2.1.2 减数分裂模型的制作研究、精子与卵细胞的产生及受精作用-【步步高】2023-2024学年高一生物学必修2 遗传与进化（浙科版2019）

第2课时　减数分裂模型的制作研究、精子与卵细胞的产生及受精作用 [学习目标]　1.阐明减数分裂产生精细胞和卵细胞及受精作用的过程。2.阐明减数分裂与受精作用的意义。3.活动：减数分裂模型的制作研究。 一、减数分裂模型的制作研究 1．目的要求 制作减数分裂模型来演示减数分裂过程，加深对减数分裂的理解。 2．材料用具：红色和蓝色的橡皮泥，1张白纸，4根2 cm长的铁丝等。 3．方法步骤 (1)制作染色单体：用颜色相同的橡皮泥制作形态长短一致的姐妹染色单体。 (2)制作同源染色体：用颜色不同，长短相同的橡皮泥表示。 (3)绘制纺锤体：模拟减数第一次分裂绘制1个纺锤体，模拟减数第二次分裂绘制2个纺锤体，第二次绘制的纺锤体要与第一次绘制的纺锤体垂直。 (4)绘制减数分裂产生的细胞：在移动到一起的染色体的外围画一个圆圈，代表形成了新的细胞，共画4个圆圈。 判断正误 (1)制作染色单体和同源染色体都用颜色相同的橡皮泥(　　) (2)制作减数分裂模型总共需要绘制3个纺锤体，第二次绘制的纺锤体需与第一次的平行(　　) 答案　(1)×　(2)× 解析　(1)制作同源染色体要用颜色不同、长短相同的橡皮泥。 (2)制作减数分裂模型总共需要绘制3个纺锤体，第二次绘制的纺锤体需与第一次的垂直。 任务一：减数分裂模型的制作研究 1．模拟一个具有两对染色体的细胞，经过减数分裂可以形成几个子细胞？其形成的子细胞中染色体的形态有几种类型？ 提示　4个；2种。 2．模拟完成MⅠ时，非同源染色体有几种组合方式？如何模拟？ 提示　有2种组合方式：(1)5 cm蓝色和8 cm蓝色、5 cm红色和8 cm红色；(2)5 cm蓝色和8 cm红色、5 cm红色和8 cm蓝色。 3．怎么模拟四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换？如果发生了交换，对减数分裂产生的子细胞的遗传类型有什么影响？ 提示　在四分体时期通过交换橡皮泥的一部分来模拟同源染色体的交叉互换。如果四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体间的片段发生交换，减数分裂最终形成的4个子细胞的染色体类型都有差异。 减数分裂模型制作的细节分析 (1)模拟减数分裂时，铁丝表示着丝粒，减数第二次分裂后期，解开着丝粒。 (2)模拟减数分裂过程，需绘制3个纺锤体。减数第一次分裂时绘制1个纺锤体，减数第二次分裂时绘制2个纺锤体，减数第二次分裂所绘制的纺锤体与减数第一次分裂所绘制的纺锤体垂直。 1．(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．模拟减数分裂后期Ⅰ时，细胞同极的橡皮泥条颜色要不同 D．模拟减数分裂后期Ⅱ时，细胞一极的橡皮泥条数要与另一极的相同 答案　C 解析　减数分裂后期Ⅰ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。 2．如图为生物活动课上某同学构建的减数分裂过程中染色体行为变化模型图，其中构建错误的是(　　) 答案　D 解析　A项中不含同源染色体，且着丝粒分裂，可表示减数第二次分裂后期；B项中不含同源染色体，且着丝粒分裂，可表示减数第二次分裂后期；C项中含有同源染色体，且同源染色体正在分离，可表示减数第一次分裂后期；D项中含有同源染色体，但同源染色体移向同一极，不存在该种情况。 二、精子与卵细胞的产生及减数分裂与受精作用 1．精子与卵细胞的形成(以哺乳类动物为例) (1)精子的形成过程 ①产生场所：哺乳动物的睾丸。 ②产生过程(设体细胞染色体数目为2n) (2)卵细胞的形成过程 ①产生场所：哺乳动物的卵巢。 ②产生过程(设体细胞染色体数目为2n) 2．受精作用使受精卵中的染色体数目得到恢复 (1)受精作用 (2)减数分裂的意义 ①减数分裂和受精作用可保持生物染色体数目的恒定；②减数分裂为生物的变异提供了重要的物质基础，有利于生物对环境的适应和进化。 判断正误 (1)初级卵母细胞、次级卵母细胞和第一极体的分裂都是不均等的(　　) (2)卵细胞和精子的形成过程都需要变形(　　) (3)受精卵中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)× 解析　(1)第一极体的分裂是均等的。 (2)精子的形成过程需要变形，卵细胞不需要。 (3)受精卵细胞核中的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。 任务二：精子和卵细胞形成过程的区别 如图是某种动物精子和卵细胞形成过程中的部分图像，请据图分析，回答下列问题： 1．一定属于卵细胞形成过程的图像有哪些？细胞的名称分别是什么？ 提示　一定属于卵细胞形成过程的图像有：D次级卵母细胞和E初级卵母细胞。 2．一定属于精子形成过程的图像有哪些？细胞的名称分别是什么？ 提示　一定属于精子形成过程的图像有：B初级精母细胞和G精子。 3．F的细胞名称可能是什么？ 提示　可能是次级精母细胞或者第一极体。 1．精子和卵细胞形成过程的比较 项目 精子的形成 卵细胞的形成 产生部位 动物睾丸 动物卵巢 原始生殖细胞 精原细胞 卵原细胞 是否变形 是 否 结果 产生4个精子 产生1个卵细胞(3个极体退化消失) 细胞质分裂情况 两次分裂都均等 只有减数第二次分裂中第一极体分裂均等，其他分裂皆不均等 2.减数分裂与受精作用过程中染色体数目的变化 3．减数分裂与有丝分裂的比较 三个前期 图示比较 A为有丝分裂前期，B为减数第一次分裂前期，C为减数第二次分裂前期 判断步骤 是否出现四分体 三个中期 图示比较 A为有丝分裂中期，B为减数第二次分裂中期，C为减数第一次分裂中期 判断步骤 着丝粒是否排列在赤道面上 三个后期 图示比较 A为有丝分裂后期，B为减数第二次分裂后期，C为减数第一次分裂后期 判断步骤 染色体是否含有染色单体 3．如图为进行有性生殖的生物个体发育过程示意图，下列相关叙述错误的是(　　) A．非同源染色体自由组合可发生在Ⅰ过程 B．Ⅱ过程和Ⅲ过程可保持生物染色体数目的恒定 C．Ⅲ过程通过细胞分裂、细胞分化发育成新个体 D．完成Ⅱ过程的实质是精核和卵核发生融合 答案　B 解析　非同源染色体自由组合只能发生在减数分裂过程中，故发生在Ⅰ过程，A正确；Ⅰ过程减数分裂产生的精子和卵细胞中染色体数目减半，而Ⅱ过程受精作用通过精卵细胞的结合使细胞中染色体数目恢复到亲代个体体细胞中染色体数目，故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，维持了生物遗传稳定性，B错误。 4．(2023·宁波高一期中)某同学在学习了减数分裂过程后，通过观察不同的减数分裂装片，绘制了减数分裂不同时期的部分细胞简图，如图所示。回答下列问题： (1)以上细胞简图中不是处于减数分裂时期的是____________(填序号)，判断理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)以上细胞简图中处于减数分裂时期的细胞来自____________(填“雄性”“雌性”或“雄性和雌性”)个体，其中细胞③产生的子细胞名称是________________，细胞④产生的子细胞名称是________________________________________________________________________。 (3)减数分裂过程中染色体数目减半发生在细胞________________所示的分裂过程中，其中表示核DNA分子数∶染色体数＝1∶1的是细胞________________(填序号)。 答案　(1)②　细胞②中含有同源染色体，但是没有发生联会，其着丝粒统一整齐排列在赤道面上，为有丝分裂中期细胞　(2)雄性和雌性　次级精母细胞　卵细胞和第二极体　(3)③　①④ 解析　(1)细胞②中含有同源染色体，但是没有发生联会，其着丝粒统一整齐排列在赤道面上，处于有丝分裂中期，细胞①④处于减数第二次分裂后期，细胞③处于减数第一次分裂后期，因此以上细胞简图中不是处于减数分裂时期的是细胞②。(2)细胞③处于减数第一次分裂后期，细胞质均等分裂，此细胞为初级精母细胞，该细胞来自雄性个体；④处于减数第二次分裂后期，细胞质不均等分裂，此细胞为次级卵母细胞，该细胞来自雌性个体，因此以上细胞简图中处于减数分裂时期的细胞来自雄性和雌性个体。其中细胞③为初级精母细胞，产生的子细胞名称是次级精母细胞；细胞④为次级卵母细胞，产生的子细胞名称是卵细胞和第二极体。(3)减数分裂过程中染色体数目减半是同源染色体分离造成的，发生在减数第一次分裂，即细胞③所示的分裂过程中。核DNA分子数∶染色体数＝1∶1，说明不存在染色单体，着丝粒已分裂，图中①④不存在染色单体，核DNA分子数∶染色体数＝1∶1。 题组一　减数分裂模型的制作研究 1．(2023·宁波高一调研)下列有关“减数分裂模型的制作研究”的活动的叙述，错误的是(　　) A．非同源染色体要用不同颜色的橡皮泥制作 B．该活动可以模拟非同源染色体的自由组合 C．姐妹染色单体要用相同颜色的橡皮泥制作 D．两条颜色、长短一样的染色单体中部用一根铁丝扎起来，铁丝代表着丝粒 答案　A 解析　每对同源染色体的两条染色体中一条用红色橡皮泥，另一条用蓝色橡皮泥，A错误；由于染色体复制后，一条染色体含有2个染色单体、一个着丝粒，故两条颜色、长短一样的染色单体中部用一根铁丝扎起来，铁丝代表着丝粒，D正确。 2．提供红蓝两种颜色的橡皮泥、细铁丝、白纸等材料，模拟减数分裂中的染色体行为(假设细胞中有两对同源染色体且非同源染色体长度不同)，下列叙述正确的是(　　) A．若要模拟三对同源染色体，需要3种颜色的橡皮泥 B．将铁丝解开后的两条染色体移向两极，模拟同源染色体分离 C．模拟后期Ⅰ时，颜色相同的染色体必须移向同一极 D．整个过程需要画三个纺锤体，且第一次画的纺锤体与第二次画的纺锤体垂直 答案　D 解析　若制作三对同源染色体，则需要用2种颜色的橡皮泥，一种颜色表示来自母方，另一种颜色表示来自父方，A错误；模拟制作过程中，解开每个染色体上的铁丝，表示共用着丝粒的姐妹染色单体分开，B错误；模拟后期Ⅰ时，同源染色体分离，随机移向两极，因此移向同一极的不一定是颜色相同的染色体，C错误；模拟减数第一次分裂时需要画一个纺锤体，模拟减数第二次分裂时两个细胞内均各画一个纺锤体，且与第一次的纺锤体垂直，D正确。 3．如图是部分同学在“减数分裂模型的制作研究”活动中制作的细胞分裂的模型，其中错误的是(　　) 答案　C 题组二　精子和卵细胞的产生 4．(2023·宁波高一期中)如图为某雌性动物(2n＝4)体内细胞不同分裂时期示意图，下列叙述正确的是(　　) A．细胞①为次级卵母细胞 B．细胞②为初级卵母细胞 C．细胞③为次级卵母细胞或第二极体 D．细胞①和③可由同一个卵原细胞产生 答案　B 解析　细胞①为第一极体，A错误；细胞③为次级卵母细胞或第一极体，C错误；细胞①的染色体有白色和黑色，细胞③均是白色染色体，所以细胞①和③不是由同一个卵原细胞产生的，D错误。 5．(2023·绍兴高一期中)如图是某动物(2n＝4)的一种器官中处于不同分裂时期的细胞示意图，下列说法错误的是(　　) A．图示细胞分裂过程在睾丸中均可发生 B．图c细胞处于有丝分裂中期 C．图e和图b细胞中均含有2个四分体 D．图a细胞处于有丝分裂后期，图d细胞处于减数第二次分裂后期 答案　C 解析　图示细胞分裂既有有丝分裂也有减数分裂，且图b细胞处于减数第一次分裂后期，细胞质均等分裂，属于雄性动物中的细胞分裂，因此图示细胞分裂过程在睾丸中均可发生，A正确；图c细胞含有同源染色体，每条染色体的着丝粒处于细胞中央的赤道面上，则图c细胞处于有丝分裂中期，B正确；图b细胞处于减数第一次分裂后期，同源染色体分离，细胞中不含四分体，C错误。 6．(2023·金华高一期末)某同学不小心把马蛔虫(2n＝4)卵巢、精巢和果蝇(2n＝8)卵巢、精巢的减数分裂装片混淆了。通过对以下几个分裂相细胞的观察，他做出了正确的判断。他判断正确的是(　　) A．①一定来自马蛔虫，但不能确定性别 B．②一定来自果蝇，但不能确定性别 C．③一定来自马蛔虫精巢 D．④一定来自果蝇的卵巢 答案　B 解析　①是减数第一次分裂后期图，且细胞质均等分裂，染色体数为4条，故①来自马蛔虫的精巢，可确定为雄性，A错误；②来自果蝇，由题干信息可知，是减数分裂装片，故②是减数第二次分裂后期图，染色体数为8条，同时细胞质均等分裂，可以是极体或次级精母细胞，不能确定是雌性还是雄性，B正确；③是减数第二次分裂后期图，染色体数为4条，同时细胞质均等分裂，可以是第一极体或次级精母细胞，故③来自马蛔虫精巢或卵巢，C错误；④为减数第一次分裂后期图，染色体数为4条，同时细胞质不均等分裂，故④来自马蛔虫卵巢，D错误。 7．下列关于精子和卵细胞形成的叙述，错误的是(　　) A．精原细胞和卵原细胞经减数分裂产生的子细胞数目相等 B．卵细胞形成过程发生了2次细胞质不均等分裂 C．精细胞需要经过变形形成精子 D．卵细胞含有的四分体数目是卵原细胞的一半 答案　D 解析　卵细胞和卵原细胞均不含有四分体，D错误。 8．下列人体细胞中染色体数可能相同而核DNA含量一定不同的是(　　) A．初级精母细胞和精细胞 B．精原细胞和次级精母细胞 C．卵原细胞和卵细胞 D．初级卵母细胞和次级卵母细胞 答案　D 解析　在人体中，初级精母细胞中染色体数为2n，核DNA含量为4n；精细胞中染色体数为n，核DNA含量为n，A不符合题意。精原细胞中染色体数为2n，核DNA含量为2n；次级精母细胞的减数第二次分裂前期、中期染色体数为n，减数第二次分裂后期染色体数为2n，次级精母细胞的核DNA含量为2n，B不符合题意。卵原细胞中染色体数为2n，核DNA含量为2n；卵细胞中染色体数为n，核DNA含量为n，C不符合题意。初级卵母细胞中染色体数为2n，核DNA含量为4n；次级卵母细胞的减数第二次分裂前期、中期染色体数为n，减数第二次分裂后期染色体数为2n，次级卵母细胞的核DNA含量为2n，D符合题意。 题组三　受精作用 9．下列有关受精作用的叙述中，错误的是(　　) A．受精卵中的DNA一半来自卵细胞 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等 D．受精卵中染色体，来自父母双方的各占一半 答案　A 解析　受精卵中的核DNA一半来自卵细胞，一半来自精子，但是细胞质中的DNA几乎全部来自卵细胞。 10．(2023·诸暨高一期中)如图表示细胞内染色体数的变化曲线，下列叙述正确的是(　　) A．a过程可以发生着丝粒的分裂 B．b过程没有染色单体 C．c过程发生了受精作用 D．d过程没有同源染色体 答案　C 解析　a表示减数第一次分裂过程，该过程中同源染色体分离，没有发生着丝粒的分裂，A错误；b过程表示减数第二次分裂，在减数第二次分裂前期和中期有染色单体，在减数第二次分裂后期和末期没有染色单体，B错误；c过程表示受精作用，精子与卵细胞之间发生细胞融合，形成受精卵，C正确；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。 11．下列关于“减数分裂模型的制作研究”的叙述，正确的是(　　) A．模拟后期Ⅱ时，细胞中只能出现一种颜色的染色体 B．模拟过程中被拉向纺锤体两极的染色体可能含有染色单体 C．整个模拟过程中，需要在纸上画2个纺锤体，且这两个纺锤体相互垂直 D．将大小相同、颜色不同的染色单体用铁丝扎在一起表示已复制完成的一条染色体 答案　B 解析　由于一个细胞存在多对同源染色体，而同源染色体分离进入子细胞是随机的，所以在后期Ⅱ可能出现两种颜色的染色体分别表示来自父方或母方，A错误；如果是模拟减数第一次分裂，同源染色体分开，被拉向纺锤体两极的染色体含有染色单体，B正确；整个模拟过程需在白纸上画3个纺锤体(减数第一次分裂1个，减数第二次分裂2个)，C错误；姐妹染色单体是间期复制形成的，两者完全相同，因此在减数分裂模型的制作中，需要将颜色相同的染色单体用铁丝扎在一起表示复制后的姐妹染色单体，D错误。 12．二倍体高等雄性动物某细胞处于减数分裂某时期的部分染色体组成示意图如下，图中①②表示染色体，a、b、c、d表示染色单体。下列叙述正确的是(　　) A．—个DNA分子复制后形成的两个DNA分子，可存在于a与b或c与d中 B．在减数分裂中期Ⅰ，同源染色体①与②排列在细胞中央的细胞板上 C．在减数分裂后期Ⅱ，两条X染色体会同时存在于一个次级精母细胞中 D．若a与c出现在该细胞产生的一个精子中，则b与d出现在同时产生的另一精子中 答案　C 解析　一个DNA分子复制后形成的两个DNA分子位于两条姐妹染色单体中，因而可存在于a与b中，但不存在于c与d中，A错误；在减数分裂中期Ⅰ，同源染色体①与②排列在细胞中央的赤道面上，B错误；在减数分裂后期Ⅱ，着丝粒分裂后，2条X染色体会同时存在于一个次级精母细胞中，C正确；若a与c出现在该细胞产生的一个精子中，则b与c的姐妹染色单体可出现在同时产生的另一精子中，但b与d不可能出现在同时产生的另一精子中，D错误。 13．如图为某生物体内处于不同分裂时期的细胞示意图，下列叙述错误的是(　　) A．该生物可能为雌性动物 B．甲细胞可能是次级卵母细胞 C．乙细胞可能发生交叉互换 D．丙细胞分裂结束会产生生殖细胞 答案　B 解析　分析题图可知，丙细胞无同源染色体，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，处于减数分裂后期Ⅱ，且细胞质不均等分裂，故可判断该生物为雌性个体，A正确；甲细胞处于有丝分裂中期，不属于次级卵母细胞，B错误；乙细胞出现联会现象，处于减数分裂前期Ⅰ，可能发生交叉互换，C正确；丙细胞处于减数分裂后期Ⅱ，属于次级卵母细胞，其分裂结束会产生生殖细胞，D正确。 14．(2023·宁波高一检测)下列有关有丝分裂、减数分裂和受精作用的说法，正确的是(　　) A．联会不发生在有丝分裂过程中，着丝粒分裂只发生在减数第二次分裂的后期 B．初级卵母细胞能进行有丝分裂以增加自身数量，又可进行减数分裂形成卵细胞 C．有丝分裂中期和减数第一次分裂中期，染色体数目、核DNA数目都相同 D.减数分裂和受精作用过程中均有染色体的自由组合，有利于保持亲子代遗传信息的稳定性 答案　C 解析　联会发生在减数第一次分裂前期，着丝粒分裂发生在有丝分裂后期和减数第二次分裂后期，A错误；初级卵母细胞属于减数第一次分裂的细胞，因此初级卵母细胞只能进行减数分裂，B错误；有丝分裂中期和减数第一次分裂中期染色体数目相同，都与体细胞相同，两者的核DNA数目相同，都是体细胞的2倍，C正确；染色体的自由组合发生在减数分裂过程，受精作用过程中没有自由组合，D错误。 15．如图是三个不同时期的细胞分裂图，据图回答下列问题： (1)图A细胞处于__________分裂的________期。 (2)图B细胞的名称是________________，此细胞分裂后的子细胞含有________条染色体。 (3)图C细胞的名称是________________，此细胞分裂产生的子细胞为________________。 答案　(1)减数第一次　前　(2)初级精母细胞　2 (3)次级卵母细胞　卵细胞和第二极体 解析　(1)图A表示处于减数第一次分裂前期的细胞，同源染色体相互配对形成了2个四分体。(2)图B所示细胞处于减数第一次分裂后期，由于细胞质均等分裂，应为初级精母细胞。 (3)图C所示细胞由于细胞质不均等分裂且无同源染色体，应是次级卵母细胞，其分裂产生的子细胞为卵细胞和第二极体。 16．(2023·金华高一期中)图甲、乙为某哺乳动物细胞分裂过程中的坐标图和细胞的部分生命活动示意图。请据图回答下列问题： (1)图甲中①阶段表示________________分裂过程，②阶段表示________________分裂过程，③阶段表示的生命活动有________________。 (2)图乙中g细胞的名称是________________，h细胞的名称是________________。 (3)图乙中c细胞中共含有________个染色体，________对同源染色体。在显微镜下可观察到同源染色体的是________(填字母)细胞。 (4)图甲中，________(填字母)阶段可发生非同源染色体的自由组合。 答案　(1)有丝　减数　受精作用和有丝分裂　(2)初级卵母细胞　次级卵母细胞　(3)8　4　c、g　(4)GH 解析　(1)图甲中①阶段DNA经过复制和细胞分裂后，恢复最初的DNA数量，表示有丝分裂过程，②阶段的DNA最后减半，表示减数分裂过程，根据上述分析可知，③阶段包括受精作用和有丝分裂过程。(2)g处于减数第一次分裂后期，同源染色体正在分离，细胞质不均等分裂，为初级卵母细胞。根据h细胞内的染色体组合与g细胞中较大一极的染色体组合相同，可知h为次级卵母细胞。(3)c处于有丝分裂后期，着丝粒分裂，染色体数目加倍，细胞内含有8条染色体，4对同源染色体。分裂期的细胞内染色质高度螺旋化形成显微镜下可以观察到的染色体，同源染色体存在于有丝分裂和减数第一次分裂过程中，因此在显微镜下可观察到同源染色体的是c和g细胞。h细胞处于减数第二次分裂，不存在同源染色体。(4)非同源染色体的自由组合发生在减数第一次分裂后期，即图甲中的GH阶段。 学科网（北京）股份有限公司 $$