2023-2024学年 人教版 必修二 观察蝗虫精母细胞减数分裂装片、配子中染色体组合的多样性以及受精作用 学案

第3课时观察蝗虫精母细胞减数分裂装片、配子中染色体组合的多样性以及受精作用课标内容(1)建立减数分裂中染色体的变化的模型，阐明减数分裂过程中染色体发生自由组合和互换的重要意义。(2)举例说明受精作用的过程。(3)阐明减数分裂和受精作用对生物遗传的重要意义。知识点1观察蝗虫精母细胞减数分裂装片1.实验原理蝗虫的精母细胞要经过两次细胞分裂形成精子。在此过程中，细胞中染色体的形态、位置和数目不断发生变化，可据此识别减数分裂的各时期。2.方法步骤实验材料的选择和结果分析(1)选材时，宜选用雄性(填“雄性”或“雌性”)个体的生殖器官作为实验材料，这是因为雄性个体产生的雄配子数量远远多于雌性个体产生的雌配子数量。(2)观察蝗虫精母细胞(正常体细胞染色体数为2n)的减数分裂装片时，能看到几种不同染色体数目的细胞分裂图像？提示：因为蝗虫的精原细胞既进行有丝分裂，又进行减数分裂，所以可以观察到染色体数目为n、2n、4n等不同的细胞分裂图像。(3)用桃花雄蕊观察减数分裂的过程，能观察到细胞分裂的连续过程吗？提示：不能，在制作减数分裂临时装片的过程中，细胞已经被杀死，固定在某个分裂时期，所以不能观察到连续的细胞分裂过程。知识点2配子中染色体组合的多样性1.配子多样性的原因(1)两个重要原因：(2)意义：导致了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，使同一双亲的后代必然呈现多样性。2.探究·实践——建立减数分裂中染色体变化的模型项目操作要点模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化物理模型(1)用两种颜色的橡皮泥制作染色体，每种颜色分别制作两条大小不同的染色体，每条染色体由两条染色单体组成；(注意：一种颜色的两条染色体分别与另一种颜色的两条染色体大小相同)(2)画出中心体和纺锤体；(3)模拟减数分裂Ⅰ的中期、后期、末期染色体行为的变化，注意要将同一种颜色、长度不同的染色体放在赤道板的一侧模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合至少制作2对染色体，在赤道板的每一侧放两条不同颜色的染色体，比较形成的子细胞与前一次模拟结果的差异模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换相同形状不同颜色的橡皮泥假设在四分体时期发生了一次同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换，用不同颜色的橡皮泥拼接表示非姐妹染色单体间发生了互换，比较形成的子细胞与前面模拟结果的差异知识点3受精作用(1)观察蝗虫精母细胞减数分裂装片时，可以看到某一细胞减数分裂的连续过程。(×)提示：制作装片时，细胞已经死亡，故不能观察到某一细胞减数分裂的连续过程。(2)建立的减数分裂中染色体变化的模型属于物理模型。(√)(3)减数分裂的四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换会增加配子的种类数。(√)(4)减数分裂Ⅱ后期非同源染色体的自由组合是产生配子多样性的原因之一。(×)提示：非同源染色体的自由组合发生在减数分裂Ⅰ后期。(5)一个卵细胞一般只能与一个精子结合，形成受精卵。(√)一、配子中染色体组合的多样性【情境探疑】减数分裂过程中，同源染色体会发生联会及分离，而非同源染色体可自由组合。下图中的A、a和B、b表示精原细胞中的两对同源染色体，请分析回答下列问题：(1)情况1最终产生的精子有几种类型？情况2最终产生的精子有几种类型？若将精原细胞换为卵原细胞，则两种情况下最终产生的卵细胞有几种类型？提示：情况1最终产生的精子有2种类型：AB、ab。情况2最终产生的精子有2种类型：Ab、aB。一个卵原细胞经减数分裂只能产生一个卵细胞，故两种情况下最终产生的卵细胞均各有一种。(2)据此推断，含有n对同源染色体的生物体可产生的配子类型为多少种？提示：2n种。(3)含有n对同源染色体的生物体可产生的配子类型要比上述结论多，可能的原因是什么？提示：可能发生了同源染色体的非姐妹染色单体间的互换。1.产生配子多样性的原因(1)减数分裂Ⅰ前期同源染色体非姐妹染色单体间发生互换。(2)减数分裂Ⅰ后期非同源染色体之间发生自由组合。2.含n对同源染色体的精(卵)原细胞形成的配子种类(不考虑同源染色体的非姐妹染色单体互换)。项目可能产生配子的种类实际产生配子的种类1个精原细胞2n种2种1个雄性个体2n种2n种1个卵原细胞2n种1种1个雌性个体2n种2n种注分析正常情况下产生配子种类时应特别注意是“一个个体”还是“一个精(卵)原细胞”。【典例应用】例1果蝇的体细胞中含有四对同源染色体(A与a、B与b、C与c、D与d)，在不发生互换的情况下，它的一个初级精母细胞在进行减数分裂后能形成几种类型的精子()A.2种 B.4种C.8种 D.16种答案A解析一个初级精母细胞无论含有多少对同源染色体，在不发生互换的情况下，经减数分裂都只能形成2种类型的精子。例2下图是某生物产生的多个精细胞，其中不同颜色的染色体表示来自不同的亲本，下列分析错误的是()A.①和②可能来自同一个初级精母细胞B.②和④可能来自同一个次级精母细胞C.③和⑤可能来自同一个初级精母细胞D.②和③可能来自同一个次级精母细胞答案D解析一般情况下，来自同一个初级精母细胞的两个精细胞，染色体组成可能相同，也可能不同(互补)，来自同一个次级精母细胞的两个精细胞，染色体组成相同，D错误。二、减数分裂与受精作用【情境探疑】下图是细胞减数分裂与受精作用过程中的核DNA含量变化曲线，请分析回答下列问题：(1)图中表示减数分裂过程的是哪一段？表示受精作用的是哪一段？提示：AB段表示减数分裂。CD段表示受精作用。(2)DE段的含义是什么？提示：受精卵的有丝分裂。(3)受精作用的实质是什么？提示：精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，使彼此染色体汇合在一起。1.受精作用的细胞学基础(1)细胞膜的信息交流功能——使同种生物的两性生殖细胞能够相互识别。(2)细胞膜的流动性——使两性生殖细胞融合为一个受精卵。2.受精卵细胞核中的遗传物质，一半来自精子，一半来自卵细胞；在受精作用进行时，只有精子的头部进入卵细胞，且卵细胞体积大，细胞质含量多，因此受精卵细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。【典例应用】例3(2023·黑龙江大庆高一期末)下列关于人体细胞分裂和受精作用的叙述，错误的是()A.21三体个体的形成可能与减数分裂形成配子时同源染色体分开异常有关B.每个卵细胞继承了初级卵母细胞核中1/4的遗传物质C.每个卵细胞继承了初级卵母细胞1/4的细胞质D.同一双亲的后代呈现多样性与精子和卵细胞结合的随机性有关答案C解析人体在减数分裂过程中，若一对21号同源染色体没有分离，就会产生含有2条21号染色体的异常配子，该异常配子与正常配子受精后的受精卵发育而来的个体就是21三体个体，A正确；卵细胞形成过程中，初级卵母细胞和次级卵母细胞均为不均等分裂，因此每个卵细胞所含的细胞质＞初级卵母细胞中细胞质的1/4，C错误。例4如图表示某种动物(体细胞中含20条染色体)的某些生理过程中细胞中相关物质含量的变化情况，请回答下列问题：(1)图中曲线表示的是________含量的变化情况，HI段表示________，该过程的发生与细胞膜的________性有关，JK段产生的原因是__________________________。(2)图中________段表示减数分裂，IM段表示________。答案(1)核DNA受精作用流动DNA复制(2)AG有丝分裂解析(1)分析图中曲线可知，该曲线表示的是核DNA含量的变化情况，HI段表示受精作用，受精作用与细胞膜的流动性有关，IM段表示有丝分裂，JK段产生的原因是DNA复制，导致核DNA数加倍。(2)图中AG段表示减数分裂，IM段表示有丝分裂。思维导图晨读必背1.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互换。2.受精卵中的核遗传物质一半来自父方，一半来自母方，但细胞质中的遗传物质几乎全部来自母方。3.减数分裂和受精作用保证了每种生物前后代染色体数目的恒定。随堂检测1.生物学家发现，进行有性生殖的生物其后代呈现出多样性，这种多样性有利于该生物在自然选择中进化，下列有关这种生殖方式导致的多样性形成的原因，不合理的是()A.减数分裂四分体时期的互换可导致配子的多样性B.受精时，卵细胞和精子结合的多样性C.减数分裂Ⅰ后期，非同源染色体组合的方式具有多样性D.不同生物体内受精或体外受精等场所的多样性答案D解析有性生殖后代多样性的形成原因与受精的场所无关，D符合题意。2.如图为某哺乳动物的某器官中处于不同分裂时期的细胞示意图，下列有关叙述错误的是()A.只有甲细胞中染色体数与核DNA分子数之比为1∶2B.丙细胞中同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合C.由乙细胞产生的子细胞可能是精原细胞D.该器官可作为观察减数分裂的材料答案B解析分析题图可知，甲细胞处于减数分裂Ⅰ后期，细胞质均等分裂，是初级精母细胞，故该哺乳动物为雄性，该器官为睾丸。只有甲细胞中存在染色单体，即只有甲细胞中染色体数与核DNA分子数之比为1∶2，A正确；丙细胞处于减数分裂Ⅱ后期，无同源染色体，B错误；乙细胞处于有丝分裂后期，其产生的子细胞可能是精原细胞，C正确；该器官是雄性哺乳动物的睾丸，可作为观察减数分裂的材料，D正确。3.下列有关观察减数分裂实验的叙述，错误的是()A.一般选用雄性个体的生殖器官作为实验材料B.可用蚕豆花粉母细胞减数分裂装片进行观察C.在能观察到减数分裂的装片中，可能观察到同源染色体联会现象D.用洋葱根尖制成装片，能观察到同源染色体联会现象答案D解析洋葱根尖细胞只能发生有丝分裂，有丝分裂过程中没有同源染色体联会现象发生，D错误。4.下列关于“观察蝗虫精母细胞减数分裂装片”实验的说法错误的是()A.仔细观察染色体的形态、位置和数目时需用高倍镜B.在处于减数分裂Ⅰ中期的细胞中能观察到赤道板结构C.视野中能观察到的同源染色体分开的细胞处于减数分裂Ⅰ后期D.视野中能观察到的同源染色体联会的细胞处于减数分裂Ⅰ时期答案B解析赤道板不是真实存在的结构，在显微镜下观察不到，B错误。5.（多选）如图表示某种动物(体细胞中含20条染色体)的某些生理过程中细胞内染色体数目的变化情况，下列相关叙述错误的是()A.AI段表示减数分裂，IM段表示有丝分裂B.BD段细胞内每条染色体上含有2个DNA分子C.AB、CD、IJ段均会发生DNA复制D.DE、HI、JK段染色体数目变化的原因相同答案ACD解析分析题图可知，AG段表示减数分裂，HI段表示受精作用，IM段表示有丝分裂，A错误；BD段包含了减数分裂Ⅰ末期、减数分裂Ⅱ前期和中期，故BD段细胞内每条染色体上含有2个DNA分子，B正确；AB段包含减数分裂前的间期，IJ段包含有丝分裂前的间期，均会发生DNA复制，CD段通常不含间期，也不发生DNA复制，C错误；DE段和JK段染色体数目变化的原因相同，都是由于着丝粒分裂，染色体数目加倍，HI段是由于受精作用，染色体数目加倍，D错误。课时精练(时间：30分钟)【基础对点】知识点1观察蝗虫精母细胞减数分裂装片1.(2023·四川宜宾高一期中)下列有关“观察蝗虫精母细胞减数分裂装片”的实验的叙述，错误的是()A.选取蝗虫作实验材料，是因为蝗虫染色体数目相对较少，染色体较大，易于观察B.实验过程中，我们可以观察到蝗虫的精母细胞进行减数分裂不同时期的动态过程C.用显微镜观察到蝗虫减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ中期染色体数目及排列在赤道板的方式均不同D.观察到某些细胞有染色体联会现象，这些细胞是雄性蝗虫的初级精母细胞答案B解析制作装片时，细胞已死亡，不能观察到减数分裂的动态过程，B错误；蝗虫减数分裂Ⅱ中期染色体数较减数分裂Ⅰ中期减半，且排列方式不太相同，减数分裂Ⅰ中期，同源染色体两两相互配对整齐地排布在赤道板两侧，而减数分裂Ⅱ中期，每一条染色体的着丝粒整齐地排布在赤道板上，C正确；染色体联会现象发生在减数分裂Ⅰ，此时的细胞应为初级精母细胞，D正确。2.(2023·江苏新沂市东华高级中学高一期中)如图为水稻(2n＝24)减数分裂过程中不同时期的细胞图像，下列有关叙述正确的是()A.选取不同发育程度的幼嫩花药制片，利于观察到不同时期的图像B.图①②细胞中含有同源染色体，都具有12个四分体C.图③所示细胞发生姐妹染色单体分离D.图④的每个细胞中染色体和核DNA数目均为图①细胞的一半答案A解析图①细胞表示减数分裂Ⅰ中期，图②细胞表示减数分裂Ⅰ后期，图①②细胞中含有同源染色体，但图②细胞没有四分体存在，B错误；图③细胞处于减数分裂Ⅱ中期，它的下一个时期发生姐妹染色单体分离，C错误；图④细胞表示减数分裂Ⅱ后期，每个细胞中染色体数目和图①细胞相同，核DNA数目为图①细胞的一半，D错误。知识点2配子中染色体组合的多样性与受精作用3.如图1表示某动物精原细胞中的一对同源染色体。在减数分裂过程中，该对同源染色体发生了互换，结果形成了图2中①～④所示的四个精细胞。这四个精细胞中，来自同一个次级精母细胞的是()A.①与② B.①与③C.②与④ D.②与③答案D解析该精原细胞中的一对同源染色体在减数分裂前的间期完成复制后，每条染色体含有两条姐妹染色单体，该精原细胞成为初级精母细胞；在减数分裂Ⅰ前期，初级精母细胞中的该对同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换后，白色的染色体中的一条染色单体由大部分白色和小部分黑色组成，黑色的染色体中的一条染色单体由大部分黑色和小部分白色组成；在减数分裂Ⅰ后期，同源染色体分离，分别移向细胞两极，导致所形成的两个次级精母细胞各含有该对同源染色体中的一条染色体；在减数分裂Ⅱ后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条子染色体，分别移向细胞两极，进而形成四个精细胞。可见，在这四个精细胞中，①与④来自同一个次级精母细胞，②与③来自同一个次级精母细胞，D符合题意。4.下列有关受精作用的叙述，错误的是()A.受精卵中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方B.受精前的卵细胞代谢缓慢，受精过程使卵细胞变得十分活跃C.受精作用是卵细胞与精子相互识别、融合成为受精卵的过程D.受精作用对于生物的遗传和变异十分重要答案A解析受精卵细胞核中的遗传物质一半来自父方、一半来自母方，细胞质中的遗传物质大部分来自母方，A错误；受精前的卵细胞代谢缓慢，受精过程使卵细胞变得十分活跃，B正确；受精作用是卵细胞与精子相互识别、融合成为受精卵的过程，C正确；受精作用对于生物的遗传和变异十分重要，D正确。5.下列有关减数分裂和受精作用的叙述，正确的是()A.含有10对染色体的卵原细胞经减数分裂产生的卵细胞中有5条染色体B.减数分裂和受精作用使亲子代的体细胞中染色体数目保持恒定C.减数分裂过程中，着丝粒分裂伴随着同源染色体的分离D.男性体内的一个精原细胞经减数分裂产生的精子的染色体组成有223种答案B解析含有10对染色体的卵原细胞经减数分裂产生的卵细胞中有10条染色体，A错误；减数分裂和受精作用保证了每种生物前后代染色体数目的恒定，维持了生物遗传的稳定性，B正确；减数分裂过程中，着丝粒分裂伴随着姐妹染色单体的分开，发生于减数分裂Ⅱ后期，同源染色体的分离发生于减数分裂Ⅰ后期，C错误；一个精原细胞经减数分裂产生4个精子，其染色体组成一般有2种，D错误。【综合提升】6.（多选）正常人的体细胞中有23对染色体，有一种叫“21三体综合征”的遗传病，患者的智力低于常人，身体发育缓慢，并且表现出特殊的面容。对患者进行染色体检查，可以看到患者比正常人多了一条21号染色体。下列有关叙述正确的是()A.21三体综合征患者处于有丝分裂后期的细胞中有94条染色体B.若21三体综合征患者能通过减数分裂产生配子，则其产生的配子染色体数目均异常C.患病原因可能是精子形成过程中，减数分裂Ⅰ时21号同源染色体未分离D.患病原因可能是卵细胞形成过程中，减数分裂Ⅱ时21号染色体的姐妹染色单体分开后形成的染色体未分离答案ACD解析21三体综合征患者的体细胞中21号染色体多了一条，即体细胞中含有47条染色体，则其处于有丝分裂后期的细胞中有94条染色体，A正确；若21三体综合征患者能通过减数分裂产生配子，则其产生的部分配子染色体数目可能是正常的，B错误；患病原因可能是精子或卵细胞形成过程中，减数分裂Ⅰ时21号同源染色体未分离，也可能是减数分裂Ⅱ时21号染色体的姐妹染色单体分开后形成的染色体未分离，C、D正确。7.某学习小组进行了如下的实验操作，并在此基础上尝试建立减数分裂中染色体变化的模型。请回答下列问题：①用橡皮泥做4条黄色的染色单体(2条长3cm，2条长6cm，均代表来自父方)和4条红色的染色单体(2条长3cm，2条长6cm，均代表来自母方)；②用两种颜色的小块橡皮泥代表着丝粒；③在两张纸上分别画出有中心体和纺锤体的初级精母细胞和次级精母细胞轮廓。(1)首先，分别将颜色、长度相同的两条染色单体中部用两种颜色的小块橡皮泥粘起来，该过程可代表_______