資源簡介

第4單元　細胞的生命歷程
第2課　減數分裂和受精作用
[復習目標]　1.通過比較減數分裂的過程及精卵細胞形成過程，理解細胞生命活動的動態變化并建立辯證統一的觀點。(生命觀念)　2.通過細胞分裂圖像辨析染色體、核DNA數量變化，培養邏輯思維能力。(科學思維)　3.通過觀察蝗蟲精母細胞減數分裂裝片實驗，提升觀察能力和提出問題的能力。(科學探究)
考點一　減數分裂和受精作用
1．減數分裂的過程
(1)精細胞的形成過程
(2)卵細胞的形成過程
(3)比較精子和卵細胞形成過程的異同
2．減數分裂的概念
[教材深挖]
(必修2 P23習題改編)如圖所示細胞為某雄性動物體內正在進行細胞分裂的細胞，據圖回答下列問題：
(1)圖示細胞的名稱為初級精母細胞，判斷的依據是該細胞為雄性動物體內的細胞，且有同源染色體聯會現象。
(2)圖示細胞含有2個四分體，這個細胞分裂完成后，子細胞的染色體組成類型共有4種。
3．受精作用
(1)概念：卵細胞和精子相互識別、融合成為受精卵的過程。如圖所示：
(2)實質：精子的細胞核與卵細胞的細胞核相融合，使彼此的染色體會合在一起。
(3)結果：受精卵中的染色體數目又恢復到體細胞中的數目。
提醒：受精卵中的染色體一半來自父方，一半來自母方，重新構成同源染色體。精子只提供核基因給受精卵，細胞質基因都來自母方，細胞質基因的遺傳方式為“母系遺傳”。
4．減數分裂與受精作用的意義
(1)子代呈現多樣性，有利于生物適應多變的自然環境，有利于生物在自然選擇中進化，體現了有性生殖的優越性。
(2)對于維持每種生物(有性生殖的生物)前后代體細胞中染色體數目的恒定和生物的遺傳和變異都具有重要意義。
5．遺傳多樣性的原因分析
(1)配子多樣性的原因：減數分裂Ⅰ前期，聯會時同源染色體的非姐妹染色單體間容易發生互換；減數分裂Ⅰ后期，同源染色體分離，非同源染色體自由組合。
(2)受精作用帶來的遺傳多樣性：卵細胞和精子的隨機結合，進一步增加了受精卵中染色體組合的多樣性，因而增加了遺傳的多樣性。
[易錯辨析]
1．減數分裂Ⅰ過程中同源染色體先分離，后聯會。(×)
2．減數分裂Ⅱ過程中染色體的著絲粒分裂，姐妹染色單體分開。(√)
3．減數分裂Ⅰ染色體數目不變，減數分裂Ⅱ染色體數目減半。(×)
4．卵細胞形成過程中，細胞質都是均等分裂的。(×)
1．減數分裂重要概念的區分
(1)同源染色體和非同源染色體
①同源染色體
②非同源染色體：指形態、大小各不相同，且在減數分裂中不配對的染色體。
(2)聯會與四分體
①聯會：是指減數分裂Ⅰ過程中(前期)同源染色體兩兩配對的現象。
②四分體：聯會后的每對同源染色體含有四條染色單體，叫作四分體。
③一個四分體＝1對同源染色體＝2條染色體＝4條染色單體＝4個DNA分子(含8條脫氧核苷酸鏈)。
(3)互換
①概念：減數分裂Ⅰ前期，同源染色體的非姐妹染色單體之間互換片段的現象。
②時期：減數分裂Ⅰ前期。
③意義：進一步豐富了配子的類型，增強了有性生殖生物的變異性。
2．減數分裂中染色體、DNA數量變化規律
(1)數量變化(體細胞染色體數為2n)
性原細胞→初級性母細胞→次級性母細胞(第一極體)→性細胞(第二極體)
間期 減Ⅰ 減Ⅱ前、中 減Ⅱ后 減Ⅱ末
染色體數2n 2n→n n 2n 2n→n
核DNA數2n→4n 4n→2n 2n 2n 2n→n
注：減Ⅰ表示減數分裂Ⅰ；減Ⅱ表示減數分裂Ⅱ。
(2)典型圖示分析
①甲為性原細胞；乙為初級性母細胞；丙、丁為次級性母細胞(第一極體)；戊為性細胞(第二極體)。
②染色體數目減半發生在減數分裂Ⅰ末期，是由同源染色體分開平均進入 兩個子細胞造成的，減數分裂Ⅱ時染色體數變化為n→2n→n，沒有減半。
③減數分裂Ⅱ后期染色體數、DNA數都與正常體細胞中的相同，不同的是沒有同源染色體。
④染色體/核DNA數的比值的變化規律及原因：
1∶11∶21∶1。
3．減數分裂產生配子種類的判斷
原始生殖細胞減數分裂產生配子情況(以AaBb為例，沒有突變和互換)如圖：
分析產生配子種類時應特別注意是“一個個體”還是“一個性原細胞”。
①一個個體有很多性原細胞，如圖各種情況都可以發生，因此可產生2n種配子，n代表同源染色體的對數。
②一個卵原細胞只能產生1個卵細胞，只能是1種。
③一個精原細胞只能發生圖中的一種情況，因此可產生4個精細胞，這4個細胞“兩兩相同”，是2種。
④若僅發生基因突變，一個精原細胞可能會產生3種精細胞。
⑤若僅發生互換，一個精原細胞可能會產生4種精細胞。
命題點1　圍繞精子與卵細胞的形成過程考查生命觀念及科學思維
1．(2022·青島三模)馬蛔蟲的精子和卵細胞中都只有2條染色體，圖1表示馬蛔蟲體內細胞正常分裂過程中不同時期細胞內染色體、染色單體和核DNA含量的關系，圖2表示部分細胞分裂圖像。下列說法錯誤的是(　　)
圖1
甲　　　　乙
圖2
A．圖1中Ⅲ時期所對應的細胞中一定不存在同源染色體
B．DNA分子的復制主要發生在圖1的Ⅰ→Ⅱ過程中
C．圖2中若乙細胞來自甲細胞，則乙細胞一定是次級卵母細胞
D．圖2中甲細胞是觀察染色體形態、數目的最佳時期
解析：選D。圖1中Ⅲ時期對應的細胞處于減數分裂Ⅱ前期或中期，不存在同源染色體，A正確；DNA分子的復制主要發生在間期，即圖1的Ⅰ→Ⅱ過程中，B正確；若乙細胞來自甲細胞，則根據染色體顏色可知，乙細胞一定是次級卵母細胞，C正確；觀察染色體形態和數目的最佳時期是中期，而圖2中甲細胞處于后期，D錯誤。
2．研究發現，雌蝗蟲體細胞含有24條染色體，性染色體組成為XX，雄蝗蟲體細胞中有23條染色體，只有一條X染色體，性染色體組成為XO，圖甲表示某蝗蟲體內正常的性原細胞(只畫出了2號染色體和X染色體)，圖乙是甲細胞進行減數分裂過程中，每條染色體上的DNA含量變化曲線。(不考慮突變和基因重組)下列有關敘述正確的是(　　)
甲　　　　　　　　　　乙　
A．甲細胞減數分裂后，產生的子細胞含有11或12條染色體
B．甲細胞中染色體和DNA的關系對應圖乙的ef段
C．①②是2號染色體，cd段對應的細胞中含有2個染色體組
D．甲細胞減數分裂后會產生gH和gh兩種生殖細胞
解析：選A。甲細胞缺了一條X染色體，減數分裂后，產生的子細胞含有11或12條染色體，A正確；甲細胞是性原細胞，染色體和DNA的關系對應圖乙的ab段，B錯誤；①②是2號染色體，cd段表示減數分裂Ⅰ、減數分裂Ⅱ前、中期，對應的細胞中含有1個或2個染色體組，C錯誤；甲細胞減數分裂后會產生HXg和hO或HO和hXg兩種生殖細胞，D錯誤。
命題點2　圍繞配子形成與受精作用考查科學思維
3．(2021·湖北卷)植物的有性生殖過程中，一個卵細胞與一個精子成功融合后通常不再與其他精子融合。我國科學家最新研究發現，當卵細胞與精子融合后，植物卵細胞特異表達和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2。這兩種酶能降解一種吸引花粉管的信號分子，避免受精卵再度與精子融合。下列敘述錯誤的是(　　)
A．多精入卵會產生更多的種子
B．防止多精入卵能保持后代染色體數目穩定
C．未受精的情況下，卵細胞不分泌ECS1和ECS2
D．ECS1和ECS2通過影響花粉管導致卵細胞和精子不能融合
解析：選A。多精入卵會導致子代有來自卵細胞和多個精細胞的染色體，破壞親子代之間遺傳信息的穩定性，因此一個卵細胞與一個精子成功融合后通常不再與其他精子融合。防止多精入卵可以保證子代遺傳信息來自一個精子和一個卵細胞，能保持后代染色體數目穩定，A錯誤，B正確；結合題意“當卵細胞與精子融合后，植物卵細胞特異表達和分泌天冬氨酸蛋白酶ECS1和ECS2”可知，未受精的情況下，卵細胞不分泌ECS1和ECS2，C正確；據題意可知，ECS1和ECS2能降解一種吸引花粉管的信號分子，避免受精卵再度與精子融合，推測該過程是由于ECS1和ECS2通過影響花粉管導致卵細胞和精子不能融合，D正確。
4．如圖1所示為某動物初級精母細胞中的兩對同源染色體，其減數分裂過程中，同源染色體非姐妹染色單體之間發生互換形成了如圖2所示的四個精子，則來自同一個次級精母細胞的是(　　)
　
　圖1　　　　　　　　圖2　　　　　
A．①②　 B．①③　　
C．②③　 D．③④
解析：選B。減數分裂Ⅰ的特點：同源染色體分離；減數分裂Ⅱ的特點：次級精母細胞內由同一著絲粒相連的兩條姐妹染色單體分開，成為兩條子染色體并分別進入兩個精細胞中，所以由同一個次級精母細胞最終分裂形成的精細胞中，染色體組成應相同。綜上所述，根據圖2中各細胞內染色體組成特點推知，①與③、②與④的染色體組成基本相同，B符合題意。
[技法提煉]　根據配子的種類逆推配子來源
考點二　(實驗)觀察蝗蟲精母細胞減數分裂裝片
1．實驗原理
蝗蟲的精母細胞進行減數分裂形成精細胞，再形成精子。此過程要經過兩次連續的細胞分裂。在此過程中，細胞中的染色體形態、位置和數目都在不斷地發生變化，因而可據此識別減數分裂的各個時期。
2．實驗步驟
(1)裝片制作(同有絲分裂裝片制作過程)
解離→漂洗→染色→制片。
(2)顯微觀察(以蝗蟲精母細胞為例)
觀察細胞減數分裂實驗的注意事項
(1)宜選用雄性個體生殖器官(如植物的花藥、動物的精巢)作為觀察減數分裂實驗材料的原因：
①雄性個體產生精子的數量多于雌性個體產生卵細胞的數量。
②在動物卵巢內的減數分裂沒有進行徹底，排卵時排出的僅僅是次級卵母細胞，只有和精子相遇后，在精子的刺激下，才能繼續完成減數分裂Ⅱ。
(2)精巢內精原細胞既進行有絲分裂，又進行減數分裂，因此可以觀察到染色體數為N、2N、4N的不同細胞分裂圖像。
命題點1　教材基礎實驗
1．(2022·重慶模擬)下列關于實驗原理、方法及結果的敘述，正確的是(　　)
A．可以通過觀察兔的卵母細胞減數分裂固定裝片來了解減數分裂動態過程
B．觀察植物減數分裂不同時期的細胞，可選用已經開放豌豆花的花藥作實驗材料
C．在“建立減數分裂中染色體變化的模型”的制作活動中，若要模擬含3對同源染色體的細胞進行減數分裂，需要2種不同顏色的橡皮泥
D．在顯微鏡下觀察洋蔥根尖分生區細胞，在有絲分裂末期圖像中發現了赤道板
解析：選C。兔卵原細胞的減數分裂是不連續的，且數目少，而精原細胞減數分裂形成精子的過程是連續的，且數目多，因此可以通過觀察兔的精原細胞減數分裂固定裝片來了解減數分裂過程，裝片中的標本是死的，無法觀察到減數分裂的動態過程，A錯誤；觀察植物減數分裂不同時期的細胞，不可選用已經開放豌豆花的花藥作實驗材料，因為此時豌豆的減數分裂過程已經完成，B錯誤；在“建立減數分裂中染色體變化的模型”的制作活動中，要用2種顏色的橡皮泥制成染色體，形態大小相同但顏色不同的兩條染色體表示同源染色體，因此模擬含3對同源染色體的細胞進行減數分裂過程中需要2種不同顏色的橡皮泥，C正確；在顯微鏡下觀察洋蔥根尖分生區細胞，在有絲分裂末期圖像中發現了細胞板，赤道板是有絲分裂中期提出的一個假想的平面，是不存在的，D錯誤。
命題點2　高考拓展延伸
2．小鼠是常被用于研究人類遺傳病的模式動物。請根據觀察小鼠細胞減數分裂的實驗步驟，回答下列問題：
供選材料及試劑：小鼠的腎臟、睪丸、肝臟，蘇丹Ⅲ染液、醋酸洋紅液、解離固定液。
(1)取材：用____________________作實驗材料。
(2)制作：①取少量組織低滲處理后，放在____________________中，一定時間后輕輕漂洗。
②將漂洗后的組織放在載玻片上，滴加適量__________________________。
③一定時間后加蓋玻片，_________________________________。
(3)觀察：用顯微鏡觀察時，發現幾種不同特征的分裂中期細胞。若它們正常分裂，產生的子細胞是_________________________。
解析：(1)觀察減數分裂應選取生殖器官，故應選取(小鼠)睪丸。(2)制片過程為“解離→漂洗→染色→制片”。①將少量組織經過低滲處理后，放在解離固定液中進行解離，然后進行漂洗。②將漂洗后的組織放在載玻片上，滴加適量的醋酸洋紅液進行染色。③一定時間后，加蓋玻片進行壓片。(3)如果精原細胞進行有絲分裂，則其中期細胞正常分裂產生精原細胞；如果精原細胞進行減數分裂，則減數分裂Ⅰ中期細胞正常分裂產生次級精母細胞，減數分裂Ⅱ中期細胞正常分裂產生精細胞。
答案：(1)(小鼠)睪丸　(2)①解離固定液　②醋酸洋紅液　③壓片(只要有壓片的操作均可)　(3)次級精母細胞、精細胞、精原細胞
考點三　減數分裂與有絲分裂綜合應用的題型突破
題型1　根據細胞分裂圖像判斷細胞分裂方式
(1)有絲分裂與減數分裂主要時期細胞圖像比較(以雄性動物為例)
項目 有絲分裂 減數分裂Ⅰ 減數分裂Ⅱ
前期 ① ② ③
①與②的主要區別是同源染色體的排列方式；①與③、②與③的區別主要在于有無同源染色體
中期 ① ② ③
①與②的主要區別在于同源染色體的行為特點不同；①與③、②與③的區別主要在于有無同源染色體
后期 ① ② ③
①與③均為染色單體分離，細胞中染色單體數為0；②中同源染色體分離，分開的每條染色體中含有2條染色單體；①②都有同源染色體，③中無同源染色體
(2)根據染色體數目和行為判斷細胞分裂時期
[對點突破]
1．(2021·天津卷)如圖為某二倍體昆蟲精巢中一個異常精原細胞的部分染色體組成示意圖。若該細胞可以正常分裂，下列哪種情況不可能出現(　　)
解析：選D。若該細胞進行正常的有絲分裂，則后期會出現如圖A所示的情況，A不符合題意；該圖B和C為異常精原細胞進行減數分裂Ⅱ后期時可能出現的情況，B、C不符合題意；正常分裂時，形態較小的那對同源染色體應該在減數分裂Ⅰ后期分離，該圖所示的減數分裂Ⅱ后期不會出現其同源染色體，D符合題意。
2．如圖為某二倍體動物體內不同時期的細胞分裂圖，下列敘述正確的是(　　)
甲　　　乙　　　　丙　　　　　丁
A．上圖中含有2個染色體組的細胞是乙和丁
B．甲細胞可以表示該動物初級精母細胞的分裂過程
C．乙、丙細胞中不含有同源染色體，核DNA∶染色體＝2∶1
D．丁細胞產生的子細胞的基因組成是AB、Ab、aB、ab
解析：選A。據題圖分析，該動物體細胞中含有兩對同源染色體，4條染色體，圖中甲含有4個染色體組，丙含有1個染色體組，乙和丁含有2個染色體組，A正確；甲細胞表示有絲分裂過程，B錯誤；乙細胞中不含有姐妹染色單體，核DNA∶染色體＝1∶1，C錯誤；丁細胞進行有絲分裂，產生的子細胞的基因組成是AaBb，D錯誤。
題型2　減數分裂與有絲分裂相關物質或結構的變化
(1)減數分裂和有絲分裂過程中的染色體與核DNA數量變化
①模型
②判斷
(2)每條染色體中DNA含量的變化
時期 A→B B→C C→D D→E
減數分裂對應時期 減數分裂前的間期 G2期、MⅠ全過程和MⅡ前期、中期 MⅡ后期 MⅡ后期、末期
有絲分裂對應時期 有絲分裂前的間期 前期和中期 后期 后期、末期
(3)“同源染色體對數”和“染色體組數”數目變化曲線
甲　　　　　　　　　乙
①圖甲中表示有絲分裂的是①，表示減數分裂的是②。
②圖乙中表示有絲分裂的是③，表示減數分裂的是④。
[對點突破]
3．如圖表示果蠅精原細胞在分裂過程中細胞內染色體數目、核DNA分子含量等指標的變化情況，圖1中的乙曲線表示減數分裂過程中的染色體數目變化。下列有關分析正確的是(　　)
圖1　　　　　　　　圖2
圖3
A．圖2中HI段只有1個染色體組
B．圖3可表示減數分裂
C．圖1中EF段和圖2中BC段變化的原因不同
D．基因重組可發生在圖1中的CE段和圖3中的jk段
解析：選C。圖2中實線表示有絲分裂過程，虛線表示減數分裂過程，HI段細胞處于減數分裂Ⅱ時期，減數分裂Ⅱ后期含有2個染色體組，A錯誤；圖3只能表示有絲分裂過程中一個細胞中染色體組數的變化，B錯誤；圖1中EF段是減數分裂Ⅰ結束形成兩個子細胞，導致核DNA含量減半，圖2中BC段是有絲分裂后期著絲粒分裂，導致染色體數目加倍，C正確；基因重組通常可發生在減數分裂Ⅰ的前期和后期，有絲分裂過程中不能發生基因重組，D錯誤。
4.如圖為人體細胞正常分裂時有關物質或結構數量變化曲線，下列分析錯誤的是(　　)
A．若曲線表示減數分裂每條染色體上DNA分子數目變化的部分曲線，則n等于1
B．若曲線表示有絲分裂染色體數目變化的部分曲線，則n等于46
C．若曲線表示減數分裂Ⅰ核DNA分子數目變化的部分曲線，則n等于23
D．若曲線表示有絲分裂染色體組數數目變化的部分曲線，則n等于2
解析：選C。每條染色體上DNA含量為1或2，若曲線表示減數分裂中每條染色體上DNA分子數目變化的部分曲線，則n＝1，A正確；有絲分裂過程中染色體數目變化規律為46→92→46，若曲線表示有絲分裂中染色體數目變化的部分曲線，則n＝46，B正確；減數分裂Ⅰ中核DNA數目是92，若曲線表示減數分裂Ⅰ中核DNA數目，則n＝46，C錯誤；人體細胞有絲分裂過程中，染色體組數為2或4(后期)，因此n＝2，D正確。
[真題演練]
1．(2021·福建卷)有同學用下列示意圖表示某兩棲類動物(基因型為AaBb)卵巢正常的細胞分裂可能產生的細胞，其中正確的是(　　)
解析：選A。A圖示細胞著絲粒分裂，細胞中無同源染色體，且細胞質不均等分裂，可為次級卵母細胞處于減數分裂Ⅱ的后期，A正確；B圖示細胞中含有同源染色體，細胞質不均等分裂，應處于減數分裂Ⅰ的后期，此時應發生同源染色體分離，與圖示a和B、A和b分離不符，B錯誤；C圖示細胞處于減數分裂Ⅰ后期，卵細胞形成過程在減數分裂Ⅰ的后期應不均等分裂，與題圖不符，C錯誤；D圖示細胞著絲粒分裂，且細胞中含有同源染色體，細胞質不均等分裂，在卵巢正常的細胞分裂中不可能產生，D錯誤。
2．(2022·浙江6月選考)某哺乳動物卵原細胞形成卵細胞的過程中，某時期的細胞如圖所示，其中①～④表示染色體，a～h表示染色單體。下列敘述正確的是(　　)
A．圖示細胞為次級卵母細胞，所處時期為前期Ⅱ
B．①與②的分離發生在后期Ⅰ，③與④的分離發生在后期Ⅱ
C．該細胞的染色體數與核DNA分子數均為卵細胞的2倍
D．a和e同時進入一個卵細胞的概率為1/16
解析：選D。圖示細胞中存在2對同源染色體，為初級卵母細胞，且此時正在聯會，所處時期為前期Ⅰ，A錯誤；①和②、③和④為同源染色體，分離發生在后期Ⅰ，B錯誤；圖示細胞中有4條染色體，8個核DNA分子，推知卵原細胞中有4條染色體，4個核DNA分子，卵細胞中有2條染色體，2個核DNA分子，綜上所述，該細胞的染色體數為卵細胞的2倍，核DNA分子數為卵細胞的4倍，C錯誤；a和e進入到同一個卵細胞的前提是①和③進入到同一個次級卵母細胞，而①和②(同源染色體)分離、③和④(同源染色體)分離時，①和③進入一個次級卵母細胞的概率是1/2×1/2＝1/4，此時a和e從同一個次級卵母細胞進入一個卵細胞的概率是1/2×1/2＝1/4，則圖示細胞中的a和e進入同一個卵細胞的概率是1/4×1/4＝1/16，D正確。
3．(2022·全國乙卷)有絲分裂和減數分裂是哺乳動物細胞分裂的兩種形式。某動物的基因型是Aa，若該動物的某細胞在四分體時期一條染色單體上的A和另一條染色單體上的a發生了互換，則通常情況下姐妹染色單體分離導致等位基因A和a進入不同細胞的時期是(　　)
A．有絲分裂的后期　 B．有絲分裂的末期
C．減數分裂Ⅰ D．減數分裂Ⅱ
解析：選D。有絲分裂過程中不會發生同源染色體聯會形成四分體的過程，這樣就不會發生姐妹染色單體分離導致等位基因A和a進入不同細胞的現象，A、B不符合題意；根據題意，某動物基因型是Aa，經過間期復制，初級性母細胞中有AAaa四個基因，該動物的某細胞在四分體時期發生互換，涉及A和a的交換，交換后兩條同源染色體的姐妹染色單體上均分別具有A和a基因，減數分裂Ⅰ時，同源染色體分開，兩組Aa彼此分開進入次級性母細胞，但不會發生姐妹染色單體分離導致等位基因A和a分開的現象，而在減數分裂Ⅱ時，姐妹染色單體分離，其上的A和a分開進入兩個子細胞，C不符合題意，D符合題意。
4．(2021·江蘇卷)A和a，B和b為一對同源染色體上的兩對等位基因。有關有絲分裂和減數分裂敘述正確的是(　　)
A．多細胞生物體內都同時進行這兩種形式的細胞分裂
B．減數分裂的兩次細胞分裂前都要進行染色質DNA的復制
C．有絲分裂的2個子細胞中都含有Aa，減數分裂Ⅰ的2個子細胞中也可能都含有Aa
D．有絲分裂都形成AaBb型2個子細胞，減數分裂都形成AB、Ab、aB、ab型4個子細胞
解析：選C。生物體內有些特殊的細胞如生殖器官中的細胞既能進行有絲分裂又能進行減數分裂，但體細胞只進行有絲分裂，A錯誤。減數分裂只在減數分裂Ⅰ前進行染色質DNA的復制，B錯誤。有絲分裂得到的子細胞染色體組成與親代相同，得到的2個子細胞中都含有Aa；減數分裂Ⅰ若發生互換，則得到的2個子細胞中也可能都含有Aa，C正確。有絲分裂得到的子細胞染色體組成與親代相同，都形成AaBb型2個子細胞；因A和a，B和b為一對同源染色體上的兩對等位基因，若不考慮互換，則減數分裂能得到兩種類型(AB、ab或Ab、aB)的子細胞，D錯誤。
[長句特訓]
　研究表明，雌性動物繁殖率下降與減數分裂異常密切相關。為了解減數分裂過程中的調控機制，研究人員展開了系列實驗。
圖1
圖2
圖3
設問形式1　圖示判斷類命題
(1)減數分裂Ⅰ的前期又可分為如圖1所示5個亞時期，其中偶線期和粗線期可見同源染色體發生____________并形成四分體。減數分裂Ⅰ過程中，非同源染色體的自由組合及同源染色體中____________之間的互換，會導致配子基因組合的多樣性。
設問形式2　實驗探究類命題
(2)小鼠卵原細胞在胚胎期就開始了減數分裂Ⅰ，但在出生前后被阻滯在雙線期之后、濃縮期之前的一個漫長的靜止階段(稱為核網期)。研究發現，在此過程中，細胞中的環腺苷酸(簡稱cAMP)含量逐漸上升，達到峰值后維持在較高水平。在雌性小鼠性成熟后，卵母細胞才少量分批繼續減數分裂過程。
①cAMP被稱為細胞內的第二信使。如圖2所示，當信號分子與受體結合后，通過G蛋白激活酶A，在其催化下由__________生成cAMP，作用于靶蛋白，調節細胞的生理過程。
②實驗一：不同條件下體外培養特定時期的卵母細胞，實驗結果如圖3所示。由此可知，cAMP調控了細胞的減數分裂進程，判斷依據是__________________。
③已知卵原細胞進入粗線期時，在顯微鏡下可觀察到聯會復合體蛋白(簡稱S蛋白)沿染色體軸分布，進入核網期時，S蛋白則已完全從染色體上解離下來。研究人員猜測cAMP調控減數分裂進程的靶蛋白可能是S蛋白，并對此展開進一步實驗。
實驗二：選取特定時期的胚胎卵巢，實驗組注射混有臺盼藍的干擾S基因表達的RNA(臺盼藍用于指示注射成功與否)，則對照組應注射__________________________。經處理后分別進行細胞培養，3天后，實驗組有67.0%的卵母細胞進入了核網期，對照組只有31.7%的卵母細胞進入核網期，證明干擾S基因的表達會____________小鼠卵母細胞提前進入核網期。
實驗三：體外培養特定時期的卵母細胞，實驗組中添加酶A抑制劑，一段時間后，實驗組中可觀察到S蛋白沿染色體軸分布的卵母細胞為68.7%，對照組的相應數據為39.0%，表明cAMP會____________S蛋白與染色體的解離。
④結合圖2及上述一系列實驗結果推測，cAMP調控減數分裂進程的機制為____________________________________。
解析：(1)分析題圖可知，減數分裂Ⅰ前期的偶線期和粗線期同源染色體發生聯會并形成四分體。減數分裂Ⅰ過程中，非同源染色體的自由組合及同源染色體中非姐妹染色單體之間的互換，會導致配子基因組合的多樣性。(2)①圖2中信號分子與受體結合后，G蛋白激活酶A，然后在酶A的催化下由ATP生成cAMP，作用于靶蛋白，調節細胞的生理過程。②實驗一：圖3中研究了酶A抑制劑和酶A抑制劑加cAMP類似物兩種不同條件下細胞減數分裂進程，結果顯示2組處于核網期的細胞比例低于1組和3組，由此可知，cAMP調控了細胞的減數分裂進程。③實驗二：選取特定時期的胚胎卵巢，實驗組注射混有臺盼藍的干擾S基因表達的RNA(臺盼藍用于指示注射成功與否)，則對照組要保證無關變量的一致，應注射等量混有臺盼藍的不干擾S基因表達的RNA。經處理后分別進行細胞培養，3天后，對照組只有31.7%的卵母細胞進入核網期，實驗組有67.0%的卵母細胞進入了核網期，說明干擾S基因的表達會促進小鼠卵母細胞提前進入核網期。實驗三：實驗組中添加酶A抑制劑，與對照組對比，一段時間后，實驗組中可觀察到S蛋白沿染色體軸分布的卵母細胞為68.7%，對照組的相應數據為39.0%，表明cAMP會促進S蛋白與染色體的解離。④實驗二證明干擾S基因的表達會促進小鼠卵母細胞提前進入核網期；實驗三表明cAMP會促進S蛋白與染色體的解離。結合圖2及上述一系列實驗結果推測，cAMP調控減數分裂進程的機制為cAMP促進了S蛋白與染色體的解離，從而促進細胞減數分裂Ⅰ進入核網期。
答案：(1)聯會　非姐妹染色單體　(2)①ATP
②2組處于核網期的細胞比例低于1組和3組
③等量混有臺盼藍的不干擾S基因表達的RNA　促進　促進　④cAMP促進了S蛋白與染色體的解離，從而促進細胞減數分裂Ⅰ進入核網期
第2課　減數分裂與受精作用
[基礎練透]
1．下列是對高等動物通過減數分裂形成雌、雄配子以及受精作用的描述，其中正確的是(　　)
A．每個卵細胞繼承了初級卵母細胞1/4的細胞質
B．進入卵細胞并與之融合的精子幾乎不攜帶細胞質
C．等位基因進入卵細胞的機會并不相等，因為一次減數分裂只形成一個卵細胞
D．雌、雄配子彼此結合的機會相等，因為它們的數量相等
解析：選B。1個卵原細胞經過減數分裂產生1個卵細胞和3個極體，其中初級卵母細胞和次級卵母細胞在分裂過程中，細胞質分配是不均等的，A錯誤；精細胞產生后變形為精子，受精時精子只有頭部進入卵細胞，尾部留在外面，進入卵細胞并與之融合的精子幾乎不攜帶細胞質，B正確；等位基因進入卵細胞的機會相等，因為在減數分裂Ⅰ等位基因隨同源染色體的分離而分離，隨機進入次級卵母細胞和極體，C錯誤；一般來說，雄配子的數量遠遠多于雌配子的數量，D錯誤。
2.(2022·淮北一模)如圖為某二倍體高等雄性動物的某細胞部分染色體組成示意圖，圖中①、②表示染色體，a、b、c、d表示染色單體，不考慮突變。下列敘述錯誤的是(　　)
A．在不發生互換的情況下，a和b中的兩個DNA分子所含遺傳信息相同
B．在減數分裂Ⅰ前期，同源染色體①與②聯會形成的四分體分布在細胞中
C．在減數分裂Ⅱ過程中，一個次級精母細胞中可能存在0或1或2條X染色體
D．若a與c出現在該細胞產生的一個精子中，則b與d可出現在同時產生的另一精子中
解析：選D。a、b是染色體經過復制形成的姐妹染色單體，所以在不發生互換的情況下，兩個DNA分子所含遺傳信息相同，A正確；同源染色體①與②在減數分裂Ⅰ前期發生聯會，形成四分體分布在細胞中，B正確；雄性動物的性染色體組成為XY型，減數分裂Ⅰ結束形成的兩個次級精母細胞分別含有1條X和1條Y染色體，減數分裂Ⅱ后期，著絲粒分開，形成2條X染色體或2條Y染色體，所以一個次級精母細胞中可能存在0或1或2條X染色體，C正確；a、b是姐妹染色單體，因此若a與c出現在該細胞產生的一個精子中，則b與c的姐妹染色單體可出現在同時產生的另一精子中，但b與d不可能出現在同時產生的另一精子中，D錯誤。
3．(2022·莆田市二模)如圖為某高等動物細胞連續分裂圖像。下列分析正確的是(　　)
甲　　　　乙　　　　丙　　　　　丁
A．甲正在進行非等位基因的自由組合
B．乙中含兩對同源染色體、兩個染色體組
C．丙可能正在進行互換
D．丁可能是次級精母細胞或次級卵母細胞
解析：選B。非等位基因的自由組合發生在減數分裂Ⅰ后期，圖示甲為有絲分裂后期，A錯誤；乙為體細胞，細胞中含兩對同源染色體、兩個染色體組，B正確；互換發生在減數分裂Ⅰ前期，圖丙為減數分裂Ⅰ后期，C錯誤；根據圖丙細胞質均等分裂可知，該生物為雄性，則丁是次級精母細胞，D錯誤。
4．(2022·雁峰區模擬)現代分子生物學技術能夠用特定分子與染色體上的某一個基因結合，這個分子又能被帶有熒光標記的物質識別，從而在染色體上顯示出某種特定顏色的熒光點。現對正常分裂細胞的某一基因進行定位，發現一條染色體上有兩個顯示出某種特定顏色的熒光點。下列相關敘述正確的是(不考慮變異)(　　)
A．這兩個熒光點表示的基因為等位基因
B．該分裂細胞可能處于減數分裂Ⅱ后期
C．該細胞的染色體數可能是體細胞的兩倍
D．該細胞的同源染色體可能正在移向細胞兩極
解析：選D。這兩個熒光點表示的基因屬于復制關系，正常情況下應為相同基因，A錯誤；該分裂細胞可能處于減數分裂Ⅰ或減數分裂Ⅱ前期和中期，此時每條染色體上含有兩條染色單體，B錯誤；細胞的染色體數是體細胞的兩倍時應處于有絲分裂后期，此時著絲粒已分裂，一條染色體上只有某種特定顏色的一個熒光點，C錯誤；該細胞可能處于減數分裂Ⅰ后期，此時細胞中同源染色體正在移向細胞兩極，D正確。
5．(2022·河北模擬)某種蝗蟲，其雌蟲體細胞內染色體數為2n＝24(22＋XX)，雄蟲體細胞內染色體數為2n＝23(22＋X)。下列情況不可能出現的是(　　)
A．四分體時期的初級精母細胞中會出現11個四分體
B．初級卵母細胞中的染色體數與初級精母細胞中的染色體數相等
C．著絲粒斷裂前，次級卵母細胞中的染色單體數與次級精母細胞中的染色單體數相等
D．著絲粒斷裂后，次級卵母細胞中的染色體數與次級精母細胞中的染色體數相等
解析：選B。由于蝗蟲雄蟲體細胞內染色體數為2n＝23(22＋X)，因此在四分體時期的初級精母細胞中會出現11個四分體，A不符合題意；根據題意，初級卵母細胞中的染色體數與初級精母細胞中的染色體數分別是24和23，B符合題意；著絲粒斷裂前，次級卵母細胞中的染色單體數可能與次級精母細胞中的染色單體數相等，都是24條，C不符合題意；著絲粒斷裂后，次級卵母細胞中的染色體數可能與次級精母細胞中的染色體數相等，都是24條，D不符合題意。
6．如圖甲、乙為“觀察蝗蟲精母細胞減數分裂裝片”實驗的相關照片，圖乙中減Ⅰ代表減數分裂Ⅰ，減Ⅱ代表減數分裂Ⅱ。下列敘述正確的是(　　)
甲
乙
A．該實驗過程中要進行解離、漂洗、染色、制片等操作
B．該實驗可直接用高倍鏡進行觀察
C．可在顯微鏡視野下觀察到圖乙變化的連續過程
D．可在圖乙的減Ⅰ①中找到圖甲的結構
解析：選D。該實驗是“觀察蝗蟲精母細胞減數分裂裝片”，所以不需要進行解離、漂洗、染色、制片等操作，A錯誤；該實驗先在低倍鏡下觀察找到目標，再換高倍鏡觀察，B錯誤；制作裝片后細胞已經死亡，因此不能觀察到圖乙變化的連續過程，C錯誤；減數分裂Ⅰ前期有可能發生同源染色體的非姐妹染色單體互換現象，故可在圖乙的減Ⅰ①中找到圖甲的結構，D正確。
7．(多選)甲、乙是某生物(2n＝2)細胞分裂過程中染色體分離示意圖。下列敘述正確的是(　　)
甲　　　　　　　　乙
A．甲為減數分裂Ⅰ后期同源染色體分離
B．甲圖母源與父源染色體上有等位基因
C．乙不會發生非同源染色體的自由組合
D．該生物有性生殖過程中不能發生基因重組
解析：選BC。甲為有絲分裂后期，乙為減數分裂Ⅰ后期同源染色體分離，A錯誤；等位基因是位于同源染色體相同位置上控制相同性狀的基因，甲圖母源與父源染色體上有等位基因，B正確；該生物2n＝2，只有一對同源染色體，沒有非同源染色體，因此乙不會發生非同源染色體的自由組合，C正確；該生物有性生殖過程中可能發生同源染色體非姐妹染色單體之間的互換，屬于基因重組的一種，D錯誤。
8．(2022·江蘇常州模擬)研究人員對基因型為AaBb的某動物(2n)有絲分裂和減數分裂細胞中染色體形態、數目和分布進行了觀察分析。圖1中①～③為其細胞分裂不同時期的示意圖(圖中染色體不代表具體數目)，圖2中細胞類型是依據不同時期細胞中染色體數和核DNA分子數的數量關系而劃分的。請回答下列問題：
圖1
圖2
(1)圖1中的①細胞表示的細胞分裂方式和時期是____________，該細胞中A和a基因出現在姐妹染色單體上的原因可能是_____________，
除此之外，該細胞還發生了___________________。
(2)圖1中②細胞分裂的方式和時期是____________，它屬于圖2中類型____________的細胞。③細胞取自__________(填器官名稱)。
(3)若圖2中類型b、d、e的細胞屬于同一次減數分裂，那么三者出現的先后順序是___________________________，
在圖2的5種細胞類型中，一定具有同源染色體的細胞類型有________________。
(4)著絲粒分裂導致圖2中一種細胞類型轉變為另一種細胞類型，其轉變的具體情況有___________________________________。
A．a→b　　　　　 B．b→a
C．c→d D．d→c
解析：(1)圖1中的①細胞中同源染色體兩兩配對形成四分體，所以其表示的細胞分裂時期是減數分裂Ⅰ前期，該細胞中A和a基因出現在姐妹染色單體上的原因可能是基因突變或互換。由該細胞右下角的染色體可看出(出現十字形，非同源染色體上有些片段能配對)，這對同源染色體發生染色體結構變異。(2)圖1中②細胞含有同源染色體，且著絲粒正在分裂，處于有絲分裂后期，對應圖2中類型a。③細胞中同源染色體正在分離，非同源染色體正在自由組合，處于減數分裂Ⅰ的后期，且細胞質均等分裂，說明該細胞為初級精母細胞，取自精巢或睪丸。(3)圖2中a染色體數為體細胞的2倍，處于有絲分裂后期；b染色體是DNA的一半，且DNA是體細胞的2倍，處于有絲分裂前、中期，減數分裂Ⅰ的前、中、后期；c染色體和DNA相等，且與體細胞相等，處于有絲分裂末期、減數分裂Ⅱ的后期；d染色體數目減半，DNA是染色體的2倍，處于減數分裂Ⅱ的前、中期；e染色體和DNA均減半，處于減數分裂Ⅱ的末期，若b、d、e的細胞屬于同一次減數分裂，則順序依次為bde，五種類型的細胞中，一定具有同源染色體的有ab(因為有絲分裂和減數分裂Ⅰ都含有同源染色體)。(4)a為有絲分裂后期，著絲粒已經分裂，A錯誤；b→a，說明是有絲分裂中期→有絲分裂后期，B正確；c處于有絲分裂末期或減數分裂Ⅱ后期，著絲粒已經分裂，C錯誤；d→c，說明是減數分裂Ⅱ的中期→減數分裂Ⅱ的后期，D正確。
答案：(1)減數分裂Ⅰ前期　基因突變或互換　染色體結構變異　(2)有絲分裂后期　a　精巢(或睪丸)　(3)bde　ab　(4)BD
[能力提升]
9.果蠅體內的一個細胞在分裂過程中，一段時期內某種物質或結構的數量變化如圖。下列敘述正確的是(　　)
A．若a代表2個染色體組，則該細胞正在進行減數分裂
B．若a代表4個核DNA分子，則該細胞正在進行有絲分裂
C．若a代表4條染色體，則該細胞在CD段不能形成四分體
D．若a代表8條染色單體，則該細胞在CD段可發生基因重組
解析：選D。若a代表2個染色體組，則CD段細胞中出現4個染色體組，說明該細胞進行有絲分裂，A錯誤；若a代表4個核DNA分子，說明該細胞進行減數分裂，B錯誤；若a代表4條染色體，則CD段細胞中有8條染色體，說明進行減數分裂Ⅰ或減數分裂Ⅱ，可能形成四分體，C錯誤；若a代表8條染色單體，則CD段細胞有16條染色單體，可能處于減數分裂Ⅰ，細胞可能發生基因重組，D正確。
10．研究發現，Cyclin B3(蛋白)在雌性哺乳動物生殖細胞形成過程中發揮獨特作用，當Cyclin B3缺失時雌性小鼠不能產生后代(個體)。為揭示Cyclin B3的作用機理，研究者對Cyclin B3缺失雌鼠和正常雌鼠卵細胞的形成過程進行了觀察對比，并繪制了下圖。據此推測Cyclin B3的功能是(　　)
A．促進同源染色體的分離
B．促進DNA的復制
C．促進紡錘體的形成
D．促進著絲粒的分裂
解析：選A。由題圖可知，與正常雌鼠卵細胞的形成過程相比，Cyclin B3缺失雌鼠在減數分裂Ⅰ后期才表現異常，其同源染色體不能分離，進而導致減數分裂Ⅱ過程不能正常進行，說明Cyclin B3的功能是促進同源染色體的分離，A符合題意；DNA的復制發生在減數分裂Ⅰ前的間期，由題圖可知，Cyclin B3缺失雌鼠和正常雌鼠均能正常進行DNA復制，說明Cyclin B3的功能不是促進DNA的復制，B不符合題意；由題圖可知，正常雌鼠和Cyclin B3缺失雌鼠都形成了紡錘體，說明Cyclin B3的功能不是促進紡錘體的形成，C不符合題意；減數分裂過程中著絲粒的分裂發生在減數分裂Ⅱ后期，圖中未顯示減數分裂Ⅱ后期圖像，無法得出Cyclin B3對著絲粒分裂的作用，D不符合題意。
11．(多選)研究人員在四川牡丹(2n＝10)花粉母細胞中觀察到圖中箭頭所示的“染色體橋”現象。下列選項分析不正確的是(　　)
A．圖中時期是減數分裂Ⅰ
B．姐妹染色單體連接形成染色體橋
C．染色體橋現象不會影響基因重組
D．該細胞的子細胞中遺傳信息相同
解析：選BCD。結合分析可知，圖中時期是減數分裂Ⅰ，A正確；圖中的染色體橋是由不同的染色體連接而成，是非姐妹染色體單體，B錯誤；染色體橋會影響同源染色體的分離，故會影響基因重組現象，C錯誤；該細胞中含有同源染色體，同源染色體通常含有等位基因，故子細胞中遺傳信息不一定相同，D錯誤。
12．cAMP(環化腺苷一磷酸)是一種細胞內的信號分子。研究表明，cAMP對初級卵母細胞完成減數分裂Ⅰ有抑制作用，大致機理如圖1所示。
圖1
(1)由圖1可知，被激活的酶A能催化ATP________________________，并發生環化形成cAMP。cAMP能活化酶P，活化的酶P能抑制初級卵母細胞分裂為____________________________________。
(2)女性在胚胎時期卵原細胞就發育成為初級卵母細胞，但初級卵母細胞啟動減數分裂Ⅰ則需要等到進入青春期之后。依據圖1推測，進入青春期后女性的初級卵母細胞恢復分裂的信號途徑是______________________________________。
(3)初級卵母細胞的不均等分裂依賴于細胞膜內陷位置形成的縊縮環。有人認為cAMP抑制減數分裂Ⅰ是因為影響了縊縮環，為此搜集了小鼠的初級卵母細胞，在誘導恢復分裂后，用兩種特異性藥物(藥物H和藥物F)進行了實驗，結果如圖2所示。
注：“＋”表示處理，“－”表示未處理。
圖2
①應從小鼠的__________(器官)中獲取初級卵母細胞，然后轉移到37 ℃、______________(氣體環境)的恒溫培養箱中培養。
②由實驗結果推測，藥物H能__________細胞中cAMP的量；藥物F對酶A有____________作用。
③根據上述結果推測，cAMP抑制減數分裂Ⅰ的原因除了阻止縊縮環的形成，還可能是_______________________________________。
解析：(1)由圖1可知，被激活的酶A能催化ATP形成cAMP(環化腺苷一磷酸)和PPi，該過程脫去兩個磷酸基團；初級卵母細胞分裂形成的子細胞為次級卵母細胞和極體。(2)依據圖1推測，進入青春期后女性的初級卵母細胞恢復分裂的信號途徑是信號分子2作用于S2蛋白，通過G2蛋白抑制酶A，使細胞內的cAMP濃度降低，活化的酶P減少，從而解除對減數分裂Ⅰ的抑制作用。(3)①初級卵母細胞是由卵原細胞經過減數分裂前的間期的染色體復制后形成的，場所是卵巢，因此應從小鼠的卵巢中獲取初級卵母細胞，然后轉移到37 ℃，含5%CO2、95%空氣的恒溫培養箱中培養。②根據圖中結果可知，只加藥物F時，沒有完成減數分裂Ⅰ的細胞增多，這說明藥物F特異性激活酶A，只加藥物H時，沒有完成減數分裂Ⅰ的細胞減少，這說明藥物H能降低細胞中cAMP的量。③由實驗結果分析可知，cAMP抑制減數分裂Ⅰ的原因可能是阻止縊縮環的形成(或“促進縊縮環的退化”)及干擾縊縮環的定位。
答案：(1)脫去兩個磷酸基團　次級卵母細胞和極體　(2)信號分子2作用于S2蛋白，通過G2蛋白抑制酶A，使細胞內的cAMP濃度降低，活化的酶P減少，從而解除對減數分裂Ⅰ的抑制作用　(3)①卵巢　5% CO2、95%空氣
②降低　激活　③干擾縊縮環的定位

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