减数分裂和受精作用

 

【教学目标】

1．知识目标：阐明减数分裂的概念。

2．能力目标：

（1）通过与有丝分裂过程的比较，理解精子形成过程中染色体的变化，理解减数分裂过程中染色体的变化，理解受精作用的过程。

（2）通过学生的观察、比较、分析、讨论，总结出减数分裂过程中各时期的特征，

并从实质上理解减数分裂是特殊的有丝分裂。

【教学重难点】

1．教学重点：

（1）精子形成过程中染色体的变化情况

（2）减数分裂过程中染色体的行为特征和数目变化

（3）卵细胞形成过程中染色体的变化情况

（4）减数分裂过程中染色体的行为特征和数目变化

（5）受精作用的过程

2．教学难点：

（1）精子形成过程中染色体的变化情况

（2）减数分裂过程中染色体的行为特征和数目变化

（3）卵细胞形成过程中染色体的变化情况

（4）减数分裂过程中染色体的行为特征和数目变化

（5）受精作用的过程

【教学方法】

讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳

【课时安排】

2课时

【教学过程】

上学期我们学习过真核细胞的分裂方式，有：有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。我们首先来回忆一下有丝分裂各个时期的特点：

1．有丝分裂间期：进行染色体的复制，即DNA的复制和有关蛋白质的合成。

2．有丝分裂前期:膜仁消失现两体

3．有丝分裂中期:形数清晰赤道齐

4．有丝分裂后期:点裂数增均两极

5．有丝分裂末期:两消两现建新壁

提出问题：

每个人的发育起点都是受精卵，受精卵经过有丝分裂和细胞分化就形成了新个体。

精子和卵细胞是通过什么方式形成的？

假设:配子（精子或卵细胞）是通过有丝分裂的方式产生的。

 

魏斯曼预测：在卵细胞和精子成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半；受精时，精子与卵细胞融合，恢复正常的染色体数目。这种分裂方式称为减数分裂。

（一）减数分裂的概念

1．是一种特殊的有丝分裂；

2．范围:进行有性生殖的真核生物

3．特点:染色体复制1次，细胞连续分裂2次

4．结果:子代细胞染色体数目比亲代细胞减少一半

5．细胞类型:原始生殖细胞→成熟生殖细胞

下面我们结合哺乳动物精子和卵细胞的形成，介绍减数分裂的过程：

1．精子形成的过程

请问：这些成群结队的精子是从哪里来的？

高等动植物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，大家可以观察课本图2—1

曲细精管有大量的精原细胞。精原细胞是原始的生殖细胞，每个精原细胞中的染色体数目都与体细胞的相同。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。

那么，精原细胞是用过哪种方式产生的呢？如何判断？

有丝分裂，因为精原细胞所含的染色体数目与体细胞相同，相当于一种特殊的体细胞。

当雄性动物成熟后，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂，经过两次连续的分裂，形成精细胞，再经过精细胞的变形，最后形成了精子。

整个过程是如何进行的呢？请同学们观察精子形成的动画。

减数分裂是一个连续分裂的过程，但为了研究方便，人们同样将减数第一次分裂和减数第二次分裂划分为不同的时期。

在减数第一次分裂的间期，染色体进行复制。此时，细胞有什么样的变化？

细胞体积变大，而复制后每条染色体都由两条姐妹染色单体构成。

Ⅰ．减Ⅰ间期

精原细胞染色体复制，体积增大，形成初级精母细胞

Ⅱ．减数第一次分裂

（1）减数第一次分裂前期

染色体高度螺旋化、缩短变粗形成了染色体。

第一次分裂的前期，细胞中的同源染色体两两配对，叫做联会。

所谓的同源染色体，指减数分裂时配对的两条染色体，形状和大小一般相同，一条来自父方，一条来自母方。

联会后染色体进一步螺旋化变粗，逐渐在光学显微镜下可见每条染色体都含有两条姐妹染色单体，由一个着丝点相连，每对同源染色体则含有四条姐妹染色单体，叫四分体。图中有几个四分体？

生：两个。

分析以下的数量关系：

1个四分体=1对同源染色体=2条染色体=2个着丝点=4条染色单体=4个DNA分子。

判断是否有同源染色体，应同时满足3个条件：

①大小（长度）——相同

②形状（着丝点位置）——相同

③来源（颜色）——不同

例：下列几组染色体中，属于一对同源染色体的是（DE）

 

教师显示染色体交叉互换的照片和示意图。

师：在四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕，并交换一部分片段。经过交换，姐妹染色单体有何不同？

生：交换前，姐妹染色单体是相同的，经过交换后，两条姐妹染色单体不同。

师：交叉互换使分裂产生的四个子细胞所含的遗传物质各不相同。

①染色质高度螺旋化变成染色体

②同源染色体联会配对，形成四分体

③四分体的非姐妹染色单体发生交叉互换

（2）减数第一次分裂中期

同源染色体成对排列于赤道板两侧

（3）减Ⅰ后期

同源染色体分离，非同源染色体自由组合

（4）减Ⅰ末期

形成两个次级精母细胞，染色体数目减半

小结：减数第一次分裂的主要特征是什么？

 

 

Ⅲ．减数第二次分裂

（1）减Ⅱ前期

染色体散乱分布

次级精母细胞不再含有同源染色体

（2）减Ⅱ中期

染色体的着丝点整齐地排列在赤道板上

（3）减Ⅱ后期

着丝点分裂，染色体一分为二，数目倍增

（4）减Ⅱ末期

分裂结果形成四个精细胞

变形：精细胞经过变形成为蝌蚪状的精子。不属于减数分裂的过程。

小结：减数第二次分裂的主要特征是什么？

 

 

 

减数I和减数II的比较

	减数I	减数II
染色体复制	复制	不复制
着丝点	不分裂	分裂
染色体数目	减半	不减半
DNA数目	减半	减半
染色体的主要行为	同源染色体分离	染色单体分离

2．卵细胞的形成过程

之前我们共同探讨了减数分裂的概念和精子的形成过程，知道了减数分裂的特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，最后导致形成的子细胞染色体数目减半。进行有性生殖的生物的生殖细胞有雌雄两种，前面已经学习精子的形成过程，下面我们就一起来探讨一下卵细胞的形成过程。

卵细胞的产生部位及该部位的结构分别是什么？

卵细胞是在卵巢内形成的，卵巢有两个，在其内有许多发育程度不同的卵泡，位于卵泡中央的一个细胞就是卵细胞。在每个月经周期中只有一个原始卵泡成熟并排出一个卵细胞。卵细胞形成过程与精子形成过程基本相同，但也有区别。

卵原细胞是原始的雌性生殖细胞，每个卵原细胞中的染色体数目都和体细胞的相同。

 

		精子的形成过程	卵细胞的形成过程
相 同 点		染色体的行为变化相同： 减数第一次分裂间期染色体先复制，在减数第一次分裂时同源染色体联会，形成四分体，非姐妹染色体交叉互换，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，减数第一次分裂结束后染色体数目减半；减数第二次分裂时着丝点分裂，姐妹染色单体分离
不同点	场所	睾丸	卵巢
	分裂方式	细胞质均等分裂	细胞质不均等分裂
	子细胞 个数	1个精原细胞→4个 （2种精子）	1个卵原细胞→4个 （1种卵细胞+3个2种极体）
	是否变形	有变形过程	无变形过程

如何辨别减数第二次分裂与有丝分裂的分裂图象？

以细胞中是否含有同源染色体作为辨别的主要依据。进行减数第二次分裂的细胞没有同源染色体，进行有丝分裂的细胞有同源染色体。

 

判断下图各属于何种分裂？哪个时期？

 

减数第二次分裂前期减数

 

第一次分裂前期（四分体）

 

减数第二次分裂前期

 

减数第一次分裂中期减数

 

第二次分裂中期

 

有丝分裂中期

照片上的三个人分别是谁啊？萨达姆与其长子乌代和次子库赛

乌代和库赛均为萨达姆与其妻所生，但为什么他们三人会长得不一样？

同学们已经知道，减数分裂形成的精子和卵细胞，必须相互结合形成受精卵，才能发育成新个体。而父亲体内所有的精原细胞，染色体组成并无差别，母亲体内的卵原细胞也是如此。但为什么会出现萨达姆与其儿子乌代和库赛的情况？

同样的精（卵）原细胞会产生不同的配子吗？

 

1．配子中染色体组合多样性的原因

结论1：非同源染色体的自由组合导致配子染色体组合多样性

个体精原细胞所含同源染色体对数	精子的类型
1对	2
2对	4
3对	8
n对	2n

 

结论2：非姐妹染色单体的交叉互换导致配子染色体组合多样性。

配子中染色体组合的多样性

1．减数分裂过程中非同源染色体的自由组合

（1）一个含n对同源染色体的精原细胞，经减数分裂产生的精子类型有2种；

（2）一个含n对同源染色体的卵原细胞，经减数分裂产生的卵细胞类型有1种；

（3）体细胞含有n对同源染色体的生物个体，经减数分裂产生的配子类型有2ⁿ种。

2．四分体时期有非姐妹染色单体的交叉互换。

（二）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。

那同学们能否把刚才所看到的受精作用过程介绍一下。

2．过程：

在受精作用进行时，通常是精子的头部进入卵细胞，尾巴留在外面。与此同时，卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理效应，以阻止其他精子再进入。

精子的头部进入卵细胞不久，精子的细胞核和卵细胞的细胞核融合，使彼此的染色体会合在一起。

通过受精作用，染色体数目出现什么变化？

受精卵中染色体数目又恢复到原来体细胞中的数目，保证了物种染色体数目的稳定，其中一半来自精子（父方），一半来自卵细胞（母方）。

现在我们回头看看同源染色体的概念，同学们是否明白了同源染色体一条来自于父方，一条来自母方的意思呢？

精子和卵细胞的同源染色体都是成单存在，精子带有其中一条，卵细胞带有其中的另一条。受精后，这两条同源染色体到了一个细胞中，它们就成对存在了。
接下来我们来看看卵细胞在受精前后的变化。未受精时，卵细胞好像睡着了，细胞呼吸和物质合成进行得比较缓慢。受精后，受精卵迅速地进行细胞分裂、分化。新生命由此开始了遗传物质和环境相互作用的发育过程。

3．结果：受精卵的染色体数恢复到体细胞的数目，保证了物种染色体数目的稳定，其中有一半的染色体来自精子（父方），另一半来自卵细胞（母方）。

 

4．意义：减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，都是十分重要。

减数分裂中异常情况分析：

1．减数第一次分裂后期异常（即有1对同源染色体未分离）

若发生于初级精母细胞，则产生：4个精子都异常；

若发生于初级卵母细胞：3个极体和1个卵细胞都异常。

2．减数第二次分裂后期异常（即有1条染色体的染色单体未分开）

若发生于1个次级精母细胞，则产生：2个异常精子；

若发生于1个次级卵母细胞，则产生：1个异常极体和1个异常卵细胞；

若发生于1个次级卵母细胞第一极体：2个异常极体；