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高中生物2022届新教材一轮复习人教版 第四单元 第2课 细胞的减数分裂和受精作用 课件
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这是一份高中生物2022届新教材一轮复习人教版 第四单元 第2课 细胞的减数分裂和受精作用 课件，共60页。PPT课件主要包含了核心概念·自查，精子的形成过程，均等分裂，不均等分裂，卵细胞，受精卵，细胞核，染色体，减数分裂，受精作用等内容，欢迎下载使用。
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、减数分裂的概念
三、精子和卵细胞形成过程的异同点(哺乳动物)
四、受精作用1.概念:_______和_____相互识别,融合成为_______的过程。2.实质:精子的_______与卵细胞的_______相融合,使彼此的_______会合在一起。3.结果:受精卵中的_______数目又恢复到体细胞中的数目,其中一半染色体来自_____(父方),另一半来自_______(母方)。
4.意义:(1)有利于生物的进化。(2)就进行有性生殖的生物而言,_________和_________对于维持_____________________________________________________________,都是十分重要的。
后代体细胞中染色体数目的恒定,以及生物的遗传和变异
五、观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片(实验)1.实验原理:(1)蝗虫的_____细胞进行减数分裂形成精细胞,再形成精子,此过程要经过两次连续的细胞分裂。(2)在减数分裂过程中,细胞中的染色体的_____、位置和_____都在不断地发生变化,因而可据此识别减数分裂的各个时期。
2.实验材料选择:最好选择雄性个体的精子形成过程,原因有两个:(1)雄性个体产生精子数量_____雌性个体产生卵细胞数。(2)卵巢中的减数分裂不完整:在大多数动物卵巢内的减数分裂过程不完整,排卵时排出的仅仅是_________细胞,只有和精子相遇后,在精子的刺激下,才继续完成减数_______分裂。
3.实验步骤:(1)装片制作(与有丝分裂装片制作过程相同):解离→_____→_____→制片。(2)低倍镜观察:在低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片,识别____________________________________。(3)高倍镜观察:①低倍镜下依次找到减数第一次分裂___________和减数第二次分裂____________的细胞。②高倍镜下仔细观察染色体的_________________。③绘图:根据观察结果,绘制不同时期的细胞简图。
精母细胞、次级精母细胞和精细胞
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关减数分裂和受精作用叙述的正误:(1)在减数分裂过程中,染色体数目减半发生在减数第二次分裂。( )分析:在减数分裂过程中,染色体数目减半发生在减数第一次分裂。(2)玉米体细胞中有10对染色体,经过减数分裂后,卵细胞中染色体数目为5对。( )分析:玉米体细胞中有10对染色体,经过减数分裂后,卵细胞中染色体数目为10条,并不能成对存在。
(3)高等动物产生精子或卵细胞的过程中,只有非同源染色体上基因之间发生的自由组合属于基因重组。( )分析:高等动物产生精子或卵细胞的过程中,基因重组有两种类型:同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换和非同源染色体上非等位基因之间的自由组合。(4)减数分裂中发生均等分裂的细胞一定是次级精母细胞。( )分析:第一极体分裂时细胞质也是均等分裂的。
(5)正常情况下,在人的初级卵母细胞经减数分裂形成卵细胞的过程中,一个细胞中含有的X染色体条数最多为4条。( )分析:正常情况下,在人的初级卵母细胞经减数分裂形成卵细胞的过程中,一个细胞中含有的X染色体条数最多为2条。(6)减数第二次分裂后期彼此分离的染色体大小、形态一样,但不是同源染色体。( )(7)受精卵中的染色体和遗传物质均有一半来自父方,一半来自母方。( )分析:受精卵中的染色体一半来自父方,一半来自母方;遗传物质来自母方的多于父方。
(8)受精作用实现了基因重组,造成有性生殖后代的多样性。( )分析:基因重组有两种类型,均发生在减数分裂过程中,受精作用过程中不会发生基因重组。(9)精子和卵细胞相互识别的基础是精子和卵细胞膜上的糖蛋白。( )
2.判断下列有关有丝分裂和减数分裂过程中染色体和DNA数目变化叙述的正误:(1)同一个体中细胞有丝分裂前期和减数第一次分裂前期染色体数目相同,染色体行为和DNA分子数目不同。( )分析:同一个体中细胞有丝分裂前期和减数第一次分裂前期染色体和DNA分子数目相同,染色体行为不同。(2)同一个体中细胞有丝分裂后期和减数第一次分裂后期染色体的数目和行为不同,DNA分子数相同。( )
(3)二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,细胞中一定不存在同源染色体。( )分析:二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,可能发生在有丝分裂的后期,此时细胞中存在同源染色体;也可能发生在减数第二次分裂的后期,此时细胞中不存在同源染色体。(4)减数分裂过程中,DNA数目减半时一定发生基因的自由组合。( )分析:减数分裂的两次分裂过程中DNA数目均减半,但只有第一次分裂时发生基因的自由组合。(5)减数第二次分裂过程中DNA不复制,没有染色体增加的时期。( )分析:减数第二次分裂后期时,由于着丝点分裂,染色体数目暂时加倍。
3.判断下列有关观察减数分裂的实验叙述的正误:(1)可用蝗虫精母细胞、蚕豆花粉母细胞的固定装片观察细胞的减数分裂。( )(2)用桃花的雌蕊比用桃花的雄蕊制成的装片,更容易观察到减数分裂现象。( )分析:桃花的雄蕊比雌蕊多,故用雄蕊制成的装片更容易观察到减数分裂现象。(3)用洋葱根尖制成的装片,能观察到同源染色体的联会现象。( )分析:洋葱根尖细胞不能进行减数分裂,故无同源染色体的联会现象。
(4)观察动物的精巢、卵巢以及植物的花药中的细胞,只能看到减数分裂这一种细胞分裂的方式。( )分析:动物的精巢、卵巢以及植物的花药中的细胞既进行有丝分裂又进行减数分裂,故观察到的图像应存在有丝分裂、减数分裂两类。(5)实验中能观察到一个细胞减数分裂的连续过程。( )分析:如同观察有丝分裂一样,由于细胞在解离过程中被杀死,无法观察细胞中染色体的动态变化过程——欲看到全部过程,需通过移动装片,从不同的视野中找到。
【概念活用】教材命题源1.教材必修2 P23原文:“一母生九子,九子各不同”。从配子形成和受精作用两方面,简要说明遗传的多样性和稳定性的原因。提示: (1)减数分裂过程中由于同源染色体分离,非同源染色体自由组合以及同源染色体上非姐妹染色单体交叉互换产生了染色体组成具有多样性的配子。受精作用过程中,雌雄配子的随机结合,使后代的染色体组成更为多样,因此,生物具有遗传的多样性。(2)减数分裂产生了染色体数目减半的生殖细胞,受精作用使后代细胞的染色体又恢复了原来的数目,因此减数分裂和受精作用维持了前后代体细胞的染色体数目的恒定,使生物具有遗传的稳定性。
2.教材必修2 P22拓展题改编:如图表示某动物的精子形成过程,据图分析:(1)过程①的分裂方式是_________。(2)过程②的主要变化是__________________________,发生在______________________期。(3)甲细胞的名称是_________细胞,细胞乙中_____(填“有”或“没有”)同源染色体。(4)同源染色体分离发生在过程___,着丝点分裂发生在过程___。
DNA复制和有关蛋白质的合成
3.教材必修2P26“拓展题”改编:21号染色体不是正常的1对,而是3条,会造成21三体综合征的遗传病。(1)一对夫妇,妻子的基因型为Aa,丈夫的基因型为aa,若该夫妇生下一个基因型为AAa三体孩子,请从精子或卵细胞形成的角度推测该个体形成的病因。提示:妻子的基因型为Aa,丈夫的基因型为aa,孩子的基因型为AAa。因此,可以推断妻子在产生卵细胞时减数第二次分裂的后期含A和A基因的姐妹染色单体没有分离,产生了AA的卵细胞,与a的精子发生受精作用,从而产生AAa三体的孩子。
(2)AAa的三体与aa个体结合,产生后代的基因型及其比例是多少?提示:AAa的三体产生配子的种类及比例为A∶Aa∶a∶AA=2∶2∶1∶1,与aa个体结合后,产生后代的基因型及比例为Aa∶Aaa∶aa∶AAa=2∶2∶1∶1。
考点一 减数分裂和受精作用 【典例精研引领】(2021·榆林模拟)某雄性动物的基因型为AaBb。如图是某一个精原细胞减数分裂过程中的两个不同时期细胞分裂图像。相关叙述正确的是( )
A.甲细胞处于减数第二次分裂,称为次级精母细胞,细胞中含6条染色单体B.四分体时期染色体发生交叉互换,由此引起的变异属于染色体结构变异C.该细胞在减数第一次分裂后期,移向细胞一极的基因可能是AaBBD.该细胞经减数分裂形成的四个精子,其基因型分别为AB、AB、Ab、Ab
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选C。图甲细胞中没有同源染色体,染色体散乱地分布在细胞中,处于减数第二次分裂前期,该细胞称为次级精母细胞,细胞中含有8条染色单体,A错误;由图甲可看出,其中一条染色体的姐妹染色单体相同位置基因不同,可能是四分体时期染色体发生了交叉互换,由此引起的变异属于基因重组,B错误;该细胞在减数第一次分裂后期,移向细胞一极的基因可能是AaBB或Aabb,C正确;因发生了交叉互换,该细胞经减数分裂形成的四个精子基因型分别为AB、aB、Ab和ab,D错误。
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)甲细胞中A、a形成的原因可能是什么?(科学思维:分析与综合)提示:可能是基因突变,也可能是交叉互换。(2)如果不考虑交叉互换,如题中基因型的一个精原细胞减数分裂过程中形成几种精细胞?A和a,B和b基因在什么时期分开?(科学思维:分析与综合)提示:2种。减数第一次分裂后期。
【知能素养提升】1.同源染色体:(科学思维:比较、归纳)(1)概念:
(2)同源染色体的三个易错点。①同源染色体也有大小不同的,如男性体细胞中的X染色体较大,Y染色体较小。②着丝点分裂后,染色单体变成的染色体尽管大小、形状相同,但不叫同源染色体,这两条染色体是经复制形成的,不发生变异的情况下是完全相同的。③体细胞中也存在同源染色体,只是在有丝分裂过程中不出现联会、分离等现象。
2.减数分裂过程中联会、四分体和交叉互换:(科学思维:比较、归纳)(1)联会:指减数第一次分裂过程中(前期)同源染色体两两配对的现象。(2)四分体:联会后的每对同源染色体含有四条染色单体。(3)交叉互换:减数第一次分裂前期,同源染色体的非姐妹染色单体之间互换片段的现象。
(4)数量关系:一个四分体=1对同源染色体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子(含8条脱氧核苷酸链)。(5)交叉互换的意义:进一步丰富了配子的类型,增强了有性生殖生物的变异性。(6)交叉互换的概率:减数分裂过程中发生染色体交叉互换的只是少部分的初级精母细胞或初级卵母细胞。
3.减数分裂产生配子的种类:(科学思维:比较、归纳)原始生殖细胞减数分裂产生配子情况 (以AaBb为例,没有基因突变和交叉互换)如图:
分析产生配子种类时应特别注意是“一个个体”还是“一个性原细胞”。(1)一个个体有很多性原细胞,如图各种情况都可以发生,因此可产生2n种配子,n代表同源染色体的对数。(2)一个卵原细胞只能产生1个卵细胞,只能是1种。(3)一个精原细胞只能发生图中的一种情况,因此可产生4个精细胞,这4个细胞“两两相同”,是2种。(4)若仅发生基因突变,一个精原细胞会产生3种精细胞。(5)若仅发生交叉互换,一个精原细胞会产生4种精细胞。
4.受精作用的细胞学基础和遗传物质来源:(科学思维:比较、归纳)(1)细胞学基础。①细胞膜的信息交流功能——不同物种的精卵不识别,这也是生殖隔离形成的原因。②细胞膜的结构特性——具有一定的流动性。精卵融合为一个受精卵,首先要发生细胞膜的融合。(2)受精卵中遗传物质的来源。①细胞核中的遗传物质(核DNA、染色体):一半来自父方,一半来自母方。②细胞质中的遗传物质(DNA):几乎全部来自母方,这也是母系遗传的基础。③受精卵中的总遗传物质(DNA):来自母方的要多于来自父方的。
【热点考向演练】考向一 结合减数分裂的过程,考查模型构建能力1.(2017·全国卷Ⅱ)已知某种细胞有4条染色体,且两对等位基因分别位于两对同源染色体上。某同学用示意图表示这种细胞在正常减数分裂过程中可能产生的细胞。其中表示错误的是( )
【解析】选D。本题主要考查减数分裂的过程。在减数第一次分裂过程中,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,会出现A项和B项图示;减数第二次分裂过程中,姐妹染色单体分离,会出现C项图示;D项图示每个细胞中分别有一对同源染色体,在正常减数分裂过程中不可能产生该细胞,D项错误。
2.(2020·山东师大附中模拟)如图为某二倍体生物细胞分裂过程中某一时期分裂示意图,图中数字代表染色体,字母代表染色单体。没有突变且细胞正常分裂,则下列叙述正确的是( )A.该细胞中有同源染色体4对、DNA分子8个B.如果a上有D基因,a'的相同位置上的基因是dC.由于染色体自由组合,该细胞分裂完成将得到四种子细胞D.由于同源染色体分离,分裂后a与b不能共存于一个细胞
【解析】选D。该细胞中有同源染色体2对、DNA分子8个,A错误。如果a上有D基因,不发生交叉互换时,a'的相同位置上的基因也是D基因,因为二者是姐妹染色单体,B错误。不发生交叉互换时,该细胞分裂完成将得到两种子细胞,C错误。由于同源染色体分离,分裂后a与b不能共存于一个细胞,D正确。
考向二 围绕减数分裂形成配子的情况,考查科学思维能力3.(2021·武汉模拟)遗传学家将白眼雌果蝇(XbXb)和红眼雄果蝇(XBY)杂交,所产生的两千多只子代中有一只白眼雌果蝇和一只红眼雄果蝇,进一步研究表明,出现这种现象的原因是母本产生配子时两条X染色体未分离。已知果蝇的性别决定于X染色体的数目,含一条X染色体为雄性,含两条X染色体为雌性,含三条X染色体和无X染色体的果蝇胚胎致死,以下分析错误的是( )A.子代红眼雄果蝇的精原细胞中不存在Y染色体B.子代白眼雌果蝇的体细胞中最多含4条X染色体C.母本两条X染色体未分离可能发生在初级卵母细胞中D.与异常卵细胞同时产生的3个极体染色体数目都不正常
【解析】选D。从减数分裂的过程分析,出现上述例外的原因可能是卵原细胞在减数第一次分裂或减数第二次分裂时异常,产生的异常卵细胞与正常精子结合,则子代中红眼雄果蝇的基因型是XBO;子代白眼雌果蝇的基因型是XbXbY,所以其体细胞处于有丝分裂后期时,最多含4条X染色体;母本两条X染色体未分离可能发生在初级卵母细胞中,也可能发生在次级卵母细胞中;如果母本两条X染色体未分离发生在次级卵母细胞中,则与异常卵细胞同时产生的3个极体中只有1个极体染色体数目不正常。
【知识总结】减数分裂过程产生异常配子的原因(以基因型为AaBB的精原细胞为例)
4.(2021·开封模拟)如图为果蝇体细胞染色体模式图,若果蝇的一个初级卵母细胞经减数分裂产生的一个卵细胞的基因组成为ABc,则该初级卵母细胞产生的三个第二极体的基因组成为( )A.Abc、abC、aBC B.ABc、abC、abCC.abc、aBC、AbCD.ABC、abc、abC
【解析】选A。据图可知,该果蝇基因组成为AaBbCc,其中A、a和B、b位于一对同源染色体上,已知产生的卵细胞的基因组成为ABc,则可知减数分裂过程中发生了交叉互换,根据互换结果可以判断,次级卵母细胞产生的极体为Abc,另外两个极体为abC、aBC。
【加固训练·拔高】 1.(2020·成都模拟)某同学在观察果蝇细胞中的染色体组成时,发现一个正在分裂的细胞中,共有8条染色体,呈现4种不同的形态。下列说法错误的是( )A.若该细胞正处于分裂前期,则可能正在发生基因重组 B.若该细胞正处于分裂后期,其子细胞的大小可能不同 C.若该细胞此时存在染色单体,则该果蝇有可能是雄性 D.若该细胞此时没有染色单体,则该细胞可能取自卵巢
【解析】选C。根据题干信息分析,正在分裂的细胞中有8条染色体,4种形态,说明细胞中含有2个染色体组。若该细胞正处于减数第一次分裂前期,则可能正在发生同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换,属于基因重组,A正确;若该细胞正处于分裂后期,可能是减数第一次分裂后期或减数第二次分裂后期,若是雌性的卵细胞形成过程,则子细胞的大小可能不同,B正确;若该细胞此时存在染色单体,说明此时不可能处于减数第二次分裂,可能处于有丝分裂或减数第一次分裂,由于细胞中染色体只有4种形态,而雄果蝇的染色体有5种形态,因此该果蝇不可能是雄果蝇,C错误;若该细胞此时没有染色单体,说明该细胞处于减数第二次分裂后期,则该细胞可能取自卵巢或精巢,D正确。
2.(2020·梧州模拟)下列有关人的减数第一次分裂和减数第二次分裂的比较,正确的是( ) A.在减数第一次分裂和减数第二次分裂过程中都有同源染色体 B.在减数第一次分裂和减数第二次分裂过程中都有姐妹染色体单体的分离 C.减数第一次分裂和减数第二次分裂过程染色体数目可能相同 D.减数第一次分裂和减数第二次分裂过程DNA含量可能相同
【解析】选C。在减数第二次分裂过程没有同源染色体,A错误;在减数第一次分裂姐妹染色单体没有分离,B错误;减数第一次分裂与减数第二次分裂后期染色体数目相同,C正确;减数第一次分裂过程中DNA含量是体细胞的2倍,减数第二次分裂过程中,DNA含量与体细胞的相同或者是体细胞的一半,D错误。
考点二 减数分裂过程中染色体和DNA数目变化【典例精研引领】某同学对野生果蝇(2n=8)的精子、卵细胞形成过程中不同时期细胞的核DNA相对含量、染色体数目和染色单体数目建立如图模型。下列叙述错误的是( )
A.甲→乙过程中细胞经过一次或两次分裂B.丙时期的细胞中含有X和Y染色体C.图中四个时期的先后顺序可以是丁→丙→甲→乙D.丙→乙过程中细胞分裂方式可能不全是均等分裂
【解析】选B。由图分析可知,白、斜线、黑三种柱状图分别对应DNA相对含量、染色单体数目和染色体数目。甲→乙过程对应减数第一次分裂前的间期到减数分裂完成或者是减数第二次分裂后期到减数分裂完成,其中前者细胞经过两次分裂,后者细胞经过一次分裂,A项正确。丙时期是减数第二次分裂前、中期,细胞中含有X或Y染色体,B项错误。丁时期处于减数第一次分裂,图中四个时期的先后顺序可以是丁→丙→甲→乙,C项正确。丙→乙过程是减数第二次分裂,若观察的是卵细胞形成过程则极体是均等分裂,次级卵母细胞是不均等分裂,D项正确。
【母题变式延伸】核心素养新命题题中甲、乙、丙、丁分别对应细胞分裂的什么时期?分析判断依据。(科学思维:分析与综合)提示:根据题意,甲图中染色体数等于DNA数等于正常果蝇体细胞中染色体数,无染色单体,说明染色体没有复制或着丝点分开,应对应DNA复制前的时期或减数第二次分裂后期、末期;乙图中,染色体数等于DNA数等于正常果蝇体细胞染色体数目的一半,没有染色单体,应对应减数第二次分裂结束的时期;丙图染色单体数等于核DNA数等于染色体数的二倍,且染色体数等于正常果蝇体细胞染色体数的一半,应对应减数第二次分裂的前期或中期;丁图,染色单体数等于核DNA数等于染色体数的二倍,且染色体数等于正常果蝇体细胞染色体数,应对应减数第一次分裂前期、中期、后期或末期。
【备选典例】 (2020·芜湖模拟)如图为某动物精原细胞(染色体数目为2n,核DNA数目为2a)分裂的示意图,图中标明了部分染色体上的基因,①③细胞处于染色体着丝点向两极移动的时期。下列相关叙述正确的是( ) A.①中有同源染色体,染色体数目为2n,核DNA数目为4a B.③中无同源染色体,染色体数目为2n,核DNA数目为2a C.正常情况下,基因A与a、B与b分离发生在细胞①和②中 D.与图中精细胞同时产生的另外3个精细胞的基因型是aB、ab、AB
【解析】选B。①是有丝分裂的后期,有同源染色体,染色体数目为4n,核DNA数目为4a,A项错误;③是减数第二次分裂的后期,无同源染色体,染色体数目为2n,核DNA数目为2a,B项正确;正常情况下基因A与a、B与b分离发生在减数第一次分裂的后期,即细胞②中,C项错误;与图中精细胞同时产生的另外3个精细胞的基因型应该是aB、aB、Ab,D项错误。
【知能素养提升】1.减数分裂过程中的相关曲线图与柱形图(以精子形成为例):(科学思维:模型构建)
(1)甲为精原细胞;乙为初级精母细胞;丙、丁为次级精母细胞;戊为精细胞。(2)染色体数目变化及原因。①减数第一次分裂末期,同源染色体分开平均进入两个子细胞,染色体数目减半。②减数第二次分裂后期,着丝点分裂,染色体数目加倍到体细胞水平。③减数第二次分裂末期,细胞一分为二,染色体数目减半。
(3)核DNA数目变化及原因。①减数第一次分裂前的间期,DNA复制,核DNA数目加倍。②减数第一次分裂末期,细胞一分为二,核DNA数目减半。③减数第二次分裂末期,细胞一分为二,核DNA数目再减半。(4)染色单体数目变化及原因。①减数第一次分裂前的间期,DNA复制,染色单体形成。②减数第一次分裂末期,细胞一分为二,染色单体数目减半。③减数第二次分裂后期,着丝点分裂,染色单体消失。
2.图中染色体和核DNA数目变化的两个判断技巧:(科学思维:方法技巧)(1)染色体和核DNA变化曲线的区别。①曲线有倾斜段——代表核DNA数目变化。②曲线无倾斜段——代表染色体数目变化。(2)染色单体和核DNA数目变化的区分。①持续存在——核DNA数目变化。②时有时无——染色单体数目变化。
【热点考向演练】考向一 结合减数分裂相关结构或物质数量变化的分析,考查归纳与概括能力1.(2021·武汉模拟)某研究小组从蛙的精巢中提取一些细胞,测定细胞中染色体数目(无突变发生),将这些细胞分为三组,每组的细胞数如图所示。对图示结果分析不正确的是( )
A.乙组细胞中有一部分可能正在进行DNA的复制B.丙组细胞中有一部分可能正在发生非同源染色体上的非等位基因的重新组合C.乙组细胞中既有进行有丝分裂的细胞也有进行减数分裂的细胞D.用药物阻断DNA复制会减少甲组细胞的生成
【解析】选B。乙组细胞中染色体数目和体细胞染色体数目一致,可能处于间期,有丝分裂前、中期,减数第一次分裂,减数第二次分裂后期和末期,A正确;丙组细胞中的染色体数目是体细胞的两倍,处于有丝分裂后期,不会发生非同源染色体上非等位基因的重新组合(只能发生在减数第一次分裂后期),B错误;乙组细胞可以代表有丝分裂前期和中期,也可以代表减数第一次分裂,C正确;用药物阻断DNA复制,则细胞停留在间期,不能继续分裂,所以会减少甲组细胞的生成,D正确。
考向二 分析细胞图像中相关数目的变化,考查科学思维能力2.(2021·九江模拟)下列对某二倍体生物细胞分裂的相关图像分析正确的是( )A.a、b细胞染色体数不同,染色单体数相同B.a、b、c、d细胞可出现于同一器官中C.b、c细胞均含有两个四分体D.b、c、d细胞均含有两对同源染色体
【解析】选B。a细胞中有8条染色体、0条染色单体,b细胞中4条染色体、8条染色单体,A错误;由于精原细胞既可以进行有丝分裂,又可以进行减数分裂,因此a、b、c、d细胞可出现于同一器官中,B正确;b细胞中同源染色体已经分离,不存在四分体,有丝分裂过程中不存在四分体,C错误;d细胞中没有同源染色体,D错误。
【加固训练·拔高】 1.低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体,从而产生染色体数目加倍的卵细胞,此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎。上述过程中产生下列四种细胞,如图所示四种细胞的染色体行为(以二倍体草鱼体细胞含两对同源染色体为例)可出现的是( )
【解析】选B。根据题中信息可知,低温可使二倍体草鱼的卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体,即减数第一次分裂无法正常进行,同源染色体不能分离,仍存在于同一个细胞中,A项错误;当细胞继续分裂时,减数第二次分裂的后期,所有染色体的着丝点分裂,并在纺锤丝的牵引下移向细胞两极,并且细胞质不均等分裂,B项正确;通过该过程形成的卵细胞中应该含有2对同源染色体,C项错误;根据题干信息,该三倍体的草鱼应含有三个染色体组,6条染色体,而D图中含有两个染色体组,6条染色体,D项错误。
2.二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,下列有关叙述正确的是( ) A.细胞中一定不存在同源染色体 B.着丝点分裂一定导致DNA数目加倍C.染色体DNA一定由母链和子链组成 D.细胞中染色体数目一定是其体细胞的2倍
【解析】选C。二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,说明其正处于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期。有丝分裂后期细胞中有同源染色体,A项错误;着丝点分裂,姐妹染色单体分开,一定会导致染色体数目加倍,但该细胞中的DNA数目不变,B项错误;DNA复制是分别以亲代DNA的每一条链为模板合成子代DNA的过程,复制特点是半保留复制,即一条链是原来的母链,另一条链是新合成的子链。减数第一次分裂前的间期和有丝分裂间期,DNA复制形成子代DNA,因此处于减数第二次分裂后期的细胞和有丝分裂后期的细胞中的染色体DNA一定由母链和子链组成,C项正确;处于有丝分裂后期的细胞中,染色体数目是体细胞的2倍,而处于减数第二次分裂后期的细胞中,染色体数目与体细胞中染色体数目相同,D项错误。
考点三 观察细胞的减数分裂【典例精研引领】(2021·昆明模拟)某科研小组对蝗虫精巢切片进行显微观察,测定不同细胞中的染色体数目和核DNA数目,结果如图。下列分析正确的是( )
A.细胞c和细胞g都可能发生了染色单体分离B.细胞d、e、f中都可能发生同源染色体联会C.细胞g和细胞b中都含有同源染色体D.细胞a可能是精细胞或卵细胞
【解析】选A。据图分析可知,细胞c可能处于减数第二次分裂的后期,细胞g是处于有丝分裂后期的细胞,两个时期都发生了染色单体分离,A正确;同源染色体的联会发生在减数第一次分裂的前期,细胞d、e处在间期DNA复制的时期,B错误;细胞b处在减数第二次分裂的前期或中期,细胞中没有同源染色体,C错误;本题用的是蝗虫的精巢,因此细胞a不可能是卵细胞,D错误。
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)题图中a细胞和g细胞中染色体组的数目关系是怎样的?(科学思维:分析比较)提示:g细胞内的染色体组是a细胞内染色体组的4倍。(2)选用题干材料进行细胞分裂图的观察时,能观察到几种细胞分裂后期的图像?在这几种分裂图中都能发生着丝点的分裂吗?(科学探究:实验分析)提示:3种,分别是有丝分裂后期、减数第一次分裂后期和减数第二次分裂后期。除了减数第一次分裂后期着丝点不分裂,其余两种后期着丝点均发生分裂。
【知能素养提升】 减数分裂实验观察过程中需注意的两个问题:(科学思维、科学探究)(1)不只观察到一种分裂方式:动物的精巢、卵巢以及植物的花药中的细胞既进行有丝分裂又进行减数分裂,故观察到的图像应存在有丝分裂、减数分裂两类,其染色体数目有三种情况:N、2N、4N(假设亲代为二倍体)。原始的精原细胞(或卵原细胞)的增殖是通过有丝分裂进行的。(2)不能观察到一个细胞减数分裂的过程:如同观察有丝分裂一样,由于细胞在解离过程中被杀死,无法观察细胞中染色体的动态变化过程——欲看到全部过程,需通过移动装片,从不同的视野中找到。
【热点考向演练】考向 结合实验结果的分析推理,考查实验探究能力1.(2021·石家庄模拟)某种植物细胞分裂过程中几个特定时期的显微照片如图,其中甲、乙为减数分裂(一个为减数第一次分裂,一个为减数第二次分裂), 丙为有丝分裂。下列相关叙述错误的是( )
A.图甲中, 细胞的同源染色体之间可发生基因重组B.图乙中,细胞的同源染色体分离,染色体数目减半C.图丙中箭头所指的染色体行为有利于遗传物质的平均分配D.得到上述图像均需要经解离、漂洗、染色和制片等相关步骤【解析】选B。根据细胞中的染色体行为变化,图甲处于减数第一次分裂前期,A项正确;图乙中不含同源染色体,细胞处于减数第二次分裂后期,B项错误;图丙为有丝分裂,箭头指的细胞处于有丝分裂中期,C项正确;要得到上述分裂图像,需要进行解离、漂洗、染色和制片等步骤,D项正确。
2.小鼠是常被用于研究人类遗传病的模式动物。请根据观察小鼠细胞减数分裂的实验步骤,回答下列问题:供选材料及试剂:小鼠的肾脏、睾丸、肝脏,苏丹Ⅲ染液、醋酸洋红液、健那绿染液,解离固定液。(1)取材:用________作实验材料。 (2)制作:①取少量组织低渗处理后,放在________中,一定时间后轻轻漂洗。 ②将漂洗后的组织放在载玻片上,滴加适量______。 ③一定时间后加盖玻片,________。 (3)观察:用显微镜观察时,发现几种不同特征的分裂中期细胞。若它们正常分裂,产生的子细胞是__________________。
【解析】(1)观察减数分裂应选取生殖器官,故应选取(小鼠)睾丸。(2)制片过程为“解离→漂洗→染色→制片”。①将少量组织经过低渗处理后,放在解离固定液中进行解离,然后进行漂洗。②将漂洗后的组织放在载玻片上,滴加适量的醋酸洋红液进行染色。③一定时间后,加盖玻片进行压片。(3)如果糖原细胞进行有丝分裂,则其中期细胞正常分裂产生糖原细胞。如果糖原细胞进行减数分裂,则减数第一次分裂中期细胞正常分裂产生次级精母细胞,减数第二次分裂中期细胞正常分裂产生精细胞。
答案:(1)(小鼠)睾丸(2)①解离固定液 ②醋酸洋红液 ③压片(只要有压片的操作均可)(3)次级精母细胞、精细胞、精原细胞
【加固训练·拔高】 对老鼠(2N=40)睾丸切片进行显微观察,根据细胞中染色体的数目将细胞分为A、B、C三组,每组细胞数目如表所示,下列叙述中正确的是( )
A.只有A组细胞处于有丝分裂过程中 B.B组细胞内都存在同源染色体 C.三组细胞的性染色体组成均为一条X和一条Y D.C组细胞的出现与减数分裂有关【解析】选D。正常体细胞含40条染色体,A组细胞含80条染色体,A组细胞为有丝分裂后期细胞,B组含40条染色体,可能处于间期、有丝分裂前期、中期,也可能处于减Ⅰ时期及减Ⅱ后期、末期,A错误;减Ⅱ时期细胞中不存在同源染色体,B错误;有丝分裂后期性染色体数为2X+2Y,减Ⅱ后期细胞中含2条X染色体或2条Y染色体,C错误。
【命题新情境】 ① 和 ② 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。①和②对西瓜的生殖发育、繁殖、营养形态建成和产量至关重要。如图表示西瓜花粉母细胞①②及受精卵的有丝分裂过程中DNA含量。请回答下列问题:
【命题新角度】1.根据所学知识,在①～②中填入对应的内容。①______;②______。 2.图中A～C表示______期,易发生的可遗传的变异类型是______。 3.表示西瓜初级精母细胞的时期是______(填字母),染色体数目的减半发生在______(填字母),原因是________________。 4.H～I段DNA含量恢复体现了细胞膜的______特性。表示有丝分裂的时期是____(填字母)。
【解析】1.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,维持了生物遗传的稳定性。2.图中A～C表示减数分裂间期(或间期),易发生的变异类型是基因突变。3.表示西瓜初级精母细胞的时期是间期完成后处于整个减数第一次分裂,即C～D,染色体数目的减半发生在减数第一次分裂的末期,即D～E,原因是同源染色体的分离使子细胞中染色体数目减半。4.H～I段DNA含量恢复是依赖于卵细胞和精子融合(体现了细胞膜的流动性)的过程。图中表示有丝分裂的时期是受精卵的有丝分裂,即I～O。
答案:1.①减数分裂 ②受精作用2.减数分裂间(或间) 基因突变3.C～D D～E 同源染色体分离并分配到两个子细胞中,使染色体数目减半4.流动性 I～O
【拓展视野】 受精作用的机理 卵细胞受精之前,代谢水平很低,无DNA的合成活动,RNA和蛋白质的合成都极少。因此排出的卵子,如果未受精,很快就夭折。 当精子与卵细胞表面结合时,卵细胞的代谢速率迅速提高,并开始合成DNA。有关卵细胞激活的详细机理还不清楚,只知精子仅起到打开程序开关的作用。除了精子,一些其他非专一的化学的或物理的处理,也能使卵细胞激活,例如针刺蛙卵细胞,也能使之激活,激活的起始无须任何新蛋白质的合成。
在海胆卵细胞激活的早期阶段,质膜对钠离子的通透性增加,钠离子大量内流,致使细胞膜在数秒钟之内去极化;钙离子自细胞库存中释放,使20～30秒钟之内卵细胞内游离钙离子量迅速增加多达100倍;随着钠离子内流,氢离子外流,致使一分钟之内卵细胞pH明显增加。这些离子的变化,诱发皮层反应,导致阻断多余精子入卵,并激起卵细胞的进一步发育。卵细胞内游离钙离子的增加,起到激活卵细胞内钙调素的作用,由此进一步激活卵细胞内其他的蛋白质。随即出现蛋白质合成量的增加,DNA也开始复制。
在海胆卵细胞上,钙离子也可能是通过钙调素,激活卵细胞膜上的某些专一转运蛋白质,使氢离子向细胞外输出。卵细胞内pH的增加,会引起蛋白质合成速率增加和DNA的复制。这种氢离子的外流依赖于钠离子的内流。这些蛋白质的合成并不依赖于RNA的新合成,而是预存卵细胞中mRNA的去掩盖以及核糖体激活的结果。 受精机制的研究,是人类有效掌握和控制有性生殖动物繁殖和育种的基本保证之一。人类“试管婴儿”的诞生只是少数成功的事例。
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、减数分裂的概念
三、精子和卵细胞形成过程的异同点(哺乳动物)
四、受精作用1.概念:_______和_____相互识别,融合成为_______的过程。2.实质:精子的_______与卵细胞的_______相融合,使彼此的_______会合在一起。3.结果:受精卵中的_______数目又恢复到体细胞中的数目,其中一半染色体来自_____(父方),另一半来自_______(母方)。
4.意义:(1)有利于生物的进化。(2)就进行有性生殖的生物而言,_________和_________对于维持_____________________________________________________________,都是十分重要的。
后代体细胞中染色体数目的恒定,以及生物的遗传和变异
五、观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片(实验)1.实验原理:(1)蝗虫的_____细胞进行减数分裂形成精细胞,再形成精子,此过程要经过两次连续的细胞分裂。(2)在减数分裂过程中,细胞中的染色体的_____、位置和_____都在不断地发生变化,因而可据此识别减数分裂的各个时期。
2.实验材料选择:最好选择雄性个体的精子形成过程,原因有两个:(1)雄性个体产生精子数量_____雌性个体产生卵细胞数。(2)卵巢中的减数分裂不完整:在大多数动物卵巢内的减数分裂过程不完整,排卵时排出的仅仅是_________细胞,只有和精子相遇后,在精子的刺激下,才继续完成减数_______分裂。
3.实验步骤:(1)装片制作(与有丝分裂装片制作过程相同):解离→_____→_____→制片。(2)低倍镜观察:在低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片,识别____________________________________。(3)高倍镜观察:①低倍镜下依次找到减数第一次分裂___________和减数第二次分裂____________的细胞。②高倍镜下仔细观察染色体的_________________。③绘图:根据观察结果,绘制不同时期的细胞简图。
精母细胞、次级精母细胞和精细胞
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关减数分裂和受精作用叙述的正误:(1)在减数分裂过程中,染色体数目减半发生在减数第二次分裂。( )分析:在减数分裂过程中,染色体数目减半发生在减数第一次分裂。(2)玉米体细胞中有10对染色体,经过减数分裂后,卵细胞中染色体数目为5对。( )分析:玉米体细胞中有10对染色体,经过减数分裂后,卵细胞中染色体数目为10条,并不能成对存在。
(3)高等动物产生精子或卵细胞的过程中,只有非同源染色体上基因之间发生的自由组合属于基因重组。( )分析:高等动物产生精子或卵细胞的过程中,基因重组有两种类型:同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换和非同源染色体上非等位基因之间的自由组合。(4)减数分裂中发生均等分裂的细胞一定是次级精母细胞。( )分析:第一极体分裂时细胞质也是均等分裂的。
(5)正常情况下,在人的初级卵母细胞经减数分裂形成卵细胞的过程中,一个细胞中含有的X染色体条数最多为4条。( )分析:正常情况下,在人的初级卵母细胞经减数分裂形成卵细胞的过程中,一个细胞中含有的X染色体条数最多为2条。(6)减数第二次分裂后期彼此分离的染色体大小、形态一样,但不是同源染色体。( )(7)受精卵中的染色体和遗传物质均有一半来自父方,一半来自母方。( )分析:受精卵中的染色体一半来自父方,一半来自母方;遗传物质来自母方的多于父方。
(8)受精作用实现了基因重组,造成有性生殖后代的多样性。( )分析:基因重组有两种类型,均发生在减数分裂过程中,受精作用过程中不会发生基因重组。(9)精子和卵细胞相互识别的基础是精子和卵细胞膜上的糖蛋白。( )
2.判断下列有关有丝分裂和减数分裂过程中染色体和DNA数目变化叙述的正误:(1)同一个体中细胞有丝分裂前期和减数第一次分裂前期染色体数目相同,染色体行为和DNA分子数目不同。( )分析:同一个体中细胞有丝分裂前期和减数第一次分裂前期染色体和DNA分子数目相同,染色体行为不同。(2)同一个体中细胞有丝分裂后期和减数第一次分裂后期染色体的数目和行为不同,DNA分子数相同。( )
(3)二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,细胞中一定不存在同源染色体。( )分析:二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,可能发生在有丝分裂的后期,此时细胞中存在同源染色体;也可能发生在减数第二次分裂的后期,此时细胞中不存在同源染色体。(4)减数分裂过程中,DNA数目减半时一定发生基因的自由组合。( )分析:减数分裂的两次分裂过程中DNA数目均减半,但只有第一次分裂时发生基因的自由组合。(5)减数第二次分裂过程中DNA不复制,没有染色体增加的时期。( )分析:减数第二次分裂后期时,由于着丝点分裂,染色体数目暂时加倍。
3.判断下列有关观察减数分裂的实验叙述的正误:(1)可用蝗虫精母细胞、蚕豆花粉母细胞的固定装片观察细胞的减数分裂。( )(2)用桃花的雌蕊比用桃花的雄蕊制成的装片,更容易观察到减数分裂现象。( )分析:桃花的雄蕊比雌蕊多,故用雄蕊制成的装片更容易观察到减数分裂现象。(3)用洋葱根尖制成的装片,能观察到同源染色体的联会现象。( )分析:洋葱根尖细胞不能进行减数分裂,故无同源染色体的联会现象。
(4)观察动物的精巢、卵巢以及植物的花药中的细胞,只能看到减数分裂这一种细胞分裂的方式。( )分析:动物的精巢、卵巢以及植物的花药中的细胞既进行有丝分裂又进行减数分裂,故观察到的图像应存在有丝分裂、减数分裂两类。(5)实验中能观察到一个细胞减数分裂的连续过程。( )分析:如同观察有丝分裂一样,由于细胞在解离过程中被杀死,无法观察细胞中染色体的动态变化过程——欲看到全部过程,需通过移动装片,从不同的视野中找到。
【概念活用】教材命题源1.教材必修2 P23原文:“一母生九子,九子各不同”。从配子形成和受精作用两方面,简要说明遗传的多样性和稳定性的原因。提示: (1)减数分裂过程中由于同源染色体分离,非同源染色体自由组合以及同源染色体上非姐妹染色单体交叉互换产生了染色体组成具有多样性的配子。受精作用过程中,雌雄配子的随机结合,使后代的染色体组成更为多样,因此,生物具有遗传的多样性。(2)减数分裂产生了染色体数目减半的生殖细胞,受精作用使后代细胞的染色体又恢复了原来的数目,因此减数分裂和受精作用维持了前后代体细胞的染色体数目的恒定,使生物具有遗传的稳定性。
2.教材必修2 P22拓展题改编:如图表示某动物的精子形成过程,据图分析:(1)过程①的分裂方式是_________。(2)过程②的主要变化是__________________________,发生在______________________期。(3)甲细胞的名称是_________细胞,细胞乙中_____(填“有”或“没有”)同源染色体。(4)同源染色体分离发生在过程___,着丝点分裂发生在过程___。
DNA复制和有关蛋白质的合成
3.教材必修2P26“拓展题”改编:21号染色体不是正常的1对,而是3条,会造成21三体综合征的遗传病。(1)一对夫妇,妻子的基因型为Aa,丈夫的基因型为aa,若该夫妇生下一个基因型为AAa三体孩子,请从精子或卵细胞形成的角度推测该个体形成的病因。提示:妻子的基因型为Aa,丈夫的基因型为aa,孩子的基因型为AAa。因此,可以推断妻子在产生卵细胞时减数第二次分裂的后期含A和A基因的姐妹染色单体没有分离,产生了AA的卵细胞,与a的精子发生受精作用,从而产生AAa三体的孩子。
(2)AAa的三体与aa个体结合,产生后代的基因型及其比例是多少?提示:AAa的三体产生配子的种类及比例为A∶Aa∶a∶AA=2∶2∶1∶1,与aa个体结合后,产生后代的基因型及比例为Aa∶Aaa∶aa∶AAa=2∶2∶1∶1。
考点一 减数分裂和受精作用 【典例精研引领】(2021·榆林模拟)某雄性动物的基因型为AaBb。如图是某一个精原细胞减数分裂过程中的两个不同时期细胞分裂图像。相关叙述正确的是( )
A.甲细胞处于减数第二次分裂,称为次级精母细胞,细胞中含6条染色单体B.四分体时期染色体发生交叉互换,由此引起的变异属于染色体结构变异C.该细胞在减数第一次分裂后期,移向细胞一极的基因可能是AaBBD.该细胞经减数分裂形成的四个精子,其基因型分别为AB、AB、Ab、Ab
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选C。图甲细胞中没有同源染色体,染色体散乱地分布在细胞中,处于减数第二次分裂前期,该细胞称为次级精母细胞,细胞中含有8条染色单体,A错误;由图甲可看出,其中一条染色体的姐妹染色单体相同位置基因不同,可能是四分体时期染色体发生了交叉互换,由此引起的变异属于基因重组,B错误;该细胞在减数第一次分裂后期,移向细胞一极的基因可能是AaBB或Aabb,C正确;因发生了交叉互换,该细胞经减数分裂形成的四个精子基因型分别为AB、aB、Ab和ab,D错误。
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)甲细胞中A、a形成的原因可能是什么?(科学思维:分析与综合)提示:可能是基因突变,也可能是交叉互换。(2)如果不考虑交叉互换,如题中基因型的一个精原细胞减数分裂过程中形成几种精细胞?A和a,B和b基因在什么时期分开?(科学思维:分析与综合)提示:2种。减数第一次分裂后期。
【知能素养提升】1.同源染色体:(科学思维:比较、归纳)(1)概念:
(2)同源染色体的三个易错点。①同源染色体也有大小不同的,如男性体细胞中的X染色体较大,Y染色体较小。②着丝点分裂后,染色单体变成的染色体尽管大小、形状相同,但不叫同源染色体,这两条染色体是经复制形成的,不发生变异的情况下是完全相同的。③体细胞中也存在同源染色体,只是在有丝分裂过程中不出现联会、分离等现象。
2.减数分裂过程中联会、四分体和交叉互换:(科学思维:比较、归纳)(1)联会:指减数第一次分裂过程中(前期)同源染色体两两配对的现象。(2)四分体:联会后的每对同源染色体含有四条染色单体。(3)交叉互换:减数第一次分裂前期,同源染色体的非姐妹染色单体之间互换片段的现象。
(4)数量关系:一个四分体=1对同源染色体=2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子(含8条脱氧核苷酸链)。(5)交叉互换的意义:进一步丰富了配子的类型,增强了有性生殖生物的变异性。(6)交叉互换的概率:减数分裂过程中发生染色体交叉互换的只是少部分的初级精母细胞或初级卵母细胞。
3.减数分裂产生配子的种类:(科学思维:比较、归纳)原始生殖细胞减数分裂产生配子情况 (以AaBb为例,没有基因突变和交叉互换)如图:
分析产生配子种类时应特别注意是“一个个体”还是“一个性原细胞”。(1)一个个体有很多性原细胞,如图各种情况都可以发生,因此可产生2n种配子,n代表同源染色体的对数。(2)一个卵原细胞只能产生1个卵细胞,只能是1种。(3)一个精原细胞只能发生图中的一种情况,因此可产生4个精细胞,这4个细胞“两两相同”,是2种。(4)若仅发生基因突变,一个精原细胞会产生3种精细胞。(5)若仅发生交叉互换,一个精原细胞会产生4种精细胞。
4.受精作用的细胞学基础和遗传物质来源:(科学思维:比较、归纳)(1)细胞学基础。①细胞膜的信息交流功能——不同物种的精卵不识别,这也是生殖隔离形成的原因。②细胞膜的结构特性——具有一定的流动性。精卵融合为一个受精卵,首先要发生细胞膜的融合。(2)受精卵中遗传物质的来源。①细胞核中的遗传物质(核DNA、染色体):一半来自父方,一半来自母方。②细胞质中的遗传物质(DNA):几乎全部来自母方,这也是母系遗传的基础。③受精卵中的总遗传物质(DNA):来自母方的要多于来自父方的。
【热点考向演练】考向一 结合减数分裂的过程,考查模型构建能力1.(2017·全国卷Ⅱ)已知某种细胞有4条染色体,且两对等位基因分别位于两对同源染色体上。某同学用示意图表示这种细胞在正常减数分裂过程中可能产生的细胞。其中表示错误的是( )
【解析】选D。本题主要考查减数分裂的过程。在减数第一次分裂过程中,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,会出现A项和B项图示;减数第二次分裂过程中,姐妹染色单体分离,会出现C项图示;D项图示每个细胞中分别有一对同源染色体,在正常减数分裂过程中不可能产生该细胞,D项错误。
2.(2020·山东师大附中模拟)如图为某二倍体生物细胞分裂过程中某一时期分裂示意图,图中数字代表染色体,字母代表染色单体。没有突变且细胞正常分裂,则下列叙述正确的是( )A.该细胞中有同源染色体4对、DNA分子8个B.如果a上有D基因,a'的相同位置上的基因是dC.由于染色体自由组合,该细胞分裂完成将得到四种子细胞D.由于同源染色体分离,分裂后a与b不能共存于一个细胞
【解析】选D。该细胞中有同源染色体2对、DNA分子8个,A错误。如果a上有D基因,不发生交叉互换时,a'的相同位置上的基因也是D基因,因为二者是姐妹染色单体,B错误。不发生交叉互换时,该细胞分裂完成将得到两种子细胞,C错误。由于同源染色体分离,分裂后a与b不能共存于一个细胞,D正确。
考向二 围绕减数分裂形成配子的情况,考查科学思维能力3.(2021·武汉模拟)遗传学家将白眼雌果蝇(XbXb)和红眼雄果蝇(XBY)杂交,所产生的两千多只子代中有一只白眼雌果蝇和一只红眼雄果蝇,进一步研究表明,出现这种现象的原因是母本产生配子时两条X染色体未分离。已知果蝇的性别决定于X染色体的数目,含一条X染色体为雄性,含两条X染色体为雌性,含三条X染色体和无X染色体的果蝇胚胎致死,以下分析错误的是( )A.子代红眼雄果蝇的精原细胞中不存在Y染色体B.子代白眼雌果蝇的体细胞中最多含4条X染色体C.母本两条X染色体未分离可能发生在初级卵母细胞中D.与异常卵细胞同时产生的3个极体染色体数目都不正常
【解析】选D。从减数分裂的过程分析,出现上述例外的原因可能是卵原细胞在减数第一次分裂或减数第二次分裂时异常,产生的异常卵细胞与正常精子结合,则子代中红眼雄果蝇的基因型是XBO;子代白眼雌果蝇的基因型是XbXbY,所以其体细胞处于有丝分裂后期时,最多含4条X染色体;母本两条X染色体未分离可能发生在初级卵母细胞中,也可能发生在次级卵母细胞中;如果母本两条X染色体未分离发生在次级卵母细胞中,则与异常卵细胞同时产生的3个极体中只有1个极体染色体数目不正常。
【知识总结】减数分裂过程产生异常配子的原因(以基因型为AaBB的精原细胞为例)
4.(2021·开封模拟)如图为果蝇体细胞染色体模式图,若果蝇的一个初级卵母细胞经减数分裂产生的一个卵细胞的基因组成为ABc,则该初级卵母细胞产生的三个第二极体的基因组成为( )A.Abc、abC、aBC B.ABc、abC、abCC.abc、aBC、AbCD.ABC、abc、abC
【解析】选A。据图可知,该果蝇基因组成为AaBbCc,其中A、a和B、b位于一对同源染色体上,已知产生的卵细胞的基因组成为ABc,则可知减数分裂过程中发生了交叉互换,根据互换结果可以判断,次级卵母细胞产生的极体为Abc,另外两个极体为abC、aBC。
【加固训练·拔高】 1.(2020·成都模拟)某同学在观察果蝇细胞中的染色体组成时,发现一个正在分裂的细胞中,共有8条染色体,呈现4种不同的形态。下列说法错误的是( )A.若该细胞正处于分裂前期,则可能正在发生基因重组 B.若该细胞正处于分裂后期,其子细胞的大小可能不同 C.若该细胞此时存在染色单体,则该果蝇有可能是雄性 D.若该细胞此时没有染色单体,则该细胞可能取自卵巢
【解析】选C。根据题干信息分析,正在分裂的细胞中有8条染色体,4种形态,说明细胞中含有2个染色体组。若该细胞正处于减数第一次分裂前期,则可能正在发生同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换,属于基因重组,A正确;若该细胞正处于分裂后期,可能是减数第一次分裂后期或减数第二次分裂后期,若是雌性的卵细胞形成过程,则子细胞的大小可能不同,B正确;若该细胞此时存在染色单体,说明此时不可能处于减数第二次分裂,可能处于有丝分裂或减数第一次分裂,由于细胞中染色体只有4种形态,而雄果蝇的染色体有5种形态,因此该果蝇不可能是雄果蝇,C错误;若该细胞此时没有染色单体,说明该细胞处于减数第二次分裂后期,则该细胞可能取自卵巢或精巢,D正确。
2.(2020·梧州模拟)下列有关人的减数第一次分裂和减数第二次分裂的比较,正确的是( ) A.在减数第一次分裂和减数第二次分裂过程中都有同源染色体 B.在减数第一次分裂和减数第二次分裂过程中都有姐妹染色体单体的分离 C.减数第一次分裂和减数第二次分裂过程染色体数目可能相同 D.减数第一次分裂和减数第二次分裂过程DNA含量可能相同
【解析】选C。在减数第二次分裂过程没有同源染色体,A错误;在减数第一次分裂姐妹染色单体没有分离,B错误;减数第一次分裂与减数第二次分裂后期染色体数目相同,C正确;减数第一次分裂过程中DNA含量是体细胞的2倍,减数第二次分裂过程中,DNA含量与体细胞的相同或者是体细胞的一半,D错误。
考点二 减数分裂过程中染色体和DNA数目变化【典例精研引领】某同学对野生果蝇(2n=8)的精子、卵细胞形成过程中不同时期细胞的核DNA相对含量、染色体数目和染色单体数目建立如图模型。下列叙述错误的是( )
A.甲→乙过程中细胞经过一次或两次分裂B.丙时期的细胞中含有X和Y染色体C.图中四个时期的先后顺序可以是丁→丙→甲→乙D.丙→乙过程中细胞分裂方式可能不全是均等分裂
【解析】选B。由图分析可知,白、斜线、黑三种柱状图分别对应DNA相对含量、染色单体数目和染色体数目。甲→乙过程对应减数第一次分裂前的间期到减数分裂完成或者是减数第二次分裂后期到减数分裂完成,其中前者细胞经过两次分裂,后者细胞经过一次分裂,A项正确。丙时期是减数第二次分裂前、中期,细胞中含有X或Y染色体,B项错误。丁时期处于减数第一次分裂,图中四个时期的先后顺序可以是丁→丙→甲→乙,C项正确。丙→乙过程是减数第二次分裂,若观察的是卵细胞形成过程则极体是均等分裂,次级卵母细胞是不均等分裂,D项正确。
【母题变式延伸】核心素养新命题题中甲、乙、丙、丁分别对应细胞分裂的什么时期?分析判断依据。(科学思维:分析与综合)提示:根据题意,甲图中染色体数等于DNA数等于正常果蝇体细胞中染色体数,无染色单体,说明染色体没有复制或着丝点分开,应对应DNA复制前的时期或减数第二次分裂后期、末期;乙图中,染色体数等于DNA数等于正常果蝇体细胞染色体数目的一半,没有染色单体,应对应减数第二次分裂结束的时期;丙图染色单体数等于核DNA数等于染色体数的二倍,且染色体数等于正常果蝇体细胞染色体数的一半,应对应减数第二次分裂的前期或中期;丁图,染色单体数等于核DNA数等于染色体数的二倍,且染色体数等于正常果蝇体细胞染色体数,应对应减数第一次分裂前期、中期、后期或末期。
【备选典例】 (2020·芜湖模拟)如图为某动物精原细胞(染色体数目为2n,核DNA数目为2a)分裂的示意图,图中标明了部分染色体上的基因,①③细胞处于染色体着丝点向两极移动的时期。下列相关叙述正确的是( ) A.①中有同源染色体,染色体数目为2n,核DNA数目为4a B.③中无同源染色体,染色体数目为2n,核DNA数目为2a C.正常情况下,基因A与a、B与b分离发生在细胞①和②中 D.与图中精细胞同时产生的另外3个精细胞的基因型是aB、ab、AB
【解析】选B。①是有丝分裂的后期,有同源染色体,染色体数目为4n,核DNA数目为4a,A项错误;③是减数第二次分裂的后期,无同源染色体,染色体数目为2n,核DNA数目为2a,B项正确;正常情况下基因A与a、B与b分离发生在减数第一次分裂的后期,即细胞②中,C项错误;与图中精细胞同时产生的另外3个精细胞的基因型应该是aB、aB、Ab,D项错误。
【知能素养提升】1.减数分裂过程中的相关曲线图与柱形图(以精子形成为例):(科学思维:模型构建)
(1)甲为精原细胞;乙为初级精母细胞;丙、丁为次级精母细胞;戊为精细胞。(2)染色体数目变化及原因。①减数第一次分裂末期,同源染色体分开平均进入两个子细胞,染色体数目减半。②减数第二次分裂后期,着丝点分裂,染色体数目加倍到体细胞水平。③减数第二次分裂末期,细胞一分为二,染色体数目减半。
(3)核DNA数目变化及原因。①减数第一次分裂前的间期,DNA复制,核DNA数目加倍。②减数第一次分裂末期,细胞一分为二,核DNA数目减半。③减数第二次分裂末期,细胞一分为二,核DNA数目再减半。(4)染色单体数目变化及原因。①减数第一次分裂前的间期,DNA复制,染色单体形成。②减数第一次分裂末期,细胞一分为二,染色单体数目减半。③减数第二次分裂后期,着丝点分裂,染色单体消失。
2.图中染色体和核DNA数目变化的两个判断技巧:(科学思维:方法技巧)(1)染色体和核DNA变化曲线的区别。①曲线有倾斜段——代表核DNA数目变化。②曲线无倾斜段——代表染色体数目变化。(2)染色单体和核DNA数目变化的区分。①持续存在——核DNA数目变化。②时有时无——染色单体数目变化。
【热点考向演练】考向一 结合减数分裂相关结构或物质数量变化的分析,考查归纳与概括能力1.(2021·武汉模拟)某研究小组从蛙的精巢中提取一些细胞,测定细胞中染色体数目(无突变发生),将这些细胞分为三组,每组的细胞数如图所示。对图示结果分析不正确的是( )
A.乙组细胞中有一部分可能正在进行DNA的复制B.丙组细胞中有一部分可能正在发生非同源染色体上的非等位基因的重新组合C.乙组细胞中既有进行有丝分裂的细胞也有进行减数分裂的细胞D.用药物阻断DNA复制会减少甲组细胞的生成
【解析】选B。乙组细胞中染色体数目和体细胞染色体数目一致,可能处于间期,有丝分裂前、中期,减数第一次分裂,减数第二次分裂后期和末期,A正确;丙组细胞中的染色体数目是体细胞的两倍,处于有丝分裂后期,不会发生非同源染色体上非等位基因的重新组合(只能发生在减数第一次分裂后期),B错误;乙组细胞可以代表有丝分裂前期和中期,也可以代表减数第一次分裂,C正确;用药物阻断DNA复制,则细胞停留在间期,不能继续分裂,所以会减少甲组细胞的生成,D正确。
考向二 分析细胞图像中相关数目的变化,考查科学思维能力2.(2021·九江模拟)下列对某二倍体生物细胞分裂的相关图像分析正确的是( )A.a、b细胞染色体数不同,染色单体数相同B.a、b、c、d细胞可出现于同一器官中C.b、c细胞均含有两个四分体D.b、c、d细胞均含有两对同源染色体
【解析】选B。a细胞中有8条染色体、0条染色单体,b细胞中4条染色体、8条染色单体,A错误;由于精原细胞既可以进行有丝分裂,又可以进行减数分裂,因此a、b、c、d细胞可出现于同一器官中,B正确;b细胞中同源染色体已经分离,不存在四分体,有丝分裂过程中不存在四分体,C错误;d细胞中没有同源染色体,D错误。
【加固训练·拔高】 1.低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体,从而产生染色体数目加倍的卵细胞,此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎。上述过程中产生下列四种细胞,如图所示四种细胞的染色体行为(以二倍体草鱼体细胞含两对同源染色体为例)可出现的是( )
【解析】选B。根据题中信息可知,低温可使二倍体草鱼的卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体,即减数第一次分裂无法正常进行,同源染色体不能分离,仍存在于同一个细胞中,A项错误;当细胞继续分裂时,减数第二次分裂的后期,所有染色体的着丝点分裂,并在纺锤丝的牵引下移向细胞两极,并且细胞质不均等分裂,B项正确;通过该过程形成的卵细胞中应该含有2对同源染色体,C项错误;根据题干信息,该三倍体的草鱼应含有三个染色体组,6条染色体,而D图中含有两个染色体组,6条染色体,D项错误。
2.二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,下列有关叙述正确的是( ) A.细胞中一定不存在同源染色体 B.着丝点分裂一定导致DNA数目加倍C.染色体DNA一定由母链和子链组成 D.细胞中染色体数目一定是其体细胞的2倍
【解析】选C。二倍体生物细胞正在进行着丝点分裂时,说明其正处于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期。有丝分裂后期细胞中有同源染色体,A项错误;着丝点分裂,姐妹染色单体分开,一定会导致染色体数目加倍,但该细胞中的DNA数目不变,B项错误;DNA复制是分别以亲代DNA的每一条链为模板合成子代DNA的过程,复制特点是半保留复制,即一条链是原来的母链,另一条链是新合成的子链。减数第一次分裂前的间期和有丝分裂间期,DNA复制形成子代DNA,因此处于减数第二次分裂后期的细胞和有丝分裂后期的细胞中的染色体DNA一定由母链和子链组成,C项正确;处于有丝分裂后期的细胞中,染色体数目是体细胞的2倍,而处于减数第二次分裂后期的细胞中,染色体数目与体细胞中染色体数目相同,D项错误。
考点三 观察细胞的减数分裂【典例精研引领】(2021·昆明模拟)某科研小组对蝗虫精巢切片进行显微观察,测定不同细胞中的染色体数目和核DNA数目,结果如图。下列分析正确的是( )
A.细胞c和细胞g都可能发生了染色单体分离B.细胞d、e、f中都可能发生同源染色体联会C.细胞g和细胞b中都含有同源染色体D.细胞a可能是精细胞或卵细胞
【解析】选A。据图分析可知,细胞c可能处于减数第二次分裂的后期,细胞g是处于有丝分裂后期的细胞,两个时期都发生了染色单体分离,A正确;同源染色体的联会发生在减数第一次分裂的前期,细胞d、e处在间期DNA复制的时期,B错误;细胞b处在减数第二次分裂的前期或中期,细胞中没有同源染色体,C错误;本题用的是蝗虫的精巢,因此细胞a不可能是卵细胞,D错误。
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)题图中a细胞和g细胞中染色体组的数目关系是怎样的?(科学思维:分析比较)提示:g细胞内的染色体组是a细胞内染色体组的4倍。(2)选用题干材料进行细胞分裂图的观察时,能观察到几种细胞分裂后期的图像?在这几种分裂图中都能发生着丝点的分裂吗?(科学探究:实验分析)提示:3种,分别是有丝分裂后期、减数第一次分裂后期和减数第二次分裂后期。除了减数第一次分裂后期着丝点不分裂,其余两种后期着丝点均发生分裂。
【知能素养提升】 减数分裂实验观察过程中需注意的两个问题:(科学思维、科学探究)(1)不只观察到一种分裂方式:动物的精巢、卵巢以及植物的花药中的细胞既进行有丝分裂又进行减数分裂,故观察到的图像应存在有丝分裂、减数分裂两类,其染色体数目有三种情况:N、2N、4N(假设亲代为二倍体)。原始的精原细胞(或卵原细胞)的增殖是通过有丝分裂进行的。(2)不能观察到一个细胞减数分裂的过程:如同观察有丝分裂一样,由于细胞在解离过程中被杀死,无法观察细胞中染色体的动态变化过程——欲看到全部过程,需通过移动装片,从不同的视野中找到。
【热点考向演练】考向 结合实验结果的分析推理,考查实验探究能力1.(2021·石家庄模拟)某种植物细胞分裂过程中几个特定时期的显微照片如图,其中甲、乙为减数分裂(一个为减数第一次分裂,一个为减数第二次分裂), 丙为有丝分裂。下列相关叙述错误的是( )
A.图甲中, 细胞的同源染色体之间可发生基因重组B.图乙中,细胞的同源染色体分离,染色体数目减半C.图丙中箭头所指的染色体行为有利于遗传物质的平均分配D.得到上述图像均需要经解离、漂洗、染色和制片等相关步骤【解析】选B。根据细胞中的染色体行为变化,图甲处于减数第一次分裂前期,A项正确;图乙中不含同源染色体,细胞处于减数第二次分裂后期,B项错误;图丙为有丝分裂,箭头指的细胞处于有丝分裂中期,C项正确;要得到上述分裂图像,需要进行解离、漂洗、染色和制片等步骤,D项正确。
2.小鼠是常被用于研究人类遗传病的模式动物。请根据观察小鼠细胞减数分裂的实验步骤,回答下列问题:供选材料及试剂:小鼠的肾脏、睾丸、肝脏,苏丹Ⅲ染液、醋酸洋红液、健那绿染液,解离固定液。(1)取材:用________作实验材料。 (2)制作:①取少量组织低渗处理后,放在________中,一定时间后轻轻漂洗。 ②将漂洗后的组织放在载玻片上,滴加适量______。 ③一定时间后加盖玻片,________。 (3)观察:用显微镜观察时,发现几种不同特征的分裂中期细胞。若它们正常分裂,产生的子细胞是__________________。
【解析】(1)观察减数分裂应选取生殖器官,故应选取(小鼠)睾丸。(2)制片过程为“解离→漂洗→染色→制片”。①将少量组织经过低渗处理后,放在解离固定液中进行解离,然后进行漂洗。②将漂洗后的组织放在载玻片上,滴加适量的醋酸洋红液进行染色。③一定时间后,加盖玻片进行压片。(3)如果糖原细胞进行有丝分裂,则其中期细胞正常分裂产生糖原细胞。如果糖原细胞进行减数分裂,则减数第一次分裂中期细胞正常分裂产生次级精母细胞,减数第二次分裂中期细胞正常分裂产生精细胞。
答案:(1)(小鼠)睾丸(2)①解离固定液 ②醋酸洋红液 ③压片(只要有压片的操作均可)(3)次级精母细胞、精细胞、精原细胞
【加固训练·拔高】 对老鼠(2N=40)睾丸切片进行显微观察,根据细胞中染色体的数目将细胞分为A、B、C三组,每组细胞数目如表所示,下列叙述中正确的是( )
A.只有A组细胞处于有丝分裂过程中 B.B组细胞内都存在同源染色体 C.三组细胞的性染色体组成均为一条X和一条Y D.C组细胞的出现与减数分裂有关【解析】选D。正常体细胞含40条染色体,A组细胞含80条染色体,A组细胞为有丝分裂后期细胞,B组含40条染色体,可能处于间期、有丝分裂前期、中期,也可能处于减Ⅰ时期及减Ⅱ后期、末期,A错误;减Ⅱ时期细胞中不存在同源染色体,B错误;有丝分裂后期性染色体数为2X+2Y,减Ⅱ后期细胞中含2条X染色体或2条Y染色体,C错误。
【命题新情境】 ① 和 ② 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。①和②对西瓜的生殖发育、繁殖、营养形态建成和产量至关重要。如图表示西瓜花粉母细胞①②及受精卵的有丝分裂过程中DNA含量。请回答下列问题:
【命题新角度】1.根据所学知识,在①～②中填入对应的内容。①______;②______。 2.图中A～C表示______期,易发生的可遗传的变异类型是______。 3.表示西瓜初级精母细胞的时期是______(填字母),染色体数目的减半发生在______(填字母),原因是________________。 4.H～I段DNA含量恢复体现了细胞膜的______特性。表示有丝分裂的时期是____(填字母)。
【解析】1.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,维持了生物遗传的稳定性。2.图中A～C表示减数分裂间期(或间期),易发生的变异类型是基因突变。3.表示西瓜初级精母细胞的时期是间期完成后处于整个减数第一次分裂,即C～D,染色体数目的减半发生在减数第一次分裂的末期,即D～E,原因是同源染色体的分离使子细胞中染色体数目减半。4.H～I段DNA含量恢复是依赖于卵细胞和精子融合(体现了细胞膜的流动性)的过程。图中表示有丝分裂的时期是受精卵的有丝分裂,即I～O。
答案:1.①减数分裂 ②受精作用2.减数分裂间(或间) 基因突变3.C～D D～E 同源染色体分离并分配到两个子细胞中,使染色体数目减半4.流动性 I～O
【拓展视野】 受精作用的机理 卵细胞受精之前,代谢水平很低,无DNA的合成活动,RNA和蛋白质的合成都极少。因此排出的卵子,如果未受精,很快就夭折。 当精子与卵细胞表面结合时,卵细胞的代谢速率迅速提高,并开始合成DNA。有关卵细胞激活的详细机理还不清楚,只知精子仅起到打开程序开关的作用。除了精子,一些其他非专一的化学的或物理的处理,也能使卵细胞激活,例如针刺蛙卵细胞,也能使之激活,激活的起始无须任何新蛋白质的合成。
在海胆卵细胞激活的早期阶段,质膜对钠离子的通透性增加,钠离子大量内流,致使细胞膜在数秒钟之内去极化;钙离子自细胞库存中释放,使20～30秒钟之内卵细胞内游离钙离子量迅速增加多达100倍;随着钠离子内流,氢离子外流,致使一分钟之内卵细胞pH明显增加。这些离子的变化,诱发皮层反应,导致阻断多余精子入卵,并激起卵细胞的进一步发育。卵细胞内游离钙离子的增加,起到激活卵细胞内钙调素的作用,由此进一步激活卵细胞内其他的蛋白质。随即出现蛋白质合成量的增加,DNA也开始复制。
在海胆卵细胞上,钙离子也可能是通过钙调素,激活卵细胞膜上的某些专一转运蛋白质,使氢离子向细胞外输出。卵细胞内pH的增加,会引起蛋白质合成速率增加和DNA的复制。这种氢离子的外流依赖于钠离子的内流。这些蛋白质的合成并不依赖于RNA的新合成,而是预存卵细胞中mRNA的去掩盖以及核糖体激活的结果。 受精机制的研究,是人类有效掌握和控制有性生殖动物繁殖和育种的基本保证之一。人类“试管婴儿”的诞生只是少数成功的事例。
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