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成才之路 生物,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 必修2,基因和染色体的关系,第二章,雌雄性别是生物界最普遍、最引人注意的现象之一。大多数生物特别是高等动物雌雄个体间的差异非常明显，这种差异表现在许多性状上。在植物界，雌雄性别差异不像动物那样明显，雌株和雄株的差异多表现在花这一器官上，有些低等生物雌雄性仅表现在生理差异上，而在外形上却完全相同。因此，性别现象是一类很复杂的现象。,生物性别的决定方式有很多种。有的生物性别由卵细胞的受精与否来决定，如蜜蜂雌性个体就是由受精卵发育而来的，雄蜂则由未受精的卵发育而来。有的生物由环境来决定性别，如海生蠕虫后螠的雌虫在大海里产卵，卵发育成幼虫，落到海底的幼虫发育为雌虫，落到雌虫吻部的发育为雄虫，落在海水中的发育为中性，若把雌虫吻部的幼虫取下，它就发育为中性，而雄性的程度则由它在雌虫吻部停留的时间来决定。雌雄生物是如何产生配子并产生后代的呢？性别的遗传有什么特殊的地方吗？学习了本章知识后，你就能对上述问题作出回答。,本章内容包括减数分裂和受精作用、基因在染色体上、伴性遗传三节。第一节减数分裂和受精作用主要学习减数分裂的概念、配子的形成过程以及受精作用的实质和意义；第二节基因在染色体上主要学习萨顿的假说，基因位于染色体上的实验证据以及遗传规律的现代解释；第三节伴性遗传则主要学习伴性遗传的实例、特点及在实践中的应用。教材按照科学史的顺序，寻找孟德尔提出的遗传因子(即基因)在细胞中的位置。,细胞学研究揭示了减数分裂的过程和受精过程的实质，有性生殖的生物是通过减数分裂和受精过程来保持亲子代遗传性状的稳定的，而这一过程又是通过染色体行为和数目的变化来实现的。染色体在减数分裂和受精过程中的行为与孟德尔假设的遗传因子在亲子代之间的传递行为有着惊人的相似性，因而萨顿提出假说：基因是由染色体携带着从亲代传递给子代的，基因位于染色体上。萨顿的假说通过摩尔根的果蝇杂交实验得以证实。摩尔根的果蝇杂交实验不仅验证了基因位于染色体上，而且把一个特定的基因和一条特定的染色体X染色体联系起来，揭示了果蝇的伴性遗传。,学习过程中要注意以下几点： 1关于减数分裂和受精作用的内容，要联系分子与细胞的有关知识，如细胞增殖、细胞周期、有丝分裂等。此外，在学习这部分内容时，要学会识别图解，识图是很重要的科学探究技能。 2关于基因在染色体上的有关内容，通过自主的探究学习可加深对生物学原理的理解，培养探究意识和动手、动脑的能力。 3关于伴性遗传的内容，需要从生活中或资料中搜集实例，以加强对这部分内容的理解和掌握。,第1节 减数分裂和受精作用,第二章,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。 3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。,4卵细胞与精子形成过程的最大区别在于：(1)初级卵母细胞和次级卵母细胞的分裂是不均等的。(2)1个精原细胞能产生4个精子，而1个卵原细胞只能产生1个卵细胞。 5导致配子中染色体组合多样性的原因：(1)同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合；(2)同源染色体上非姐妹染色单体间发生交叉互换。,目标导航： 1阐明细胞的减数分裂。(重点) 2概述精子和卵细胞的形成过程。(重、难点) 3使用高倍镜，观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。 4理解配子中染色体组合的多样性。(重、难点) 5举例说明受精过程。 6阐明减数分裂和受精作用对生物遗传和变异的意义。(重点),1883年，比利时胚胎学家贝内登用显微镜观察马蛔虫时，发现其精子和卵细胞中染色体的数目只有体细胞的一半，而受精卵又恢复为体细胞中的染色体数，证实了魏斯曼的预见。贝内登把产生精子和卵细胞的分裂方式叫做减数分裂。 问题探究：减数分裂产生的精子和卵细胞中的染色体数目为什么是体细胞的一半呢？这种分裂有什么意义呢？ 提示：减数分裂中染色体复制一次，而细胞连续分裂两次。分裂的结果是每个子细胞中染色体数目只有体细胞的一半。减数分裂使产生的配子种类具有多样性，增加了生物的变异几率，增强了生物适应环境的能力，有利于生物的进化。,一、减数分裂的概念,预 习 导 学,有性生殖,原始生 殖细胞,成熟生 殖细胞,一次,两次,比原始生殖细 胞的减少一半,睾丸(曲细精管),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,3精子形成过程中各时期的主要特点：,染色体,DNA,蛋白质,染色体,同源染色体,联会,四分体,纺,锤体,核仁,核膜,同源染色体,赤道板,同源染色体,染色单体,染色质,分裂,2,染色体,核膜,核仁,赤道板,染色单体,细胞的,两极,细胞质,2,减少一半,三、卵细胞的形成过程 1形成场所：_。 2细胞名称的变化 3变化结果：一个卵原细胞经过_只形成一个_，三个_都退化消失。,卵巢,初级卵母细胞,极体,极体,极体,减数第一次,减数第二次,减数分裂,卵细胞,极体,四、观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片 1目的要求：识别减数分裂不同阶段的染色体的_。 2方法步骤：,形态、位置和数目,初级精 母细胞,次级精母细胞,精细胞,中期和后期,高倍镜,形态、位置和数目,不同时期,五、受精作用 1配子中染色体组合的多样性 (1)原因 同源染色体_时，四分体中的_容易发生交叉互换。 同源染色体分离的同时，非同源染色体表现为_。 (2)建构模型 模拟减数分裂过程中_数目及主要行为的变化，加深对减数分裂过程的理解。 模拟减数分裂过程中_的自由组合，加深对配子中染色体多样性的理解。,联会,非姐妹染色体单体,自由组合,染色体,非同源染色体,2受精作用 (1)定义：精子与卵细胞相互识别、融合成为_的过程。 (2)过程 精子的_进入卵细胞，_留在外面。 卵细胞的_发生生理反应，阻止其他精子再进入。 精子的_与卵细胞的_相融合，彼此的_会合在一起。,受精卵,头部,尾部,细胞膜,细胞核,细胞核,染色体,(3)结果 受精卵中的_数目又恢复到体细胞中的数目，其中有一半的_来自精子(父方)，另一半来自卵细胞(母方)。 (4)意义 子代呈现多样性，有利于生物在_中进化，体现了_的优越性。 维持每种生物(有性生殖的生物)前后代体细胞中_的恒定，对于生物的_都具有重要意义。,染色体,染色体,自然选择,有性生殖,染色体数目,遗传和变异,1.减数分裂过程中染色体数目减半的原因是什么？在什么时期？ 2卵细胞形成过程中出现不均等分裂是指哪一部分？一个卵原细胞经减数分裂最终形成几个卵细胞？ 提示：1.减数第一次分裂过程中同源染色体分开，分别进入两个次级精母细胞中。 2不均等分裂是指细胞质。一个卵细胞。,思 维 激 活,(一)问题探讨 1配子染色体与体细胞染色体的区别在于： (1)配子染色体数是体细胞染色体数的一半； (2)配子染色体是由体细胞每对同源染色体中分别取出一条组成的。,(二)旁栏思考题 1减数分裂的染色体复制发生在减数第一次分裂的间期，减数第二次分裂的间期不复制。 2初级精母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。 3在减数第一次分裂中出现了同源染色体联会、四分体形成、非姐妹染色单体间交叉互换、同源染色体分离等行为，使得细胞两极各有一整套非同源染色体，从而使形成的次级精母细胞中染色体数目减少为初级精母细胞的一半。,上述过程可使配子中染色体数目减半。这样再通过以后发生的两性配子结合成合子的受精作用，就能维持生物前后代体细胞染色体数目的恒定，从而保证遗传的稳定性。上述过程还可以使经过减数分裂产生的配子类型多样，从而增加了生物的变异，增强了生物适应环境的能力，有利于生物的进化。 4经过减数第一次分裂，一个卵原细胞会分裂成一个较大的次级卵母细胞和一个较小的极体。经过减数第二次分裂，一个次级卵母细胞会分裂成一个含细胞质多的卵细胞和一个含细胞质少的极体，而减数第一次分裂形成的极体也经过减数第二次分裂成为两个含细胞质少的极体。最后三个极体退化消失，只剩一个卵细胞。,(三)实验 1减数第一次分裂会出现同源染色体联会、四分体形成、同源染色体在赤道板位置成对排列、同源染色体分离、移向细胞两极的染色体分别由两条染色单体组成等现象。 减数第二次分裂的中期，非同源染色体成单排列在细胞中央赤道板位置，后期移向细胞两极的染色体不含染色单体。 2减数第一次分裂的中期，两条同源染色体分别排列在细胞赤道板的两侧，末期在细胞两极的染色体由该细胞一整套非同源染色体组成，其数目是体细胞染色体数的一半，每条染色体均由两条染色单体构成。 减数第二次分裂的中期，所有染色体的着丝点排列在细胞的赤道板位置，末期细胞两极的染色体不含染色单体。,3同一生物的细胞，所含遗传物质相同；增殖的过程相同；不同细胞可能处于细胞周期的不同阶段。因此，可以通过观察多个精原细胞的减数分裂，推测出一个精原细胞减数分裂过程中染色体的连续变化。,(四)模型建构 讨论一 1代表分别来自父方和母方的同源染色体联会。 24条。减数第一次分裂结束。2条。 3减数第一次分裂过程中的同源染色体联会， 形成四分体，同源染色体在赤道板位置成对排列，同源染色体分离，分别移向细胞两极；减数第二次分裂过程中非同源染色体的着丝点排列在细胞的赤道板上，着丝点分裂，染色单体成为染色体，移向细胞两极。 42个。2个。,讨论二 1每个配子都含有两种颜色的染色体。 24种。 38种。 (五)想像空间 不一样。受精过程中，仅精子的头部进入卵细胞，而精子的头部除了细胞核外，只含极少量的细胞质。而细胞质中线粒体含少量DNA(植物细胞质中的叶绿体也含少量DNA)，对生物的遗传也有影响。,1.精子的形成过程 (1)精子形成的部位 哺乳动物的精子是在睾丸(精巢)中形成的。睾丸里面有许多极度弯曲的曲细精管，曲细精管中含有大量的原始生殖细胞，叫做精原细胞。当雄性动物性成熟以后睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂形成精子。,减数分裂,要 点 归 纳,(2)精子形成的过程 精子是由睾丸里的精原细胞经过两次连续的细胞分裂减数第一次分裂和减数第二次分裂形成的(如下图)。,2卵细胞的形成过程 (1)卵细胞的形成部位 哺乳动物的卵细胞是在卵巢中形成的。卵巢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。,(2)卵细胞的形成过程 卵细胞的形成过程与精子的形成过程基本相同，原始的生殖细胞叫做卵原细胞。每个卵原细胞中的染色体数目与体细胞的相同。在卵细胞的形成过程中，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和第二次分裂，形成卵细胞。(下图),1每个性原细胞中的染色体数目都与体细胞的相同。因此，精原细胞和卵原细胞都是通过有丝分裂产生的。 2(1)染色体复制后，染色体数目不变，构成染色体的DNA数目加倍，在每个染色体中形成由一个着丝点连接的两个姐妹染色单体。 (2)次级精(卵)母细胞中不含同源染色体。 (3)减数分裂的结果是形成精细胞，而不是精子。 3一个精原细胞(不考虑交叉互换)不论其内有几对同源染色体，产生的精子类型只有2种类型，而一个卵原细胞不论其内有几对同源染色体，产生的卵细胞只有一种类型。,典 例 导 析,(1)具有同源染色体的细胞有 (2)动物睾丸中可能同时出现以上细胞 (3)所示的细胞中有2个四分体 (4)进行有丝分裂的细胞为和 (5)中发生了同源染色体的分离 A(1)(2)(5) B(2)(4)(5) C(1)(3)(4) D(1)(2)(4),解析 图中细胞、具有同源染色体，而不具有同源染色体；细胞与中具有染色单体，而细胞与不具有染色单体。图为有丝分裂后期，图为减数第一次分裂中期，细胞中具有2个四分体；图为有丝分裂中期，由于同源染色体没有配对，故无四分体；图为减数第二次分裂后期，此时为染色单体分离，即每条染色体的着丝点分裂，两条姐妹染色单体随之分开，成为两条染色体，此时细胞中无同源染色体。本题易错点有：一是认为具有同源染色体就有四分体；二是将姐妹染色单体分开形成的染色体误认为是同源染色体。 答案 D,人的一个精原细胞在减数分裂中可形成23个四分体，则在减数第一次分裂中期的细胞中染色体数、染色单体数和DNA数分别是 ( ) A46、92、92 B46、0、46 C23、46、46 D92、92、92 答案 A 解析 在减数第一次分裂联会后逐渐出现四分体，1个四分体包含1对同源染色体，4条染色单体，4个DNA分子。那么，23个四分体就有23对同源染色体，46条染色体，92条染色单体，92个DNA分子。,1.配子中染色体组合的多样性 (1)减数第一次分裂的后期，非同源染色体自由组合，导致减数分裂产生的配子中染色体组合具有多样性。 1个含n对同源染色体的生物，经过减数分裂后，能形成2n种类型的配子。如人含23对同源染色体，那么人能形成精子或卵细胞的染色体组合类型为223种。,受精作用,要 点 归 纳,说明：当强调精原细胞或卵原细胞数为1个时，则要按以下实际情况来考虑：1个含n对同源染色体的精原细胞，经过减数分裂后，能形成4个精子，2种类型。1个含n对同源染色体的卵原细胞，经过减数分裂后，能形成1个卵细胞，1种类型。 (2)四分体中同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换，将导致减数分裂产生的配子种类更多。,2受精作用 (1)概念：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。 提示：卵细胞和精子依靠细胞膜外面的糖蛋白相互识别。 (2)过程：如图所示。,精子和卵细胞互相识别； 精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面； 卵细胞的细胞膜发生复杂的生理反应，阻止其他精子再进入； 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。,(3)受精卵的特点 受精卵的染色体数目恢复到体细胞中的数目，其中的染色体一半来自精子(父方)、另一半来自卵细胞(母方)。 受精卵中的核物质一半来自父方、一半来自母方，而细胞质几乎全部来自卵细胞。 (4)减数分裂与受精作用的意义 有利于生物在自然选择中的进化；对于维持各种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定及生物的遗传和变异，都是十分重要的。,1受精卵中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方的说法是错误的。 2减数分裂和受精作用过程可用下图表示：,(1)经减数分裂形成的生殖细胞(精子或卵细胞)的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。 (2)受精卵形成后，受精卵的染色体数目又恢复到体细胞中的数目。,典 例 导 析,解析 受精作用是精子和卵细胞结合成合子的过程，在此过程中精子只有头部进入卵细胞，尾部留在外面，精子的头部进入卵细胞以后，精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合在一起，形成受精卵的细胞核，所以合子中的染色体一半来自父方(精子)，一半来自母方(卵细胞)，使合子中的染色体恢复到体细胞的数目；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)，而合子中的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以合子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,A每个卵细胞含有初级卵母细胞全部的细胞质 B在形成卵细胞的过程中，非等位基因自由组合 C相融合的精子和卵细胞中染色体大小是一样的 D雌、雄配子彼此结合的机会相等，因为各种雌配子数量相等，各种雄配子数量相等 答案 D,解析 卵细胞是经过减数分裂形成的，在减数分裂的过程中，伴随着卵细胞的形成，同时产生了三个极体，所以卵细胞不可能含有初级卵母细胞的全部细胞质；在形成卵细胞的过程中，非同源染色体上的非等位基因自由组合；高等动物的精子中可能含有Y染色体，而卵细胞中不可能有Y染色体，所以相融合的精子和卵细胞中的染色体不一定大小一样；减数分裂遵循基因的分离定律和自由组合定律，产生的各种雌配子数量相等，各种雄配子数量也相等，所以各种雌、雄配子结合的机会均等。,1.目的要求： 通过对固定装片的观察、识别减数分裂不同阶段的染色体形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。 2材料用具： 蝗虫精母细胞减数分裂固定装片、显微镜。,实验 观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片,要 点 归 纳,3方法步骤： (1)在低倍镜下观察装片，识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞。初级精母细胞中染色体数为2n，每条染色体包含2条姐妹染色单体，次级精母细胞中染色体数为n，每条染色体包含2条姐妹染色单体，精细胞中染色体数为n，无单体。 (2)先在低倍镜下依次找到减数第一次分裂的中期、后期和减数第二次分裂的中期、后期的细胞，再在高倍镜下仔细观察染色体的形态和位置及数目。,还可以看到减数第一次分裂末期细胞，此时细胞中染色体数较体细胞减半，但每条染色体含2条单体。,典 例 导 析,解析 实验材料的选取是一个实验成功的关键之一，此实验之所以选蝗虫做实验材料，是因为蝗虫具有A项所述的优点，A项正确。进行有关蝗虫精母细胞减数分裂图像观察时，用的是固定装片，移动装片，可以观察到处于不同分裂时期的图像，但不是动态的而是静态的图像，因为在制作装片时已将细胞杀死，B项错误。减数分裂第一次分裂与减数第二次分裂的中期图像中，染色体数目不同并且减数第一次分裂中期的染色体排列于赤道板的两侧，而后者则是每条染色体的着丝点排列于赤道板上，C项正确。D项的观察结果是在正确操作下的计数，D项正确。 答案 B,答案 D 解析 只有性原细胞能发生减数分裂，因此可用蝗虫卵母细胞、蚕豆花粉母细胞的固定装片观察细胞的减数分裂；桃花的雄蕊比雌蕊多，故用雄蕊制成的装片更容易观察到减数分裂现象。减数分裂过程中有同源染色体联会现象。洋葱根尖细胞不能进行减数分裂，故无同源染色体的联会现象。,1.精子与卵细胞形成过程的比较,几种比较,2.减数第一次分裂与减数第二次分裂的比较 由表可见：减数分裂过程中，着丝点分裂1次、染色体减半1次、DNA减半2次。,3减数分裂与有丝分裂的比较,注意：(1)有丝分裂与减数第一次分裂的比较：都含有同源染色体，有丝分裂中的同源染色体无联会、四分体等特殊行为，所产生的子细胞内仍有同源染色体，减数第一次分裂中同源染色体发生联会、四分体等特殊行为，所产生的子细胞内没有同源染色体。 (2)有丝分裂与减数第二次分裂的比较：它们的染色体行为相似，只是减数第二次分裂中无同源染色体，而有丝分裂中有同源染色体，在染色体和DNA数目变化等方面也有所区别。,1.判断方法(三看识别法),减数分裂和有丝分裂图像的判断(以二倍体生物为例),2三个中期图像的判断 (1)染色体着丝点是否排列在细胞中央的赤道板上：有丝分裂中期(是)，减数第一次分裂中期(否)； (2)细胞中是否含有同源染色体；有丝分裂中期(有)，减数第二次分裂中期(无)。 举例：如图所示，A为有丝分裂中期，B为减数第二次分裂中期，C为减数第一次分裂中期。,3三个后期图像的判断 (1)染色体中是否含有染色单体：减数第一次分裂后期(有)，减数第二次分裂后期和有丝分裂后期(无)； (2)染色体中是否含有同源染色体：有丝分裂后期(有)，减数第一次分裂后期同一极(无)，减数第二次分裂后期(无)。 举例：如图所示，D为有丝分裂后期，E为减数第二次分裂后期，F为减数第一次分裂后期。,(1)取材：用_做实验材料。 (2)制片： 取少量组织低渗处理后，放在_中，一定时间后轻轻漂洗。 将漂洗后的组织放在载玻片上，滴加适量_。 一定时间后加盖玻片，_。 (3)观察：用显微镜观察时，发现几种不同特征的分裂中期细胞。若它们正常分裂，产生的子细胞是_。,标准答案 (1)(小鼠)睾丸 (2)解离固定液 醋酸洋红液 压片 (3)次级精母细胞、精细胞、精原细胞 方法警示 得分要点： (1)必须体现“睾丸” (2)必须是“醋酸洋红液”； 必须是“压片”。 (3)必须全面体现“次级精母细胞、精细胞、精原细胞”。,错因案例 (1)错答为“肾脏”或“肝脏”(错因：对产生生殖细胞的结构没有掌握)。 (2)错答为“龙胆紫溶液”(错因：供选材料中无龙胆紫溶液)；错答为“制片”。 (3)答案不完整，如只答出“次级精母细胞、精细胞”(错因：掌握不够全面对发生分裂的细胞类型不清楚)。,技法提炼 (1)实验成功的关键正确选用实验材料：本实验的目的是”观察小鼠细胞减数分裂”，这就要求我们把解题的目标对准能进行减数分裂的细胞，在提供的“实验材料”中应选取小鼠的”睾丸”。 (2)明确装片制作环节，把握减数分裂各时期特点： 临时装片制作应特别注意的几个关键环节： a为了更加清晰地观察染色体形态，在解离前，一般要对动物组织进行低渗处理，其目的是凭借反渗透作用使细胞膨胀染色体铺展，同时可使粘附于染色体的核仁物质散开，以便能在一个平面上观察所有染色体形态。,b低渗处理后再进行解离固定，将细胞杀死并去除细胞之间的粘连物，使细胞彼此分开，经压片，细胞会彼此分散开，解离后进行漂洗，去除解离液对染色效果的影响，染色体容易被醋酸洋红液或龙胆紫溶液染色，染色完成后进行制片并压片。 确定中期细胞的类型：睾丸内初级精母细胞进行减数分裂产生精细胞，精原细胞进行有丝分裂增加细胞数目。因此处于细胞分裂中期的细胞应该包括：减数第一次分裂中期、减数第二次分裂中期、有丝分裂中期，产生的子细胞分别是次级精母细胞、精细胞、精原细胞。,
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