2.1.1 精子的形成过程（第1课时）-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修二

第1课时 精子的形成过程 目标素养 1．阐明减数分裂产生染色体数量减半的精细胞。 2．熟练掌握精子形成过程中染色体行为的变化。 3．能利用曲线图、柱形图等数学模型表示减数分裂过程中染色体和DNA的数量变化规律。 重点难点 重点 1．精子的形成过程中染色体行为的变化。 2．染色体、染色单体、同源染色体、姐妹染色单体、联会、四分体的概念。 3．减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA数量的变化模型。 难点 1．减数分裂I和减数分裂II中染色体行为的变化。 2．构建减数分裂中染色体、染色单体、DNA数量的变化模型。 教学准备 1．制作课件。 2．准备几套染色体磁性展板，用于课上演示。 学生准备 1．复习有丝分裂过程。 2．绘制染色体和染色单体的模式图。 3．预习新课内容，初步了解通过减数分裂形成精子的过程。 导入新课 导入一：情境导入 在腐烂的水果周围常可看到飞舞的果蝇。果蝇的生长周期短，繁殖快，染色体少且容易观察，是遗传学上常用的实验材料。如图是黑腹果蝇雌雄个体的体细胞和配子的染色体示意图。 体细胞 配子 教师提问：配子的染色体与体细胞的染色体有什么差别？ 学生 观察图片，回答问题。 提示：（1）配子中的染色体数目是体细胞中的一半；（2）配子的染色体是由体细胞的每对染色体中的一条组合而成的。 教师提问：针对这幅图，你还能提出什么问题或猜想？ 学生 猜测形成配子时进行的细胞分裂会导致染色体数目减半。 与孟德尔同时代的德国动物学家魏斯曼从理论上预测：在精子和卵细胞成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半；受精时，精子和卵细胞融合，染色体数目得以恢复正常。这个天才的预见被其他科学家通过显微镜观察所证实。 魏斯曼预言的这个特殊的过程，实际上是一种特殊方式的有丝分裂，叫作减数分裂。 导入二：科学史导入 教师 细胞学说的建立把生物学家的注意力引向细胞，有力地推动了对细胞的研究。孟德尔的遗传规律描述了配子形成过程中基因传递的规律，从细胞学角度看，配子产生的方式及过程是怎样的？ 教师课件出示资料： 资料1 1883年，比利时的细胞学家贝内登观察到蛔虫配子中的染色体数目只有体细胞中的一半，而在受精过程中，受精卵从卵细胞和精子中获得相同数目的染色体，结果，生物在代代相传中保持比较恒定的染色体数目。 资料2 1887年，魏斯曼系统地总结了前人及自己实验室对极体的研究结果：虽然极体与卵细胞比起来，在大小上差别甚大，但实质上它们和卵细胞一样，是卵母细胞分裂的结果。卵母细胞成熟形成极体的意义，就在于使卵细胞中的染色体数目减半。同时魏斯曼推论，在精子形成的过程中存在着同样的过程，这是关于减数分裂最早的预言。 魏斯曼预言： ①在精子和卵细胞成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半。 ②受精时，精子和卵细胞融合，染色体数目得以恢复正常。 导入三：假说-演绎法导入 教师 出示有丝分裂的过程： 通过复习有丝分裂的过程，回顾有丝分裂中染色体行为和数目的变化，重温有丝分裂的意义：亲代细胞的染色体经过复制（关键是DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。 教师 精子和卵细胞结合形成受精卵，受精卵是人生命的起点。那么，精子和卵细胞是怎么形成的呢？会不会是有丝分裂产生的呢？ 师生 假说：进行有性生殖的生物以有丝分裂的形式产生精子和卵细胞。 推理：如果人类以有丝分裂的形式产生精子和卵细胞，那么下一代的染色体数目为92，与事实不符，假说不成立。 结论：精子和卵细胞的形成不能通过有丝分裂的方式。 教师 德国动物学家魏斯曼预测在精子和卵细胞成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半；受精时，精子和卵细胞融合，染色体数目得以恢复正常。魏斯曼预言的这个特殊的过程，实际上是一种特殊方式的有丝分裂，叫作减数分裂。 按照魏斯曼的假说进行演绎推理： 教师 魏斯曼的假说合理地解释了人类世世代代维持染色体数目恒定的现象。魏斯曼天才的预见被其他科学家通过显微镜观察所证实。 教学过程 环节一：精子的形成过程 思路一 一、精子形成的过程 教师 布置学习任务：阅读教材相关内容，回答问题。 学生 阅读教材内容，了解减数分裂的场所、时期、精原细胞的来源等。 1．人和其他哺乳动物的精子形成的具体场所是哪里？ 提示：睾丸。睾丸里有许多弯弯曲曲的曲细精管，曲细精管中有大量的精原细胞。精原细胞是原始的雄性生殖细胞。 2．一个成年健康男子，每天大约可产生2亿个精子，也就是说，每天有很多个精原细胞进行减数分裂，那必然每天也有很多个精原细胞产生。精原细胞的增殖方式是什么？ 提示：精原细胞通过有丝分裂进行增殖。 3．精原细胞与体细胞的染色体数目相同吗？ 提示：每个精原细胞中的染色体数目都与体细胞的相同。 4．减数分裂发生在生命的什么时期？ 偶有所得（ 提示：当雄性动物性成熟时，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂。 教师 归纳精子形成的过程： 当雄性动物性成熟后，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂。在减数分裂前，每个精原细胞的染色体复制一次，而细胞在减数分裂过程中连续分裂两次（减数分裂I、减数分裂II），最后形成四个精细胞。精细胞再经过变形，就形成了成熟的雄性生殖细胞精子。 提问：根据你对细胞有丝分裂的认知，你认为减数分裂前是否存在间期？ 进行思考讨论，解答问题。 提示：减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂，减数分裂前存在与有丝分裂一样的间期。在间期，精原细胞完成染色体的复制（包括DNA复制和有关蛋白质合成）；复制后的每条染色体都含有2条姐妹染色单体，由一个着丝粒连接；完成中心体的复制；体积稍稍增大，成为初级精母细胞。 过渡：减数分裂是一个连续分裂的过程，但为了研究方便，人们同样将减数分裂I和减数分裂II划分为不同的时期。 布置学习任务：观察教材中的哺乳动物精子的形成过程示意图，阅读教材相关内容，列表总结减数分裂各时期细胞形态结构和染色体行为数目的变化。 学生 读图，了解减数分裂各时期的特点，列表归纳。 提示： 分裂 时期 细胞分裂 图像 主要特征 细胞 名称 减数 分裂I 前期 ①同源染色体配对-联会，形成四分体②同源染色体的非姐妹染色单体发生互换③核膜消失，核仁解体，纺锤体出现 初级 精母 细胞 减数 分裂I 中期 ①各对同源染色体排列在细胞中央的赤道板两侧 ②每条染色体的着丝粒都附着在纺锤丝上 减数分裂I 后期 ①配对的两条同源染色体彼此分离，在纺锤丝的牵引下，分 别移向细胞的两极 ②每条染色体仍含有两条染色单体 减数分裂I 末期 ①染色体解螺旋逐渐变为染色质 ②核膜、核仁重新出现 ③一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞 ④次级精母细胞中染色体数目减半 减数 分裂II 前期 核膜解体、核仁消失，纺锤体再次出现 减数 分裂II 前期 减数 分裂II 中期 在纺锤丝的牵引下，染色体的着丝粒排列在赤道板的位置上 减数 分裂II 中期 减数 分裂II 后期 ①两条姐妹染色单体分离，在纺锤丝的牵引下，这两条染色体分别移向细胞的两极 ②染色体数目暂时加倍 减数 分裂II 后期 减数 分裂II 末期 ①两个次级精母细胞分裂成四个精细胞 ②每个精细胞中都含有数目减半的染色体 减数 分裂II 末期 教师 强调：减数分裂过程中各时期的主要特征是本节课的基础，要学会、记熟，熟到按顺序从前到后提问能熟练回答，打乱顺序随机提问某个阶段也能准确说出该阶段的特点。 教师 布置学生活动：结合教材文字、图片、课件中的表格，熟练掌握减数分裂各时期的特征，小组成员之间互相检查、提问，强化记忆。 学生进行分组活动，完成对减数分裂各时期特点的记忆。 二、概念辨析 教师 过渡：这节课我们遇到了一些新概念，如同源染色体、联会、四分体、染色体互换等，准确理解概念是学习遗传学的基础。 布置学习任务：阅读教材相关内容，初步了解同源染色体、联会、四分体、染色体互换等概念。 教师课件出示图片，引领学生进行分析： 图甲为精原细胞，图乙是初级精母细胞，图甲在减数分裂前的间期经过复制形成图乙。 1．同源染色体与非同源染色体 教师 同源染色体是指在减数分裂过程中进行配对的两条染色体，它们的形状和大小一般都相同，一条来自父方、一条来自母方；非同源染色体是指在减数分裂过程中不进行配对的染色体，它们的形状和大小一般不同。 观看图乙，试说出图中的同源染色体和非同源染色体。 学生 提示：图中，A与B、C与D为同源染色体，A与C、A与D、B与C、B与D为非同源染色体。 2．染色体、染色单体 染色体数等于着丝粒数，有几个着丝粒就有几条染色体。试用字母表示细胞中的染色体。 学生 A、B、C、D。 染色单体是指在染色体复制之后、着丝粒分裂之前，同一着丝粒上连着的两条相同的单体。试说出图甲和图乙中的染色单体。 图甲中没有染色单体。图乙中a与a＇为姐妹染色单体，b与b＇为姐妹染色单体，c 与c＇为姐妹染色单体，d与d＇为姐妹染色单体。 教师 非姐妹染色单体是指不同着丝粒上的两条染色单体。试说出图乙中的非姐妹染色单体。 学生a与b、b＇属于同源染色体上的非姐妹染色单体，a与为非同源染色体上的非姐妹染色单体。 3．染色体、染色单体和DNA的数目 观察图片，小组讨论，试分析图甲和图乙中染色体、染色单体、DNA的数目分别是多少。 学生 图甲中，染色体、染色单体、DNA的数目分别是4、0、4。图乙中，染色体、染色单体、DNA的数目分别是4、8、8。 4．联会和四分体 教师（1）联会：在减数分裂过程中，同源染色体两两配对的现象。 （2）四分体：同源染色体的特殊存在形式，在减数分裂过程中，联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫作四分体。试说出图中的四分体。 学生 图甲中没有四分体，图乙中A与B、C与D为四分体。 教师 试总结上述概念之间的数量关系。 提示：1个四分体→{含}对同源染色体 例→{含}2条染色体→1 条染色单体→4个DNA 分子。 5．染色体互换 (（1）概念：减数分裂I前期，四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕，并交换相应的片段的现象。如图： （2）时期：减数分裂I前期。 （3）范围：四分体中的非姐妹染色单体之间。 （4）结果：姐妹染色单体出现不同。 （5）意义：进一步丰富了配子的类型，增强了有性生殖生物的变异性。 三、减数分裂I和减数分裂II的区别 布置学习任务：列表分析减数分裂I和减数分裂II的区别。 各小组进行列表分析，相互交流。 用课件出示减数分裂I和减数分裂II的区别： 比较项目 减数分裂I 减数分裂II 同源染色体 有 无 着丝粒变化 不分裂 分裂 染色体主要行为 ①同源染色体联会；②四分体中非姐妹染色单体可以发生互换；③配对的两条同源染色体彼此分离 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条染色体，分别移向细胞的两极 染色体数目 核DNA数目 染色单体数 对精子的形成过程汇总： 口诀：减一分同源，减二分姐妹。 教师 分发减数分裂染色体模型磁性展板，学生进行分组活动，以两对染色体为例，演示减数分裂的过程，并口述各时期的特点。 设计意图 本环节主要通过填写表格让学生对减数分裂各时期的细胞图像、染色体主要行为等有进一步理解。通过概念辨析为遗传学的学习奠定基础，同时为高中生物学大概念3“遗传信息控制生物性状，并代代相传”做铺垫。最后，以学生用染色体模型演示进行巩固和提高，既遵循了学生的认知特点，又对难点进行了多层次、多角度突破。 思路二 教师 课件出示人的睾丸和精子示意图并进行讲解： 高等动植物细胞的减数分裂发生在有性生殖器官内。人和其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成的，睾丸里有许多弯弯曲曲的曲细精管（如图所示），曲细精管中有大量精原细胞。 学生 看图、听讲，了解减数分裂的场所。 教师 用课件出示精原细胞的概念：精原细胞是原始的雄性生殖细胞，通过有丝分裂进行增殖，每个精原细胞中的染色体数目都与体细胞的相同。 当雄性动物性成熟时，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂。 学生阅读概念，了解精原细胞中“原”的意义及精原细胞的来源和去向。 教师出示减数分裂前的间期和减数分裂I各时期的特征： 染色体复制（包括DNA复制 染色质螺旋化形成染色体，同源染色体成对地排列 在纺锤丝的牵引下，同和有关蛋白质合成）。复制 同源染色体联会，形成四 在赤道板两侧，每条染 源染色体分开，分别移后每条染色体都含有2条姐 分体。四分体中的姐妹染 色体的着丝粒分别与纺 向细胞的两极。着丝粒妹染色单体 色单体之间可以交换相应 锤丝相连 不分裂，每条染色体含片段 2条染色单体 观察图片，对图片中列举的减数分裂前的间期和减数分裂I各时期的特征进行识记。 指出：与有丝分裂一样，减数分裂前也有一个间期，一部分精原细胞的体积增大，染色体复制（DNA复制和蛋白质合成），成为初级精母细胞。减数分裂前的间期不属于减数分裂的过程。 出示人类染色体模式图，引入一组概念。 1．同源染色体：指减数分裂过程中两两配对的染色体。 （1）同源染色体的形状、大小一般都相同，即着丝粒所处的位置和染色体臂的长短一般都相同。用“一般”来描述，表明存在特例，如X染色体和Y染色体。 （2）对于有性生殖产生的个体，细胞中的同源染色体一条来自父方、一条来自母方。 （3）在减数分裂I前期，能两两配对（联会）。 2．姐妹染色单体：指一条染色体上的两条染色单体，即由一个着丝粒连接的两条染色单体，两条姐妹染色单体在形状、大小上都相同。 3．四分体：联会后的每对同源染色体含有四条染色单体。 以上概念之间的关系： （1）1个四分体＝1对同源染色体=2条染色体＝4条姐妹染色单体。 （2）四分体数＝同源染色体对数。 学生 练习：如图表示细胞分裂某时期的图像（图中A、B、C、D表示染色体，a、a＇、b、b＇、c、c＇、d、d表示染色单体）。据图回答问题。 （1）图示染色体中哪些是同源染色体？哪些是非同源染色体？ 提示：A和B是一对同源染色体，C和D是另一对同源染色体。属于非同源染色体的有：A和C.A和D，B和C，B和D。 （2）四分体、染色体、染色单体和核DNA分子数之间的数量关系是怎样的？乙图中四分体、染色体、染色单体各有几个（条）？ 提示：1个四分体=2条染色体＝4条染色单体，含有4个核DNA分子。 乙图中有2个四分体、4条染色体、8条染色单体。 （3） 甲图中有染色单体吗？乙图中的a、a＇是什么关系？a、b是什么关系？a、c是什么关系？ 提示：甲图中没有染色单体。乙图中的a、a＇是姐妹染色单体；a、b是同源染色体中的非姐妹染色单体：a、c是非同源染色体的非姐妹染色单体。 教师 布置学生活动：以精子的形成为例，构建减数分裂I模型。 具体要求：阅读教材相关内容，以含有两对同源染色体的精原细胞为例，用两种颜色的笔模拟画出间期和减数分裂I过程中染色体的行为变化，并进行解读。 学生 阅读教材相关内容，绘制减数分裂I模型。 示例： （1）减数分裂前的间期：DNA复制和相关蛋白质合成，细胞体积增大，中心体复制。 （2）减数分裂I过程 前期I：同源染色体联会形成四分体；同源染色体的非姐妹染色单体之间的相应片段可发生互换。 联会 染色体互换 中期I：联会的同源染色体排列在赤道板两侧。 后期I：同源染色体分离，非同源染色体自由组合，移向细胞的两极。 或 末期I：细胞质分裂，形成2个次级精母细胞；细胞中的染色体数目减半。 次级精母细胞 布置学生活动：以精子的形成为例，构建减数分裂II模型。 具体要求：阅读教材相关内容，以含有两对同源染色体的精原细胞为例，模拟画出减数分裂II过程中染色体的行为变化，并写出每个时期的特征。 示例： （3）减数分裂II过程 前期II：每个细胞中无同源染色体，非同源染色体散乱排布，每条染色体含有两条染色单体。 中期II：非同源染色体的着丝粒整齐地排列在赤道板上。 后期II：着丝粒分裂，两条姐妹染色单体分开，在纺锤丝的牵引下，分别移向两极。此时，染色体数目暂时加倍。 末期II：每个次级精母细胞形成两个精细胞，染色体数目是体细胞数目的一半。 精细胞变形，形成蝌蚪状的精子。精子分头部和尾部，头部含有细胞核，尾长，能够摆动。 精子 学生 绘图完成后在小组内展示、表达交流。 在学生绘制过程中进行指导，在学生展示、表达结束后进行评价总结。 学生 思考：在精细胞变形为精子的过程中，精子的头部几乎只保留了细胞核，部分细胞质变成了精子的颈部和尾部，大部分细胞质及多数细胞器被丢弃，但全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部。怎样解释这一现象？ 教师 提示：精子和卵细胞结合时，头部先进入卵细胞内，精子的头部几乎只保留了细胞核，这就保证了遗传物质能够先进入卵细胞；部分细胞质变成了精子的颈部和尾部，使精子具备适于游动的能力；大部分细胞质及多数细胞器被丢弃，避免了受精过程中不必要的细胞组分耗费能量；全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部，可以更好地在受精过程中提供能量。精子变形过程中的以上变化都是在为受精提供保证，是进化的结果。 设计意图 学生通过阅读教材内容，对减数分裂的过程作初步了解；在绘制减数分裂各时期图片时，加深对减数分裂各时期染色体行为、数目等变化的理解；在表达环节，进一步落实各时期的特点，强化理解和记忆。 环节二：减数分裂I和减数分裂II的比较 1．以精子的形成为例，减数分裂I和减数分裂II过程的比较（假设体细胞内染色体数为2N) 教师 布置学生任务：回顾精子形成的过程，列表比较减数分裂I和减数分裂II的异同点。 学生 参照教材相关内容，小组合作，列表比较减数分裂I和减数分裂II的异同点。 将各小组的填写结果投屏，小组间进行相互评价。用课件演示减数分裂I和减 数分裂II的异同点： 项目 减数分裂I 减数分裂II 分裂前的间期染色体是否复制 复制 不复制 分裂过程中细胞名称 精原细胞→初级精母细胞→次级精母细胞 次级精母细胞→精细胞 着丝粒变化 不分裂 分裂 染色体数量变化 2N→N（减半） DNA数量变化 染色体主要行为 有联会现象、四分体的非姐妹染色单体互换；同源染色体分离 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开 染色单体 2N→0 同源染色体 有 无 产生的子细胞 次级精母细胞 精细胞 2．减数分裂过程中细胞分裂图像的鉴别 出示表格，根据表格中的比较项目，师生一起填写表格。 时期 减数分裂I 减数分裂II 前期 有同源染色体，且有联会现象 无同源染色体，无联会现象 中期 有同源染色体，同源染色体成对地排列在赤道板两侧 无同源染色体，染色体的着丝粒排列在赤道板上 后期 同源染色体分开，细胞每一极 都无同源染色体 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开， 细胞中无同源染色体 环节三：减数分裂过程中相关数量变化 教师 布置学习任务：根据染色体、染色单体、DNA三者之间的关系，分析减数分裂前的间期及减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA数量的变化。 学生 小组合作，分析减数分裂前的间期及减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA数量的变化。 教师 对学生活动的结果进行评价，用课件出示减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA数量的变化： 时期 间期 减数分裂I 减数分裂II 前期 中期 后期 末期 前期 中期 后期 末期 染色体 2N 2N 2N 2N N N 染色单体 4N 4N 4N 2N 2N 0 DNA 4N 4N 4N 2N 2N 2N 对上述三者数量变化的原因进行归纳，并用课件进行演示。 （1）染色体数目变化及原因 （2）染色单体数目变化及原因 （3）DNA数目变化及原因 布置学生任务：在明确三种物质数量变化的原因后，整理、修订你的数据，绘制曲 偶有所得 线，构建减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA数量的变化模型。 学生构建减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA数量的变化模型。 教师 用课件出示减数分裂过程中染色体、染色单体、DNA数量的变化模型： （1）曲线图 （2）柱状图 设计意图 在熟知减数分裂过程的基础上，引导学生对减数分裂中染色体、染色单体、DNA数量的变化进行推演，最终构建数学模型，从而加深对减数分裂过程的理解。 教学研讨 本节课紧扣教学目标，充分运用图片、文字资料等进行辅助，让学生在建立感性认识的基础上，对减数分裂形成精子的过程有初步认识。再通过设置学生活动，如以两对染色体为例绘制减数分裂过程中染色体的变化、简述减数分裂各时期的特点等，让学生对减数分裂过程建立较深层次的认知。在对减数分裂过程较为熟悉的基础上，通过建立减数分裂过程中相关数量变化的数学模型让学生对减数分裂的认知得到升华。 学科网（北京）股份有限公司 $$