高中生物第2章遗传信息传递的结构基础第4课时染色体在减数分裂中的行为(Ⅲ)教学案北师大版必修2

高中生物第2章遗传信息传递的结构基础第4课时染色体在减数分裂中的行为(Ⅲ)教学案北师大版必修2

第 4 课时 染色体在减数分 裂中的行为(Ⅲ) [目标导读] 1.理解有丝分裂和减数分裂的区别，归纳细胞分裂图像的辨析规律。2.概述受 精作用的过程和意义。3.阐明染色体在世代传递中的稳定性和连续性。 [重难点击] 细胞分裂图像的辨析规律。 一 细胞分裂图像的判定 减数分裂和有丝分裂有很多相似之处，也有各自的特点，我们要学会利用这些特点对细胞分 裂图像进行判定。 1．思维导图 2．细胞分裂图像的判定方法——“三看法” 归纳提炼 二倍体生物的细胞分裂图像判定集中于前期、中期和后期三个时期，对这三个时期的主要特 点归纳如下： (1)前期：染色体散乱排列在细胞中，无核被膜、核仁。 若无同源染色体，则为减数分裂Ⅱ前期(A1)；若有联会现象，为减数分裂Ⅰ前期(A2)；若有同 源染色体，但不联会，则为有丝分裂(A3)。 (2)中期：染色体排列在细胞中部。 若出现同源染色体的着丝粒排列在赤道板两侧，则为减数分裂Ⅰ中期(B1)；若染色体的着丝 粒排列在赤道板上，且含有同源染色体，则为有丝分裂中期(B2)；若无同源染色体，则为减 数分裂Ⅱ中期(B3)。 (3)后期：染色体移向两极，动物细胞膜开始内陷。 ①若含有染色单体，则为减数分裂Ⅰ后期，均等分裂的是初级精母细胞(C1)，不均等分裂的 是初级卵母细胞(C2)。 ②若不含染色单体，则观察移向一极的染色体中是否有同源染色体，若有同源染色体则是有 丝分裂后期(C3)；若无同源染色体则为减数分裂Ⅱ后期，均等分裂的是次级精母细胞或者第 一极体(C4)，不均等分裂的为次级卵母细胞(C5)。 活学活用 1．如图为某动物体内细胞分裂的一组图像，下列叙述正确的是( ) A．上述①、②、③细胞中染色体与 DNA 分子数目比例为 1∶2 B．细胞①、②、③、⑤产生的子细胞中均有同源染色体 C．表示有丝分裂的细胞及分裂的顺序是③→②→① D．④细胞分裂前，细胞中染色体与 DNA 分子数目比例为 1∶2 问题导析 (1)图中①为有丝分裂后期，②为减数分裂Ⅰ后期，③为有丝分裂中期，④为减数 分裂Ⅱ后期，⑤为有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期。 (2)图中①细胞中染色体与 DNA 分子数目之比为 1∶1。 (3)图中②产生的子细胞中无(有/无)同源染色体。 答案 D 解析 ①为有丝分裂后期，②为减数分裂Ⅰ后期，③为有丝分裂中期，故 C 项不正确；细胞 中染色体与 DNA 分子数目的比例为 1∶2 的图形中，应有染色单体，据图可知①中无染色单体， 只有②③符合，故 A 项不正确；④为减数分裂Ⅱ后期，此细胞分裂前，细胞中有染色单体， 染色体与 DNA 分子数目比例为 1∶2，故 D 项正确；有丝分裂是产生体细胞的分裂方式，分裂 过程中同源染色体没有分离，因此细胞①③产生的子细胞有同源染色体，②产生的子细胞无 同源染色体，而⑤图是分裂间期，看不出是有丝分裂间期还是减数分裂Ⅰ前的间期，故 B 项 不正确。 二 受精作用 在生物体的有性生殖过程中，精子和卵细胞通常要融合在一起，才能发育成新个体。阅读教 材 P16～P18 图文，思考下列问题： 1．受精的概念及高等动物的受精作用 (1)精子与卵细胞相互识别、融合成为受精卵的过程，称为受精作用。 (2)高等动物的受精作用 ①精子细胞膜和卵细胞膜通过识别作用相互接触。 ②精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。 ③卵细胞细胞膜的外面出现一层特殊的膜，以阻止其他精子再进入。 ④精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，彼此的染色体会合在一起。 ⑤结果：受精卵中的染色体数目恢复到体细胞中的数目，其中有一半的染色体来自精子(父 方)，另一半来自卵细胞(母方)。 (3)结合细胞膜的成分，讨论精子与卵细胞相互识别的物质基础是什么？精子与卵细胞融合过 程体现了生物膜的什么特性？ 答案 精卵细胞相互识别的物质基础是细胞膜表面的糖蛋白。相互融合体现了生物膜的流动 性。 小贴士 注意区分染色体和遗传物质的存在位置，染色体只存在于细胞核中，而遗传物质存 在于细胞核和细胞质中。故受精卵中的染色体来自父母双方的各占 1/2，但受精卵中的遗传 物质则来自父母双方的不均等，因为受精卵中的细胞质主要来自卵细胞。 2．被子植物的双受精作用 双受精是被子植物特有的受精方式。当成熟的花粉粒落到雌蕊的柱头上，花粉粒萌发，形成 花粉管，花粉管内有两个精子。花粉管穿过花柱，进入子房，一直到达胚珠，并从珠孔伸进 胚囊。随后，花粉管的顶端破裂，释放出两个精子，一个精子与卵细胞结合，形成受精卵(染 色体数为 2n)；另一个精子与两个极核结合，形成受精极核(染色体数为 3n)。这就是被子植 物特有的双受精现象。 3．受精作用的本质和优生措施 (1)受精作用的本质：精子与卵细胞的结合。 (2)受精作用与优生的关系 ①“试管婴儿”技术的成功为患有不孕症的夫妇带来了希望的曙光，但该技术涉及伦理和法 律问题，所以我国 2001 年 8 月 1 日颁布了《人类精子库管理办法》和《人类辅助生殖技术管 理办法》。 ②控制人口数量应采取必要的避孕方法，避孕的一种机理是阻止精子和卵细胞相遇。 ③促进和抑制家畜和作物受精作用的发生，以达到有计划繁殖的目的，比如农业上的人工授 粉。 归纳提炼 活学活用 2．下列有关受精作用的叙述，错误的是( ) A．受精卵中全部遗传物质来自父母双方的各占一半 B．受精时，精子和卵细胞双方的细胞核相互融合 C．受精卵中染色体数与本物种体细胞中染色体数相同 D．受精卵中的染色体来自父母双方的各占一半 答案 A 解析 因为遗传物质并不是全部存在于染色体上，在细胞质内的线粒体中也有少量的遗传物 质(DNA)，而受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以来自母方的遗传物质比父方多，故 A 项错误。 三 染色体在世代传递中的稳定性和连续性 阅读教材 P18 内容，根据坐标系中生物世代传递中染色体和 DNA 含量的变化曲线，标出各阶段 的名称，并思考后面的问题： 1．配子的染色体数目仅为体细胞的一半，即配子中只含有各对染色体中的一条染色体，因此 配子称为单倍体细胞。单倍体细胞用符号 n 表示。受精卵中具有成对的同源染色体，因此受 精卵称为二倍体细胞，用符号 2n 表示。 2．在减数分裂过程中，所有同源染色体都会集合在一起，且会各自独立地在细胞的中央排列， 随后每对染色体随机分离，即每对染色体的排列及随后的分离不会影响其他染色体的行为。 染色体独立分配的最后结果是染色体以不同的组合方式分配到各配子中。 3．单倍体的配子又通过受精作用恢复为二倍体的受精卵，在受精卵中的两条同源染色体一条 来自父方，一条来自母方。正是这样，生物才得以保持一定的染色体数目而一代一代繁衍下 去。 归纳提炼 减数分裂和受精作用过程中，核 DNA 和染色体数量变化图示 (1)AB、FG 代表减数分裂；(2)BC、GH 代表受精作用；(3)CD、DE、HI、IJ 代表有丝分裂。 活学活用 3．如图表示某生物几种细胞分裂过程中的染色体数目变化，下列有关说法中正确的是( ) A．ab 段细胞中一定不存在同源染色体 B．仅 bc 段细胞中没有同源染色体 C．e 产生的原因是染色体复制 D．fg 段细胞中染色体数∶DNA 分子数＝1∶1 问题导析 (1)图中 ae 代表减数分裂过程，e 代表受精作用，eh 代表有丝分裂过程。 (2)图中有同源染色体的分裂时期是 ab、eh。 (3)图中染色体数∶DNA 分子数＝1∶1 的分裂时期是 ce、fg。 答案 D 解析 题图中 a～e 为减数分裂，e 为受精作用，e～h 为有丝分裂。ab 段为分裂间期和减数 分裂Ⅰ，细胞中有同源染色体；b～e 段为减数分裂Ⅱ，细胞中没有同源染色体；e 产生的原 因是受精作用。 当堂检测 1.如图表示某动物的精原细胞，该细胞在减数分裂过程中发生了交叉互换。则由该细胞形成 的精子类型可能是( ) 答案 B 解析 经交叉互换的精原细胞会形成 4 种类型的精细胞，选项 A、C 中分别只有 1、0 条染色 体发生了交叉互换，不符合交叉互换的现象；选项 D 中只含有两种类型的配子。 2．在某哺乳动物(体细胞染色体数＝24)的睾丸中，细胞甲和细胞乙的染色体、染色单体、核 DNA 分子数依次是 24、48、48 和 12、24、24。下列关于细胞甲和细胞乙的分裂方式判断正确 的是( ) A．细胞甲、乙可能都在进行减数分裂 B．细胞甲、乙可能都在进行有丝分裂 C．细胞甲不可能进行减数分裂，细胞乙可能进行有丝分裂 D．细胞甲不可能进行有丝分裂，细胞乙可能进行减数分裂 答案 A 解析 该哺乳动物体细胞染色体数目为 24 条，细胞甲中染色体、染色单体、核 DNA 数量依次 为 24、48、48，可以推测细胞甲可能处于有丝分裂或减数分裂Ⅰ过程中；细胞乙中染色体、 染色单体、核 DNA 数量依次为 12、24、24，可以推测细胞乙处于减数分裂Ⅱ过程中。 3．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具有十分重要的 意义，原因是( ) A．减数分裂使配子中染色体数目减半，受精作用使受精卵中染色体数目恢复 B．后代具有更大的生活力和变异性 C．减数分裂过程中有染色体的交叉互换 D．受精作用进行时，精子只有头部进入卵细胞内 答案 A 解析 减数分裂使形成的生殖细胞中染色体数目减半，然后通过受精作用使染色体数目恢复 到体细胞中原有的染色体数目。 4．下图中甲是某高等生物在生殖发育过程中细胞内染色体数目变化曲线，乙是该生物一个细 胞的局部结构模式图。请分析回答下列问题： (1)该生物个体发育的起点是通过甲图中的[ ]______形成的，在个体发育过程中进行 [ ]________________过程。 (2)姐妹染色单体分离发生在[ ]__________________期和[ ]______________期。 (3)乙图细胞所处的分裂时期属于甲图中[ ](填数字)阶段；该生物细胞中染色体数最多有 ________条。 (4)乙图细胞的分裂方式与其他体细胞的分裂方式相比，其本质区别是________________，具 有这种细胞分裂方式进行生殖的生物，其后代有利于在自然选择中进化，体现其优越性。 答案 (1)B 受精作用 C 有丝分裂 (2)③ 减数分裂Ⅱ后 ⑥ 有丝分裂后 (3)② 16 (4)子细胞染色体数目减半 解析 解答本题的关键是读懂题干与题图，题干告之该生物是高等生物，图乙细胞结构有中 心体，因此该生物是高等动物。图甲中 A 表示减数分裂，B 表示受精作用，C 表示有丝分裂， ①发生同源染色体分离，属于减数分裂Ⅰ。②可代表减数分裂Ⅱ的前、中期。③代表减数分 裂Ⅱ后期，着丝粒分裂，染色体加倍。⑥代表有丝分裂后期，图乙表示减数分裂Ⅱ中期。把 图中的信息弄清楚后，再结合教材知识和图中信息就可解答本题。 课时作业 基础过关 知识点一 细胞分裂图像的判定 1．如图为正在进行分裂的某二倍体动物细胞，关于该图的叙述正确的是( ) A．该细胞处于有丝分裂后期 B．该图细胞中①⑤和③⑦各为一对同源染色体 C．该细胞产生的子细胞可能是极体也可能是精细胞 D．该细胞中有 8 条姐妹染色单体 答案 C 解析 由图看出，该细胞中没有同源染色体，着丝粒已经分裂且染色体移动到细胞两极，因 此该图表示减数分裂Ⅱ后期，A、B 项错误；图中着丝粒已分裂，因此姐妹染色单体数为 0，D 项错误；该细胞可能是次级精母细胞也可能是极体，因此它分裂产生的子细胞可能是精细胞 也可能是极体，C 项正确。 2．同一生物细胞分裂图解，在动物卵巢中见不到的是( ) 答案 C 解析 C 项所示的图解应为初级精母细胞减数分裂Ⅰ后期细胞，故在卵巢中见不到。A 为初级 卵母细胞减数分裂Ⅰ后期，B 为有丝分裂后期，D 可为第一极体减数分裂Ⅱ后期，故 A、B、D 均可在卵巢中见到。 3．对图中减数分裂过程某阶段的描述，正确的是( ) A．同源染色体移向两极 B．非姐妹染色单体交换结束 C．减数第二次分裂的中期 D．姐妹染色单体排列在赤道板上 答案 B 解析 图示正处于减数第一次分裂中期，已完成了非姐妹染色单体间的交叉互换，此时同源 染色体整齐地排列在赤道板上。 4．如图为精细胞形成过程中几个时期的细胞模式图，下列有关叙述不正确的是( ) A．精细胞形成过程的顺序为①→③→②→④ B．这些状态下的细胞不发生 ATP 水解 C．①图中有两对同源染色体，③图中有两个四分体 D．线粒体、核糖体等细胞器与该过程有密切关系 答案 B 解析 细胞分裂过程需要消耗能量，即发生 ATP 水解。①为精原细胞，②为次级精母细胞， ③为四分体时期，④为精细胞。分裂过程中需要合成大量的蛋白质，因此与线粒体、核糖体 有密切的关系。 知识点二 受精作用 5．家鸽是进行有性生殖的生物，它之所以能保持染色体数目的恒定，是因为在生殖过程中要 进行( ) A．减数分裂和受精作用 B．有丝分裂和受精作用 C．减数分裂和有丝分裂 D．染色体的复制和平均分配 答案 A 解析 家鸽有性生殖过程中通过减数分裂产生了染色体数目减半的雌雄生殖细胞。通过受精 作用，雌雄配子结合形成受精卵，染色体数目恢复恒定。 6．下列不属于减数分裂和受精作用意义的是( ) A．有利于生物的生存和进化 B．维持生物前后代体细胞中染色体数目的恒定 C．能够基本保持亲本的一切遗传性状 D．对于生物的遗传和变异具有十分重要的意义 答案 C 解析 减数分裂过程中由于交叉互换和非同源染色体的自由组合，配子中的遗传物质发生变 化，受精时雌雄配子随机结合，因此后代个体呈现多样性，不可能保持亲本的一切性状。 知识点三 染色体在世代传递中的稳定性和连续性 7．下列关于精子和卵细胞结合成受精卵过程的叙述，正确的是( ) ①受精卵中的遗传物质主要来自染色体 ②受精卵中的细胞质主要来自于卵细胞 ③受精时精子全部进入卵细胞中 ④若体细胞中染色体数目为 2N，精子和卵细胞的染色体会合在一起，数目将变成 4N ⑤受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方 A．①②⑤ B．③④⑤ C．①③④ D．②③④ 答案 A 解析 精子和卵细胞结合成的受精卵中遗传物质主要来自精子和卵细胞的染色体，且一半来 自父方，一半来自母方，细胞质主要来自卵细胞，即①②⑤正确，而③④所述错误。 8．如图为马的生活史，下列有关此图的叙述中，正确的是( ) A．有丝分裂发生在Ⅰ→Ⅱ，Ⅱ→Ⅲ B．染色体随机组合发生在Ⅲ→Ⅳ之间 C．减数分裂发生在Ⅰ→Ⅱ、Ⅱ→Ⅲ、Ⅳ→Ⅰ D．Ⅳ为新个体发育的起点 答案 D 解析 生物体成熟后，通过有丝分裂使精原细胞和卵原细胞增殖，精原细胞和卵原细胞通过 减数分裂分别产生精子和卵细胞，精卵结合形成受精卵，受精卵是高等生物个体发育的起点， 经有丝分裂和细胞分化形成完整的生物个体。染色体随机组合发生在减数分裂过程中，即 Ⅱ→Ⅲ，配子的结合不属于染色体的随机组合。 能力提升 9．下列有关人体细胞分裂过程的叙述中，正确的是( ) A．突变基因通过有丝分裂和减数分裂传递给后代的机会相等 B．减数第二次分裂细胞中 DNA 数目与有丝分裂中期相同 C．减数第一次分裂后期与减数第二次分裂后期细胞中都有两个染色体组 D．减数第二次分裂细胞中无同源染色体，染色体数有 23 条 答案 C 解析 一般情况下，突变基因不通过有丝分裂传递给后代，A 项错误；减数第二次分裂细胞 中 DNA 数目是有丝分裂中期的一半，B 项错误；减数第二次分裂后期染色体有 46 条，D 项错 误。 10．下图表示细胞分裂和受精作用过程中核 DNA 含量和染色体数目的变化，据图分析不正确 的是( ) A．a 阶段为有丝分裂、b 阶段为减数分裂 B．L→M 所示过程与细胞膜的流动性有关 C．GH 段和 OP 段，细胞中含有的染色体数是相等的 D．MN 段发生了核 DNA 含量的加倍 答案 C 解析 a 阶段为有丝分裂、b 阶段为减数分裂。L→M 所示过程表示受精作用，与细胞膜的流 动性有关。GH 段细胞中含有的染色体数是 OP 段的一半。MN 段包括间期、前期和中期，所以 发生了核 DNA 含量的加倍。 11．精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后，顶体膜与精子细胞膜融合，释放溶酶体 酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列叙述正确的是( ) A．顶体内储存的溶酶体酶是在精子的溶酶体中合成的 B．精子游向卵子所需的能量来自线粒体和胞质溶胶 C．顶体膜和精子细胞膜融合体现了生物膜的选择透过性 D．受精卵中的遗传物质一半来自父方另一半来自母方 答案 B 解析 顶体内储存的溶酶体酶的化学本质是蛋白质，是在精子的核糖体上合成的，A 错误； 精子游向卵子所需能量由细胞呼吸产生的 ATP 供给，而细胞呼吸的场所为胞质溶胶和线粒体， B 正确；顶体膜和精子细胞膜融合体现了生物膜的流动性，C 错误；受精卵的染色体一半来自 于父方，另一半来自母方，核基因父母方各占一半，但受精卵的细胞质几乎全部来自于母方， 质基因也几乎全部来自于母方，D 错误。 12．下图是雄果蝇细胞减数分裂图，下列说法正确的是( ) A．图Ⅰ表示的细胞中有 8 条染色体，在分裂期间可形成 8 个四分体 B．图Ⅱ表示的细胞中没有同源染色体 C．a、b、c、d 染色体的组成各不相同 D．图Ⅲ可能是 4 个精细胞，也可能是 1 个卵细胞和三个极体 答案 B 解析 由图可知，图Ⅰ细胞中有 8 条染色体，减数分裂过程中只能形成 4 个四分体；图中 a 与 b、c 与 d 分别含相同染色体组合；该图为雄果蝇细胞，故 a～d 均为精细胞，不是卵细胞 或极体。 13．下面的图 1 和图 2 分别表示某动物(2n＝4)体内细胞正常分裂过程中处于不同分裂时期的 细胞内的染色体、染色单体和核 DNA 含量的关系及细胞分裂图像，请分析回答下列问题： (1)图 1 中 a～c 表示染色单体的是________________，图 1 中所对应的细胞中存在同源染色 体的是________________。 (2)图 1 中Ⅱ的数量关系对应于图 2 中______________，由Ⅱ变为Ⅲ，相当于图 2 中 ______________________→________________的过程。 (3)图 2 中乙细胞产生的子细胞名称为____________。 (4)请在下图所示坐标系中绘出该动物体内细胞在进行减数分裂过程中，每条染色体上 DNA 分子含量的变化曲线。 答案 (1)b Ⅰ、Ⅱ (2)乙 乙 丙 (3)次级卵母细胞、极体 (4)如下图所示 解析 本题首先由题图 2 中的乙确定该动物是雌性动物。(1)判断染色单体的技巧是其数量可 以为 0，即可确定 b 柱表示染色单体。图 1 中的Ⅰ为卵原细胞、Ⅱ是初级卵母细胞，都含同 源染色体。(2)图 1 的Ⅱ中有 4 条染色体、8 条染色单体、8 个 DNA 分子，与图 2 中乙相对应。 由Ⅱ变为Ⅲ的过程中染色体数目减半，是因为初级卵母细胞(乙)中同源染色体分离形成次级 卵母细胞和极体(丙)。(3)由(2)知初级卵母细胞(乙)产生的子细胞为次级卵母细胞和极体。 个性拓展 14．如图是某种动物生活周期中染色体变化图，纵坐标表示染色体变化的数目(条)，横坐标 表示时间。请回答下列问题： (1)图中细胞分裂的次数为____________次，________________段表示有丝分裂过程。 (2)图中 BC 段染色体数目发生变化是由于__________分离，FG 段染色体数目发生变化是由于 __________分离，GH 过程中染色单体数目为__________条。 (3)KL 时产生的细胞是________，LM 表示__________作用，染色体数目加倍。 (4)MN 有________对同源染色体，OP 有______条染色单体，图中 U 时产生的细胞是________。 答案 (1)5 AE、MQ 和 QU (2)姐妹染色单体 同源染色体 20 (3)生殖细胞 受精 (4)10 0 体细胞 解析 (1)AE 段属于有丝分裂，EL 段属于减数分裂，LM 段属于受精作用，MU 段是连续两次有 丝分裂，总共发生了 5 次细胞分裂(减数分裂为连续两次分裂)。(2)BC 段染色体数目增加的 原因是着丝粒分裂，姐妹染色单体相互分离后变成两条子染色体。FG 段染色体数目减半的原 因是减数分裂Ⅰ后期同源染色体的分离。GH 段是减数分裂Ⅱ的前、中期，仍然具有染色单体， 染色单体数目与体细胞中染色体数目一致。(3)KL 段为减数分裂Ⅱ的末期，完成该分裂产生 的细胞是生殖细胞(配子)。LM 段染色体数目加倍，是受精作用的结果。(4)MN 段为有丝分裂 后期前的阶段，其中的同源染色体对数与体细胞中相同。OP 段为有丝分裂后期，由于着丝粒 的分裂，染色单体不再存在(变成了染色体)。U 是有丝分裂结束的时间，其产生的细胞为体 细胞。