因减数第一次分裂时同源染色体不分离
B.Mm是因减数第二次分裂时染色单体不分离,mm是因减数第二次分裂时染色单体不分离
C.Mm是因减数第一次分裂时同源染色体不分离,mm是因减数第二次分裂时染色单体不分离
D.Mm是因减数第二次分裂时染色单体不分离,mm是因减数第一次分裂时同源染色体不分离
1.基因型为AaXBY小鼠仅因为减数分裂过程中染色体未正常分离,而产生一个不含性染色体的AA型配子。
等位基因A、a位于2号染色体。
下列关于染色体未分离时期的分析,正确的是( )
①2号染色体一定在减数第二次分裂时未分离②2号染色体可能在减数第一次分裂时未分离 ③性染色体可能在减数第二次分裂时未分离④性染色体一定在减数第一次分裂时未分离
A.①③B.①④C.②③D.②④
[解析] 基因型为AaXBY小鼠的原始性母细胞如果能够进行正常的减数分裂,在减数第一次分裂过程中同源染色体分离,最终形成的配子中均含有性染色体,减数第二次分裂后期,两条染色单体分开,染色单体上的相同基因分离,最终形成的配子中应只有一个A或一个a基因,并且每个配子中有一条性染色体。
若产生一个不含性染色体的配子,减数第一次分裂后期或减数第二次分裂后期性染色体未分离都有可能,若产生一个AA的配子,只能是减数第二次分裂时2号染色体未分离,故A选项正确。
[备选理由]本题考查方向为减数分裂交叉互换知识,鉴于这个问题不是高考考查的重点,我们在正文中没有列入这个探究点,可用此题补充这个知识点。
2.图中①和②表示某精原细胞中的两段DNA分子,分别位于一对同源染色体的两条非姐妹染色单体的相同位置上。
下列相关叙述正确的是( )
A.若①来自于父方,则②必然来自于母方
B.③和④的形成是由于染色体移接
C.③和④上的非等位基因不可能会发生重新组合
D.③和④形成后,立即被平均分配到两个精细胞中
[解析] 图中①和②为同源染色体的非姐妹染色单体,因此一条来自父方,一条来自母方;
③和④的形成是由于非姐妹染色单体之间的交叉互换;
③和④发生交叉互换属于基因重组;
③和④首先被平均分配到两个次级精母细胞中去。
3.下图表示细胞分裂过程中染色体、核DNA变化相对值。
下列有关a~c段(不含a、c点)的叙述正确的是( )
A.细胞中始终存在染色单体
B.细胞中始终存在同源染色体
C.细胞中染色体和核DNA数之比由1∶2变为1∶1
D.此时的染色体行为是生物变异的根本来源
[解析] 从图中可看出,该图表示减数分裂过程中染色体数量(实线)和DNA含量(虚线)曲线图。
a~c段表示减数第一次分裂到减数第二次分裂中期,此时细胞中着丝点尚未分裂,故存在染色单体,则每条染色体上有两条染色单体,含两个DNA分子。
其中a~b段表示减数第一次分裂,具有同源染色体,但b~c段无同源染色体。
减数分裂过程中有同源染色体联会,而有丝分裂没有。
生物变异的根本来源为基因突变。
减数分裂模型的制作研究
步骤与操作
1.模拟染色体复制:
用橡皮泥制作2个长5cm蓝色的染色单体,2个长5cm红色的染色单体,2个长8cm蓝色的染色单体,2个长8cm红色的染色单体;
把颜色和长短一样的染色单体并排放置,中部用铁丝扎在一起。
2.模拟减数第一次分裂:
在大白纸画一个足够大的纺锤体;
让两条5cm长的染色体配对、让两条8cm长的染色体配对,放在赤道面上;
把配对的染色体分别拉向纺锤体两极。
3.模拟减数第二次分裂:
在白纸上再画两个新纺锤体,每一极的染色体排列在新纺锤体的赤道板上;
解开每个染色体的着丝粒,把染色体拉向新纺锤体的两极;
在两极的每组染色体的外围画圆圈代表形成新细胞。
注意:
这两个新纺锤体应以第一次分裂中的纺锤体的每一极为中心,且垂直。
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