学年高中生物 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1课时精.docx
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学年高中生物第2章基因和染色体的关系第1节减数分裂和受精作用第1课时精
第1节减数分裂和受精作用
第1课时 精子的形成过程
1.减数分裂的特点是染色体只复制一次,而细胞分裂两次,导致染色体数目减半。
2.精原细胞通过有丝分裂增殖,通过减数分裂形成精子。
3.减数第一次分裂的主要特征:
①同源染色体联会形成四分体;②四分体中的非姐妹染色单体发生交叉互换;③同源染色体分离,分别移向细胞两极。
4.减数第二次分裂的主要特征:
每条染色体的着丝点分裂,姐妹染色单体分开,分别移向细胞的两极。
5.1个四分体包含2条染色体,4条染色单体,4个DNA分子。
6.减数分裂过程中,染色体数目变化为2n→n→2n→n,DNA数目变化为2n→4n→2n→n。
7.精子形成过程中细胞名称和数量变化为:
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。
减数分裂相关概念理解
[自读教材·夯基础]
1.减数分裂
2.同源染色体、联会和四分体
(1)
(2)四分体:
联会后的每对同源染色体含有四条染色单体,叫做四分体。
1.是否所有的精原细胞都进行减数分裂?
减数分裂有细胞周期吗?
提示:
减数分裂没有细胞周期。
2.形态、大小相同的染色体是否同源染色体?
减数分裂过程中,配对的两条染色体是否同源染色体?
提示:
不一定,若一条来自父方,一条来自母方,则是同源染色体,否则不是。
配对的两条染色体是同源染色体。
3.请分析四分体、染色体、染色单体和DNA分子数之间的数量关系。
提示:
1个四分体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子。
[跟随名师·解疑难]
1.姐妹染色单体和非姐妹染色单体(如图所示)
(1)姐妹染色单体:
同一个着丝点连着的两条染色单体。
如图中的a和a′、b和b′、c和c′、d和d′。
(2)非姐妹染色单体:
不同着丝点连着的两条染色单体。
如图中的a′和b等。
(3)染色体、染色单体与DNA的数量关系:
在不含染色单体的染色体上,每条染色体含有1个DNA分子;在含有染色单体的染色体上,每条染色体含有2个DNA分子和2条染色单体。
2.同源染色体和非同源染色体
项目
同源染色体
非同源染色体
来源
一条来自父方,一条来自母方
既可来自父方,也可来自母方
形态
大小
一般相同(X染色体和Y染色体例外)
一般不相同
关系
在减数分裂过程中进行两两配对的两条染色体
在减数分裂过程中不能配对的染色体
比较
①1和2、3和4分别属于一对同源染色体;
②1和3、2和4、1和4、2和3分别属于非同源染色体;
③5和6(7和8)不是同源染色体,也不是非同源染色体,而是由一对姐妹染色单体分开后形成的两条相同的子染色体
[特别提醒] 有丝分裂和减数分裂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过程中。
精子的形成过程
[自读教材·夯基础]
1.场所及细胞名称的变化
(1)场所:
睾丸。
(2)细胞名称的变化:
2.染色体的变化
(1)减数第一次分裂:
(2)减数第二次分裂:
1.阅读教材P17图22,思考:
(1)减数分裂过程中,染色体的数目减半发生在哪个分裂时期?
提示:
减数第一次分裂末期。
(2)减数第二次分裂中还有同源染色体吗?
试分析原因。
提示:
没有。
因为减数第一次分裂后,同源染色体已分离。
2.减数第一次分裂后期的初级精母细胞和减数第二次分裂后期的次级精母细胞中分配到两极的两组染色体之间分别是什么关系?
提示:
减数第一次分裂后期是同源染色体分离,减数第二次分裂后期是姐妹染色单体分开。
3.减数第一次分裂和减数第二次分裂最主要的区别是什么?
在分裂过程中染色体数和DNA数的变化规律是什么?
(设精原细胞染色体数为2N)
提示:
①减数第一次分裂发生了联会、同源染色体分离等现象;减数第二次分裂发生了姐妹染色单体分开,且没有同源染色体。
②染色体数目变化规律:
2N―→N―→2N―→N。
DNA数目变化规律:
2N―→4N―→2N―→N。
[跟随名师·解疑难]
1.减数分裂过程中染色体数目和核DNA含量变化
(1)细胞中染色体和核DNA数量变化规律:
项目
精原
细胞
初级精
母细胞
次级精母细胞
精细胞
精子
前期、中期
后期
染色体数目
2N
2N
N
2N
N
N
核DNA数目
2N
4N
2N
2N
N
N
(2)减数分裂过程中染色体数目和核DNA含量变化曲线分析:
①在间期DNA复制之前(AB段和ab段)和减数第二次分裂后期着丝点分裂之后(FH和f′h段),染色体∶核DNA=1∶1。
②在间期完成DNA复制之后到减数第二次分裂后期着丝点分裂之前(CF和cf段),染色体∶核DNA=1∶2。
③各关键点变化的原因:
BC段——DNA复制;
DE(de)段——同源染色体分离;
ff′段——着丝点分裂,姐妹染色单体分开;
H(h)点——姐妹染色单体分开后形成的子染色体平均分配到了两个子细胞。
[特别提醒]
(1)减数分裂过程中,染色体复制1次、细胞分裂2次、着丝点分裂1次、染色体减半1次、DNA减半2次。
(2)在减数分裂过程中,核DNA数量最大值为4N,而染色体数量最大值为2N。
同源染色体辨析
[例1] 关于下图的叙述错误的是( )
A.因为细胞无细胞壁有中心体⑨,所以可以判定该细胞为动物细胞
B.④是一条染色体,包含两条染色单体①和③,它们通过一个着丝点②相连
C.细胞中含有两对同源染色体,其中④和⑦为一对同源染色体
D.在后期时,移向同一极的染色体均含同源染色体
[思路点拨]
⇒
⇒
[解析] 图中细胞无细胞壁,有中心体⑨,可判定为动物细胞。
④和⑦为一对同源染色体,⑤和⑥也为一对同源染色体。
每条染色体均包含两条姐妹染色单体,且染色体的着丝点均位于赤道板两侧,表示处于减数第一次分裂中期;在减数第一次分裂后期时,同源染色体分离,移向同一极的染色体均不含同源染色体。
[答案] D
易错提醒
有关同源染色体的理解误区
(1)误区一:
认为同源染色体一定大小、形状相同。
纠正:
同源染色体的大小、形状一般相同,但也有例外,如男性体细胞中的X、Y这对性染色体,形状和大小差别较大,Y染色体比X染色体要小得多。
(2)误区二:
认为大小、形状相同的染色体一定是同源染色体。
纠正:
大小、形状相同的染色体不一定是同源染色体,如姐妹染色单体着丝点分裂后形成的两条染色体,大小、形状完全相同,但不是同源染色体。
(3)误区三:
认为同源染色体一定要联会,形成四分体。
纠正:
联会的染色体一定为同源染色体,但同源染色体在有丝分裂过程中不联会。
(4)误区四:
认为进行有丝分裂的细胞不存在同源染色体。
纠正:
体细胞进行有丝分裂,在体细胞中始终存在同源染色体,但不联会。
减数分裂过程中染色体和DNA数目变化
[例2] 下面是细胞分裂过程中的物质变化图,有关图中a~c段(不含a、c两点)的叙述正确的是( )
A.细胞中始终存在同源染色体
B.细胞中始终存在姐妹染色单体
C.细胞中染色体数与DNA分子数的比由1∶2变为1∶1
D.此期的细胞名称为初级精母细胞或初级卵母细胞
[思路点拨]
[解析] 图中a~c段(不含a、c两点)包括减数第一次分裂期和减数第二次分裂的前期、中期。
bc段不含同源染色体;a~c段,着丝点没有分裂,始终存在姐妹染色单体,细胞中染色体数与DNA分子数的比一直是1∶2;图中a~b段细胞名称为初级精(卵)母细胞,b~c段为次级精(卵)母细胞或极体。
[答案] B
规律方法
有丝分裂和减数分裂中染色体、DNA数量变化判断
(1)染色体数量变化:
减数分裂中染色体数量最大为2N,数量变化为2N→N→2N→N。
有丝分裂中染色体数量最大为4N,数量变化为2N→4N→2N。
(2)DNA数量变化:
有丝分裂和减数分裂中DNA加倍都在间期,但有丝分裂只有一次减半,减数分裂连续两次减半。
下图所示,横轴表示细胞分裂时期,纵轴表示一个细胞核中DNA含量或染色体数目的变化情况。
请分析图示,表示有丝分裂中DNA含量变化、染色体数目变化和减数分裂过程中DNA含量变化、染色体数目变化的曲线依次是( )
A.④②①③ B.①④②③
C.④①②③D.①②③④
解析:
选B 无论是有丝分裂还是减数分裂,在间期都进行DNA的复制,使DNA含量加倍,据图示分析,图中①和②都有间期倍增现象,因此,图①和图②是DNA含量变化图。
图①中,DNA数目先加倍又恢复原状,故图①表示有丝分裂中DNA含量变化;图②中,DNA数目加倍后恢复原状后又减半,故图②表示减数分裂中DNA含量变化。
图③和图④应是染色体数目变化图。
图④中,染色体数目倍增,然后又恢复原状,故图④表示有丝分裂中染色体数目变化;图③中,始终没有染色体在原有基础上倍增的现象,故图③表示减数分裂中染色体变化。
探究染色体数目异常与减数分裂的关系。
典例剖析
正常人的体细胞中含有23对同源染色体,分别编号为1~23号。
在人类的遗传病中,有一种叫21三体综合征,也叫先天性愚型,是一种常见的染色体异常遗传病,表现为智力低下,身体发育缓慢。
患儿常表现出特殊的面容:
眼间距宽,外眼角上斜,口常半张,舌常伸出口外,所以又叫做伸舌样痴呆。
对患者染色体进行检查,发现患者比正常人多了一条21号染色体。
(2)若一个正常人与一个21三体综合征患者婚配,他们的后代发病率是________,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]
(1)由题干信息可知,21三体综合征的病因是细胞中多了一条21号染色体,即体内有47条染色体。
形成原因应是由含23条染色体的配子和含24条染色体的配子结合发育而来的,而异常配子可能是精子,也可能是卵细胞,可能发生在减数第一次分裂后期,也可能发生在减数第二次分裂后期。
(2)21三体综合征患者减数分裂产生的配子一半是正常的,一半是异常的,因此与正常人婚配,后代的发病率为1/2。
[答案]
(1)①a.后期 同源染色体
b.后期 姐妹染色单体
②a.后期 同源染色体
b.后期 姐妹染色单体
(2)1/2 患者产生的配子一半正常(23条),一半异常(24条)
归纳拓展
减数第二次分裂后期如右图移向两极的两条染色体虽然形态、大小相同,但却是由同一条染色体复制而来的即来源相同,因此不是同源染色体。
[随堂基础巩固]
1.下面关于同源染色体的叙述中,不正确的是( )
A.同源染色体一条来自父方,一条来自母方
B.同源染色体是由一条染色体经过复制而成的两条染色体
C.同源染色体的形状和大小一般都相同
D.在减数分裂中配对的两条染色体是同源染色体
解析:
选B 同源染色体是指在减数分裂中联会的两条染色体,一条来自父方,一条来自母方,形状和大小一般都相同;由一条染色体经复制形成的两条姐妹染色单体,分开后成为两条染色体,它们的来源是相同的。
2.下列生命活动只在减数分裂过程发生的是( )
A.核膜、核仁消失
B.进行细胞质分裂
C.着丝点的分裂、分开
D.同源染色体联会及分离
解析:
选D 有丝分裂前期和减数第一次分裂前的间期中均有核膜、核仁消失;有丝分裂和减数分裂过程中都存在细胞质的分裂;有丝分裂后期和减数第二次分裂后期均有着丝点分裂,姐妹染色单体分开;同源染色体联会及分离只发生在减数分裂过程中。
3.下图是人体一个细胞进行分裂过程中,细胞内几种物质在a、b、c、d四个时期的数目变化情况,同源染色体的分离发生在( )
A.a~bB.a~d
C.b~cD.c~d
解析:
选C a中一条染色体上有一个DNA分子,染色体尚未复制;b中一条染色体含有两条姐妹染色单体,每条姐妹染色单体上有一个DNA分子;c中染色体、DNA减半,是减数第二次分裂;d中染色体、DNA减半,染色单体消失。
同源染色体的分离发生在减数第一次分裂即b~c过程中。
4.在某植物根尖每个处于有丝分裂后期的细胞中都有40条染色体。
下表中,能正确表示该植物减数第二次分裂中期和后期每个细胞中染色体数目和染色单体数目的是( )
减数第二次分裂中期
减数第二次分裂后期
染色体/条
染色单体/条
染色体/条
染色单体/条
甲
10
20
20
10
乙
10
20
20
0
丙
20
40
20
10
丁
20
40
40
0
A.甲B.乙
C.丙D.丁
解析:
选B 在有丝分裂后期由于着丝点分裂,染色单体分开成为子染色体,使染色体数目加倍,可知生物体的体细胞中染色体数为20条;减数第一次分裂结束,染色体减半,在减数第二次分裂后期之前,染色单体不分开,这时染色体数为10条,染色单体为20条;减数第二次分裂后期,染色单体分开成为子染色体,染色体数为20条,无染色单体。
5.关于同一个体中细胞有丝分裂和减数第一次分裂的叙述,正确的是( )
A.两者前期染色体数目相同,染色体行为和DNA分子数目不同
B.两者中期染色体数目不同,染色体行为和DNA分子数目相同
C.两者后期染色体数目和染色体行为不同,DNA分子数目相同
D.两者末期染色体数目和染色体行为相同,DNA分子数目不同
解析:
选C 有丝分裂和减数第一次分裂前、中期,两者染色体数、DNA分子数相同;有丝分裂后期姐妹染色单体分离,染色体数目加倍,DNA分子数目不变,减数第一次分裂后期同源染色体分离,染色单体并没有分开,染色体数目不变,DNA分子数目也不变,因此,两者后期染色体数目和染色体行为不同,但DNA分子数目相同;正常情况下有丝分裂末期染色体数目是减数第一次分裂末期的2倍。
6.下图是减数分裂过程示意图。
请结合图解分析回答:
(1)如果该过程发生在动物的精巢中,A、C、G分别表示什么细胞?
A.________;C.________;G.________。
(2)甲过程染色体有哪些特殊行为?
①_____________________________________________________________;
②___________________________________________________________;
③____________________________________________________________。
(3)染色体数目减半发生在图中的________过程,染色单体消失发生在图中的________过程。
解析:
(1)如果该过程发生在动物的精巢中,那图示就是精子的形成过程,A为初级精母细胞,C为次级精母细胞,G为精细胞。
(2)减数第一次分裂过程中染色体最显著的特征是:
同源染色体联会,形成四分体,四分体时期同源染色体上的非姐妹染色单体有可能发生交叉互换;同源染色体彼此分离,非同源染色体自由组合。
(3)染色体数目减半发生在减数第一次分裂过程中,即甲过程;染色单体消失发生在减数第二次分裂的后期,即乙过程。
答案:
(1)初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞
(2)①同源染色体联会 ②四分体中的非姐妹染色单体经常发生交叉互换 ③同源染色体彼此分离,非同源染色体自由组合 (3)甲 乙
[课时跟踪检测]
(满分50分 时间25分钟)
一、选择题(每小题4分,共24分)
1.下列有关细胞减数分裂过程中染色体、DNA数目的叙述,错误的是( )
A.次级精母细胞中的DNA分子正好和正常体细胞的DNA分子数目相等
B.减数第二次分裂后期,细胞中染色体数目只有正常体细胞中染色体数目的一半
C.初级精母细胞中染色单体的数目正好和细胞中DNA分子数目相等
D.任何一种哺乳动物的细胞中染色体数目和着丝点数目都相同
解析:
选B 减数第二次分裂后期,每条染色体上的着丝点一分为二,两条姐妹染色单体形成两条子染色体,结果是细胞中染色体数目与正常体细胞中染色体数目相等。
2.如图表示雄果蝇进行某种细胞分裂时,处于四个不同阶段的细胞(Ⅰ~Ⅳ)中遗传物质或其载体(①~③)的数量。
下列表述与图中信息不相符的是( )
A.Ⅱ所处阶段可发生基因自由组合
B.Ⅲ所处阶段可发生姐妹染色单体分开并分别移向两极
C.②代表染色单体
D.Ⅰ~Ⅳ中③的数量比是2∶4∶2∶1
解析:
选B Ⅱ中染色体数∶染色单体数∶核DNA分子数=1∶2∶2,且染色体数目与体细胞相同,可能处于有丝分裂前期、中期或减数第一次分裂过程,若处于减数第一次分裂后期,则细胞中会发生非同源染色体上的非等位基因自由组合;Ⅲ中染色体数∶染色单体数∶核DNA分子数=1∶2∶2,且染色体数目是体细胞的一半,可能处于减数第二次分裂前期、中期,而姐妹染色单体分开并分别移向两极发生在细胞分裂后期;①是染色体,②是染色单体,③为核DNA分子;Ⅰ~Ⅳ中③(核DNA分子)的数量比是8∶16∶8∶4=2∶4∶2∶1。
3.下图甲表示某动物精原细胞中的一对同源染色体,在减数分裂过程中该对同源染色体发生了交叉互换,结果形成了①~④所示的四个精细胞:
这四个精细胞中,来自同一个次级精母细胞的是( )
A.①与② B.①与③
C.②与③D.②与④
解析:
选C 同源染色体交叉互换是指一对同源染色体在四分体时期非姐妹染色单体之间互换一部分片段,即一条染色体上有一条姐妹染色单体发生互换,另一条没有发生互换。
因此,在减数第二次分裂时,移向两极的染色体中的一条发生了互换,另一条没有发生互换,则由形成的四个精细胞可知,②和③来自同一个次级精母细胞,①和④来自另一个次级精母细胞。
4.下图为精原细胞增殖以及形成精子过程的示意图。
图中标明了部分染色体与染色体上的基因。
设①和③细胞都处于染色体的着丝点向两极移动的时期。
下列关于图解叙述正确的是( )
A.①中有同源染色体,染色体数目为2n,DNA数目为4a
B.②有姐妹染色单体,①和③也可能有姐妹染色单体
C.②中有同源染色体,染色体数目为2n,DNA数目为4a
D.③中无同源染色体,染色体数目为n,DNA数目为2a
解析:
选C ①表示有丝分裂过程后期的细胞,含有同源染色体,着丝点已分裂,染色体数暂时加倍为4n,DNA分子数为4a;②为初级精母细胞,含有染色单体,在有丝分裂后期及减数第二次分裂后期的细胞中不含姐妹染色单体;②中有同源染色体,染色体数目为2n,DNA数目为4a;③为次级精母细胞处于减数第二次分裂的后期,由于着丝点分裂染色体数暂时加倍为2n。
5.假定某动物体细胞染色体数目2n=4,下图中②③④⑤⑥细胞所处时期的叙述,正确的是( )
A.图中不含同源染色体的细胞为③⑤⑥
B.②③④为减数分裂,分别为第一次分裂的前、中、后期
C.④⑥分别为减数第一次分裂后期、减数第二次分裂后期
D.②为减数第一次分裂四分体时期,④⑤染色体数目暂时加倍
解析:
选C 若体细胞染色体数目2n=4,则可判断②为减数第一次分裂四分体时期,③为有丝分裂中期,④为减数第一次分裂后期,⑤为有丝分裂后期,⑥为减数第二次分裂后期。
只有⑥不含同源染色体。
④表示同源染色体的分离,染色体不加倍。
6.蜜蜂中工蜂和蜂王是二倍体,体细胞含有32条染色体(2n=32);雄蜂是单倍体,体细胞含有16条染色体(n=16),雄蜂可通过一种特殊的减数分裂方式形成精子,如下图所示。
下列说法正确的是( )
A.蜜蜂的一个染色体组含有16条同源染色体
B.一个初级精母细胞中含有36个DNA分子
C.在精子形成过程中,细胞含有的染色体始终为16条
D.若不考虑突变,一只雄蜂只能产生一种类型的精子
解析:
选D 蜜蜂的一个染色体组含有16条染色体,无同源染色体;雄蜂是单倍体,体细胞含有16条染色体,一个初级精母细胞中含有32个DNA分子;在精子形成过程中,减数第二次分裂后期的染色体数是32条;若不考虑突变,一只雄蜂只能产生一种类型的精子,和雄蜂的基因组成相同。
二、非选择题(共26分)
7.(12分)假设下图中A为某动物精巢内的一个精原细胞在减数分裂过程中染色体数量变化的曲线图(时期1为精原细胞的分裂间期)。
(1)请根据图A中的内容回答下列问题:
①图中2~4时期的细胞名称是____________,该细胞有________条染色体,有________对同源染色体。
②图中8时期是______________期,细胞的名称是______________。
③图中4发展至5时期,染色体数目发生变化是由于________分离,并分别进入两个子细胞。
④图中7发展至8时期,染色体数目发生变化是由于__________________________,并分别进入两个子细胞,处于时期9的子细胞的名称是________。
(2)请在图B的空白坐标上画出该细胞减数分裂过程中核DNA分子数目变化曲线图。
解析:
染色体虽是DNA分子的载体,但在减数分裂过程中,数量变化并不完全一致。
要知道,复制的染色体,由于存在染色单体,DNA分子数目都要比染色体数多一倍,因此有染色单体存在的细胞中染色体数目与核DNA分子数目之比为1∶2。
绘此曲线注意一定要参照染色体数目变化曲线图,依据核DNA分子数(反映在纵坐标上)与分裂过程各时期(反映在横坐标上)的对应关系,按核DNA分子数目变化规律(2a→4a→2a→a),先在空白坐标中确定关键的几点,最后连接各点。
答案:
(1)①初级精母细胞 20 10 ②减数第二次分裂后 次级精母细胞 ③同源染色体 ④每条染色体上的着丝点分裂,形成两条染色体 精细胞
(2)如图所示:
8.(14分)下图曲线表示某生物(2n=4)的体细胞分裂过程及精子形成过程中,每个细胞内某物质的变化。
a、b、c、d、e分别表示分裂过程中的某几个时期的细胞中的染色体图。
请据图回答:
(1)曲线中①~③段可表示细胞进行________分裂的________数量变化。
(2)图a~e中与曲线②和⑤位置相对应的细胞分别是________。
(3)细胞a、b、c、d、e具有同源染色体的是______,曲线中一个细胞内没有同源染色体的时期是________________。
(4)与体细胞相比,DNA含量加倍的细胞是图________________。
(5)就染色体行为来说,b、e时期的共同特点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
题图曲线代表有丝分裂和减数分裂过程中染色体数目的变化。
其中①~③段表示有丝分裂。
②染色体数目加倍,为有丝分裂后期。
图a为减数第一次分裂前期,图b为减数第二次分裂后期,图c为减数第二次分裂中期,图d为有丝分裂中期,图e为有丝分裂后期,其中具有同源染色体的是a、d、e。
与体细胞相比,DNA含量加倍的细
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