1、第1节 减数分裂和受精作用第1节 减数分裂和受精作用问题探讨左图是黑腹果蝇（Drosophila melangaster）雌雄个体体细胞和配子的染色体图。讨论：1.配子的染色体与体细胞的染色体有什么区别？2.针对这幅图，你还能提出什么问题或猜想？本节聚焦：减数分裂的含义是什么？配子的形成为什么必须经过减数分裂？减数分裂是怎样进行的？一 减数分裂当孟德尔向人们揭示遗传规律的时候，细胞学的研究也取得了可喜的进展。与孟德尔同时代的生物学家魏斯曼（A.Weismann,1834一1914）从理论上预测：在卵细胞和精子成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半；受精时，精子和卵细胞融合，恢复
2、正常的染色体数目。这个天才的预见在19世纪80年代被其他科学家的显微镜观察所证实。魏斯曼预言的这个特殊的过程，实际上是特殊方式的有丝分裂，叫做减数分裂。减数分裂（meiosis）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。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的结果是，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。相关信息1883年，科学家用体细胞中只有两对染色体的马蛔虫作为材料进行研究，发现马蛔虫精子和卵细胞中的染色体数目都只有体细胞的一半，而在受精卵中又恢复成两对染色体。1890年科学家确认精子和卵细胞的形成要经过减数分裂。1891
3、年.科学家描述了形成精子和卵细胞的减数分裂的全对程。下面结合哺乳动物精子和卵细胞的形成，介绍减数分裂的过程。精子的形成过程高等动植物的减数分裂发生在有性生殖器官内。人和其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成的。睾丸里有许多弯弯曲曲的曲细精管（图2-1）。曲细精管中有大量的精原细胞。精原细胞是原始的雄性生殖细胞，每个精原细胞中的染色体数目都与体细胞的相同。当雄性动物性成熟时，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂。经过两次连续的细胞分裂减数第一次分裂、减数第二次分裂，再经过精细胞的变形，就形成了成熟的雄性生殖细胞精子（图2-2）。旁栏思考减数分裂的染色体复制发生在什么时候？在减数第一次分裂前的间期，
4、精原细胞的体积增大，染色体复制，成为初级精母细胞。复制后的每条染色体都由两条姐妹染色单体构成。这两条姐妹染色单体由同一个着丝点连接。减数第一次分裂期开始不久，初级精母细胞中原来分散的染色体进行两两配对。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，叫做同源染色体。同源染色体两两配对的现象叫做联会。由于每条染色体都含有两条姐妹染色单体，因此，联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫做四分体。四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕，并交换一部分片段（图2-3）。相关信息在减数第一次分裂前的间期染色体复制后，每条染色体上的两条姐妹染色单体各是一条长的细丝，呈染色质状态。所以
5、，这时候在光学显微镜下看不到每条染色体上的两条姐妹染色单体。旁栏思考细胞两极的这两组染色体，非同源染色体之间是自由组合的吗？在减数第一次分裂中染色体出现了哪些特殊的行为？这对于生物的遗传有什么重要意义？随后，各对同源染色体排列在赤道板上，每条染色体的着丝点都附着在纺锤丝上。不久，在纺锤丝的牵引下，配对的两条同源染色体彼此分离，分别向细胞的两极移动。这样，细胞的每个极只得到各对同源染色体中的一条。在两组染色体到达细胞两极的时候，一个初级精母细胞分裂成了两个次级精母细胞。在这次分裂过程中，由于同源染色体分离，并分别进入两个子细胞，使得每个次级精母细胞只得到初级精母细胞中染色体总数的一半。因此，减数
6、分裂过程中染色体数目的减半发生在减数第一次分裂。减数第一次分裂与减数第二次分裂之间通常没有间期，或者间期时间很短，染色体不再复制。在减数第二次分裂过程中，每条染色体的着丝点分裂，两条姐妹染色单体也随之分开，成为两条染色体。在纺锤丝的牵引下，这两条染色体分别向细胞的两极移动，并且随着细胞的分裂进入两个子细胞。这样，在减数第一次分裂中形成的两个次级精母细胞，经过减数第二次分裂，就形成了四个精细胞。与初级精母细胞相比，每个精细胞都含有数目减半的染色体。精细胞要经过复杂的变形才成为精子。精子呈蝌蚪状，头部含有细胞核，尾长，能够摆动。卵细胞的形成过程人和其他哺乳动物的卵细胞是在卵巢中形成的。卵巢位于腹腔
7、内，内部有许多发育程度不同的卵泡，位于卵泡中央的一个细胞就是卵细胞（图2-4）。卵细胞的形成过程与精子的基本相同。首先是卵原细胞增大，染色体进行复制，成为初级卵母细胞。然后，初级卵母细胞经过减数第一次分裂和第二次分裂，形成卵细胞。卵细胞与精子形成过程的主要区别是：初级卵母细胞经过减数第一次分裂，形成大小不同的两个细胞，大的叫做次级卵母细胞，小的叫做极体。次级卵母细胞进行减数第二次分裂，形成一个大的卵细胞和一个小的极体。在减数第一次分裂过程中形成的极体也分裂为两个极体。这样，一个初级卵母细胞经过减数分裂，就形成一个卵细胞和三个极体（图2-5）。卵细胞和极体中都含有数目减半的染色体。不久，三个极体
8、都退化消失，结果是一个卵原细胞经过减数分裂，只形成一个卵细胞。旁栏思考：为什么一个卵原细胞经过减数分裂只形成一个卵细胞？综上所述，减数分裂的过程可以用图2-6来概括：实验：观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片目的要求通过观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，识别减数分裂不同阶段的染色体的形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。材料用具蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，显微镜。方法步骤在低倍显微镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞。先在低倍镜下依次找到减数第一次分裂中期、后期和减数第二次分裂中期、后期的细胞，再在高倍镜下仔细观察染色体的形态、位置和数目。你还能找到
9、减数分裂其他时期的细胞吗？根据观察结果，尽可能多地绘制减数分裂不同时期的细胞简图。讨论1.当你的目光聚焦在显微镜视野中的一个细胞时，你是怎么判断它是处于减数第一次分裂时期，还是处于减数第二次分裂时期的？2.减数第一次分裂与减数第二次分裂相比，中期细胞中染色体的不同点是什么？末期呢？3.你是通过比较同一时刻同一种生物不同细胞的染色体特点，来推测一个精母细胞在不同分裂时期的染色体变化的。这一做法能够成立的逻辑前提是什么？练 习一、基础题1.判断下列表述是否正确。（1）在减数分裂过程中，染色体数目减半发生在减数第一次分裂。 （ ）（2）玉米体细胞中有10对染色体，经过减数分裂后，卵细胞中染色体数目为
10、5对。（ ）（3）每个原始生殖细胞经过减数分裂都形成4个成熟生殖细胞。 （ ）（4）人的精子中有23条染色体，那么人的神经细胞、初级精母细胞、卵细胞中分别有染色体46、 46、23条，染色单体0、46、23条。 （ ）2.与有丝分裂相比，减数分裂过程中染色体最显著的变化之一是：A.染色体移向细胞两极；B.同源染色体联会；C.有纺锤体形成；D.着丝点分开。答 3.右图所示的细胞最可能是：A.精细胞； B.卵细胞；C.初级精母细胞；D.次级精母细胞。答 4.识图作答（1）若右图所示细胞正在进行细胞分裂， 看图回答问题。这个细胞正在进行哪种分裂？为什么？细胞中有几条染色体？几条染色单体？细胞中有几对
11、同源染色体？哪几条染色体是非同源染色体？细胞中包含哪些姐妹染色单体？这个细胞在分裂完成后，子细胞中有几条染色体？画出这个细胞的分裂后期图。（2） 下图是某动物细胞分裂的一组图像，看图回答问题。1 这个动物体细胞中染色体数目是_条。图中属于减数分裂的细胞是_,含有染色单体的细胞是_。二、拓展题经过减数分裂形成的精子或卵细胞，染色体数目一定是体细胞的一半吗？有没有例外？出现例外时会造成什么后果？请选择你认为最便捷的途径寻找答案。二 受精作用本节聚焦：配子中染色体的组合为什么是多种多样的？什么是受精作用？受精作用对于生物的遗传有什么重要意义？减数分裂形成的精子和卵细胞，必须相互结合形成受精卵，才能发
12、育成新个体。对配子的进一步了解，有助于理解受精作用（fertilization）的实质。配子中染色体组合的多样性父亲体内所有的精原细胞，染色体组成并无差别；母亲体内的卵原细胞也是如此。可是，“一母生九子，九子各不同”。同样的精（卵）原细胞会产生不同的配子吗？模型构建：建立减数分裂中染色体变化的模型活动准备本活动由两人一组合作完成。1.课前准备好红色和黄色的橡皮泥，一张较大的白纸。2.用橡皮泥做出4条黄色和4条红色的染色单体，其中2条黄色的染色单体长34cm,2条长68cm；2条红色的染色单体长34cm, 2 条长 68 cm。3.把颜色、长度相同的两条染色单体成对并排放置。用同种颜色的小块橡皮
13、泥代表着丝点，在两条染色单体中部用小块橡皮泥粘起来，代表减数分裂开始时已完成复制的染色体。4.在纸上画一个足够大的初级精母细胞的轮廓，能够容纳所做的4条染色体。画出中心体和纺锤体。一、模拟减数分裂中染色体数目及主要行为的变化方法步骤1.把做好的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，使着丝点靠近。红色代表来自母方的染色体，黄色代表来自父方的染色体。2.将两对染色体横向排列在纺锤体中部赤道板处，红色染色体放在赤道板的一侧，黄色染色体放在另一侧。3.双手分别抓住并移动染色体的着丝点, 使红色和黄色的染色体分离，分别移向细胞的两极。4.在另一张纸上再画两个次级精母细胞的轮廓，并
14、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。5.把新细胞中的染色体横向排列在细胞中央的赤道板处。平均分开每条染色体上的小块橡皮泥相当于着丝点分离。抓住粘有小块橡皮泥（即着丝点）的部位，把染色体分别拉向细胞的两极。尽量一次移动所有的染色体，像在活细胞中发生的那样。然后，在两极有染色体的部分画出细胞轮廓，代表新细胞生成。讨论1.让长度相同、颜色不同的两条染色体配对代表什么？2.减数分裂开始时细胞内有多少条染色体？染色体数目减半发生在什么时候？减数分裂结束时形成的每个子细胞中有多少条染色体？3.你模拟了减数分裂中哪些染色体行为？4.你们小组的模型中只含红色染色体的配子有几个
15、？只含黄色染色体的配子有几个？二.模拟减数分裂过程中非同源染色体的自由组合方法步骤1.同活动一的方法步骤1。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不同颜色的染色体。3.继续活动一的3、4、5步骤，完成减数分裂全过程。讨论1.本次模拟形成的配子与活动一形成的配子有什么不同？2.同活动一的结果一并考虑，含两对同源染色体的初级精母细胞能产生几种配子？3.如果用3对染色体进行模拟，将产生多少种类型的配子？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。在生物的体细胞内
16、，染色体的数目往往是比较多的。比如，人的体细胞中就有23 对染色体。那么人在形成精子或卵细胞时，可能产生多少种类型的配子昵？如果再把非姐妹染色单体间的交叉互换考虑进去，通过减数分裂产生的配子种类就更多了。请你想一想，这对于生物多样性的形成有什么意义？受精作用受精作用是卵细胞和精子相互识别、 融合成为受精卵的过程。在受精作用进行时，通常是精子的头部进入卵细胞（图2-7），尾部留在外面。与此同时，卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理反应，以阻止其他精子再进入。精子的头部进入卵细胞后不久，精子的细胞核就与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体会合在一起。这样，受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，其中
17、有一半的染色体来自精子（父方），另一半来自卵细胞（母方）。想像空间子代从双亲各继承了半数的染色体，双亲对子代的贡献是一样的吗？卵细胞含有丰富的细胞质，细胞质中什么结构含有DNA？它会影响生物的遗传吗？未受精时，卵细胞好像睡着了，细胞呼吸和物质合成进行得比较缓慢。受精过程使卵细胞变得十分活跃。然后受精卵将迅速进行细胞分裂、分化，新生命由此开始了遗传物质与环境相互作用的发育过程。新一代继承了父母双方的遗传物质。由于减数分裂形成的配子，染色体组成具有多样性，导致不同配子遗传物质的差异，加上受精过程中卵细胞和精子结合的随机性，同一双亲的后代必然呈现多样性。这种多样性有利于生物在自然选择中进化，体现了有
18、性生殖的优越性。此外，就进行有性生殖的生物来说，减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。技能训练：识图和作图某种生物的精原细胞含有4对同源染色体。1.参照曲线图填表精原细胞有丝分裂过程中染色体数目变化表时期间期前期中期后期末期染色体数目（条）2.填表并画出曲线图精原细胞形成精子过程中染色体数目变化表细胞类型精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精细胞染色体数目（条）练 习一、基础题1.判断下列表述是否正确。（1）同一个生物体在不同时刻产生的精子或卵细胞，染色体数一般是相同的。（ ）（2）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。 （ ）（3）个卵细胞一般只能同一个精子结合，形成受精卵。 （ ）2.从配子形成和受精作用两方面，简要说明遗传的多样性和稳定性的原因。二、拓展题正常人有23 染色体。有一种叫“21三体综合征”的遗传病，患者智力低下，身体发育缓慢。对患者进行染色体检查，发现患者的21号染色体不是正常的1对，而是3条。你能从精子或卵细胞形成的角度推测这种病的病因吗？
