2.1.3 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-【步步高】2023-2024学年高一生物学必修2 遗传与进化（人教版2019，苏冀）

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 [学习目标]　1.模拟减数分裂中染色体的变化，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。 一、观察蝗虫精母细胞减数分裂装片 1．目的要求 通过观察蝗虫精母细胞减数分裂装片，识别减数分裂不同时期染色体的形态、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装片，显微镜。 3．实验步骤 任务一：实验材料的选择和结果分析 1．选材 (1)宜选择染色体数量少(填“多”或“少”)的生物的细胞进行观察，因为染色体数量越多，越不利于进行染色体的计数和形态观察。 (2)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的数量。 2．通过比较同一时刻同一种生物不同细胞的染色体特点，来推测一个精母细胞在不同分裂时期的染色体变化。这一做法能够成立的逻辑前提是什么？ 提示　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。 　选用雄性生殖器官的原因 (1)一般来说，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的数量。 (2)雌性动物排卵排出的细胞并非成熟的卵细胞，而是卵母细胞(初级卵母细胞或次级卵母细胞)，它先在输卵管中发育到减数分裂Ⅱ中期，只有在受精的过程中才能继续进行减数分裂Ⅱ，因此在卵巢中看不到完整的减数分裂过程。 1．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；减数分裂Ⅰ后期，同源染色体分开，分别移向细胞两极，C正确。 2．(多选)(2020·江苏，22)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、丙中细胞处于减数分裂Ⅰ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　由染色体位置、形态及数目分析可知，图丙细胞处于减数分裂Ⅱ时期，A错误；图甲细胞中染色体正在联会，B错误；由染色体位置、形态及数目分析可知，题图中细胞的分裂顺序为甲→乙→丙→丁，D正确。 二、配子中染色体组合的多样性 　　　　　　　　　　　　　　　　 项目 操作 准备 (1)材料用具：较大的白纸，铅笔或彩笔，适于制作染色体的材料(如橡皮泥、扭扭棒、细树枝、纸卷等) (2)用两种颜色的橡皮泥分别制作两条大小不同的染色体。两条长的染色体为一对同源染色体，两条短的染色体为另一对同源染色体，两种颜色分别代表来自父方和母方 (3)在纸上画一个足够大的初级精母细胞的轮廓、中心体和纺锤体等结构 模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化 (4)把做好的染色体放在画好的细胞内，让长度相同、颜色不同的两条染色体配对，使着丝粒靠近。将两对染色体横向分别排列在细胞中央的赤道板两侧。双手分别抓住并移动染色体的着丝粒，使两种颜色的染色体分离，分别移向细胞的两极 (5)在另一张纸上再画两个次级精母细胞的轮廓，并画出中心体和纺锤体。将已经移到细胞两极的染色体分别放到这两个新细胞中 (6)把新细胞中的染色体横向排列在细胞中央的赤道板处。平均分开每条染色体上连接染色单体的小块橡皮泥——相当于着丝粒分离。再将染色体分别拉向细胞的两极。然后，在两极有染色体的部分画出细胞轮廓，代表新细胞生成 模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合　　 将两对染色体横向排列在细胞中央的赤道板处，这次要在赤道板的每一侧放两条与之前相比不同颜色组合的染色体，重复步骤(4)～(6)，比较形成的子细胞与前一次分裂结果的差异 模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换　　 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间的互换，重复步骤(4)～(6)，比较形成的子细胞与前面分裂结果的差异 任务二：分析配子的多样性 1．如图中的A、a和B、b表示原始生殖细胞中的两对同源染色体，分析回答下列问题： (1)据图分析可知，对于一个含有两对同源染色体的动物，在同源染色体分离、非同源染色体自由组合时，会有四种组合结果，因此会形成四种次级精(卵)母细胞，从而形成四种配子。 (2)据此推断：含有3对同源染色体的生物体可产生的配子类型为8种。 (3)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 2.含有n对同源染色体的生物体可产生的配子类型有时候要比上述结论多，可能的原因是同源染色体中非姐妹染色单体间发生了互换。 3.某生物的染色体组成如图所示，则它产生配子的种类及它的一个精原细胞产生精子的种类分别是(不考虑同源染色体的非姐妹染色单体间的互换)(　　) A．2种和2种 B．4种和2种 C．2种和4种 D．8种和4种 答案　B 4．图甲是某生物的一个精细胞，图中染色体的黑色和白色分别代表染色体的来源——父方和母方。根据染色体的类型和数目判断，图乙中与甲细胞来自同一个精原细胞的有(　　) A．①② B．①④ C．①③ D．②④ 答案　C 解析　由图甲可知，形成该细胞的过程中，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换，依据染色体组成情况可判断，图甲和图乙中③可能来自同一个次级精母细胞；图甲和图乙中①来自同一个精原细胞，故图乙中①③与甲细胞来自同一个精原细胞。 归纳总结　配子来源的分析方法 三、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。 2．过程 图示 过程 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，阻止其他精子进入 实质：精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合，使彼此的染色体会合在一起 3.结果 受精卵中的染色体一半来自精子(父方)，另一半来自卵细胞(母方)，受精卵中的染色体数目恢复到体细胞中染色体的数目，保证了物种染色体数目的稳定。 4．意义 (1)在有性生殖过程中，减数分裂形成的配子，其染色体组合具有多样性，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，同一双亲的后代必然呈现多样性。这种多样性有利于生物适应多变的自然环境，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保证了每种生物(有性生殖的生物)前后代染色体数目的恒定，维持了生物遗传的稳定性，对于生物的遗传和变异都具有重要意义。 判断正误 (1)受精作用的实质是精子的细胞核和卵细胞的细胞核互相融合(　　) (2)受精卵中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方(　　) (3)一个卵细胞一般只能与一个精子结合，形成受精卵(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)√ 解析　(2)可以说受精卵中的染色体一半来自精子(父方)，一半来自卵细胞(母方)，但不能说受精卵中的遗传物质(或DNA)一半来自父方，一半来自母方。因为受精卵细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。 任务三：分析13三体综合征产生的原因 正常人的体细胞中有23对染色体。有一种叫“13三体综合征”的遗传病，患者头小，患先天性心脏病，智力远低于正常人。对患者进行染色体检查，发现患者的13号染色体不是正常的1对，而是3条。 1．请尝试使用“减数分裂中染色体变化的模型”，从精子或卵细胞形成的角度分析这种病产生的原因。(只表示13号染色体即可) 提示　若减数分裂Ⅰ两条13号染色体不能正常分离 若某次级性母细胞的13号染色体的染色单体不能正常分离 2．请据图分析：患有“13三体综合征”的患者能不能正常生殖：不能。 5．下列有关受精作用的叙述，错误的是(　　) A．受精卵的染色体一半来自父方，一半来自母方 B．受精时，精子的细胞核和卵细胞的细胞核融合 C．受精卵中染色体数与本物种体细胞染色体数相等 D．受精作用使子代从双亲各继承了一半的遗传物质 答案　D 6．在漫长的生物进化历程中，有性生殖的出现大大丰富了生物的多样性，加快了进化速度。下列行为与有性生殖后代的多样性无关的是(　　) A．四分体中姐妹染色单体片段间的互换 B．减数分裂Ⅰ后期非同源染色体间的自由组合 C．受精作用时雌雄配子间的随机结合 D．四分体中非姐妹染色单体片段间的互换 答案　A 题组一　观察蝗虫精母细胞减数分裂装片 1．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。 2．图中①～⑤是用某种方法在显微镜下拍到的水稻花粉母细胞(2n＝24)的减数分裂不同时期的图像。下列相关叙述不正确的是(　　) A．图中细胞分裂顺序为①→③→②→⑤→④ B．图①细胞内DNA和染色体数目均加倍 C．图②③细胞中均具有同源染色体 D．图⑤细胞中染色体数目与图①②③相同 答案　B 解析　根据染色体的行为可判断，①～⑤依次为减数分裂Ⅰ前的间期、减数分裂Ⅰ后期、减数分裂Ⅰ前期、减数分裂Ⅱ末期、减数分裂Ⅱ后期。图中细胞分裂顺序是①→③→②→⑤→④，A正确；图①细胞中进行染色体的复制，但染色体数目保持不变，B错误；图②③细胞均具有同源染色体，C正确；图⑤细胞中由于着丝粒分裂，细胞中染色体数目暂时加倍，故与图①②③细胞中的相同，D正确。 题组二　配子中染色体组合的多样性 3．(2022·浙江1月选考，13)在“减数分裂模型的制作研究”活动中，先制作4个蓝色(2个5 cm、2个8 cm)和4个红色(2个5 cm、2个8 cm)的橡皮泥条，再结合细铁丝等材料模拟减数分裂过程。下列叙述错误的是(　　) A．将2个5 cm蓝色橡皮泥条扎在一起，模拟1个已经复制的染色体 B．将4个8 cm橡皮泥条按同颜色扎在一起再并排，模拟1对同源染色体的配对 C．模拟减数分裂Ⅰ后期时，细胞同一极的橡皮泥条颜色要不同 D．模拟减数分裂Ⅱ后期时，细胞一极的橡皮泥条要与另一极的相同 答案　C 解析　减数分裂Ⅰ后期时，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，细胞同极的橡皮泥条颜色可能相同，可能不同，C错误。 4．如图是部分同学在“建立减数分裂中染色体变化的模型”实验中制作的细胞分裂的模型，其中错误的是(　　) 答案　C 解析　减数分裂Ⅰ后期，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，A正确；减数分裂Ⅰ中期，同源染色体成对地排列在赤道板两侧，B正确，C错误；减数分裂Ⅱ后期，细胞中不含同源染色体，且着丝粒分裂，两条姐妹染色单体分开，成为两条染色体并在纺锤丝的牵引下移向细胞两极，D正确。 5．下列叙述属于形成配子多样性原因的一组是(　　) ①同源染色体非姐妹染色单体间的互换　②同源染色体联会　③着丝粒分裂，姐妹染色单体分开　④非同源染色体随机组合 A．①② B．③④ C．①④ D．②③ 答案　C 解析　在减数分裂过程中，都发生同源染色体联会和着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，这不属于形成配子多样性的原因；而在减数分裂Ⅰ前期，同源染色体上的非姐妹染色单体互换以及在减数分裂Ⅰ后期，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，是形成配子多样性的原因。 题组三　受精作用 6.如图为受精作用示意图，下列叙述不正确的是(　　) A．受精作用的过程也是精子和卵细胞相互识别并融合的过程 B．受精卵中绝大部分细胞质来自卵细胞 C．精子和卵细胞的结合依赖于细胞膜的流动性 D．同一双亲后代遗传的多样性只与卵细胞和精子的随机结合有关 答案　D 解析　在有性生殖过程中，减数分裂形成的配子中其染色体组合具有多样性，进而导致不同配子遗传物质的差异，另外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。 7．下列关于受精作用及结果的叙述，正确的是(　　) A．精卵相互识别的基础是细胞膜的流动性 B．后代从双亲中各获得一半的蛋白质 C．使后代产生不同于双亲的染色体组合 D．后代继承了双亲的全部遗传特性 答案　C 解析　精卵细胞的识别作用依靠的是细胞膜表面的糖蛋白，A错误；经过受精作用，卵细胞和精子结合后，受精卵细胞核中含有双亲各一半的遗传物质，因此，后代只能继承双亲的部分遗传特性，B、D错误。 8．大熊猫的体细胞有42条染色体，下列相关表述不正确的是(　　) A．一只雄性大熊猫在不同时期产生的精子染色体数目一般都是21条 B．一只雌性大熊猫在不同时期产生的卵细胞，其染色体组合具有多样性 C．假如大熊猫的15个初级精母细胞和10个初级卵母细胞都能正常分裂，并在最大限度内受精，则最多能形成的受精卵数目是15 D．大熊猫亲子代的染色体数目是相同的，对此起决定作用的过程是减数分裂和受精作用 答案　C 解析　15个初级精母细胞正常分裂可产生60个精子，10个初级卵母细胞正常分裂可产生10个卵细胞，因此最多能形成的受精卵数目是10，C错误。 9．(2023·河北唐山高一检测)如图为进行有性生殖的生物的生活史示意图，下列有关说法错误的是(　　) A．过程①表示受精作用 B．过程②存在细胞的分裂、分化等过程 C．过程④中原始生殖细胞染色体复制2次，细胞连续分裂2次 D．过程①和④有利于同一双亲的后代呈现出多样性 答案　C 解析　过程④中原始生殖细胞染色体复制1次，细胞连续分裂2次，C错误。 10．(多选)(2023·江苏淮安高一练习)果蝇(2n＝8)的某一个精原细胞进行减数分裂时发生了一次异常，现分别检测了其分裂进行至T1、T2、T3时期的三个细胞中染色体、核DNA、染色单体的数量，结果如图，下列叙述正确的是(　　) A．图中①②③分别表示染色体、染色单体、核DNA B．该精原细胞在减数分裂Ⅰ后期发生了异常 C．该精原细胞最终形成正常精细胞与异常精细胞之比为1∶1 D．该精原细胞最终形成的精细胞中均不存在同源染色体 答案　AB 解析　分析题图：根据T3时期②的数量为0，可判断出②表示染色单体，结合T1时期①∶②∶③＝1∶2∶2可知，①表示染色体，②表示染色单体，③表示核DNA，A正确；T1时期可表示减数分裂Ⅰ，由于T2时期①②③的数量分别是5、10、10，说明减数分裂Ⅰ后期出现了异常，一对同源染色体移动到了一个次级精母细胞中去，产生了染色体数为3和5的两个次级精母细胞，它们进行正常的减数分裂Ⅱ，最终形成的4个精子染色体数分别是3、3、5、5，没有一个精细胞的染色体数是正常的，B正确，C错误；由于一对同源染色体未分离，故该精原细胞最终形成的精细胞中有的存在同源染色体，D错误。 11．(多选)如图表示在不同生命活动过程中，细胞内染色体数的变化曲线，下列叙述错误的是(　　) A．a过程可以发生同源染色体的非姐妹染色单体的互换 B．b过程没有染色单体 C．c过程为着丝粒分裂导致 D．d过程没有同源染色体 答案　BCD 解析　图中a表示减数分裂Ⅰ过程，在同源染色体联会后，四分体中的非姐妹染色单体之间可以发生互换，A正确；b表示减数分裂Ⅱ，在着丝粒没有分裂前，仍有染色单体，B错误；c过程发生受精作用，精子与卵细胞结合，使染色体数目加倍，C错误；d表示有丝分裂过程，该过程中始终存在同源染色体，D错误。 12．(多选)植物的有性生殖过程中，一个卵细胞与一个精子成功融合后通常不再与其他精子融合。我国科学家最新研究发现，当卵细胞与精子融合后，植物卵细胞特异表达和分泌天冬氨酸蛋白酶 ECS1 和 ECS2。这两种酶能降解一种吸引花粉管的信号分子，避免受精卵再度与精子融合。下列叙述正确的是(　　) A．多精入卵会产生更多的种子 B．防止多精入卵能保持后代染色体数目稳定 C．未受精的情况下，卵细胞不分泌ECS1和ECS2 D．ECS1和ECS2通过影响花粉管防止多精入卵 答案　BCD 解析　多精入卵会破坏亲子代之间遗传信息的稳定性，因此一个卵细胞与一个精子成功融合后通常不再与其他精子融合。防止多精入卵可以保证子代遗传信息来自一个精子和一个卵细胞，能保持后代染色体数目稳定，A错误，B正确；结合题意“当卵细胞与精子融合后，植物卵细胞特异表达和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2”可知，未受精的情况下，卵细胞不分泌ECS1和ECS2，C正确；据题意可知，ECS1和ECS2能降解一种吸引花粉管的信号分子，避免受精卵再度与精子融合，推测ECS1和ECS2通过影响花粉管防止多精入卵，D正确。 13．如图中编号A～F的图像是显微镜下观察到的某植物(2n＝24)减数分裂不同时期的细胞图像，请据图回答下列问题： (1)取该植物解离后的花药，捣碎后置于载玻片上，滴加____________染色1～2 min，压片后制成临时装片。在光学显微镜下，观察细胞中________的形态、数目和分布，以此作为判断该细胞所处分裂时期的依据。 (2)上述细胞分裂图像中，图A所示细胞中同源染色体发生联会，形成________，此时期______________________________间发生互换。图E所示细胞的特点是___________________ _______________________________________________________________________________。 (3)请将上述观察到的细胞图像按减数分裂的时期进行排序：A→_________→F(填图中字母)。 (4)图B的每个细胞中含姐妹染色单体____条。 答案　(1)碱性染料(如甲紫溶液或醋酸洋红液)　染色体　(2)四分体　同源染色体的非姐妹染色单体　同源染色体分离，非同源染色体自由组合 (3)C→E→D→B　(4)0 14．如图为动物体生殖发育以及动物细胞有丝分裂或减数分裂图解(动物体细胞染色体数为2n)。请据图回答下列问题： (1)A、B过程为__________，C过程为________________________________________________， A、B、C过程的意义是____________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)图①～④中能发生在A过程的有__________，能发生在D、E过程的有______________。 (3)在图②细胞中，染色体数∶染色单体数∶核DNA数＝__________________。 (4)图④所示的细胞名称为________________________________________________________。 (5)①②③④中，有同源染色体的有____________，分别是________对。 答案　(1)减数分裂　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，对于生物的遗传和变异十分重要　(2)②④　①③　(3)1∶2∶2　(4)极体或次级精母细胞　(5)①②③　4、2、2 解析　(1)产生精子和卵细胞的过程属于减数分裂，精子和卵细胞结合形成受精卵属于受精作用。(2)①细胞中姐妹染色单体分离，每一极都有同源染色体，属于有丝分裂后期；②细胞中联会的同源染色体排列在赤道板两侧，属于减数分裂Ⅰ中期；③细胞中有同源染色体但不联会，着丝粒排列在赤道板上，属于有丝分裂中期；④细胞中没有同源染色体，着丝粒分裂，属于减数分裂Ⅱ后期。(4)④细胞处于减数分裂Ⅱ后期，而且细胞质均等分裂，可能是次级精母细胞或极体。 学科网（北京）股份有限公司 $$