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第二章 基因和染色體的關系
第一節 減數分裂和受精作用
（一）減數分裂
【學習目標】
1.闡明減數分裂過程中染色體的變化。
2.觀察蝗蟲精母細胞的減數分裂裝片。
【基礎梳理】
一、精子的形成過程
1.形成部位：高等動植物的減數分裂發生在有性生殖器官內。人和其他哺乳動物的精子是在
中形成的。
2.形成過程
（1）減數分裂Ⅰ
時間 圖示 相關變化
間期↓前期↓中期↓↓后期 染色體 復制 ，有關蛋白質合成，細胞體積增大
同源染色體聯會形成 四分體 ，同源染色體的 非姐妹染色單體 之間常發生交叉互換
同源染色體 排列在赤道板 兩側
同源染色體 分離，非同源染色體自由組合，并移向細胞兩極
（2）減數分裂Ⅱ
中期 后期
圖示
特點 染色體的 著絲粒 排列在赤道板上 著絲粒 分裂， 姐妹染色單體 分開，并移向細胞兩極
二、卵細胞的形成過程
1.形成部位：人和其他哺乳動物的卵細胞都是在 中形成的。
2.形成過程
3.結果：一個卵原細胞經過減數分裂只形成一個卵細胞，三個極體都退化消失。
4.動物精子和卵細胞形成過程的比較
項目 精子形成過程 卵細胞形成過程
部位 睪丸 卵巢
原始生殖細胞 精原細胞 卵原細胞
細胞質的分裂方式 均等分裂 第一極體均等分裂，初級卵母細胞、次級卵母細胞不均等分裂
分裂結果 一個精原細胞→四個精細胞（生殖細胞） 一個卵原細胞→一個卵細胞（生殖細胞）＋三個極體（退化消失）
是否變形 變形 不需變形
5.減數分裂的概念
（1）對象：進行 的生物。
（2）場所： 。
（3）過程：原始生殖細胞（如 ）→ 生殖細胞（如精子、卵細胞）
（4）特點：染色體復制兩次，細胞連續分裂 。
（5）結果：成熟生殖細胞中染色體數目 。
三、觀察蝗蟲精母細胞減數分裂裝片
1.實驗原理
蝗蟲的精母細胞進行減數分裂形成精細胞，再通過變形形成精子。在此過程中，細胞中的染色體形態、 和數目都在不斷地發生變化，因而可據此識別減數分裂的各個時期。
2.實驗步驟
【拓展延伸】
一、減數分裂過程中配子的種類
1.正常情況下產生的配子數
①1個精原細胞可產生4個、2種類型的精子（兩兩相同）。
②1個雄性個體（體內含n對同源染色體）可產生2n種精子。
③1個卵原細胞可產生1個、1種類型的卵細胞（4個子細胞，3個為極體，1個為卵細胞）。
④1個雌性個體（體內含n對同源染色體）可產生2n種卵細胞。
2.四分體時期，同源染色體上的非姐妹染色單體之間發生互換
①發生染色體互換后，含一對同源染色體的一個精原細胞能產生4個精子，且為4種類型，比不發生交叉互換時增加2種類型。
②相同情況下，含一對同源染色體的一個卵原細胞能產生4個配子（3個為極體，1個為卵細胞），且為4種類型。
【例題】
某二倍體動物的一個精原細胞經減數分裂后形成的其中一個精細胞如圖所示。下列解釋合理的是（ ）
A.通過減數分裂形成的4個精細胞中有一個不含A和a的精細胞
B.減數第二次分裂中，有一對染色單體沒有相互分離
C.通過減數分裂形成的4個精細胞中有兩個基因型為Aa的精細胞
D.減數第一次分裂中姐妹染色單體間發生了交叉互換
答案：C
解析：在正常情況下，1個精原細胞經減數分裂產生的4個精細胞兩兩相同，且不含同源染色體。題圖所示的精細胞中含有同源染色體且兩條同源染色體上各自有一段不同顏色的片段，說明該精原細胞在減數第一次分裂前期發生了同源染色體非姐妹染色單體間的交叉互換，且在減數第一次分裂后期等位基因A和a所在的這對同源染色體沒有發生分離而進入同一個次級精母細胞中，該次級精母細胞進行正常的減數第二次分裂，形成了兩個基因型為Aa的精細胞；與此同時產生的另一個次級精母細胞不含A和a，當減數第二次分裂結束時，產生了2個不含A和a的精細胞。綜上分析，C正確。
二、有絲分裂與減數分裂的判斷方法
1.圖像的比較
2.曲線的比較
①先區分核DNA的變化曲線和染色體的變化曲線
看“斜線”，曲線中存在斜線的為核DNA變化曲線，不存在斜線的為染色體變化曲線。
②再區分細胞增殖的方式
看“染色體峰值”，染色體數目最大為4N的，是有絲分裂；染色體數目最大為2N的，是減數分裂。
看“DNA復制和分裂次數”，斜線代表DNA復制，豎直下降代表細胞分裂完成。因此斜線出現1次，而豎直下降2次的，為減數分裂：斜線出現1次，豎直下降1次的，為有絲分裂。
看“結果”，分裂完成后，染色體或核DNA的數量與分裂前相等則為有絲分裂；若減半則為減數分裂。
【例題】
水稻（2n=24）的生長發育需經歷有絲分裂和減數分裂。下列相關敘述錯誤的是（ ）
A.同源染色體分離屬于減數分裂特有的染色體行為
B.姐妹染色單體分離屬于有絲分裂特有的染色體行為
C.減數分裂中核DNA數有兩次減半，有絲分裂只有一次
D.有絲分裂間期和減數第一次分裂前的間期核DNA分子數加倍
答案：B
解析：同源染色體分離發生在減數第一次分裂后期，是減數分裂特有的染色體行為，A正確；姐妹染色單體分離發生在有絲分裂后期和減數第二次分裂后期，不是有絲分裂特有的染色體行為，B錯誤；減數第一次分裂同源染色體分離，并分別進入兩個子細胞，使核DNA數目減半，減數第二次分裂姐妹染色單體分離形成的兩條染色體，在紡錘絲的牽引下分別移向細胞的兩極，并隨著細胞的分裂進入兩個子細胞，使核DNA數目再次減半。有絲分裂姐妹染色單體分離形成的兩條染色體，在紡錘絲的牽引下分別移向細胞的兩極，并隨著細胞的分裂進入兩個子細胞，使DNA數目減半，C正確；DNA分子復制發生在有絲分裂間期和減數第一次分裂前的間期，其結果是核DNA分子數目加倍，D正確。
【課堂練習】
1.下列關于減數分裂的敘述，正確的是（ ）
①減數分裂發生在能夠進行有性生殖的生物中
②減數分裂的過程是由原始的生殖細胞形成成熟的有性生殖細胞的過程
③減數分裂的特點是細胞中的染色體復制一次，而細胞連續分裂兩次
④減數分裂的結果是成熟生殖細胞中的染色體數目比原始生殖細胞的染色體數目減少一半
⑤減數分裂是一種特殊的有絲分裂，同樣具有一定的周期性
A.①②③④ B.②③④⑤ C.①③④⑤ D.①②③④⑤
2.由次級精母細胞產生精細胞的過程中（ ）
A.著絲點分裂，染色體數目和DNA含量均減半
B.著絲點分裂，染色體數目減半
C.著絲點分裂，染色體數目和DNA含量均不變
D.著絲點分裂，染色體數目不變，DNA含量減半
3.下列關于高等動物精子形成過程的敘述錯誤的是（ ）
A.染色體組合多樣可導致不同精子遺傳物質產生差異
B.次級精母細胞中可能存在等位基因
C.著絲點分裂導致染色體數目與DNA數目加倍
D.同源染色體中非姐妹染色單體的交叉互換可能導致基因重組
4.下列關于卵子的發生的說法，正確的是（ ）
A．卵子的發生是從初情期開始的
B．排出成熟卵子的過程就稱為排卵
C．卵子形成時的分裂過程均在卵巢內完成
D．卵子產生中的減數第二次分裂是在精子和卵子的結合過程中完成的
5.關于精子和卵細胞形成過程的異同點（以哺乳動物為例），下列說法錯誤的是（ ）
A.形成場所分別是動物的睪丸和卵巢
B.精原細胞減數分裂直接形成4個精子
C.初級卵母細胞的細胞質分裂是不均等的
D.染色體的行為變化是相同的
6.如圖表示某二倍體生物的細胞分裂示意圖，有關分析錯誤的是（ ）
A.該圖為動物細胞的分裂圖像 B.此時期為減數第二次分裂后期
C.此時期的細胞為初級精母細胞 D.該生物的體細胞中含有4條染色體
7.如圖為某種高等動物的細胞分裂示意圖。下列敘述正確的是（ ）
A.甲細胞一定為次級精母細胞 B.乙細胞含有2對同源染色體
C.丙細胞是乙細胞分裂的結果 D.丙中的M、m為一對同源染色體
8.圖1表示某動物（2n=4）體內細胞正常分裂過程中不同時期細胞內染色體、染色單體和核DNA分子數量的關系，圖2為該動物的一個細胞正常分裂時有關物質或結構數量變化曲線的一部分。據圖分析下列有關敘述錯誤的是（ ）
A.圖1中的Ⅱ可表示減數第一次分裂的中期與有絲分裂的中期
B.圖1中Ⅲ時期細胞中有一個染色體組，Ⅳ時期細胞中不存在同源染色體
C.若圖2表示減數分裂中染色體數目變化曲線的一部分，則A段可對應于圖1中Ⅰ、Ⅲ
D.若圖2表示有絲分裂中每條染色體上DNA數目變化曲線的一部分，則B段染色體數等于核DNA分子數
【答案以及解析】
1.答案：A
解析：①能夠進行有性生殖的生物都能進行減數分裂，產生有性生殖細胞，①正確；②減數分裂是由原始的生殖細胞形成成熟的有性生殖細胞的過程，其過程中染色體復制一次，細胞連續分裂兩次，②、③正確；④由于在減數分裂的過程中染色體復制一次，細胞連續分裂兩次，所以形成的成熟生殖細胞中的染色體數目比原來的減少一半，④正確；⑤減數分裂是一種特殊的有絲分裂，但由于產生的生殖細胞不能繼續分裂，所以不具有周期性，⑤錯誤；故A 正確。
2.答案：D
解析：次級精母細胞通過減數第二次分裂產生精細胞.
（1）減數第二次分裂后期，著絲點分裂，姐妹染色單體分開成為染色體，染色體數目加倍；
（2）減數第二次分裂末期，細胞質一分為二，染色體和DNA都平均分配給兩個子細胞.
因此，減數第二次分裂過程中，著絲點分裂，染色體數目不變，DNA含量減半.
所以D選項是正確的.
3.答案：C
解析：染色體組合多樣，在減數分裂過程中進行自由組合，可導致不同精子遺傳物質產生差異；當DNA復制時發生基因突變，導致姐妹染色單體上存在等位基因，減數第一次分裂結束后，次級精母細胞中可能存在等位基因；著絲點分裂號導致染色體數目加倍，但DNA數目不變；由分析可知，同源染色體中非姐妹染色單體的交叉互換可能導致基因重組；故選C。
4.答案：D
解析：卵子的發生是從胚胎開始，故A錯。排出次級卵母細胞稱為排卵，排出成熟卵子標志受精作用完成，故B錯。減數分裂第二次分裂在受精作用完成，故C錯，D正確。
5.答案：B
解析：精子的形成部位是睪丸。曲細精管中含有大量的精原細胞，精原細胞是原始的雄性生殖細胞，每個精原細胞中的染色體數目和體細胞的染色體數目相同。卵細胞的形成部位是卵巢；精原細胞減數分裂直接形成四個精細胞，然后精細胞經過變形，形成四個精子；一個初級卵母細胞經過減數第一次分裂形成一個較大的次級卵母細胞和一個較小的極體（第一極體）；減數分裂過程中染色體的行為變化是相同的；故選D。
6.答案：C
解析：A、由圖示細胞中有兩組中心粒且無細胞壁可知該圖為動物細胞的分裂圖像，A正確； B、圖示細胞無同源染色體，無姐妹染色單體，著絲點分裂，處于減數第二次分裂后期，B正確C、由于該細胞處于減數第二次分裂后期，且細胞質均等分裂，此時期的細胞為次級精母細胞或極體，C錯誤； D、該細胞減數分裂結束后形成的子細胞染色體數目為2，因此該生物的體細胞中含有4條染色體，D正確。故選C。
7.答案：B
解析：甲細胞不含同源染色體，且著絲點分裂，處于減數第二次分裂后期，又因為細胞質均等分裂，說明該細胞可能是次級精母細胞或者第一極體；乙細胞含有2對同源染色體；乙細胞產生的是次級精母細胞，而丙是次級卵母細胞；丙中沒有同源染色體，M、m為復制后分離的兩條相同的染色體；故選B。
8.答案：C
解析：圖1中的Ⅱ可表示減數第一次分裂，以及有絲分裂的前期和中期，A正確。圖1中Ⅲ時期可表示減數第二次分裂的前期和中期，細胞中有一個染色體組；Ⅳ時期表示減數分裂結束后形成子細胞，不存在同源染色體，B正確。若圖2表示減數分裂中染色體數目變化曲線的一部分，則A段可表示減數第一次分裂的前期和中期；圖1中Ⅰ、Ⅲ均存在于減數第二次分裂，C錯誤。若圖2表示有絲分裂中每條染色體上DNA數目變化曲線的一部分，則A到B的變化是因為發生了著絲粒分裂，B段染色體數等于核DNA分子數，D正確。
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