问题探讨

在腐烂的水果周围常可看到飞舞的果蝇。果蝇的生长周期短，繁殖快，染色体少且容易观察，是遗传学上常用的实验材料。

右图是黑腹果蝇雌雄个体的体细胞和配子的染色体示意图。

【讨论】

1. 配子的染色体与体细胞的染色体有什么差别？

【答案】 配子的染色体与体细胞的染色体的区别在于：

(1) 配子中的染色体数目是体细胞中的一半；

(2) 配子的染色体是由体细胞的每对同源染色体中的一条组合而成的。

2.针对这幅图，你还能提出什么问题或猜想？

【答案】略。

旁栏思考

1. 如果配子的形成与体细胞的增殖一样，也是通过有丝分裂形成的，结果会怎样？

【答案】如果配子也是通过有丝分裂形成的，那么配子中的染色体数目和体细胞中的将是一致的。

2.细胞两极的这两组染色体，非同源染色体之间是自由组合的吗？

【答案】初级精母细胞两极的这两组染色体，非同源染色体之间是自由组合的。

3.在减数分裂Ⅰ中染色体出现了哪些特殊的行为？这对于生物的遗传有什么重要意义？

【答案】在减数分裂Ⅰ中出现了同源染色体联会、四分体形成、非姐妹染色单体间的互换、同源染色体分离等行为，使细胞两极各有一整套非同源染色体，从而使形成的次级精母细胞中的染色体数目比初级精母细胞的减少一半。

上述过程可使配子中的染色体数目减半。再通过卵细胞和精子结合成受精卵的受精作用，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。上述过程还可以使通过减数分裂产生的配子种类多样化，从而增加了生物遗传的多样性，有利于生物适应多变的自然环境， 有利于生物的进化。

4.精细胞的变形对受精作用有什么意义？

【答案】精细胞的变形是指由精细胞变为精子的过程，其中细胞核变成精子头部的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体集中在尾的基部形成线粒体鞘。变形后的精子具备了游向卵细胞并进行受精作用的能力。

练习与应用

一、概念检测

1. 与有丝分裂不同，减数分裂形成的成熟生殖细胞中的染色体数目会减少。判断下列相关表述是否正确。

(1) 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。

(2) 在减数分裂过程中，染色体数目减半发生在减数分裂Ⅰ。

2. 蝗虫的体细胞中有24条染色体，在观察蝗虫的细胞时，下列现象能够说明该细胞处于减数分裂的是

A. 出现染色单体

B. 同源染色体联会

C. 染色体移向细胞的两极

D. 子细胞中有24条染色体

3. 下图所示的细胞最可能是

A. 卵细胞

B. 初级精母细胞

C. 次级卵母细胞

D. 有丝分裂前期的细胞

(1) 这个细胞正在进行哪种分裂？为什么？

(2) 细胞中有几条染色体？几条染色单体？

(3) 细胞中有几对同源染色体？哪几条染色体是非同源染色体？

(4) 细胞中包含哪些姐妹染色单体？

(5) 这个细胞在分裂完成后，子细胞中有几条染色体？

(6) 尝试画出这个细胞的分裂后期图。

【答案】(1) 这个细胞正在进行减数分裂。因为细胞中出现了四分体。

(2) 细胞中有4条染色体，8条染色单体。

(3) 细胞中有2对同源染色体。其中染色体A与C、A与D、B与C、B与D是非同源染色体。

(4) 细胞中a与a’，、b与b’，、c与c’、d与d’是姐妹染色单体。

(5) 这个细胞在分裂完成后，子细胞中有2条染色体。

(6) 参见教材图2-2。

二、拓展应用

1.下图是水稻花粉母细胞减数分裂不同时期的显微照片，A至D为减数分裂Ⅰ，E和F为减数分裂Ⅱ。图中的短线表示长度为5 μm。请你说说怎样判断图中的细胞处于减数分裂Ⅰ还是减数分裂Ⅱ。

【提示】根据细胞大小，染色体的形态、位置和数目判断细胞处于减数分裂的哪个时期。

2. 经过减数分裂形成的精子或卵细胞，染色体数目一定是体细胞的一半吗？有没有例外？出现例外会造成什么后果？请选择你认为最便捷的途径寻找答案。

【提示】不一定。若减数分裂过程中发生异常情况，比如减数分裂Ⅰ时联会的同源染色体，有一对或几对没有分别移向细胞的两极，而是集中到一个次级精母细胞中，再经过减数分裂Ⅱ形成的精子或卵细胞中的染色体数目，就会比正常的多一条或几条染色体，再例如，在减数分裂过程中，染色体已移向细胞的两极，但因某种原因细胞未分裂成两个子细胞，这样就可能出现精子或卵细胞中染色体数目加倍的现象。

如果出现上述现象，受精卵中的染色体数目就会出现异常，由该受精卵发育成的个体细胞中的染色体数目也不正常。由于染色体是遗传物质的载体，生物体的性状又是由遗传物质控制的， 那么当该个体的遗传物质出现异常时，该个体的性状也是异常的。例如，人的唐氏综合征患者，就是由含有24条染色体的精子或卵细胞与正常的卵细胞或精子结合后发育成的。

3.在精细胞变形为精子的过程中，精子的头部几乎只保留了细胞核，部分细胞质变成了精子的颈部和尾部，大部分细胞质及多数细胞器被丢弃，但全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部。你怎样解释这一现象？

【答案】精子和卵细胞结合时，头部先进入卵细胞内，精子的头部几乎只保留了细胞核，这就保证了遗传物质能够先进入卵细胞；部分细胞质变成了精子的颈部和尾部，使精子具备适于游动的能力；人部分细胞质及多数细胞器被丢弃，避免了受精过程中因为不必要的细胞组分而耗费能量；全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部，可以更好地在受精过程中提供能量。精子变形过程中的以上变化都是为受精提供了保证，是进化的结果。

探究•实践

讨论

1.当你的目光聚焦在显微镜视野中的一个细胞时，你怎样判断它处于减数分裂的哪个时期？

【答案】根据细胞中染色体的形态、位置和数目来判断。例如，在减数分裂Ⅰ中，先后出现同源染色体联会、四分体形成、各对同源染色体排列在细胞中央的赤道板两侧、同源染色体分离、移向细胞两极的染色体分别由两条姐妹染色单体组成等现象。

减数分裂Ⅱ中期，非同源染色体的着丝粒排列在细胞中央的赤道板处，移向细胞两极的染色体不含染色单体。

另外，在蝗虫精母细胞减数分裂的过程屮，处于减数分裂Ⅰ的细胞要明显多于处于减数分裂Ⅱ的细胞。

2.减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ相比，中期细胞中染色体的不同点是什么？末期呢？

【答案】减数分裂Ⅰ中期，两条同源染色体分别排列在细胞中央的赤道板两侧，末期细胞两极的染色体由一整套非同源染色体组成，其数目是体细胞染色体数目的一半，毎条染色体均由两条姐妹染色单体构成。

减数分裂II中期，非同源染色体的着丝粒排列在细胞中央的赤道板处，末期细胞两极的染色体不含染色单体。

3.你是通过比较同一时刻不同细胞的染色体特点，来推测一个精母细胞在不同分裂时期的染色体变化的。这一做法能够成立的逻辑前提是什么？

【答案】同一生物的细胞，所含遗传物质相同，增殖过程相同，同一时刻不同细胞可能处于细胞周期的不同阶段。因此，可以通过观察多个精母细胞的减数分裂，推测一个精母细胞在减数分裂过程中染色体的连续变化。

第2小节 受精作用

探究•实践

【讨论】

1.描述减数分裂中染色体的数目和主要行为的变化，分析其意义。

【答案】在减数分裂Ⅰ中，先后出现同源染色体联会、四分体形成、非姐妹染色单体间的互换、同源染色体分离并移向细胞的两极等行为变化：减数分裂Ⅰ后，细胞中的染色体数目减半。在减数分裂II中，每条染色体的着丝粒分裂，两条姐妹染色单体随之分开，并分别移向细胞的两极，最终进入两个子细胞。

减数分裂产生了多种多样的配子，配子中的染色体数目减半。这为之后通过受精作用使同一双亲的后代呈现多样性，并维持每种生物前后代染色体数目的恒定提供了保证。总的来讲，减数分裂和受精作用共同保证了生物遗传的稳定性和多样性。

2.根据以上三个模型，说说减数分裂产生多种配子的原因。

【答案】在减数分裂中，非同源染色体的自由组合、联会时非姐妹染色单体间的互换，都会使减数分裂产生多种配子。

3.与其他小组交流建构模型的过程，如果条件允许，建议在计算机上制作减数分裂的动态模型。

【略】

思维训练

遗传稳定性

遗传多样性

配

子

形

成

减数分裂形成的配子中的染色体数目减半；而且每个配子中的染色体是一整套非同源染色体的组合。

在减数分裂过程中，联会时非姐妹染色单体间的互换，减数分裂Ⅰ时非同源染色体的自由组合，都导致 配子中染色体组合的多样性。

受

精

作

用

卵细胞和精子的结合，使受耕卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，生物体的性状是由染色体上的遗传物质控制的，因此，染色体数目的恒定维持了遗传的稳定性。

卵细胞和精子的随机结合，进一步增加了受精卵中染色体组合的多样性，因而增加了遗传的多样性。

练习与应用

一、概念检测

1.大熊猫的体细胞有42条染色体，判断下列相关表述是否正确。

(1) 一只雄性大熊猫在不同时期产生的精子，染色体数目一般都是21条。

(2) 一只雌性大熊猫在不同时期产生的卵细胞，其染色体组合具有多样性。

2.假如蛙的15个初级卵母细胞和5个初级精母细胞都能正常分裂，并在最大限度内受精， 则最多能形成的受精卵数目是

A. 20 B. 15 C. 10 D. 5

3.同种生物前后代的染色体数目是相同的，对此起决定作用的过程是

A. 有丝分裂

B. 有丝分裂和受精作用

C. 减数分裂

D. 减数分裂和受精作用

二、拓展应用

1.正常人的体细胞中有23对染色体。有一种叫“13三体综合征”的遗传病，患者头小，患先天性心脏病，智力远低于常人。对患者进行染色体检查，发现患者的13号染色体不是正常的1对，而是3条。请尝试使用“减数分裂中染色体变化的模型”，从精子或卵细胞形成的角度分析这种病产生的原因。

【提示】在形成精子或卵细胞的减数分裂过程中，如果由于某种原因，减数分裂Ⅰ时两条13号染色体没有分离而是进入了同一个次级精母细胞，再经过减数分裂II，就会形成含有两条13号染色体的精子或卵细胞；如果减数分裂Ⅰ正常，减数分裂II时13号染色体的着丝粒分裂，形成了两条13号染色体，但没有分别移向细胞的两极，而是进人了同一个精子或卵细胞，这样异常的精子或卵细胞就含有24条染色体，其中13号染色休是两条。当一个正常的卵细胞或精子(含23条染色体，其中13号染色体是1条)与上述异常的精子或卵细胞结合成受精卵时，则该受精卵含47条染色体，其中13号染色体是3条。由这样的受精卵发育而成的个体就是13三体综合征患者。

2.骡是马和驴杂交产生的后代。马和驴的体细胞中分别有32对和31对染色体，请问骡的体细胞中含有多少条染色体？骡的体细胞增殖是通过正常的有丝分裂进行的，而它们的睾丸或卵巢中的原始生殖细胞却不能发生正常的减数分裂，因此骡不能繁殖后代。你能从减数分裂中染色体行为的角度解释其原因吗？

【答案】骡的体细胞中含有63条染色体，其中32条来自马，31条来自驴。由于这63条染色体没有同源染色体，导致骡的生殖细胞不能进行正常的减数分裂，无法形成配子，因此骡不能繁殖后代。