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  生物的生殖保证了遗传信息的传递,生物的发育实现着遗传信息的表达。在有性生殖过程中,通过减数分裂产生的配子(精子和卵细胞),既是亲代的产物,又是子代的根源,是传递遗传物质的唯一媒介。通过受精作用形成的合子(受精卵),其染色体数目又恢复到亲代体细胞中的数目。

 

由于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;由于受精作用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。

 

在减数分裂过程中,染色体的特殊行为(即同源染色体的联会和分离、非同源染色体的自由组合)是理解和掌握孟德尔遗传规律(分离定律和自由组合定律)的细胞学基础。

 

因此,减数分裂与受精作用一节的教学在《遗传与进化》的教学模块中,占有十分重要的地位。有关减数分裂和受精作用的原理及其应用,在高考命题时,也通常隐含在遗传规律的试题中进行重点的考查。

   

下面提供多种图表形式,就减数分裂和受精作用一节的教学方法,作一些初步的探讨尝试,试图起到抛砖引玉的作用。

 

  1 以文字图解的整理,熟识减数分裂的全过程

文本框: 减 数 分 裂
  (以哺乳动物精子和卵细胞的形成过程为例)

  2 以列表填充的比较,区分不同的细胞分裂时期和分裂方式

 

  2.1 减数第一次分裂和减数第二次分裂

  

减数第一次分裂

减数第二次分裂

染色体的

主要行为

同源染色体联会和分离;在同源染色体分离的同时,非同源染色体自由组合

着丝点分裂,染色单体分开

染色体

数目的变化

2N →N

N → 2N →N

DNA

数目的变化

2a→4a→2a

2a→a

 

  2.2 有丝分裂和减数分裂

 

有丝分裂

减数分裂

细胞分裂

次数

1

连续2

染色体复制

次数

1

1

同源染色体

的变化

无联会和分离

有联会和分离

子细胞的

名称及数目

体细胞,

12

配子;雄为14个精子、

雌为11个卵细胞(另有3个极体)

最终子细胞中的染色体数

同亲代体细胞

只有亲代体细胞的一半(染色体数目的

减半发生在减数第一次分裂)

 

  3 以过程图解的分析,判断不同时期的细胞分裂图像

在光学显微镜下,能够比较清楚地辨认和记数染色体的细胞分裂时期是分裂期的中期和后期。下面以体细胞中含有2对同源染色体的哺乳动物为例,加以简要分析。

 

  3.1 不同分裂期中期图像的区分

 

  不同分裂期中期图像的共同点是染色体上的着丝点都排列在垂直于细胞两极的中央平面(即假想结构赤道板)上。(见右图)

 

区分不同分裂期中期的图像,主要是看同源染色体及其遗传行为。即先看有无同源染色体,无同源染色体者一定为减数第二次分裂(见上图中的C);有同源染色体者,再看有无同源染色体联会(或有无四分体),有者为减数第一次分裂(见上图中的B),无者为有丝分裂(见上图中的A)

 

 

  3.2 不同分裂期后期图像的区分

 

  不同分裂期的后期图像的共同点是染色体都平均分成两组,并分别向细胞两极移动。但引起染色体平均分配的原因是不同的。

 

区分不同分裂期后期的图像,可先看有无染色单体,有染色单体者一定为减数第一次分裂(见上图中的甲图),因同源染色体的分离,导致染色体平分成两组;无染色单体者,再看有无同源染色体(只看趋向一极的染色体),有者一定为有丝分裂(见上图中的乙图),无者为减数第二次分裂(见上图中的丙图)

 

  4 以变式例题的解析,学会解决有关细胞分裂的各类试题

 

  4.1 右图表示某高等生物在配子生成和融合的过程中,细胞内的核DNA分子的相对数量随染色体的动态变化而发生的变化,请据图回答问题。

 

1)图中Ⅰ过程表示的是                   ,核DNA分子数发生A→B变化的原因是                  

2)图中Ⅱ过程表示的细胞分裂时期是                   ,核DNA分子数量发生C→D变化的原因是                  

3)图中Ⅲ过程表示的细胞分裂时期是                   ,核DNA分子数量发生E→F变化的原因是                  

4)图中Ⅳ表示的生理过程是                   ,核DNA分子数量发生G→H变化的原因是                  

 

解析:该题图解呈现了减数分裂(图中Ⅰ→Ⅲ)和受精作用(图中的)的完整过程。在减数分裂过程中,染色体只复制一次,而细胞分裂两次。判断图中Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ代表的不同分裂时期或生理过程,可分析纵坐标所代表的一个细胞内的核DNA相对数量的变化。A→B表示DNA的复制;B→C表示此时细胞内既含同源染色体,又含染色单体; C→D表示同源染色体的分离;D→E表示此时细胞中不含同源染色体,但含染色单体;E→F表示着丝点分裂,姐妹染色单体分开;F→G表示此时细胞中不含同源染色体,也不含染色单体;G→H表示卵核和精核的融合,细胞中的染色体又成对存在了。

 

答案

1)减数第一次分裂的间期     DNA分子的复制 

2)减数第一次分裂    同源染色体联会后再彼此分离 

3)减数第二次分裂    着丝点分裂,姐妹染色单体分开 

4)受精作用 精核和卵核相融合 

 

  4.2  下面的图和图分别表示为某一哺乳动物体内有关细胞分裂的一组示意简图及相应染色体数目和核DNA含量的变化的曲线,请分析回答问题。


                          图

 


                         图

1)甲图中的实线表示    的变化;乙图中的虚线表示    的变化。

2)图中A所示的细胞分裂方式和时期是                   

3)图中C所示的细胞对应于甲、乙图中的    段。

4)在图ABCD中,表示等位基因彼此分离的图是     。

5)在甲、乙图中,不含同源染色体的区段是       

 

解析:求解该题需要的背景知识主要有,在有丝分裂的分裂间期,核DNA分子未复制之前,一条染色体只含有一个DNA分子;核DNA分子复制之后,一条染色体含有两个DNA分子。因此,在分裂期的各时期,含有姐妹染色单体的前期和中期,一条染色体含有两个DNA分子;不含有姐妹染色单体的后期和末期,一条染色体只含有一个DNA分子。由于有丝分裂过程没有同源染色体的特殊变化,所以各个时期的细胞中都含有同源染色体。

减数分裂包括两次连续的细胞分裂。在减数第一次分裂的间期,当染色体复制后,精()原细胞中的染色体与核DNA 分子的数目之比为1∶2;在减数第一次分裂过程中,由于同源染色体的联会和分离,由初级精()母细胞形成的次级精()母细胞中的染色体数目减半,核DNA分子的数目也随之减半;在减数第二次分裂过程中,含有姐妹染色单体的前期和中期,染色体与核DNA 分子的数目之比为1∶2;不含有姐妹染色单体的后期和末期,染色体与核DNA 分子的数目之比为1∶1。从减数分裂各时期染色体的变化特点可分析出,减数第一次分裂的间期,减数第一次分裂过程的前期、中期和后期的细胞中都含有同源染色体,以后各时期的细胞中不含有同源染色体。随着同源染色体的彼此分离,位于同源染色体上的等位基因也随之分离。

 

答案:1)染色体  DNA       2)有丝分裂后期  

313→14       4B        510→15

    
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