减数分裂的概念与过程:1、减数分裂概念的理解:
(1)范围:进行有性生殖的生物。
(2)在原始生殖细胞(精原细胞或卵原细胞)发展成为成熟生殖细胞(精子或卵细胞)过程中进行的。
(3)过程:减数分裂过程中染色体复制一次细胞连续分裂两次。
(4)结果:新细胞染色体数减半。
2、减数分裂中染色体的变化过程
复制→联会→四分体→同源染色体彼此分离→染色单体彼此分离。
(1)精子的形成过程:
(2)卵细胞的形成过程:
与减数分裂相关的概念辨析:
1.染色体和染色单体
(1)染色体的条数等于着丝点数,有几个着丝点就有几条染色体。
(2)染色单体是染色体复制后,一个着丝点上连接的两条相同的单体,这两条单体被称为姐妹染色单体,其整体是一条染色体。
2.同源染色体与非同源染色体
(l)同源染色体
①在减数分裂过程中进行配对的两条染色体。
②形状大小一般相同,一条来自父方一条来自母方。
(2)非同源染色体:在减数分裂过程中不进行配对的染色体,它们形状大小一般不同。
3.姐妹染色单体和非姐妹染色单体
(1)姐妹染色单体:同一着丝点连着的两条染色单体。
(2)非姐妹染色单体:不同着丝点连接着的两条染色单体。同源染色体内的非姐妹染色单体四分体时期可发生交叉互换。
4.联会和四分体
(1)联会:是指减数第一次分裂过程中(前期)同源染色体两两配对的现象。
(2)四分体:联会后的每对同源染色体含有四条染色单体,叫做四分体,即1个四分体=1对同源染色体 =2条染色体=4条染色单体=4个DNA分子。
细胞不同分裂图像的判断方法:1.减数分裂和有丝分裂的不同分裂时期图像
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前期 |
中期 |
后期 |
有丝分裂 |
有同源染色体(染色体必定成对) |
不联会 |
着丝点排列在赤道板 |
着丝点分裂 |
减数第一次分裂 |
有同源染色体(染色体必定成对) |
联会 |
四分体排列在赤道板两侧 |
同源染色体分离,非同源染色体自由组合 |
减数第二次分裂 |
无同源染色体(染色体可以不成对) |
无同源染色体 |
着丝点排列在赤道板 |
着丝点分裂 |
2.“三看法”识别细胞分裂方式
3.一般来说,细胞分裂方式的识别还需要观察细胞外形和细胞质的分裂方式等。
(1)细胞板隔裂——植物细胞分裂;细胞膜缢裂动物细胞分裂。
(2)矩形有壁为植物细胞;圆形无壁一般为动物细胞。
(3)依据细胞质分裂方式的判断:
表解减数分裂与有丝分裂的异同:
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项目 |
有丝分裂 |
减数分裂 |
不同点 |
母细胞 |
体细胞或原始生殖细胞 |
原始生殖细胞 |
染色体复制 |
一次,有丝分裂间期 |
一次,减数第一次分裂前的间期 |
细胞分裂次数 |
一次 |
两次 |
同源染色体行为 |
有同源染色体,但无同源染色体的联会、四分体,不出现同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换及同源染色体的分离 |
有同源染色体的联会、四分体,出现同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换及同源染色体的分离 |
子细胞的数目 |
2个 |
雄性4个,磁性为(1+3)个 |
子细胞的类型 |
体细胞 |
生殖细胞(精细胞或卵细胞) |
最终产生子细胞染色体数 |
与亲代细胞相同 |
比亲代细胞减少一半(发生在减数第一次分裂) |
子细胞核的遗传物质组成 |
几乎相同 |
不一定相同(基因重组形成多种配子) |
子细胞中可遗传变异的来源 |
基因突变、染色体变异 |
基因突变、基因重组、染色体变异 |
染色体及DNA数量的变化 |
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相同点 |
染色体都复制一次;出现纺锤体,均有子细胞产生,均有核膜、核仁的消失与重建过程;减数第二次分裂和有丝分裂相似,着丝点分裂,姐妹染色单体分开形成染色体 |
意义 |
使生物的亲代和子代之间保持了遗传特性的稳定性 |
减数分裂和受精作用维持了每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定 |
易错点拨:
1、同源染色体并非完全相同:同源染色体形态,大小一般都相同,但也有大小不相同的,如男性体细胞中X染色体和Y染色体是同源染色体, X染色体较大,Y染色体较小。
2、并非所有细胞分裂都存在四分体:联会形成四分体是减数第一次分裂特有的现象,有丝分裂过程中不进行联会,不存在四分体。
3、存在染色单体的时期是染色体复制之后、着丝点分裂之前的一段时期,如有丝分裂前、中期,减数第一次分裂,减数第二次分裂前、中期。
4、减数分裂过程中是先复制后联会,联会的两条染色体一定是同源染色体。联会是细胞进行正常减数分裂的基础。
5、减数分裂过程中,染色体复制一次,细胞分裂两次,着丝点分裂一次,染色体减半一次,DNA减半两次。
6、原始生殖细胞染色体数目与体细胞相同,其既能进行有丝分裂产生原始生殖细胞,也能进行减数分裂。 7、以二倍体生物为例,具有同源染色体的细胞:精(卵)原细胞、初级精(卵)母细胞、体细胞。无同源染色体的细胞:次级精(卵)母细胞、精(卵)细胞、第一(二)极体、精子。
例 某动物的精子中有染色体16条,则在该动物的初级精母细胞中存在染色体数、四分体数、染色单体数、DNA分子数、脱氧核苷酸链数分别是( )
A,32、16、64、64、128
B.32、8、32、64、128
C.16、8、32、32、64
D.16、0、32、32、64
思路点拨:精子是精原细胞经过两次分裂得到的,其染色体数是精原细胞的一半,因此精原细胞中有同源染色体16对,初级精母细胞是精原细胞复制产生的,1条染色体含2个染色单体,2个DNA,4条DNA单链。答案A
减数分裂过程中DNA、染色体、染色单体的数目变化曲线:
DNA与染色体的变化曲线识别方法
知识拓展:
1、AaBb(两对基因独立遗传)产生配子情况
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产生的配子种类 |
说明 |
一个精原细胞 |
4个,2种(AB、ab或Ab、aB) |
植物产生配子的结论,与动物大致相同(区别仅在于:一个花粉母细胞产生的精子数量是8个,比动物要多) |
一个雄性个体 |
4n个,4种(AB、ab、Ab、aB) |
一个卵原细胞 |
1个,1种(AB或ab或Ab或aB) |
一个雌性个体 |
n个,4种(AB、ab、Ab、aB) |
2、如何判断不同的精子是否来自同一个精原细胞?
①如果在四分体时期,不发生非姐妹染色单体的交叉互换,则一个精原细胞形成4个、2种精子细胞。
②如果在四分体时期,发生了非姐妹染色单体的交叉互换,则一个精原细脆形成4个、4种精子细胞。
③若两个精细胞中染色体完全相同,则它们可能来自同一个次级精母细胞。
④若两个精细胞中染色体恰好“互补”,则它们可能来自同一个初级精母细胞分裂产生的两个次级精母细胞。
⑤若两个精细胞中的染色体有的相同,有的互补,只能判定可能来自同一个生物不同精原细胞的减数分裂过程。
例 基因型为AaBb(两对等位基因位于两对同源染色体上)的一个精原细胞经减数分裂形成的精细胞种类有 ( ) A.1种 B.2种 C.4种 D.8种
思路点拨:一个基因型为AaBb的精原细胞减数分裂只形成2种类型的4个精子。但若一个基因型为AaBb个体产生的精子种类就应是4种。答案B
3、减数第一次分裂和有丝分裂的区别是前者同源染色体变化为四分体,后者不形成四分体。
4、减数第二次分裂同有丝分裂的区别是减数第二次分裂的细胞无同源染色体,而有丝分裂有同源染色体,其染色体行为的变化二者是相同的。
5、细胞分裂与变异类型的关系
分裂方式 |
变异类型 |
无丝分裂 |
基因突变 |
有丝分裂 |
基因突变、染色体变异 |
减数分裂 |
基因突变、基因重组、染色体变异 |
染色体变异:
1、染色体变异分为染色体结构变异和数目变异。
(1)染色体结构变异
①概念:排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,而导致性状的变异。
②类型:在自然条件或人为因素的影响下,染色体结构的变异主要有以下4种:缺失、重复、倒位、易位。 ③结果:染色体结构变异都会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,从而导致性状的改变。
类型 |
定义 |
实例 |
示意图 |
缺失 |
一条正常染色体断裂后丢失某一片段引起的变异。 |
猫叫综合征 |
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重复 |
染色体增加某一片段引起的变异。一条染色体的某一片段连接到同源的另一条染色体上,结果后者就有一段重复基因。 |
果蝇棒状眼 |
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倒位 |
染色体中某一片段位置颠倒180°后重新结合到原部位引起的变异。基因并不丢失,因此一般生活正常。 |
— |
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易位 |
染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起的变异 |
人慢性粒细胞白血病 |
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2、染色体数目变异
(1)染色体数目变异的种类
①细胞内的个别染色体增加或减少。
②细胞内染色体数日以染色体组的形式成倍地增加或减少,
(2)染色体组
①概念:细胞中的一组非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同,但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息,这样的一组染色体叫做一个染色体组。
②条件:
a、一个染色体组中不含有同源染色体;
b、一个染色体组中所含的染色体形态、大小和功能各不相同;
c、一个染色体组中含有控制生物性状的一整套基因。
(3)单倍体和多倍体比较
项目 |
单倍体 |
多倍体 |
概念 |
体细胞中含有本物种配子染包体数目的个体 |
体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 |
成因 |
自然成因 |
由配子直接发育成个体,如雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来 |
外界环境条件剧变 |
人工诱导 |
花药离体培养 |
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 |
发育起点 |
配子 |
受精卵或合子 |
植株特点 |
植株弱小 |
茎秆粗壮,叶片、果实和种子比较大,营养物质含量丰富,发育延迟,结实率低 |
可育性 |
高度不育 |
可育,但结实性差 |
应用 |
单倍体育种 |
多倍体育种 |
注:①二倍体:有受精卵发育而成,体细胞中含有两个染色体组的个体。
②染色体组:细胞中的一组非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同,但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息,这样的一组染色体,叫做一个染色体组。
3、染色体变异在实践中的应用
(1)单倍体育种
例:
②优点:明显缩短育种年限,后代一般是纯合子。
(2)多倍体育种
①方法:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
②成因:秋水仙素抑制纺锤体的形成。
④实例:二倍体无子西瓜的培育。
表解基因重组、基因突变和染色体变异的不同:
项目 |
基因重组 |
基因突变 |
染色体变异 |
概念 |
因基因的重新组合而发生的变异 |
基因结构的改变,包括DNA碱基对的替换、增添和缺失 |
染色体结构或数目变化而引起的变异 |
类型 |
①非同源染色体上的非等位基因自由组合;②同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换 |
①自然状态下发生的——自然突变;②人为条件下发生的——人工诱变 |
①染色体结构变异;②染色体数目变异 |
鉴定方法 |
光学显微镜下均无法检出,可根据是否有新性状或新性状组合确定 |
光学显微镜下可检出 |
适用范围 |
真核生物进行有性生殖的过程中发生 |
任何生物均可发生(包括原核生物、真核生物及非细胞结构的生物) |
真核生物遗传中发生 |
生殖类型 |
自然状态下只在有性生殖中发生 |
无性生殖和有性生殖均可发生 |
无性生殖和有性生殖均可发生 |
产生机理 |
由基因的自由组合和交叉互换引起 |
基因的分子结构发生改变的结果 |
染色体的结构或数目发生变化的结果 |
细胞分裂 |
在减数分裂中发生 |
无丝分裂、有丝分裂、减数分裂均可发生 |
有丝分裂和减数分裂中均可发生 |
产生结果 |
只改变基因型,未发生基因的改变,既无“质”的变化,也无“量”的变化 |
产生新的基因,发生基因“种类”的改变,即有“质”的变化,但无“量”的变化 |
可引起基因“数量”的变化,如增添或缺失几个基因 |
意义 |
生物变异的来源之一,对生物进化有十分重要的意义 |
生物变异的根本来源,提供生物进化的原材料 |
对生物进化有一定意义 |
育种应用 |
杂交育种 |
诱变育种 |
单倍体、多倍体育种 |
知识点拨:染色体组数的判定
1.染色体组数的判断方法
(1)根据细胞中染色体的形态判断
细胞内同一种形态的染色体有几条,则含有几个染色体组。如图A细胞内同种形态的染色体有3条,则该细胞中有3个染色体组;图C细胞内同一种形态的染色体有1条,则该细胞中有1个染色体组。
细胞内有几种形态的染色体,一个染色体组内就有几条染色体。如图A细胞内有3种形态的染色体,则该细胞的一个染色体组内就有3条染色体;如图C 细胞内有5种形态的染色体,则该细胞的一个染色体组内就有5条染色体。
(2)根据基因型判断
在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的基因出现几次,则含有几个染色体组,可简记为“同一英文字母无论大写还是小写,出现几次就含几个染色体组”。如图B细胞内控制同一性状的基因出现4次,则含有4个染色体组。
(3)根据染色体数目的形态数判断
染色体组的数目=染色体数/染色体的形态数
如图A细胞内共含有9条染色体,染色体的形态数是3种,9/3=3,则该细胞内含有3个染色体组;如图 B细胞内共含有8条染色体,染色体的形态数是2种, 8/2=4,则该细脆内含有4个染色体组;如图C细胞内共含有5条染色体,染色体的形态数是5种,5/5=1,则该细胞内含有1个染色体组。
2.一些细胞分裂图中的染色体组数判断(如图)
①减数第一次分裂的前期,染色体4条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
②减数第二次分裂的前期,染色体2条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有1个染色体组。
③减数第一次分裂的后期,染色体4条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有、2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
④有丝分裂后期,染色体8条,生殖细胞中含有染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有4 个染色体组。
知识拓展:
1、基因突变是染色体的某一位点上基因中碱基对的改变,是分子水平的变异,而染色体变异则是比较明显的染色体结构或数目的变异,属于细胞水平的变异。
2、判定生物是单倍体、二倍体、多倍体的关键是看它的发育起点。若发育起点是配子,不论其体细胞中含有几个染色体组都叫单倍体。若发育起点是受精卵,其体细胞中有几个染色体组就叫几倍体。
3、体细胞染色体组为奇数的单倍体与多倍体高度不育的原因:进行减数分裂形成配子时,同源染色体无法正常联会或联会紊乱,不能产生正常配子。
4、单倍体育种得到的一般是纯合子。二倍体生物的花粉经单倍体育种后,得到的一定是纯合子植株。四倍体等多倍体的花粉经离体培养、秋水仙素处理后,可能产生杂合子。如BBbb的花粉基因型有三种:BB、 Bb、bb,培养处理后基因型分别是BBBB、BBbb(杂合子)、bbbb。
5、用秋水仙素处理使植株染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,叫单倍体育种;若操作对象为正常植株,叫多倍体育种。不能看到“染色体数目加倍” 就认为是多倍体育种。
6、不同生物的变异类型不同,不同生殖方式所带来的变异类型亦不相同,探究变异原因与变异类型时首先应注意的是生物的不同种类和生殖方式。
(1)病毒的可遗传变异的来源——基因突变。
(2)原核生物可遗传变异的来源——基因突变。
(3)真核生物可遗传变异的来源:
①进行无性生殖时——基因突变和染色体变异;
②进行有性生殖时——基因突变、基因重组和染色体变异。
科学研究方法:
1、假说——演绎法
①提出假设
②演绎就是推理
③实验验证假设和推理
④得出结论
2、同位素示踪法:同位素示踪法是利用放射性核素或稀有稳定核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法
3、科学的研究方法包括:归纳法、类比推理法、实验法和演绎法。
①归纳法:是从个别性知识,引出一般性知识的推理,是由已知真的前提,引出可能真的结论。它把特性或关系归结到基于对特殊的代表(token)的有限观察的类型;或公式表达基于对反复再现的现象的模式(pattern)的有限观察的规律。
②类比推理法:类比推理这是科学研究中常用的方法之一。类比推理是根据两个或两类对象有部分属性相同,从而推出它们的其他属性也相同的推理。简称类推、类比。它是以关于两个事物某些属性相同的判断为前提,推出两个事物的其他属性相同的结论的推理。
③实验法:通过试验的论证得出所需数据,进行分析后得出结论。分为:化学物质的检测方法;实验结果的显示方法;实验条件的控制方法;实验中控制温度的方法
④演绎法:从普遍性结论或一般性事理推导出个别性结论的论证方法。演绎法得出的结论正确与否,有待于实践检验。它只能从逻辑上保证其结论的有效性,而不能从内容上确保其结论的真理性。也可以从逻辑思维,逆向思维和想象思维延伸到其结论该以反证明。
4、实验必须遵守的原则:
①设置对照原则:空白对照;条件对照;相互对照;自身对照。
②单一变量原则;
③平行重复原则
5、实验的特性:对照,统一性质。提出问题;设计方案;讨论结果;分析问题。分为科学实验;验证性实验;对照实验等。
知识拓展:
1、生物学的历史研究进展和相关实验的叙述。
(1)孟德尔的假说——演绎法叙述
①提出假设(如孟德尔根据亲本杂交实验,得到F1,Aa这对基因是独立的,在产生配子时相互分离。这里假设的是一对等位基因的情况);
②演绎就是推理(如果这个假说是正确的,这样F1会产生两种数量相等的配子,这样测交后代应该会产生两种数量相等的类型);
③最后实验验证假设和推理(测交实验验证,结果确实产生了两种数量相等的类型);
④最后得出结论(就是分离定律)
(2)遗传物质验证的三个实验:肺炎双球菌的转化实验;噬菌体侵染细菌的实验;烟草花叶病毒的重组实验
(3)酶发现过程中的实验:
①1777年,苏格兰医生史蒂文斯从胃里分离一种液体(胃液),并证明了食物的分解过程可以在体外进行。
②1834年,德国博物学家施旺把氯化汞加到胃液里,沉淀出一种白色粉末。除去粉末中的汞化合物,把剩下的粉末溶解,得到了一种浓度非常高的消化液,他把这粉末叫作“胃蛋白酶”(希腊语中的消化之意)。同时,两位法国化学家帕扬和佩索菲发现,麦芽提取物中有一种物质,能使淀粉变成糖,变化的速度超过了酸的作用,他们称这种物质为“淀粉酶制剂”(希腊语的“分离”)。科学家们把酵母细胞一类的活动体酵素和像胃蛋白酶一类的非活体酵素作了明确的区分。
③1878年,德国生理学家库恩提出把后者叫作“酶”。
④1897年,德国化学家毕希纳用砂粒研磨酵细胞,把所有的细胞全部研碎,并成功地提取出一种液体。他发现,这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。因此,“酶”这个词现在适用于所有的酵素,而且是使生化反应的催化剂。由于这项发现,毕希纳获得了1907年诺贝尔化学奖
(4)生长素的发现实验:植物的向光生长和胚芽鞘实验
2、同位素示踪方法的应用,使人们可以从分子水平动态地观察生物体内或细胞内生理、生化过程,认识生命活动的物质基础。例如,用C、O等同位素研究光合作用,可以详细地阐明叶绿素如何利用二氧化碳和水,什么是从这些简单分子形成糖类等大分子的中间物,以及影响每步生物合成反应的条件等。
3、放射性同位素示踪技术,是分子生物学研究中的重要手段之一,对蛋白质生物合成的研究,从DNA复制、RNA转录到蛋白质翻译均起了很大的作用。最近邻序列分析法应用同位素示踪技术结合酶切理论和统计学理论,研究证实了DNA分子中碱基排列规律,在体外作合成DNA的实验:分四批进行,每批用一种不同的32P标记脱氧核苷三磷酸,32P标记在戊糖5'C的位置上,在完全条件下合成后,用特定的酶打开5'C-P键,使原碱基上通过戊糖5'C相连的32P移到最邻近的另一单核苷酸的3'C上。用最近邻序列分析法首次提出了DNA复制与RNA转录的分子生物学基础,从而建立了分子杂交技术,例如以噬体T2-DNA为模板制成[32P]RNA,取一定量T2-DNA和其它一些DNA加入此[32P]RNA中,经加热使DNA双链打开,并温育,用密度梯度离心或微孔膜分离出DNA-[32P]RNA复合体测其放射性,实验结果只有菌体T2的DNA能与该[32P]RNA形成放射性复合体。从而证明了RNA与DNA模板的碱基呈特殊配对的互补关系,用分子杂交技术还证实了从RNA到DNA的逆转录现象。
4、放射性同位素示踪技术对分子生物学的贡献还表现在:
a、对蛋白质合成过程中三个连续阶段,即肽链的起始、延伸和终止的研究;
b、核酸的分离和纯化;
c、核酸末端核苷酸分析,序列测定;
d、核酸结构与功能的关系;
e、RNA中的遗传信息如何通过核苷酸的排列顺序向蛋质中氨基酸传递的研究等等。
为了更好地应用放射性同位素示踪技术,除了有赖于示踪剂的高质量和核探测器的高灵敏度外,关键还在于有科学根据的设想和创造性的实验设计以及各种新技术的综合应用。