第二章 基因和染色体的关系

学习目标

学习要求

1.结合图解阐明细胞的减数分裂过程中染色体的动态变化。

2.说明配子的形成过程中各个时期细胞结构的动态变化。

3.说出基因位于染色体上的实验证据。

4.比较卵细胞与精子的异同。

5.概述伴性遗传。

知识网络

学法指导

1.采用图、表、曲线对照比较的方法，将有丝分裂与减数分裂两次分裂的染色体、DNA、染色单体的数量变化进行对比，对不同时期的细胞图像进行识别，从而总结出判断的方法和规律。

2. 基因在染色体上的假说和实验证据要在正确理解减数分裂中染色体规律性变化的前提下，掌握摩尔根的果蝇眼色遗传说明的问题，并对基因的分离定律和自由组合定律作出正确解释。

3.联系基因的分离定律和自由组合定律，并与常染色体基因的遗传作对比，总结出伴性遗传的特点。

第1节 减数分裂和受精作用

学习导读

学习准备

1.减数分裂是进行________的生物，在产生________时进行的染色体数目________的细胞分裂。在减数分裂过程中，染色体只复制________，而细胞分裂。减数分裂的结果是________中的染色体数目比________的减少一半。

2.在减数第一次分裂的间期，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________构成。这两条________由同一个________连接。

3.配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自________，一条来自________，叫做________。

4.联会后的每对同源染色体含有四条________，叫做________。

5.减数分裂过程中染色体的减半发生在________。

6.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，形成了四个________，与初级精母细胞相比，每个精细胞都含有数目________的染色体。

7.初级卵母细胞经减数第一次分裂，形成大小不同的两个细胞，大的叫做________，小的叫做________。进行第二次分裂，形成一个大的________和一个小的________，因此一个初级卵母细胞经减数分裂形成一个________和三个。

8.受精作用是卵细胞和精子________过程。

9.受精卵中的染色体数目又恢复________中的数目，其中________来自精子，________来自卵细胞。

10. 减数分裂和受精作用的意义是________。

破疑解难

1.正确区分染色体、染色单体、同源染色体和四分体。

（1）染色体和染色单体。在细胞分裂间期，染色体经过复制变成了由一个着丝点连着的两条姐妹染色单体。染色体的数目是根据着丝点来数的，所以一条染色单体不等于一条染色体。

（2）同源染色体和四分体。同源染色体是指形状、大小一般相同，一条来自父方，一条来自母方，且在减数第一次分裂过程中能两两配对的一对染色体。四分体是指减数第一次分裂时同源染色体联会后每对同源染色体中含有四条染色单体。

（3）四者的数量关系：一对同源染色体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子

2.减数分裂与有丝分裂的图像鉴别 ——“三看识别法”。

一看细胞中染色体数目。若为奇数，一定是减数第二次分裂，且细胞中一定无同源染色体存在；若为偶数，进行第二看。

二看细胞中有无同源染色体。若无同源染色体，一定是减数第二次分裂；若有同源染色体存在，进行第三看。

三看细胞中同源染色体的行为。若出现联会、四分体、着丝点位于赤道板两侧、同源染色体分离等现象，一定是减数第一次分裂；若无上述同源染色体的特殊行为，则为有丝分裂。

3.观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片应注意的问题。

（l）判断各期细胞的依据是减数分裂过程中各个时期染色体变化的特点。

（2）可通过观察多个精母细胞的减数分裂，推测出一个精母细胞减数分裂过程中染色体的连续变化。

4.受精作用。

（1）概念：受精作用是指卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。

（2）过程：受精作用包括精子和卵细胞的识别、精子进入卵细胞、精核和卵核的融合等。

（3）实质：精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合的过程。

（4）结果：精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体会合在一起，受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的水平。其中一半的染色体来自精子（父方），另一半来自卵细胞（母方）。

[注]受精卵核内的染色体由精子和卵细胞各提供一半，而受精卵中的细胞质几乎全部由卵细胞提供。因此后代的某些性状更像母方。

5.减数分裂和受精作用的意义。

（1）同一双亲的后代呈现多样性，有利于生物在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。

原因：①减数分裂形成配子时，染色体组成具有多样性，导致不同配子的遗传物质有差异；②受精过程中卵细胞和精子的结合具有随机性。

（2）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具有重要的意义。大大提高了生物对环境的适应能力。

原因：减数分裂使生殖细胞（配子）中染色体数目比原始生殖细胞（或体细胞）的减少一半，而受精作用使其染色体数目又恢复到体细胞中的数目。

例题精讲

例1：与有丝分裂相比，减数分裂过程中染色体变化最显著的特征是（）

A.染色体进行复制

B.同源染色体进行联会

C.有纺锤体形成

D.着丝点分裂

解析：与有丝分裂相比，减数分裂过程中染色体行为的特殊性主要发生在减数第一次分裂过程中，即同源染色体联会，出现四分体，同源染色体分离以及非同源染色体的自由组合。

答案：B

例2：下列有关受精作用的叙述错误的是（）

A.受精卵中全部的遗传物质一半来自父方，一半来自母方

B.受精时，精子和卵细胞的染色体会合在一起

C.受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方

D.受精卵中的染色体数与本物种体细胞的染色体数相同

解析：因为遗传物质并不是全部存在于染色体上（即细胞核中），在细胞质内的线粒体和叶绿体中也有少量的遗传物质（DNA），而受精卵的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以受精卵中的全部遗传物质就不是一半来自父方，一半来自母方了，而是母方比父方多提供细胞质中的遗传物质。

答案：A

随堂精练

一、选择题

1.减数分裂第二次分裂的主要特征是（）

A.染色体自我复制

C.着丝点分裂，两条姐妹染色单体分开

B.着丝点不分裂，同源染色体分开

D.染色体恢复成染色质细丝

2.下列减数分裂过程按时间顺序排列，正确的是（）

A.复制—联会—四分体

B.复制—四分体—联会

C.联会—四分体—复制

D.联会—复制—四分体

3.下列关于同源染色体的叙述中，正确的是（）

A.一条来自父方，一条来自母方的染色体

B.由一条染色体复制而成的两条染色体

C.在减数分裂过程中联会的两条染色体

D.形状和大小一般相同的两条染色体

4.雌蛙的卵巢中有初级卵母细胞6000个，从理论上计算，经减数分裂所生成的卵细胞和极体数分别是（）

A.6000和6000

B.6000和18000

C.6000和24000

D.12000和12000

5.能保持生物前后代体细胞染色体数目恒定的生命活动过程是（）

A.无丝分裂和有丝分裂

B.有丝分裂和减数分裂

C.有丝分裂和受精作用

D.减数分裂和受精作用

二、非选择题

6.完成下列有丝分裂和减数分裂比较表。

达标测评

一、选择题

1.下列关于减数分裂的说法，不正确的是（）

A.减数分裂包括两次连续的细胞分裂

B.所有的生物都可以进行减数分裂

C.减数分裂产生有性生殖细胞

D.减数分裂产生的成熟生殖细胞内染色体数目减半

2.在减数分裂过程中，同源染色体分离，非同源染色体自由组合是（）

A.同时发生于第一次分裂后期

B.同时发生于第二次分裂后期

C.同时发生于第二次分裂末期

D.分离发生于第一次分裂，自由组合发生于第二次分裂

3.人体细胞中含有同源染色体的是（）

A.精子

B.卵细胞

C.口腔上皮细胞

D.极体

4.人的体细胞内有46条染色体，在形成配子的减数第一次分裂过程中，细胞内四分体的数量是（）

A.184个

B.92个

C.46个

D.23个

5.下列动物细胞中，染色体数目、种类和受精卵相同的是（）

A.次级精母细胞

B.体细胞

C.精子

D.卵细胞

6.下列细胞中，新陈代谢最旺盛的是（）

A.精子

B.卵细胞

C.受精卵

D.卵细胞与精子

7.如欲观察细胞减数分裂过程，可选用的材料是（）

A.马蛔虫受精卵

B.成熟花粉粒

C.小鼠睾丸

D.叶芽

8.如果用A和B分别代表精子细胞中的染色体数和DNA数，则初级精母细胞中的染色体和DNA分别是（）

A.2A和3B

B.2A和4B

C.4A和4B

D.4A和2B

二、非选择题

9.阅读下列材料，思考以下问题。

试管里能长出一个婴儿吗？回答是否定的。那为什么叫试管婴儿呢？要弄清楚这个问题，还是让我们先来了解试管婴儿诞生的大致过程吧！

试管婴儿技术的研究始于20世纪50年代，一方面是生殖科学研究的需要；另一方面是有的夫妻婚后长期不孕（生理上存在某种功能缺陷）。也就是说既是基础理论研究的需要，又是解决生育实际的需要。操作过程如下：

①分别从夫妻双方身体内提取健壮的精子和卵细胞；

②将这个精子和这个卵细胞置于试管中使其完成受精作用；

③满足各方面的条件，使受精卵在试管内开始发育；

④受精卵发育至几十个细胞时，取出此胚胎，置于其母体子宫内继续发育直到分娩出。

实际上，具体操作时，技术和各方面的条件要求是非常严格的。我国是世界上为数不多的掌握这项技术的国家之一，它标志着我国在生殖领域里的研究处于世界前列。

请根据以上材料回答下列问题：

（1）试管婴儿的产生过程有减数分裂和受精作用过程吗？

（2）操作过程③中“各方面的条件”主要是指哪些条件？

（3）胚胎发育时的分裂方式是________，试管婴儿体内的遗传物质来自________。

10. 图1、图2分别表示某动物体内细胞正常分裂过程中不同时期细胞内染色体、染色单体和DNA含量的关系以及细胞分裂图像。请分析并回答：

（1）图1中a、b、c表示染色体的是________，图2中表示动物体体细胞分裂时期的是________。

（2）图1中III的数量关系对应于图2中的________。

（3）图1中由II变化为III，相当于图2中的_______到_______过程。

（4）图1中________时期所对应的细胞内不存在同源染色体。（填编号）

拓展延伸

右图是某生物减数分裂形成精子过程中的一个细胞，请回答：

（1）该细胞的名称是________，所处于的时期是_______。

（2）图中有染色体________个，染色单体________个，DNA分子_______个。

（3）图中有同源染色体_______对，分别是_______；非同源染色体_______对，分别是_______。

（4）此细胞分裂后产生的子细胞的名称是________。

趣味阅读

雄蜂是怎样产生精子的？

蜂类能够进行单性生殖。例如，蜜蜂（2N=32）未受精的卵细胞经过单性生殖就能发育成雄蜂（N=16）。那么，雄蜂的精子染色体数目是8还是16呢？原来，雄蜂在产生精子的过程中，它的初级精母细胞经过一种特殊方式的减数分裂。在减数分裂的第一次分裂中，染色体的数目并没有减半，只是细胞质分成大小不等的两部分，大的那部分含有完整的细胞核，小的那部分只不过是一小团细胞质而已，它自然不会形成精子。减数分裂的第二次分裂，在含有细胞核的那个细胞中，着丝点分裂为二，并列的染色单体分开成染色体，而细胞质则进行不均等分裂，这样含细胞质多的那部分（内含16条染色体）进一步形成精子；而含细胞质少的那部分（也含16条染色体）则逐渐退化。这样，雄蜂的一个初级精母细胞，通过特殊的减数分裂方式，就只产生一个精子，它的染色体数目为16条。