第2章基因和染色体的关系(教案).doc

高考生物第一轮复习资料（教案） §2-2《基因和染色体的关系》
第2章 基因和染色体的关系
第1节 减数分裂和受精作用
【课标定位】
1.阐述减数分裂的概念，举例说明配子的形成过程。
2.比较精子与卵细胞形成过程的异同，阐述受精作用过程。
3.识别减数分裂不同阶段染色体的形态和数目。
【教材回归】
一、减数分裂
（一）减数分裂的概念
减数分裂是进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂方式。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。分裂结果，成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞中的染色体数目减少一半。
（二）与减数分裂有关的概念
1.同源染色体和非同源染色体

同源染色体
非同源染色体
来源
一条来自父方，一条来自母方
既可来自父方，也可来自母方
形态和大小
一般都相同（性染色体X和Y除外）
一般不相同
关系
在减Ⅰ前期能够配对的两条染色体
在减Ⅰ前期不能配对的染色体
比较
4
2
1
3
5
6
7
8

①图中1和3、2和4分别属于一对同源染色体
②图中1和2、3和4、1和4、2和3分别属于非同源染色体
③图中5和6、7和8既不是同源染色体，也不是非同源染色体，而是由一对姐妹染色单体分开后形成的两条相同的子染色体
2.联会和四分体
（1）联会
在减数第一次分裂前期，同源染色体两两配对的现象。
（2）四分体
在减数第一次分裂前期，联会后含有四条染色单体的每对同源染色体叫做一个四分体。
3.姐妹染色单体和非姐妹染色单体
d d′

c c′

b b′

3 4
1 2
a a′

（1）姐妹染色单体
同一着丝点连着的两条染色单体，如图中的a和a´、b和b´、c和c´、d和d´。
（2）非姐妹染色单体
不同着丝点连着的两条染色单体，如图中的a和d、b和c等。
4.交叉互换
在减数第一次分裂前期，四分体中的非姐妹染色单体之间进行相同区段的相互交换。
5.同源染色体分离
在减数第一次分裂后期，配对的两条同源染色体在纺锤丝的牵引下彼此分离，分别随机移向细胞的两极。
6.非同源染色体自由组合
在减数第一次分裂后期，同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合。
（三）减数分裂的过程——以哺乳动物精子的形成为例
方式
时期
减数第一次分裂
减数第二次分裂
分裂间期
精原细胞的体积增大（染色体进行复制）→初级精母细胞。复制结果：①每条染色体复制出由一个着丝点连接着的两条姐妹染色单体，因而染色体的数量未变；②核DNA分子数量增加一倍
减数第一次分裂与减数第二次分裂之间通常没有间期，或者间期经历的时间很短，染色体不再复制
分裂期
前期
初级精母细胞中原来分散存在的同源染色体联会形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体之间还常常发生缠绕并进行相同区段的交叉互换
次级精母细胞中的染色体（无同源染色体）散乱分布在细胞的中央
中期
初级精母细胞中的每对同源染色体都排列在细胞中央的赤道板上（两侧），每条染色体的着丝点都附着在纺锤丝上
次级精母细胞中每条染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板上
后期
初级精母细胞中的每对同源染色体，在纺锤丝的牵引下彼此分离，同时非同源染色体自由组合，并分别移向细胞的两极，使细胞的两极各获得每对同源染色体中的任意一条染色体
次级精母细胞中每条染色体的着丝点分裂，两条姐妹染色单体随之分开成为两条染色体，并在纺锤丝的牵引下分别移向细胞的两极
末期
当两组染色体到达细胞两极时，一个初级精母细胞分裂成为两个次级精母细胞（由于同源染色体分离并分别进入两个子细胞，使得每个次级精母细胞中的染色体数目减少了一半）
当次级精母细胞中彼此分开的染色体到达细胞两极后，每个次级精母细胞分裂成为两个精细胞，精细胞经过复杂的变形后成为精子
（四）配子中染色体组合的多样性
在生物的体细胞中，染色体的数目往往是比较多的。例如，在人的体细胞中就有23对同源染色体，在人体形成精子或卵细胞时，可产生223种染色体组成不同的配子。如果再考虑非姐妹染色单体之间的交叉互换，通过减数分裂产生的配子种类就更多了。这对于生物多样性的形成具有非常重要的意义。
二、受精作用
（一）受精作用的概念
卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
（二）受精作用的过程
精子与卵细胞相互识别后，精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。同时，卵细胞的细胞膜发生复杂的生理反应，阻止其他精子再进入。不久，精子的细胞核就与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体会合在一起。
（三）受精作用的结果
受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，其中一半来自精子（父方），另一半来自卵细胞（母方）。
（四）受精作用的意义
1.由于配子中的染色体组成具有多样性，导致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在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。
2.对进行有性生殖的生物来说，减数分裂使精子和卵细胞中的染色体数目减半，受精作用又使受精卵中的染色体数目恢复到体细胞中的染色体数目。可见，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具有重要意义。
【要点突破】
一、减数分裂概念的诠释
发生范围
只有能进行有性生殖的生物才会发生减数分裂
发生时期
只有在生物体性成熟以后，由原始生殖细胞（如哺乳动物的精原细胞或卵原细胞）发展成为成熟生殖细胞（如精子或卵细胞）时才发生
发生场所
有性生殖器官，如哺乳动物的睾丸或卵巢、高等植物的花药或胚囊
分裂特点
在整个分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次（减数第一次分裂和减数第二次分裂）
分裂结果
成熟生殖细胞中的染色体数目只有原始生殖细胞中的一半
二、有关同源染色体的几点说明
1.在减数第一次分裂前期，能够配对的两条染色体一定是同源染色体，一般是一条来自父方，一条来自母方，并且形状和大小一般都相同。
2.形状和大小相同的染色体不一定是同源染色体，如一条染色体的两条姐妹染色单体分开后形成的两条染色体就不是同源染色体。
3.形状和大小不同的两条染色体可能是同源染色体，如X与Y两条性染色体就是一对异型的同源染色体。
4.一条来自父方和一条来自母方的染色体不一定是同源染色体。
5.同源染色体既可存在于减数分裂过程中，也可存在于有丝分裂过程中，但在有丝分裂过程中没有同源染色体的联会，没有四分体的形成，也没有同源染色体的分离。
三、减数分裂的过程
1.动物精子的形成过程
精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精子
染色体复制 分裂 分裂 变形
减数第一次分裂 减数第二次分裂

染色体复制 分裂
卵原细胞 初级卵母细胞
减数第一次分裂 减数第二次分裂
次级卵母细胞
第一极体
卵细胞
第二极体
第二极体
第二极体
分裂
分裂
2.动物卵细胞的形成过程

特别提示：
①减数分裂导致染色体数减半的原因：减数第一次分裂过程中同源染色体分开，分别进入两个次级精母细胞中。
②卵细胞形成过程中出现的不均等分裂是指细胞质的不均等分裂。
3.卵细胞的形成过程——与精子形成过程的不同点
类型
项目
精子的形成
卵细胞的形成
形成部位
雄性动物的睾丸
雌性动物的卵巢
细胞质分裂
初级精母细胞和次级精母细胞在分裂后期细胞质均等分裂
初级卵母细胞和次级卵母细胞在分裂后期细胞质都是不均等分裂的（第一极体在分裂后期细胞质均等分裂）
子细胞数目
一个精原细胞→一个初级精母细胞→两个次级精母细胞→四个精细胞→四个精子
一个卵原细胞→一个初级卵母细胞→一个次级卵母细胞和一个第一极体→一个卵细胞和三个第二极体（很快退化消失，不属于生殖细胞）
是否变形
精细胞必须经过变形才能成为精子
卵细胞的形成不需经过变形
特别提示：
①精（卵）原细胞的增殖方式是有丝分裂，其染色体数目与体细胞中的相同。
②减数第二次分裂与有丝分裂的不同之处主要是减数第二次分裂没有同源染色体。
四、二倍体生物细胞分裂方式及时期的判定
1.判断方法
首先根据不同分裂时期细胞内染色体的行为特点判定分裂时期，然后根据该时期不同分裂方式染色体的行为特点、有无同源染色体以及细胞质是否均等分裂判定分裂方式。
2.图像比较
分裂方式
时期
有丝分裂
减数分裂
减数第一次分裂
减数第二次分裂
前期
图像
① ② ③

分析
①与②的主要区别在于同源染色体的行为特点不同，①与③、②与③的主要区别在于细胞中有无同源染色体
中期
图像
① ② ③

分析
①与②的主要区别在于同源染色体的行为特点不同，①与③、②与③的主要区别在于细胞中有无同源染色体
后期
图像
① ② ③

分析
①与②比较：①中染色单体分离，②中同源染色体分离；①与③比较：①有同源染色体，③无同源染色体；②与①③比较：②有染色单体，①③无染色单体
特别提示：
如果细胞中的染色体数目为奇数（处于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期时只能看细胞的一极），则一定是减数第二次分裂。
五、多倍体和单倍体细胞分裂方式的判定
1.多倍体生物（如四倍体）进行有丝分裂和减数分裂产生的子细胞中都有同源染色体，但可根据子细胞中的染色体数目是否减半判定是有丝分裂还是减数分裂。四倍体生物减数第二次分裂的细胞图像与二倍体生物或四倍体的单倍体生物有丝分裂的细胞图像类似，如右图既可表示二倍体或四倍体的单倍体有丝分裂后期图，也可表示四倍体的减数第二次分裂后期图。
2.单倍体生物进行有丝分裂时，子细胞中也可能没有同源染色体，但可根据子细胞中染色体数目与母细胞中染色体数目是否相同判定是否为有丝分裂。
综上所述，在做题时一定要注意题干信息，如果题干中有以下信息均可认为表示二倍体生物：“下图为某高等动物的细胞分裂图”、“假定体细胞中只含N对同源染色体”。如果没有作特殊说明，则应考虑多倍体生物或单倍体生物细胞分裂图像的可能。
六、减数分裂过程中的相关数量变化
1.细胞中染色体、染色单体和核DNA数量的变化规律
时期
项目
精（卵）原细胞
初级精（卵）母细胞
次级精（卵）母细胞
精子（卵）细胞
前期和中期
后期
染色体数
2N
2N
N
N→2N
N
染色单体数
0
0→4N
2N
2N→0
0
核DNA数
2N
2N→4N
2N
2N
N
2.细胞中染色体和核DNA数量的变化曲线及每条染色体上DNA数量的变化曲线
N
2N
3N
4N
间期 减数第一次分裂 减数第二次分裂

染色体
核DNA
间期 减Ⅰ和减Ⅱ前中期 减Ⅱ后末期
每条染色体DNA含量
2
1
0

七、减数分裂与有丝分裂的主要不同点
类型
项目
减数分裂
有丝分裂
细胞分裂次数
2次
1次
染色体行为变化
同源染色体联会形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体还常常发生相同区段的交叉互换，同源染色体分离，非同源染色体自由组合
有同源染色体，但无减数分裂过程中的上述行为变化（不能认为同源染色体复制后都能形成四分体）
染色体数量变化
减数第一次分裂结束，由于同源染色体彼此分离各自进入一个子细胞中而由2N→N；减数第二次分裂后期，由于着丝点分裂，染色单体分开成为两条染色体而由N→2N；减数第二次分裂结束，由于染色单体分开形成的两条染色体各自进入一个子细胞而由2N→N
在有丝分裂后期，由于着丝点分裂，染色单体分开成为两条染色体而由2N→4N；有丝分裂结束，由于染色单体分开形成的两条染色体各自进入一个子细胞而由4N→2N
着丝点分裂时间
减数第二次分裂后期
有丝分裂后期
子细胞染色体数
亲代细胞中的一半
与亲代细胞相同
子细胞的类型
有性生殖细胞
体细胞
子细胞的数目
4个
2个
八、减数分裂与孟德尔遗传定律的关系
孟德尔遗传定律都是在减数分裂过程中随染色体的规律性变化，其上的基因随之规律性变化的结果。在减数第一次分裂后期，同源染色体上的等位基因随同源染色体的彼此分离而随之分离是基因分离定律的细胞学基础；在减数第一次分裂后期，同源染色体彼此分离的同时非同源染色体自由组合，非同源染色体上的非等位基因随之自由组合是基因自由组合定律的细胞学基础。
九、减数分裂与生物变异的关系
减数第一次分裂间期，DNA分子进行复制时可能出现差错而导致基因突变；减数第一次分裂后期非同源染色体的自由组合、减数第一次分裂前期四分体中非姐妹染色单体之间的交叉互换均可导致基因重组；减数分裂的整个过程中还可能导致染色体变异。
十、配子中染色体组合的种类
1.不考虑交叉互换，1个精原细胞产生2种精子，1个卵原细胞产生1种卵细胞；1个次级精母细胞产生1种精子，1个次级卵母细胞产生1种卵细胞。
2.一个生物体产生2n种精子（n为体细胞中同源染色体的对数），一个生物体产生2n种卵细胞（n为体细胞中同源染色体的对数）。
十一、受精作用
1.精子与卵细胞识别的机理
精子与卵细胞的相互识别依赖于细胞膜上的糖蛋白。
2.精子与卵细胞结合的结合基础
精子与卵细胞的融合依赖于生物膜具有一定流动性的结构特点。
3.受精作用的实质
精子的细胞核与卵细胞的细胞核相互融合，使彼此的染色体会合在一起。
4.受精卵中的遗传物质
由减数分裂和受精作用可知，受精卵中的核遗传物质由父母双方分别通过精子和卵细胞各提供一半，即受精卵中的核遗传物质是平均来自父母双方的；而受精卵的质遗传物质几乎全部由母方提供，因为精子变形时会丢失大部分的细胞质，受精时精子又只是含细胞核的头部进入卵细胞。可见，受精卵中的遗传物质并非平均来自父母双方。
〖达标自测〗
1. 下列有关有丝分裂与减数分裂共同点的叙述中，正确的一组是 （ D ）
①染色体复制一次 ②着丝点分裂 ③细胞连续分裂两次 ④纺锤体的出现 ⑤同源染色体联会 ⑥同源染色体分离
A.①③⑤ B.②④⑥ C.③⑤⑥ D.①②④
2. 下列所示细胞图中，属于二倍体生物精子细胞的是 （ D ）
D.
B.
C.
A.

3. 人体的一个精原细胞在减数分裂过程中可形成23个四分体，则在减数第一次分裂中期同源染色体的对数、染色体数、染色单体数和核DNA分子数分别是 （ A ）
A.23、46、92、92 B.23、46、0、46
C.46、23、46、46 D.46、92、92、92
4. 右下图甲、乙所示为两个细胞的分裂图像，下列有关叙述中正确的是 （ D ）
乙
甲
A.甲、乙均是卵细胞形成过程中的细胞
B.甲、乙中均含有两对同源染色体
C.细胞甲能够产生4种类型的生殖细胞
D.细胞乙只能产生1种类型的生殖细胞
5. 已知右下图所示为某哺乳动物（2N=20）的精子在形成过程中，一个细胞内染色体数目的变化曲线。下列有关该曲线的叙述中正确的是 （ C ）
A B E F
20
40
细胞中染色体数
时间
C D G
A.AB段和EF段染色体数相等，均包含10对同源染色体
B.AB段细胞的名称是初级精母细胞，CF段细胞的名称
是次级精母细胞，FG段细胞的名称是精子
C.BC段和FG段均表示染色体数目减半，但原因不同
D.CD段细胞内有10个DNA，EF段细胞内有20个DNA
6. 下列有关减数分裂的叙述中，不正确的是 （ B ）
A.减数分裂包括两次连续的细胞分裂 B.所有生物体都可以进行减数分裂
C.减数分裂产生的是有性生殖细胞 D.成熟生殖细胞内染色体数目减半
7. 下图甲是某生物的一个精细胞，根据染色体的类型和数目，判断图乙中与其来自同一个精原细胞的一组是 （ C ）
图甲： 图乙： ① ② ③ ④

A.①和② B.①和④ C.①和③ D.②和④

【自我校对】
一、（一）有性 成熟 减半 一次 两次 一半 （二）1.父方 母方 相同 X和Y 不相同 前 能够 前不能 同源 非同源 不是 不是 相同 2.（1）一 前 两两配对 （2）一 前 每对 一个 3.同一 不同 4.一 前 非姐妹 相同区段 5.一 后 配对 6.一 后 分离 （三）染色体 初级 一 数量 一倍 没有 很短 不再 分散 联会 非姐妹 交叉互换 无 散乱 赤道板上 纺锤丝 着丝点 分离 自由组合 着丝点 染色体 次级 一半 两 变形 精子 （四）多样性
二、（一）受精卵 （二）头部 尾部 细胞膜 细胞核 染色体 （三）染色体 精子 卵细胞 （四）1.有性生殖 2.减半 体细胞 减数分裂 受精作用

第2节 基因在染色体上
【课标定位】
1.简述基因位于染色体上的理论假说和实验证据。
2.运用类比推理法，解释基因位于染色体上。
【教材回归】
一、萨顿的假说
（一）内容
基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的。也就是说，基因就在染色体上。
（二）依据——基因和染色体行为存在着明显的平行关系
1.基因在杂交过程中具有完整性和独立性，染色体在配子的形成和受精过程中也具有相对稳定的形态结构。
2.在体细胞中基因是成对存在的，染色体也是成对存在的。在配子中只有成对的基因中的一个，同样也只有成对的染色体中的一条。
3.体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方。同源染色体也是如此。
4.非等位基因在形成配子时是自由组合的，非同源染色体在减数第一次分裂后期也是自由组合的。
（三）对孟德尔分离现象的重新解释
D D D 高茎 D d 高茎
P D D × d d
高茎 矮茎
配子 D d
F1 D d
减数分裂 减数分裂
受精
高茎
F1配子 D d
减数分裂
d D d 高茎 d d 矮茎
F2

特别提示：
萨顿推理基因和染色体的关系采用的是类比推理法，该方法得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否还需要观察和实验的检验。
二、基因位于染色体上的实验证据——摩尔根的果蝇杂交实验
（一）实验现象
P 红眼（雌） × 白眼（雄）
F1 红眼（雌、雄）
F2 红眼（雌、雄） 白眼（雄）
3/4 1/4
F1雌雄交配

特别提示：
从上述实验不难发现，就果蝇红眼与白眼这一对相对性状来看，F1全为红眼，F2红眼与白眼数量之比为3：1，这样的遗传表现符合分离定律，表明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的。所不同的是白眼性状的表现，总是与性别相联系。
（二）对实验现象的解释
P XWXW（红眼♀） × XwY（白眼♂）
配子 XW Xw Y
F1 XWXw（红眼雌） × XWY（红眼雄）
雄配子
雌配子
1/2XW
1/2Y
1/2XW
1/4XWXW（红眼雌）
1/4XWY（红眼雄）
1/2Xw
1/4XWXw（红眼雌）
1/4XwY（白眼雄）

F2

（三）对实验现象解释的验证——测交实验
1.实验设计
让子一代红眼雌果蝇与亲本中的白眼雄果蝇进行交配。
2.测交的理论结果
测交 子一代红眼（雌） × 白眼（雄）
XWXw XwY
配子 XW Xw Xw Y
测交后代 XWXw XwXw XWY XwY
红眼（雌） 白眼（雌） 红眼（雄） 白眼（雄）
1 ： 1 ： 1 ： 1

3.测交的实验结果
摩尔根等人的测交实验结果，获得了等比例的红眼雌果蝇、白眼雌果蝇、红眼雄果蝇和白眼雄果蝇四种表现型的果蝇。
4.实验结论
摩尔根等人的测交实验结果与测交的理论结果是一致的，说明决定果蝇