在腐爛的水果周圍常可看到飛舞的果蠅。果蠅的生長(zhǎng)周期短,繁殖快,染色體少且容易觀察,是遺傳學(xué)上常用的實(shí)驗(yàn)材料。如圖是黑腹果蠅雌雄個(gè)體的體細(xì)胞和配子的染色體示意圖。
配子的染色體與體細(xì)胞的染色體有什么差別?
針對(duì)這幅圖,你還能提出什么問題或猜想?
與孟德爾同時(shí)代的德國(guó)動(dòng)物學(xué)家魏斯曼從理論上預(yù)測(cè):在精子和卵細(xì)胞成熟的過程中,必然有一個(gè)特殊的過程使染色體數(shù)目減少一半;受精時(shí),精子和卵細(xì)胞融合,染色體數(shù)目得以恢復(fù)正常。這個(gè)天才的預(yù)見被其他科學(xué)家通過顯微鏡觀察所證實(shí)。魏斯曼預(yù)言的這個(gè)特殊的過程,實(shí)際上是一種特殊方式的有絲分裂,叫作減數(shù)分裂。
導(dǎo)入新課（科學(xué)史導(dǎo)入）
資料1 1883年,比利時(shí)的細(xì)胞學(xué)家貝內(nèi)登觀察到蛔蟲配子中的染色體數(shù)目只有體細(xì)胞中的一半,而在受精過程中,受精卵從卵細(xì)胞和精子中獲得相同數(shù)目的染色體,結(jié)果,生物在代代相傳中保持比較恒定的染色體數(shù)目。
資料2 1887年,魏斯曼系統(tǒng)地總結(jié)了前人及自己實(shí)驗(yàn)室對(duì)極體的研究結(jié)果:雖然極體與卵細(xì)胞比起來,在大小上差別甚大,但實(shí)質(zhì)上它們和卵細(xì)胞一樣,是卵母細(xì)胞分裂的結(jié)果。卵母細(xì)胞成熟形成極體的意義,就在于使卵細(xì)胞中的染色體數(shù)目減半。同時(shí)魏斯曼推論,在精子形成的過程中存在著同樣的過程,這是關(guān)于減數(shù)分裂最早的預(yù)言。魏斯曼預(yù)言:①在精子和卵細(xì)胞成熟的過程中,必然有一個(gè)特殊的過程使染色體數(shù)目減少一半。②受精時(shí),精子和卵細(xì)胞融合,染色體數(shù)目得以恢復(fù)正常。
導(dǎo)入新課（假說—演繹法導(dǎo)入）
有絲分裂的意義:親代細(xì)胞的染色體經(jīng)過復(fù)制(關(guān)鍵是DNA的復(fù)制)之后,精確地平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。由于染色體上有遺傳物質(zhì)DNA,因而在細(xì)胞的親代和子代之間保持了遺傳的穩(wěn)定性。
假說：進(jìn)行有性生殖的生物以有絲分裂的形式產(chǎn)生精子和卵細(xì)胞。
推理：如果人類以有絲分裂的形式產(chǎn)生精子和卵細(xì)胞,那么下一代的染色體數(shù)目為92,與事實(shí)不符,假說不成立。
結(jié)論：精子和卵細(xì)胞的形成不能通過有絲分裂的方式。
德國(guó)動(dòng)物學(xué)家魏斯曼預(yù)測(cè)在精子和卵細(xì)胞成熟的過程中，必然有一個(gè)特殊的過程使染色體數(shù)目減少一半；受精時(shí)，精子和卵細(xì)胞融合，染色體數(shù)目得以恢復(fù)正常。魏斯曼預(yù)言的這個(gè)特殊的過程，實(shí)際上是一種特殊方式的有絲分裂，叫作減數(shù)分裂。
環(huán)節(jié)一：精子的形成過程（思路一）
1.人和其他哺乳動(dòng)物的精子形成的具體場(chǎng)所是哪里?2.一個(gè)成年健康男子,每天大約可產(chǎn)生2億個(gè)精子,也就是說,每天有很多個(gè)精原細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂,那必然每天也有很多個(gè)精原細(xì)胞產(chǎn)生。精原細(xì)胞的增殖方式是什么?
提示:睪丸。睪丸里有許多彎彎曲曲的曲細(xì)精管,曲細(xì)精管中有大量的精原細(xì)胞。精原細(xì)胞是原始的雄性生殖細(xì)胞。
提示:精原細(xì)胞通過有絲分裂進(jìn)行增殖。
3.精原細(xì)胞與體細(xì)胞的染色體數(shù)目相同嗎?4.減數(shù)分裂發(fā)生在生命的什么時(shí)期?
提示:每個(gè)精原細(xì)胞中的染色體數(shù)目都與體細(xì)胞的相同。
提示:當(dāng)雄性動(dòng)物性成熟時(shí),睪丸里的一部分精原細(xì)胞就開始進(jìn)行減數(shù)分裂。
根據(jù)你對(duì)細(xì)胞有絲分裂的認(rèn)知,你認(rèn)為減數(shù)分裂前是否存在間期?
提示:減數(shù)分裂是一種特殊方式的有絲分裂,減數(shù)分裂前也存在間期。在間期,精原細(xì)胞完成染色體的復(fù)制(包括DNA復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)合成),復(fù)制后的每條染色體都含有2條姐妹染色單體,由一個(gè)著絲粒連接;完成中心體的復(fù)制;體積稍稍增大,成為初級(jí)精母細(xì)胞。
觀察教材中的哺乳動(dòng)物精子的形成過程示意圖,閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,列表總結(jié)減數(shù)分裂各時(shí)期細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和染色體行為、數(shù)目的變化。
①同源染色體配對(duì)——聯(lián)會(huì),形成四分體②同源染色體的非姐妹染色單體發(fā)生互換③核膜消失,核仁解體,紡錘體出現(xiàn)
①各對(duì)同源染色體排列在細(xì)胞中央的赤道板兩側(cè)②每條染色體的著絲粒都附著在紡錘絲上
①配對(duì)的兩條同源染色體彼此分離,在紡錘絲的牽引下,分別移向細(xì)胞的兩極②每條染色體仍含有兩條染色單體
①染色體解螺旋逐漸變?yōu)槿旧|(zhì)②核膜、核仁重新出現(xiàn)③一個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞分裂成兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞④次級(jí)精母細(xì)胞中染色體數(shù)目減半
核膜解體、核仁消失,紡錘體再次出現(xiàn)
在紡錘絲的牽引下,染色體的著絲粒排列在赤道板的位置上
①兩條姐妹染色單體分離,在紡錘絲的牽引下,這兩條染色體分別移向細(xì)胞的兩極②染色體數(shù)目暫時(shí)加倍
①兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞分裂成四個(gè)精細(xì)胞②每個(gè)精細(xì)胞中都含有數(shù)目減半的染色體
閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,初步了解同源染色體、聯(lián)會(huì)、四分體、染色體互換等概念。
圖甲為精原細(xì)胞,圖乙是初級(jí)精母細(xì)胞,圖甲在減數(shù)分裂前的間期經(jīng)過復(fù)制形成圖乙。
1.同源染色體與非同源染色體
同源染色體是指在減數(shù)分裂過程中進(jìn)行配對(duì)的兩條染色體,它們的形狀和大小一般都相同,一條來自父方、一條來自母方。非同源染色體是指在減數(shù)分裂過程中不進(jìn)行配對(duì)的染色體,它們的形狀和大小一般不同。
觀看圖乙,試說出圖中的同源染色體和非同源染色體。
提示:圖中A與B、C與D為同源染色體，A與C、A與D、B與C、B與D為非同源染色體。
染色體數(shù)等于著絲粒數(shù),有幾個(gè)著絲粒就有幾條染色體。試用字母表示細(xì)胞中的染色體。
染色單體是指在染色體復(fù)制之后、著絲粒分裂之前,同一著絲粒上連著的兩條相同的單體。試說出圖甲和圖乙中的染色單體。
圖甲中沒有染色單體。圖乙中a與a'為姐妹染色單體,b與b'為姐妹染色單體,c與c'為姐妹染色單體,d與d'為姐妹染色單體。
非姐妹染色單體是指不同著絲粒上的兩條染色單體。試說出圖乙中的非姐妹染色單體。
a與b、b'屬于同源染色體上的非姐妹染色單體,a與c、c'、d、d'為非同源染色體上的非姐妹染色單體。
3.染色體、染色單體和DNA的數(shù)目
觀察圖片,小組討論,試分析圖甲和圖乙中染色體、染色單體、DNA的數(shù)目分別是多少。
圖甲中,染色體、染色單體、DNA的數(shù)目分別是4、0、4。圖乙中,染色體、染色單體、DNA的數(shù)目分別是4、8、8。
(1)聯(lián)會(huì):在減數(shù)分裂過程中,同源染色體兩兩配對(duì)的現(xiàn)象。
(2)四分體:同源染色體的特殊存在形式,在減數(shù)分裂過程中,聯(lián)會(huì)后的每對(duì)同源染色體含有四條染色單體,叫作四分體。
圖甲中沒有四分體,圖乙中A與B、C與D為四分體。
試總結(jié)上述概念之間的數(shù)量關(guān)系。
提示:1個(gè)四分體→1對(duì)同源染色體→2條染色體→4條染色單體→4個(gè)DNA分子。
(1)概念:減數(shù)分裂Ⅰ前期,四分體中的非姐妹染色單體之間經(jīng)常發(fā)生纏繞,并交換相應(yīng)的片段的現(xiàn)象。
(2)時(shí)期:減數(shù)分裂Ⅰ前期。(3)范圍:四分體中的非姐妹染色單體之間。(4)結(jié)果:姐妹染色單體出現(xiàn)不同。(5)意義:進(jìn)一步豐富了配子的類型,增強(qiáng)了有性生殖生物的變異性。
三、減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ的區(qū)別
列表分析減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ的區(qū)別。
對(duì)精子的形成過程匯總:
口訣:減一分同源,減二分姐妹。
環(huán)節(jié)一：精子的形成過程（思路二）
高等動(dòng)植物細(xì)胞的減數(shù)分裂發(fā)生在有性生殖器官內(nèi)。人和其他哺乳動(dòng)物的精子是在睪丸中形成的,睪丸里有許多彎彎曲曲的曲細(xì)精管,曲細(xì)精管中有大量精原細(xì)胞。
精原細(xì)胞是原始的雄性生殖細(xì)胞,通過有絲分裂進(jìn)行增殖,每個(gè)精原細(xì)胞中的染色體數(shù)目都與體細(xì)胞的相同。
與有絲分裂一樣,減數(shù)分裂前也有一個(gè)間期, 減數(shù)分裂前的間期不屬于減數(shù)分裂的過程。
1.同源染色體:指減數(shù)分裂過程中兩兩配對(duì)的染色體。
(1)同源染色體的形狀、大小一般都相同,即著絲粒所處的位置和染色體臂的長(zhǎng)短一般都相同。用“一般”來描述,表明存在特例,如X染色體和Y染色體。(2)對(duì)于有性生殖產(chǎn)生的個(gè)體,細(xì)胞中的同源染色體一條來自父方、一條來自母方。(3)在減數(shù)分裂Ⅰ前期,能兩兩配對(duì)(聯(lián)會(huì))。
2.姐妹染色單體:指一條染色體上的兩條染色單體,即由一個(gè)著絲粒連接的兩條染色單體,兩條姐妹染色單體在形狀、大小上都相同。3.四分體:聯(lián)會(huì)后的每對(duì)同源染色體含有四條染色單體。
同源染色體、姐妹染色單體、四分體之間的關(guān)系:
(1)1個(gè)四分體=1對(duì)同源染色體=2條染色體=4條姐妹染色單體。(2)四分體數(shù)=同源染色體對(duì)數(shù)。
如圖表示細(xì)胞分裂某時(shí)期的圖像(圖中A、B、C、D表示染色體，a、a'、b、b'、c、c'、d、d'表示染色單體)。據(jù)圖回答問題。
(1)圖示染色體中哪些是同源染色體? 哪些是非同源染色體?
提示: A和B是一對(duì)同源染色體，C和D是另一對(duì)同源染色體。屬于非同源染色體的有:A和C，A和D，B和C，B和D。
(2)四分體、染色體、染色單體和DNA分子之間的數(shù)量關(guān)系是怎樣的? 乙圖中四分體、染色體、染色單體各有幾個(gè)(條)?
提示:1個(gè)四分體=2條染色體=4條染色單體，含有4個(gè)DNA分子。乙圖中有2個(gè)四分體、4條染色體、8條染色單體。
(3)甲圖中有染色單體嗎? 乙圖中的a、a'是什么關(guān)系? a、b是什么關(guān)系? a、c是什么關(guān)系?
提示:甲圖中沒有染色單體。乙圖中的a、a′是姐妹染色單體；a、b是同源染色體中的非姐妹染色單體；a、c是非同源染色體的非姐妹染色單體。
以精子的形成為例,構(gòu)建減數(shù)分裂Ⅰ模型。
具體要求:閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,以含有兩對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞為例,用兩種顏色的筆模擬畫出間期和減數(shù)分裂Ⅰ過程中染色體的行為變化,并進(jìn)行解讀。
(1)減數(shù)分裂前的間期:DNA復(fù)制和相關(guān)蛋白質(zhì)合成,細(xì)胞體積增大,中心體復(fù)制。
前期Ⅰ:同源染色體聯(lián)會(huì)形成四分體；同源染色體的非姐妹染色單體之間的相應(yīng)片段可發(fā)生互換。
中期Ⅰ:聯(lián)會(huì)的同源染色體排列在赤道板兩側(cè)。
后期Ⅰ:同源染色體分離,非同源染色體自由組合,移向細(xì)胞的兩極。
末期Ⅰ:細(xì)胞質(zhì)分裂,形成2個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞;細(xì)胞中的染色體數(shù)目減半。
以精子的形成為例,構(gòu)建減數(shù)分裂Ⅱ模型。
具體要求:閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,以含有兩對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞為例,模擬畫出減數(shù)分裂Ⅱ過程中染色體的行為變化,并寫出每個(gè)時(shí)期的特征。
前期Ⅱ:每個(gè)細(xì)胞中無同源染色體,非同源染色體散亂排布,每條染色體含有兩條染色單體。
中期Ⅱ:非同源染色體的著絲粒整齊地排列在赤道板上。
后期Ⅱ:著絲粒分裂,兩條姐妹染色單體分開,在紡錘絲的牽引下,分別移向兩極。此時(shí),染色體數(shù)目暫時(shí)加倍。
末期Ⅱ:每個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞形成兩個(gè)精細(xì)胞,染色體數(shù)目是體細(xì)胞染色體數(shù)目的一半。
精細(xì)胞變形,形成蝌蚪狀的精子。精子分頭部和尾部,頭部含有細(xì)胞核,尾長(zhǎng),能夠擺動(dòng)。
思考:在精細(xì)胞變形為精子的過程中,精子的頭部幾乎只保留了細(xì)胞核,部分細(xì)胞質(zhì)變成了精子的頸部和尾部,大部分細(xì)胞質(zhì)及多數(shù)細(xì)胞器被丟棄,但全部線粒體被保留下來,并主要集中在尾的基部。怎樣解釋這一現(xiàn)象?
提示:精子和卵細(xì)胞結(jié)合時(shí),頭部先進(jìn)入卵細(xì)胞內(nèi),精子的頭部幾乎只保留了細(xì)胞核,這就保證了遺傳物質(zhì)能夠先進(jìn)入卵細(xì)胞;部分細(xì)胞質(zhì)變成了精子的頸部和尾部,使精子具備游動(dòng)能力;大部分細(xì)胞質(zhì)及多數(shù)細(xì)胞器被丟棄,避免了受精過程中因?yàn)椴槐匾募?xì)胞組分而耗費(fèi)能量;全部線粒體被保留下來,并主要集中在尾的基部,可以更好地在受精過程中提供能量。精子變形過程中的以上變化都為受精作用提供了保證,是進(jìn)化的結(jié)果。
環(huán)節(jié)二：減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ的比較
1.以精子的形成為例，減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ過程的比較(假設(shè)體細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)為2N)
回顧精子形成的過程，列表比較減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ的異同點(diǎn)。
2.減數(shù)分裂過程中細(xì)胞分裂圖像的鑒別
環(huán)節(jié)三：減數(shù)分裂過程中相關(guān)數(shù)量變化
根據(jù)染色體、染色單體、DNA三者之間的關(guān)系，分析減數(shù)分裂前的間期及減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體、DNA數(shù)量的變化。
(1)染色體數(shù)目變化及原因
(2)染色單體數(shù)目變化及原因
(3)DNA數(shù)目變化及原因
在明確三種物質(zhì)數(shù)量變化的原因后，整理、修訂你的數(shù)據(jù)，繪制曲線，構(gòu)建減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體、DNA數(shù)量的變化模型。
1.下列關(guān)于減數(shù)分裂的敘述,正確的是 ( )①減數(shù)分裂包括兩次連續(xù)的分裂 ②在次級(jí)精母細(xì)胞中存在同源染色體 ③著絲粒在減數(shù)分裂Ⅰ后期一分為二 ④減數(shù)分裂的結(jié)果是染色體數(shù)目減半,DNA 數(shù)目不變 ⑤同源染色體分離,導(dǎo)致染色體數(shù)目減半 ⑥配對(duì)后染色體復(fù)制,形成四分體 ⑦染色體數(shù)目減半發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅱ的末期A.①②③ B.④⑤⑥ C.①⑤ D.⑥⑦
2.下圖是某種生物的精細(xì)胞，根據(jù)圖中染色體類型和數(shù)目判斷，來自同一個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞的是 ( )A.①③ B.②⑤ C.③④ D.①④
3.如圖為某雄性動(dòng)物的某種細(xì)胞分裂時(shí)，染色體、染色單體和核DNA分子在四個(gè)不同階段(甲、乙、丙、丁)的數(shù)量關(guān)系，下列描述對(duì)圖中信息的解釋正確的是 ( )A.該細(xì)胞正處于有絲分裂過程中B.丙階段的細(xì)胞為次級(jí)精母細(xì)胞C.甲~丁中染色體的數(shù)量比是 2∶2∶2∶1D.乙階段染色單體數(shù)為4n 是因?yàn)橹z粒分裂

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一 減數(shù)分裂

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