2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题4-3 减数分裂和受精作用

2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题4-3 减数分裂和受精作用

‎2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题4-3 减数分裂和受精作用 ‎【考情分析】‎ ‎1.细胞的减数分裂(Ⅱ)。‎ ‎2.动物配子的形成过程(Ⅱ)。‎ ‎3.动物的受精过程(Ⅱ)。‎ ‎4.实验：观察细胞的减数分裂。‎ ‎【重点知识梳理】‎ 知识点一 减数分裂和受精作用的基本过程 ‎1．减数分裂的概念 ‎(1)同源染色体和非同源染色体 ‎①同源染色体是指减数分裂中配对的两条染色体，形态、大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方。如图中的1和2为一对同源染色体，3和4是另一对同源染色体。‎ ‎②非同源染色体是指形态、大小各不相同，且在减数分裂过程中不配对的染色体。如图中的1和3、1和4、2和3、2和4分别是非同源染色体。‎ ‎(2)姐妹染色单体和非姐妹染色单体 ‎①姐妹染色单体：同一着丝点连着的两条染色单体。如上图中的a和a′、b和b′、c和c′、d和d′。‎ ‎②非姐妹染色单体：不同着丝点连接着的两条染色单体。如上图中的a和b(b′)、a′和b(b′)等。‎ ‎(3)联会和四分体 ‎①联会是指减数第一次分裂过程中(前期)同源染色体两两配对的现象。该时期已完成复制，染色单体已形成，但螺旋程度低，观察不到。‎ ‎②四分体：联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫作四分体。图中含有两个四分体，即四分体的个数等于减数分裂中配对的同源染色体对数。‎ ‎③一个四分体含有1对同源染色体，含有2条染色体，含有4条染色单体，含有4个DNA分子，含有 ‎8条脱氧核苷酸链。‎ ‎2．精子和卵细胞形成过程的异同点(以哺乳动物为例)‎ 比较项目 精子的形成 卵细胞的形成 场所 睾丸 卵巢 时间 初情期 胚胎期开始，初情期完成 细胞质分裂 均等分裂 卵母细胞不均等分裂；第一极体均等分裂 是否变形 变形 不变形 结果 ‎1个精原细胞→4个精细胞→变形成为4个精子(成熟配子)‎ ‎1个卵原细胞→1个较大的卵细胞(成熟配子)和3个较小的极体(退化消失，不能受精)‎ 相同点 染色体的变化行为相同 ‎3.配子中染色体组合多样性的原因 ‎ ‎(1)同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合。‎ ‎(2)同源染色体上非姐妹染色单体之间发生交叉互换。‎ ‎4.受精作用 ‎(1)概念：卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。如下图所示：‎ ‎(2)实质：精子的细胞核与卵细胞的细胞核相互融合，使彼此的染色体会合在一起。‎ ‎(3)结果：受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目。‎ ‎【误区警示】‎ ‎ (1)精子头部只有一个细胞核，几乎不含细胞质，线粒体聚集在尾部的基部，受精时只有头部进入卵细胞，而尾部留在外面。‎ ‎(2)受精卵中的染色体：1/2来自父方，1/2来自母方。‎ ‎(3)由于受精卵中的线粒体来自母方的卵细胞，而线粒体中含有少量DNA，所以受精卵中的DNA(即遗传物质)一半以上来自母方。‎ ‎(4)精子头部的细胞膜与卵细胞膜发生融合，这体现了细胞膜的结构特点“流动性”。‎ ‎5．意义 ‎①减数分裂形成的配子，染色体组成具有多样性，导致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，同一双亲的后代必然呈现多样性，从而有利于生物在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。‎ ‎②减数分裂和受精作用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，都是十分重要的。‎ 知识点二 减数分裂中遗传物质的变化和配子的多样性 ‎1．减数分裂过程中的相关曲线图与柱形图(以精子形成为例)‎ ‎(1)甲为精原细胞；乙为初级精母细胞；丙、丁为次级精母细胞；戊为精细胞。‎ ‎(2)染色体数目变化及原因 ‎①减数第一次分裂末期，同源染色体分开平均进入两个子细胞，染色体数目减半。‎ ‎②减数第二次分裂后期，着丝点分裂，染色体数目加倍到体细胞水平。‎ ‎③减数第二次分裂末期，细胞一分为二，染色体数目减半。‎ ‎(3)核DNA数目变化及原因 ‎①减数第一次分裂前的间期，DNA复制，核DNA数目加倍。‎ ‎②减数第一次分裂末期，细胞一分为二，核DNA数目减半。‎ ‎③减数第二次分裂末期，细胞一分为二，核DNA数目再减半。‎ ‎(4)染色单体数目变化及原因 ‎①减数第一次分裂前的间期，DNA复制，染色单体形成。‎ ‎②减数第一次分裂末期，细胞一分为二，染色单体数目减半。‎ ‎③减数第二次分裂后期，着丝点分裂，染色单体消失。‎ ‎2．具有n对同源染色体的个体产生配子情况(不考虑基因突变和交叉互换)‎ 项目 可能产生配子的种类 实际能产生配子的种类 ‎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 知识点三 观察细胞的减数分裂 ‎1．实验原理 蝗虫的精母细胞进行减数分裂形成精细胞，再形成精子。此过程要经过两次连续的细胞分裂。在此过程中，细胞中的染色体形态、位置和数目都在不断地发生变化，因而可据此识别减数分裂的各个时期。‎ ‎2．实验步骤 ‎(1)装片制作(与有丝分裂装片制作过程相同)‎ 解离→漂洗→染色→制片。‎ ‎(2)显微观察 ‎3．实验材料选择 宜选用雄性个体生殖器官如植物的花药、动物的精巢作为观察减数分裂实验的材料，原因如下：‎ ‎(1)雄性个体产生精子的数量多于雌性个体产生卵细胞的数量。‎ ‎(2)在动物卵巢内的减数分裂没有进行彻底，有的排卵时排出的仅仅是次级卵母细胞，只有和精子相遇后，在精子的刺激下，才能继续完成减数第二次分裂。‎ ‎4．观察过程中需注意的两个问题 ‎(1)不只观察到一种分裂方式：动物的精巢、卵巢以及植物的花药中的细胞既进行有丝分裂又进行减数 分裂，故观察到的图像应存在有丝分裂、减数分裂两种分裂方式，其染色体数目有三种情況：n、2n、4n(假设亲代为二倍体)。原始的精原细胞(或卵原细胞)的增殖是通过有丝分裂进行的。‎ ‎(2)不能观察到一个细胞减数分裂的全过程：如同观察有丝分裂一样，由于细胞在解离过程中被杀死，无法观察细胞中染色体的动态变化过程——欲看到全部过程，需通过移动装片，从不同的视野中寻找。‎ ‎【典型题分析】‎ 高频考点一 减数分裂的过程及其特点 ‎【例1】（2020·天津卷）一个基因型为DdTt的精原细胞产生了四个精细胞，其基因与染色体的位置关系见下图。导致该结果最可能的原因是（ ）‎ ‎ ‎ A. 基因突变 B. 同源染色体非姐妹染色单体交叉互换 C. 染色体变异 D. 非同源染色体自由组合 ‎【答案】B ‎【解析】从图中看出一个DdTt的精原细胞产生了DT，Dt，dT和dt四种精子，而正常的减数分裂只能产生四个两种类型的精子，所以最可能的原因是这个精原细胞在减数第一次分裂前期，同源染色体非姐妹染色体单体之间发生了交叉互换，产生四种精子。故选B。‎ ‎【变式探究】 （2020·江苏卷）有研究者采用荧光染色法制片，在显微镜下观察拟南芥（2n=10）花药减数分裂细胞中染色体形态、位置和数目，以下为镜检时拍摄的4幅图片。下列叙述正确的是（ ）‎ A. 图甲、丙中细胞处于减数第一次分裂时期 B. 图甲细胞中同源染色体已彼此分离 C. 图乙细胞中5个四分体排列在赤道板附近 D. 图中细胞按照减数分裂时期排列的先后顺序为甲→乙→丙→丁 ‎【答案】CD ‎【解析】分析题图可知，由于拟南芥的染色体数为2n=10，故知其细胞内含有5对同源染色体，则甲表示同源染色体正在联会，处于减数第一次分裂前期；乙中四分体排列在赤道板附近，处于减数第一次分裂中期；丙图中染色体移向细胞两极，且每一极均有5条染色体，处于减数第二次分裂后期；丁图形成了四部分，且每部分含有5条染色体，说明形成了4个配子。由分析可知，图丙处于减数第二次分裂时期，A错误；图甲细胞中染色体正在联会，B错误；图乙细胞中5个四分体排列在赤道板附近，C正确；由分析可知，图中细胞的分裂顺序为甲→乙→丙→丁，D正确。故选CD。‎ ‎【变式探究】 (2017·全国卷Ⅱ)已知某种细胞有4条染色体，且两对等位基因分别位于两对同源染色体上。某同学用示意图表示这种细胞在正常减数分裂过程中可能产生的细胞。其中表示错误的是(　　)‎ A　　 　B　　　　　　C　　　　　 　D ‎【答案】D ‎【解析】图A、B所示细胞中没有同源染色体，每个染色体上有染色单体，可表示次级精母细胞或次级卵母细胞或第一极体，两个图示的差异反映出减数第一次分裂后期同源染色体分开的同时非同源染色体的自由组合，A、B两项正确，不符合题意；图C、D所示细胞中没有染色单体，此时细胞中应该没有同源染色体和等位基因，C项正确，不符合题意，D项错误，符合题意。‎ 高频考点二 受精作用 ‎【例2】 (2020·山东师大附中模拟)在减数分裂和受精作用中，下列表述错误的是(　　)‎ A．观察减数分裂各时期的特点应选择蚕豆的雄蕊和蝗虫的精巢 B．受精作用的实质是精子的细胞核和卵子的细胞核相互融合 C．受精卵的遗传物质一半来自父方 D．减数分裂和受精作用对于维持生物前后代体细胞中染色体数目的恒定具有重要意义 ‎【答案】C ‎【解析】雄性个体产生精子的数量远多于雌性个体产生卵细胞的数量，且动物卵巢内的减数分裂没有进行彻底，排卵时排出的仅仅是次级卵母细胞，故观察减数分裂时常选择植物的雄蕊和动物的精巢，A项正确；受精作用的实质是精子的细胞核和卵子的细胞核相互融合，B项正确；受精卵的细胞核遗传物质一 半来自父方，一半来自母方，而细胞质遗传物质几乎都来自母方，C项错误；减数分裂和受精作用对于维持生物前后代体细胞中染色体数目的恒定具有重要意义，D项正确。‎ ‎【变式探究】 (2020·河北衡水中学调研)下面是对高等动物通过减数分裂形成的雌、雄配子以及受精作用的描述，其中正确的是(　　)‎ A．每个卵细胞继承了初级卵母细胞1/4的细胞质 B．进入卵细胞并与之融合的精子几乎不携带细胞质 C．等位基因进入卵细胞的机会并不相等，因为一次减数分裂只形成一个卵细胞 D．雌、雄配子彼此结合的机会相等，因为它们的数量相等 ‎【答案】B ‎【解析】1个卵原细胞经过减Ⅰ分裂、减Ⅱ分裂产生1个卵细胞和3个极体过程中，初级卵母细胞的分裂、次级卵母细胞的分裂过程中细胞质分裂是不均等的，A项错误；精细胞产生后变形为精子，受精时精子只有头部进入卵细胞，尾部留在外面，进入卵细胞并与之融合的精子几乎不携带细胞质，B项正确；等位基因进入卵细胞的机会相等，C项错误；雄配子的数量远远多于雌配子的数量，D项错误。‎ 高频考点三 有丝分裂与减数分裂 ‎【例3】（2019·江苏卷）下图为初级精母细胞减数分裂时的一对同源染色体示意图，图中1~8表示基因。不考虑突变的情况下，下列叙述正确的是 ‎ A．1与2、3、4互为等位基因，与6、7、8互为非等位基因 B．同一个体的精原细胞有丝分裂前期也应含有基因1~8‎ C．1与3都在减数第一次分裂分离，1与2都在减数第二次分裂分离 D．1分别与6、7、8组合都能形成重组型的配子 ‎【答案】B ‎【解析】由图可知，图中含有2条同源染色体，1与2、5与6、3与4、7与8相互之间为相同基因，1与3或4可能是等位基因，5与7或8可能是等位基因。1与2是相同基因，1与3或4是等位基因，1与6、7、8互为非等位基因，A错误；精原细胞有丝分裂前期与其进行减数分裂时形成的初级精母细胞含有的染色体的数目和基因种类、数目均相同，故均含有基因1~8，B正确；若不考虑交叉互换，1与3会在减数第一次分裂的后期随同源染色体的分离而分离，1与2‎ 会在减数第二次分裂的后期随姐妹染色单体的分离而分离，若考虑交叉互换，则1与2可能会在减数第一次分裂的后期分离，1与3可能在减数第二次分裂的后期分离，C错误；5与6是相同的基因，1与6不属于重组配子，D错误。故选B。‎ ‎【举一反三】 (2018·高考全国卷Ⅲ)关于某二倍体哺乳动物细胞有丝分裂和减数分裂的叙述，错误的是(　　)‎ A．有丝分裂后期与减数第二次分裂后期都发生染色单体分离 B．有丝分裂中期和减数第一次分裂中期都发生同源染色体联会 C．一次有丝分裂与一次减数分裂过程中染色体的复制次数相同 D．有丝分裂中期和减数第二次分裂中期染色体都排列在赤道板上 ‎【答案】B ‎【解析】染色单体分离发生在有丝分裂后期和减数第二次分裂后期，A正确；同源染色体联会发生在减数第一次分裂的前期，B错误；无论是有丝分裂还是减数分裂，染色体仅复制一次，C正确；有丝分裂中期和减数第二次分裂中期染色体的着丝点都整齐排列在赤道板上，D正确。‎ ‎【变式探究】(2017·全国卷Ⅱ)已知某种细胞有4条染色体，且两对等位基因分别位于两对同源染色体上。某同学用示意图表示这种细胞在正常减数分裂过程中可能产生的细胞。其中表示错误的是(　　)‎ ‎ ‎ ‎【答案】D ‎【解析】图A、B所示细胞中没有同源染色体，每个染色体上有染色单体，可表示次级精母细胞或次级卵母细胞或第一极体，两个图示的差异反映出减数第一次分裂后期同源染色体分开的同时非同源染色体的自由组合，A、B正确，不符合题意；图C、D所示细胞中没有染色单体，此时细胞中应该没有同源染色体和等位基因，C正确，不符合题意，D错误，符合题意。‎ 高频考点四 根据变化曲线判断有丝分裂与减数分裂 ‎【例4】(2020·湖南长沙调研) 图为细胞有丝分裂、减数分裂和受精作用过程中核DNA含量的变化示意图，下列叙述正确的是(　　)‎ A．由H→I，DNA的含量增加一倍，是复制的结果 B．图中受精作用过程是HJ C．由R→P，DNA的含量减少一半是染色体进入两个子细胞的结果 D．CD和NR段染色体数相同 ‎【答案】C ‎【解析】AH段核DNA含量先加倍，后两次减半且最终含量是正常体细胞的一半，为减数分裂过程；IP段DNA含量先加倍，后减半(一次)，且最终含量与正常体细胞相同，表示有丝分裂；由于受精作用，HI段中核DNA含量增加一倍，A、B两项错误；R→P段中核DNA含量减少一半，是着丝点分裂，姐妹染色单体分开，形成的子染色体分别进入两个子细胞中去的结果，C项正确；CD段包含减Ⅰ前期、中期和后期，细胞中染色体数与体细胞中染色体数相等；NR段可表示有丝分裂后期，细胞中染色体数是体细胞中染色体数的2倍，D项错误。‎ ‎【方法技巧】根据图形判断有丝分裂与减数分裂的技巧 ‎1．首先区分核DNA的变化曲线和染色体的变化曲线：看“斜线”，曲线中存在斜线的为核DNA变化曲线，不存在斜线的为染色体变化曲线。‎ ‎2．看“染色体峰值”。染色体数目最大为4N的是有丝分裂；染色体数目最大为2N的是减数分裂。‎ ‎3．看“DNA复制和分裂次数”。斜线代表DNA复制，竖直下降代表细胞分裂完成，因此斜线出现1次，而竖直下降2次的为减数分裂；斜线出现1次，而竖直下降1次的为有丝分裂。‎ ‎4．看“结果”。分裂完成后，染色体或核DNA的数量与分裂前相等则为有丝分裂；若减半则为减数分裂。 ‎ ‎【变式探究】(2020·河北承德模拟)如图表示人体内的细胞在分裂过程中每条染色体的DNA含量变化曲线，下列有关的叙述中，正确的是(　　)‎ A．该图若为减数分裂，则基因的分离和自由组合都发生在cd段某个时期 B．该图若为减数分裂，则cd时期的细胞都含有23对同源染色体 C．该图若为有丝分裂，则赤道板和纺锤体都出现在bc时期 D．该图若为有丝分裂，则ef时期的细胞中染色体数目均相同 ‎【答案】A ‎【解析】若图为减数分裂，cd段代表减Ⅰ时期和减Ⅱ前期、中期，基因的分离和自由组合发生在减Ⅰ时期，A项正确；正常情况下，减Ⅰ后期同源染色体分离，减Ⅱ时期细胞不含有同源染色体，B项错误；若图为有丝分裂，bc段为间期DNA复制时期，纺锤体出现在前期，赤道板为虚拟的平面，不是真实存在的结构，C项错误；若图为有丝分裂，ef段为后期、末期，后期着丝点分裂，染色体数目暂时加倍，末期染色体数目减半，D项错误。‎ 高频考点五 观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片(实验)‎ ‎【例5】(2020·福建福州三中模拟)某动物是二倍体生物，体细胞中含有8条染色体。对其精巢切片进行显微观察，根据细胞中观察到的染色体数量进行分类统计，结果如下表所示。下列叙述正确的是(　　)‎ 甲组 乙组 丙组 染色体数/条 ‎16‎ ‎8‎ ‎4‎ 所占比例/%‎ ‎14‎ ‎60‎ ‎26‎ A.甲组细胞中含有两个染色体组 B．观察到含有四分体的细胞应统计在乙组中 C．乙组细胞占的比例大，都为处于分裂间期的细胞 D．丙组细胞的染色体都不含姐妹染色单体 ‎【答案】B ‎【解析】甲组细胞处于有丝分裂后期，应含有4个染色体组，A项错误；四分体是减数第一次分裂过程中同源染色体两两配对后出现的，因此观察到含有四分体的细胞应统计在乙组中，B项正确；乙组占的比例大，包括处于分裂间期、有丝分裂前期、中期和末期、减数第一次分裂、减数第二次分裂后期的细胞，C项错误；丙组细胞处于减数第二次分裂前期和中期，因此含有姐妹染色单体，D项错误。‎ ‎【变式探究】(2020·山东威海模拟)下列关于观察减数分裂实验的叙述中，错误的是(　　)‎ A．可用蝗虫精母细胞减数分裂固定装片观察减数分裂过程 B．用桃花的雄蕊比用桃花的雌蕊制成的装片容易观察到减数分裂现象 C．能观察到减数分裂现象的装片中，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】蝗虫的精母细胞能进行减数分裂，可用来作为观察减数分裂的材料；观察减数分裂时选择植物雄蕊较雌蕊易观察到减数分裂现象；联会现象发生在减数分裂过程中，因此能观察到减数分裂现象的装片中，可能观察到同源染色体联会现象；洋葱根尖细胞进行的是有丝分裂，不能观察到同源染色体联会现象。‎ ‎【举一反三】(2020·北京市海淀区模拟)某种植物细胞分裂过程中几个特定时期的显微照片如下，其中甲、乙为减数分裂(一个为减数第一次分裂，一个为减数第二次分裂), 丙为有丝分裂。相关叙述错误的是(　　)‎ 甲　　　　　乙　　　　　　丙 A．图甲中， 细胞的同源染色体之间可发生基因重组 B．图乙中，细胞的同源染色体分离，染色体数目减半 C．图丙中箭头所指的染色体行为有利于遗传物质的平均分配 D．得到上述图像均需要经解离、漂洗、染色和制片等相关步骤 ‎【答案】B　‎ ‎【解析】根据细胞中的染色体行为变化，图甲处于 减数第一次分裂前期；图乙中不含同源染色体，细胞处于减数第二次分裂后期；图丙为有丝分裂，箭头指的细胞处于有丝分裂中期。图乙中，细胞不含同源染色体，着丝点分裂，染色体数目暂时加倍，所以染色体数目没有减半，B错误。‎ ‎【举一反三】(2020·云南昆明质检)某科研小组对蝗虫精巢切片进行显微观察，测定不同细胞中的染色体数目和核DNA数目，结果如图。下列分析正确的是(　　)‎ A．细胞c和细胞g都可能发生了染色单体分离 B．细胞d、e、f中都可能发生同源染色体联会 C．细胞g和细胞b中都含有同源染色体 D．细胞a可能是精细胞或卵细胞 ‎【答案】A　‎ ‎【解析】据图分析可知，细胞c可能处于减数第二次分裂的后期，细胞g是处于有丝分裂后期的细胞，两个时期都发生了染色单体分离，A正确。同源染色体的联会发生在减数第一次分裂的前期，细胞d、e处在间期DNA复制的时期，B错误。细胞b处在减数第二次分裂的前期或中期，细胞中没有同源染色体，C错误。本题用的是蝗虫的精巢，因此细胞a不可能是卵细胞，D错误。‎