第2课时 受精作用
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1．理解配子中染色体组合的多样性。 2.知道受精作用的过程。 3.说出减数分裂和受精作用对生物遗传和变异的重要意义。
一、配子中染色体组合的多样性(阅读教材P23)
1.a与b即同源染色体分离的同时，a与c、d即非同源染色体表现为自由组合。
2．c与d这对同源染色体联会时，四分体中的①与②，即非姐妹染色单体间容易发生交叉互换。
二、受精作用(阅读教材P24～P25)
1．概念：卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
2．过程
精子入卵：精子头部进入卵细胞，尾部留在外面
↓
卵细胞反应：细胞膜发生复杂的生理反应，以阻止其他精子再进入
↓
精卵融合：精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合，使彼此的染色体会合在一起
3．结果
受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，其中有一半的染色体来自精子(父方)，另一半来自卵细胞(母方)。
⊙点拨 ①精子和卵细胞相互识别的物质基础是细胞外表面的糖蛋白。
②受精作用的实质是核的融合。
4．后代多样性的原因
(1)减数分裂形成的配子中染色体组成具有多样性。
(2)受精过程中卵细胞和精子结合的随机性。
5．减数分裂和受精作用的意义
(1)子代呈现多样性，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)对于维持每种生物(有性生殖的生物)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，都是十分重要的。
判断
(1)在减数分裂过程中，先进行同源染色体的分离，再进行非同源染色体的自由组合。(×)
分析：在减数分裂过程中，同源染色体的分离与非同源染色体的自由组合是同时进行的。
(2)配子的多样性只与非同源染色体的自由组合有关。(×)
分析：从减数分裂过程的角度看，配子的多样性主要与非同源染色体的自由组合有关，四分体中非姐妹染色单体的交叉互换也是原因之一。
(3)一个卵细胞一般只能与一个精子结合，形成受精卵。(√)
分析：一个精子和一个卵细胞结合，才能使形成的受精卵中的染色体数量正好恢复到体细胞中的水平，精卵结合具有严格的防止一个卵细胞和多个精子结合的机制。
(4)受精作用的实质是细胞的融合。(×)
分析：受精作用的实质是细胞核的融合。
(5)受精卵细胞核中染色体一半来自父方，一半来自母方。(√)
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主题一 配子中染色体的组合方式及种类
结合下图探究以下问题。
1．含一对同源染色体的精(卵)原细胞形成的配子：
(1)若是一个精原细胞，则形成2种精子。
(2)若是一个卵原细胞，则形成1种卵细胞。
2．含两对同源染色体的精(卵)原细胞形成的配子：
(1)若是1个精原细胞，则形成2种精子；若是足够多的精原细胞，则形成4种精子。
(2)若是1个卵原细胞，则形成1种卵细胞；若有足够多的卵原细胞，则形成4种卵细胞。
3．含n对同源染色体的精(卵)原细胞形成的配子：
精(卵)原细胞个数
配子个数
配子种类
1个精原细胞
4
2种(多种情况)
1个卵原细胞
1
1种(多种情况)
1个雄性个体
2n种
1个雌性个体
2n种
判断配子种类数的两点提醒
(1)分清是一个生物还是一个细胞。当强调精原细胞或卵原细胞数为1个时，则要按以下实际情况来考虑：精子为4个、两种类型，卵细胞为1个、1种类型。当强调为一个生物，有足够多的精原细胞或卵原细胞时，则根据同源染色体的对数判断。
(2)是否发生交叉互换。交叉互换会增加配子的种类，如一个含n对同源染色体的生物产生配子种类会大于2n种。
1．下图表示染色体组成为AaCcDd的生物产生的精细胞。试根据细胞内染色体的组合，分析不考虑交叉互换的情况下，下列相关叙述不正确的是( )
A．上述精细胞至少来自4个精原细胞
B．⑤⑧可能来自同一个精原细胞
C．上述精细胞至少来自8个次级精母细胞
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D．①⑦可能来自同一个精原细胞
解析：选D。由于体细胞中含有3对同源染色体，最多能产生8种配子，如上图所示，每种精原细胞在不发生交叉互换时，只能产生2种配子，所以上述细胞至少来自4个精原细胞，8个次级精母细胞；图中任何两个子细胞的染色体组合成为AaCcDd都有可能来自同一精原细胞，如⑤与⑧、③与⑦。
2．(2015·日照高一检测)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有( )
A．①② B．①④
C．①③ D．②④
解析：选C。减数第一次分裂的特点：同源染色体联会后分离。减数第二次分裂的特点：次级精母细胞内由同一着丝点相连的两条姐妹染色单体分开，成为两条子染色体，分别进入两个精细胞中。所以由同一精原细胞最终分裂形成的精细胞中，染色体组成基本相同或恰好“互补”。根据图乙中各细胞内染色体特点分析，①图与图甲的染色体组成“互补”，③图与图甲的染色体组成基本相同，由此可判断出①③与图甲精细胞可能来自同一精原细胞。
主题二 减数分裂及受精作用
1．受精作用分析
由上图可知：受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方。染色体A与a(B与b)是同源染色体，由于来自不同的亲本所以颜色不同。
2．结合下图分析减数分裂与受精作用的变化曲线——核DNA含量的变化：
(1)图中aj段表示的是减数分裂过程，其中ab表示减数第一次分裂前的间期，bf表示减数第一次分裂的分裂期，fj表示减数第二次分裂。
(2)k点表示正在进行受精作用。
(3)kp段表示受精卵的有丝分裂。
小组讨论
(1)结合细胞膜的有关知识分析，精子和卵细胞的相互识别与细胞膜上的哪种成分有关，精子和卵细胞融合的过程体现了膜的什么特性？
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提示：精、卵细胞的相互识别与细胞膜表面的糖蛋白有关。二者相互融合体现了膜的流动性。
(2)某人生下一对“龙凤胎”，试从精子与卵细胞结合的角度分析产生“龙凤胎”的原因。
提示：“龙凤胎”是由两个卵细胞和两个精子分别结合形成的受精卵发育而成的。
减数分裂和受精作用过程图
3．下列关于受精作用的说法，不正确的是( )
A．受精作用也是精子和卵细胞相互识别的过程
B．受精卵的绝大部分细胞质来自于卵细胞
C．受精过程使卵细胞的生命活动变得活跃
D．同一双亲后代遗传的多样性只与卵细胞和精子的随机结合有关
解析：选D。受精作用是卵细胞和精子相互识别、融合成受精卵的过程，A选项正确。受精过程中主要是精子的头部(主要是细胞核)进入卵细胞中，因此受精卵的绝大部分细胞质来自于卵细胞，B选项正确。卵细胞在未受精时细胞呼吸和物质合成进行得比较缓慢，受精过程使卵细胞的生命活动变得活跃，C选项正确。由于减数分裂形成的配子，染色体组成具有多样性，不同配子的遗传物质具有差异，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，D选项错误。
4．(2015·德州高一检测)如图表示在动物不同生命活动过程中，细胞内染色体的变化曲线，下列叙述正确的是( )
A．a过程没有姐妹染色单体
B．b过程细胞数目不变
C．c过程发生细胞识别和融合
D．d过程没有同源染色体
解析：选C。由于在ab过程中染色体数目减半，所以代表的是减数分裂，a过程属于减数第一次分裂，发生同源染色体的分开，含有姐妹染色单体，选项A错误；b过程是减数第二次分裂，细胞数目加倍，所以选项B错误；c过程表示的是染色体数目的加倍，表示精卵细胞的融合，选项C正确；d过程表示的是受精卵进行的有丝分裂，精卵结合后就会含有同源染色体，选项D错误。
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[网络构建]
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[关键语句]
1．导致配子中染色体组合多样性的原因：①同源染色体分离的同时，非同源染色体的自由组合；②同源染色体上非姐妹染色单体间发生交叉互换。
2．受精作用的实质是精、卵细胞核的融合。
3．精子和卵细胞中没有同源染色体，融合形成受精卵后，形成了同源染色体。
4．受精卵中的核遗传物质一半来自父方，一半来自母方，但细胞质基因几乎全部来自母方。
5．减数分裂和受精作用维持生物体细胞中染色体数目的恒定。
[随堂检测]
知识点一 配子中染色体组合的多样性
1．(2015·重庆高一检测)下列选项中，属于形成配子多样性原因的一组是( )
①交叉互换 ②同源染色体联会 ③同源染色体分离 ④非同源染色体随机组合
A．①② B．③④
C．①④ D．②③
解析：选C。配子多样性的原因有两种：减数第一次分裂前期同源染色体非姐妹染色单体之间交叉互换，减数第一次分裂后期非同源染色体之间的自由组合。
2．下列符号代表精子的染色体，A和a，B和b分别是两对同源染色体，下列哪四个精子来自同一个初级精母细胞(不考虑交叉互换)( )
A．Ab、Ab、ab、ab B．aB、Ab、AB、AB
C．Ab、aB、Ab、aB D．AB、Ab、ab、aB
解析：选C。在减数第一次分裂时期，同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合。对于含A、a与B、b两对同源染色体的初级精母细胞来说有两种分离情况：若一组是A与B组合，则另一组是a与b组合，经第二次分裂和变形后分别形成两个AB和两个ab的精子；或者是另一种分离情况，即形成两个Ab和两个aB的精子。但对于一个细胞来说只能是其中的一种分离情况，结合所给选项，C项符合。
3．某动物精原细胞中有3对同源染色体，在减数分裂产生配子的过程中，产生同时含有3个母方染色体的配子的可能性是 ( )
A．1/2 B．1/4
C．1/8 D．1/16
解析：选C。在减数分裂过程中，每一对同源染色体中来自母方的染色体都可以到任意一极，即在每一极的可能性都是1/2，因此3个母方染色体都在同一极的可能性是(1/2)3＝1/8。
知识点二 受精作用及意义
4．青蛙的受精过程可以分为以下步骤，其中体现受精作用实质的是 ( )
A．精子和卵细胞接触
B．精子头部进入卵细胞
C．卵细胞膜与精子细胞膜融合
D．精子细胞核与卵细胞核融合
解析：选D。受精作用的实质是精子细胞核与卵细胞核融合过程。
5.
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右图为高等动物进行有性生殖的3个生理过程示意图，则图中①②③分别为( )
A．有丝分裂、减数分裂、受精作用
B．受精作用、减数分裂、有丝分裂
C．有丝分裂、受精作用、减数分裂
D．减数分裂、受精作用、有丝分裂
解析：选B。过程①是生殖细胞形成受精卵，说明是受精作用；过程②是生物体产生配子，说明是减数分裂；过程③是受精卵发育成个体，说明是有丝分裂过程，故B正确。
6．(2015·新余高一检测)某生物体细胞内的DNA含量为2a，如图表示减数分裂、受精作用及受精卵的有丝分裂过程的DNA含量变化。据图回答：
(1)从A到G表示的是________分裂过程，其中从C到E表示的是____________________时期；从E到G表示的是__________________时期。
(2)表示初级精(卵)母细胞的时期是________。E时期的细胞叫________________细胞；G时期的细胞称为________细胞。
(3)由A→C，DNA的含量增加一倍，是因为________________________________________________________________________
____________。由D→E，DNA的含量减少一半，原因是____________________。由F→G，DNA含量再减少一半，原因是____________________。
(4)由H→I，DNA的含量增加一倍，恢复到原来的数目，是因为________________。
(5)曲线由I→P表示的是________分裂过程。
答案：(1)减数 减数第一次分裂 减数第二次分裂
(2)C→D 次级精(卵)母或第一极体 精(卵)
(3)染色体进行复制 同源染色体分离 细胞一分为二
(4)受精作用 (5)有丝
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1．1个精原细胞和1个卵原细胞最多产生多少种精子和多少种卵细胞(考虑交叉互换)( )
A．2,1 B．不确定，不确定
C．4,4 D．4,1
解析：选D。1个精原细胞如果不考虑交叉互换，染色单体相同，经减数分裂最多产生两两相同的4个精子；如果考虑交叉互换，染色单体并不完全相同，减数第二次分裂后期着丝点分裂，得到的4个精子都不相同。1个卵原细胞经减数分裂只产生1个卵细胞，最多也就1种卵细胞。
2．一雄性生物体，其体细胞有3对同源染色体。在不进行交叉互换的情况下，此生物体可产生精原细胞的种类、次级精母细胞的种类以及精子的种类是( )
A．1、8、8 B．2、8、8
C．8、8、8 D．8、64、64
解析：选A。精原细胞经有丝分裂产生，所以只产生一种精原细胞。在不考虑交叉互换的情况下，一种次级精母细胞产生一种精子。此生物体可产生23＝8种精子，所以对应次级精母细胞有23＝8种。
3．关于同一个体中细胞有丝分裂和减数第一次分裂的叙述，正确的是( )
A．两者前期染色体数目相同，染色体行为和DNA分子数目不同
B．两者中期染色体数目不同，染色体行为和DNA分子数目相同
C．两者后期染色体数目和染色体行为不同，DNA分子数目相同
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D．两者末期染色体数目和染色体行为相同，DNA分子数目不同
解析：选C。有丝分裂和减数第一次分裂前期和中期，两者染色体数目、DNA分子数目相同；有丝分裂后期姐妹染色单体分离，染色体数目加倍，DNA分子数目不变，减数第一次分裂后期同源染色体分离，染色单体并没有分开，染色体数目不变，DNA分子数目也不变，因此，两者后期染色体数目和染色体行为不同，但DNA分子数目相同；正常情况下有丝分裂末期染色体数目是减数第一次分裂末期染色体数目的2倍。
4．下列动物细胞中，染色体数目、种类与受精卵相同的是( )
A．精原细胞、精子
B．体细胞、卵原细胞
C．精子、卵细胞
D．初级精母细胞、次级卵母细胞
解析：选B。体细胞、精原细胞、卵原细胞是受精卵经有丝分裂的结果，染色体数目、种类保持恒定。
5．一个含AaBbCc三对同源染色体的精原细胞，减数分裂形成4个精细胞，染色体组合可以是( )
A．AbC、ABc、ABC、abc
B．ABc、ABC、aBC、aBC
C．ABC、abc、aBC、Abc
D．ABc、ABc、abC、abC
解析：选D。在减数分裂时会发生同源染色体分离，非同源染色体自由组合。一个次级精母细胞经减数第二次分裂产生两个相同的精细胞，故这四个精细胞两两相同。
6．(2015·无锡高一检测)人的体细胞中有46条染色体，经减数分裂产生的配子中，全部来自母方染色体的配子所占的比例为( )
A．1/23 B．1/46
C．1/223 D．1/246
解析：选C。人的体细胞中的46条染色体，其中有23条来自母方，23条来自父方，它们组成同源染色体，形成配子时同源染色体分离，非同源染色体自由组合，染色体全部来自母方的配子的比例为1/223。
7.右图表示某动物的精原细胞，该细胞在减数分裂过程中发生了交叉互换。则由该细胞形成的精子类型可能是( )
解析：选B。经交叉互换的精原细胞会形成4种类型的精细胞，选项A、C中分别只有1、0条染色体发生了交叉互换，不符合交叉互换的现象；选项D中只含有两种类型的配子。
8．(原创题)如图所示为某正常男性精巢中一个精原细胞的分裂过程(除基因自由组合外，未发生其他可遗传的变异)，以下分析正确的是( )
A．a1与a2细胞中染色体形态相同，遗传信息相同的概率均为1/2
B．a1与a3细胞中染色体形态相同，遗传信息相同的概率为1/223
C．a1与b1细胞中染色体形态相同的概率为1/2，遗传信息相同的概率为1/223
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D．a1与b3细胞中染色体形态相同的概率为1/223，遗传信息相同的概率为1/223
解析：选C。a1与a2细胞中染色体形态和遗传信息均相同；a1与a3细胞中性染色体形态不同，遗传信息也不相同；a1与b3细胞中染色体形态相同的概率为1/2，遗传信息相同的概率为1/223。
9．下列有关受精作用的叙述，错误的是( )
A．受精卵中的全部遗传物质，来自父母双方的各占一半
B．受精时，精子和卵细胞双方的细胞核相互融合
C．受精卵中染色体数与本物种体细胞中染色体数相同
D．受精卵中的染色体，来自父母双方的各占一半
解析：选A。细胞中的遗传物质并不是全部存在于染色体上的，在细胞质内的线粒体等细胞器中也有少量的遗传物质(DNA)，而受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以来自母方的遗传物质比来自父方的多。
10．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都具有十分重要的意义，原因是( )
①减数分裂使配子中的染色体数目减半
②受精作用使受精卵中染色体数目恢复
③减数分裂过程中有染色体的交叉互换
④受精作用进行时，精子只有头部进入卵细胞
A．①② B．①③
C．②③ D．②④
解析：选A。减数分裂使配子中的染色体数目减半，受精作用是精子和卵细胞结合成受精卵的过程，受精卵中的染色体数目恢复到体细胞染色体数目。这样，经过减数分裂和受精作用维持了生物前后代体细胞中染色体数目的恒定。
11．(2015·合肥高一检测)关于高等动物受精作用的叙述，错误的是( )
A．减数分裂产生的卵细胞和精子在受精过程中是随机结合的
B．精卵结合使染色体数目恢复到体细胞数目
C．受精作用中精卵融合利用了细胞膜的结构特点
D．卵细胞同受精卵一样，新陈代谢非常旺盛
解析：选D。减数分裂产生的卵细胞和精子在受精过程中是随机结合的，A正确；减数分裂产生的生殖细胞中染色体数目是体细胞的一半，精卵结合使染色体数目恢复到体细胞数目，B正确；受精作用中精卵融合利用了细胞膜具有一定的流动性结构特点，C正确；卵细胞是高度分化的生殖细胞，代谢强度比受精卵弱，D错误。
12．下面是某种动物细胞进行有丝分裂和减数分裂的部分图像，据图回答问题。
(1)按先后顺序把有关有丝分裂图像的号码排列起来：________________；按顺序把有关减数分裂图像的号码排列起来：________________。
(2)此动物的正常体细胞中有________对同源染色体，细胞核中有________个DNA分子。
(3)在上述分裂图中，细胞中的染色体数比此动物正常体细胞中染色体数增加一倍的是图________。
(4)在上述分裂图中，属于初级精母细胞的是图________________。
(5)在①～⑫中，染色体数和DNA数与如图所示相同的是图________。
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解析：①中含4条染色体且两两配对，属于减数第一次分裂前期(四分体时期)；②中含4条染色体，都排列在赤道板上，没有出现两两配对现象，为有丝分裂中期；③中含4条染色体，排列在赤道板两侧，同源染色体两两配对，为减数第一次分裂中期；④中含2条染色体，排列在赤道板上，为减数第二次分裂中期；⑤⑥都含8条染色体，有同源染色体，染色单体移向两极，均为有丝分裂后期；⑦中细胞的每一极都含4条染色体，细胞膜正把细胞缢裂为两个，为有丝分裂末期；⑧表示同源染色体分开移向两极，为减数第一次分裂后期；⑨中姐妹染色单体分开移向两极，变成4条染色体，为减数第二次分裂后期；⑩中无同源染色体，含2条已复制的染色体，为减数第一次分裂后得到的细胞——次级性母细胞；⑪为减数第二次分裂后得到的细胞——成熟生殖细胞；⑫中染色体散乱分布，中心粒正移向两极，为有丝分裂前期细胞。
答案：(1)⑫②⑤⑥⑦ ①③⑧⑩④⑨⑪
(2)2 4 (3)⑤⑥ (4)①③⑧ (5)④⑩
13．某雌性动物体细胞核内的DNA含量为2a，下图表示该雌性动物卵细胞的产生及受精作用和受精卵分裂过程中细胞核内DNA含量的变化情况。请据图回答：
(1)________段表示减数分裂过程，其中同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合发生在________段，姐妹染色单体的分离发生在________段(用图中的字母表示)。
(2)卵细胞与精子的相互识别与细胞膜上的________有关。受精时，只有精子的________进入卵细胞。
(3)受精过程使得卵细胞的细胞呼吸和物质合成速率________，新生命的起点是________。
(4)G点所能表示的生理活动过程是______________。
解析：减数分裂过程中，DNA的含量变化是2a→4a→2a→a，在减数第一次分裂后期发生同源染色体的分离、非同源染色体的自由组合，而姐妹染色单体的分开发生在减数第二次分裂后期。受精作用包括精子和卵细胞相互识别并融合的复杂过程，精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。受精卵是个体发育的起点，受精完成后，细胞要进行旺盛的代谢和分裂。
答案：(1)AF CD DE
(2)糖蛋白(糖被) 头部
(3)加快 受精卵 (4)受精作用
14．正常人的体细胞中含有23对同源染色体，分别编号为1号～23号，在人类的遗传病中，有一种叫21三体综合征，也叫先天性愚型，是一种常见的染色体异常遗传病，表现为智力低下，身体发育缓慢。患儿常表现出特殊的面容：眼间距宽，外眼角上斜，口常半张，舌常伸出口外，所以又叫做伸舌样痴呆。对患者染色体进行检查，发现患者比正常人多了一条21号染色体。
(1)正常人产生的配子中染色体的组合类型共有______种，从理论上分析，一对夫妇所生的两个孩子(非同卵双胞胎)所含染色体组成完全相同的概率是________。
(2)请从减数分裂和受精作用的角度完善21三体综合征患者产生的可能原因。有以下几种情况：
①异常精子(24条)和正常卵细胞(23条)结合形成的：
②正常精子(23条)和异常卵细胞(24条)结合形成的：
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(3)若一个正常人与一个21三体综合征患者婚配，他们的后代发病率是________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)223 1/246
(2)①a.后期 同源染色体
b．后期 姐妹染色单体
②a.后期 同源染色体
b．后期 姐妹染色单体
(3)1/2 患者产生的配子一半正常(23条)，一半异常(24条)
15．如图表示高等生物的生活史示意图，据图回答：
(1)过程A表示____________，它发生在哺乳动物的____________中。
(2)过程B表示____________，其实质是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果该图表示被子植物的生活史，那么个体发育的起点是从________开始的，主要进行________分裂。
(4)假设成体Ⅰ的染色体数目为20条，那么图中Ⅲ和Ⅳ的染色体数目依次为______________。
解析：生物体发育成熟后通过减数分裂产生有性生殖细胞，有性生殖细胞再通过受精作用形成受精卵，受精卵是高等生物个体发育的起点，再经过有丝分裂和细胞分化形成完整的生物个体。减数分裂和受精作用维持了生物体前后代体细胞中染色体数目的恒定。
答案：(1)减数分裂 睾丸或卵巢
(2)受精作用 精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合
(3)受精卵 有丝 (4)10条、20条
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