問題探討

在腐爛的水果周圍常可看到飛舞的果蠅。果蠅的生長週期短，繁殖快，染色體少且容易觀察，是遺傳學上常用的實驗材料。

右圖是黑腹果蠅雌雄個體的體細胞和配子的染色體示意圖。

1. 配子的染色體與體細胞的染色體有什麼差別？

【答案】 配子的染色體與體細胞的染色體的區別在於：

(1) 配子中的染色體數目是體細胞中的一半；

(2) 配子的染色體是由體細胞的每對同源染色體中的一條組合而成的。

2.針對這幅圖，你還能提出什麼問題或猜想？

【答案】略。

旁欄思考

1. 如果配子的形成與體細胞的增殖一樣，也是透過有絲分裂形成的，結果會怎樣？

【答案】如果配子也是透過有絲分裂形成的，那麼配子中的染色體數目和體細胞中的將是一致的。

2.細胞兩極的這兩組染色體，非同源染色體之間是自由組合的嗎？

【答案】初級精母細胞兩極的這兩組染色體，非同源染色體之間是自由組合的。

3.在減數分裂Ⅰ中染色體出現了哪些特殊的行為？這對於生物的遺傳有什麼重要意義？

【答案】在減數分裂Ⅰ中出現了同源染色體聯會、四分體形成、非姐妹染色單體間的互換、同源染色體分離等行為，使細胞兩極各有一整套非同源染色體，從而使形成的次級精母細胞中的染色體數目比初級精母細胞的減少一半。

上述過程可使配子中的染色體數目減半。再透過卵細胞和精子結合成受精卵的受精作用，保證了每種生物前後代染色體數目的恆定，維持了生物遺傳的穩定性。上述過程還可以使透過減數分裂產生的配子種類多樣化，從而增加了生物遺傳的多樣性，有利於生物適應多變的自然環境， 有利於生物的進化。

4.精細胞的變形對受精作用有什麼意義？

【答案】精細胞的變形是指由精細胞變為精子的過程，其中細胞核變成精子頭部的主要部分，高爾基體發育為頭部的頂體，中心體演變為精子的尾，線粒體集中在尾的基部形成線粒體鞘。變形後的精子具備了遊向卵細胞並進行受精作用的能力。

練習與應用

一、概念檢測

1. 與有絲分裂不同，減數分裂形成的成熟生殖細胞中的染色體數目會減少。判斷下列相關表述是否正確。

(1) 玉米體細胞中有10對染色體，經過減數分裂後，卵細胞中染色體數目為5對。（×）

(2) 在減數分裂過程中，染色體數目減半發生在減數分裂Ⅰ。（√）

2. 蝗蟲的體細胞中有24條染色體，在觀察蝗蟲的細胞時，下列現象能夠說明該細胞處於減數分裂的是 （B）

A. 出現染色單體

B. 同源染色體聯會

C. 染色體移向細胞的兩極

D. 子細胞中有24條染色體

3. 下圖所示的細胞最可能是（C）

A. 卵細胞

B. 初級精母細胞

C. 次級卵母細胞

D. 有絲分裂前期的細胞

4.下圖所示的細胞正在進行細胞分裂，識圖回答問題

(1) 這個細胞正在進行哪種分裂？為什麼？

(2) 細胞中有幾條染色體？幾條染色單體？

(3) 細胞中有幾對同源染色體？哪幾條染色體是非同源染色體？

(4) 細胞中包含哪些姐妹染色單體？

(5) 這個細胞在分裂完成後，子細胞中有幾條染色體？

(6) 嘗試畫出這個細胞的分裂後期圖。

【答案】(1) 這個細胞正在進行減數分裂。因為細胞中出現了四分體。

(2) 細胞中有4條染色體，8條染色單體。

(3) 細胞中有2對同源染色體。其中染色體A與C、A與D、B與C、B與D是非同源染色體。

(4) 細胞中a與a’，、b與b’，、c與c’、d與d’是姐妹染色單體。

(5) 這個細胞在分裂完成後，子細胞中有2條染色體。

(6) 參見教材圖2-2。

二、拓展應用

1.下圖是水稻花粉母細胞減數分裂不同時期的顯微照片，A至D為減數分裂Ⅰ，E和F為減數分裂Ⅱ。圖中的短線表示長度為5 μm。請你說說怎樣判斷圖中的細胞處於減數分裂Ⅰ還是減數分裂Ⅱ。

【提示】根據細胞大小，染色體的形態、位置和數目判斷細胞處於減數分裂的哪個時期。

2. 經過減數分裂形成的精子或卵細胞，染色體數目一定是體細胞的一半嗎？有沒有例外？出現例外會造成什麼後果？請選擇你認為最便捷的途徑尋找答案。

【提示】不一定。若減數分裂過程中發生異常情況，比如減數分裂Ⅰ時聯會的同源染色體，有一對或幾對沒有分別移向細胞的兩極，而是集中到一個次級精（卵）母細胞中，再經過減數分裂Ⅱ形成的精子或卵細胞中的染色體數目，就會比正常的多一條或幾條染色體，再例如，在減數分裂過程（無論減數分裂Ⅰ還是減數分裂Ⅱ）中，染色體已移向細胞的兩極，但因某種原因細胞未分裂成兩個子細胞，這樣就可能出現精子或卵細胞中染色體數目加倍的現象。

如果出現上述現象，受精卵中的染色體數目就會出現異常，由該受精卵發育成的個體細胞中的染色體數目也不正常。由於染色體是遺傳物質的載體，生物體的性狀又是由遺傳物質控制的， 那麼當該個體的遺傳物質出現異常時，該個體的性狀也是異常的。例如，人的唐氏綜合徵（又稱21-1體綜合徵）患者，就是由含有24條染色體（其中21號染色休是兩條）的精子或卵細胞與正常的卵細胞或精子結合後發育成的。

3.在精細胞變形為精子的過程中，精子的頭部幾乎只保留了細胞核，部分細胞質變成了精子的頸部和尾部，大部分細胞質及多數細胞器被丟棄，但全部線粒體被保留下來，並主要集中在尾的基部。你怎樣解釋這一現象？

【答案】精子和卵細胞結合時，頭部先進入卵細胞內，精子的頭部幾乎只保留了細胞核，這就保證了遺傳物質能夠先進入卵細胞；部分細胞質變成了精子的頸部和尾部，使精子具備適於遊動的能力；人部分細胞質及多數細胞器被丟棄，避免了受精過程中因為不必要的細胞組分而耗費能量；全部線粒體被保留下來，並主要集中在尾的基部，可以更好地在受精過程中提供能量。精子變形過程中的以上變化都是為受精提供了保證，是進化的結果。

探究•實踐

1.當你的目光聚焦在顯微鏡視野中的一個細胞時，你怎樣判斷它處於減數分裂的哪個時期？

【答案】根據細胞中染色體的形態、位置和數目來判斷。例如，在減數分裂Ⅰ中，先後出現同源染色體聯會、四分體形成、各對同源染色體排列在細胞中央的赤道板兩側、同源染色體分離、移向細胞兩極的染色體分別由兩條姐妹染色單體組成等現象。

減數分裂Ⅱ中期，非同源染色體的著絲粒排列在細胞中央的赤道板處，移向細胞兩極的染色體不含染色單體。

另外，在蝗蟲精母細胞減數分裂的過程屮，處於減數分裂Ⅰ的細胞要明顯多於處於減數分裂Ⅱ的細胞。

2.減數分裂Ⅰ與減數分裂Ⅱ相比，中期細胞中染色體的不同點是什麼？末期呢？

【答案】減數分裂Ⅰ中期，兩條同源染色體分別排列在細胞中央的赤道板兩側，末期細胞兩極的染色體由一整套非同源染色體組成，其數目是體細胞染色體數目的一半，毎條染色體均由兩條姐妹染色單體構成。

減數分裂II中期，非同源染色體的著絲粒排列在細胞中央的赤道板處，末期細胞兩極的染色體不含染色單體。

3.你是透過比較同一時刻不同細胞的染色體特點，來推測一個精母細胞在不同分裂時期的染色體變化的。這一做法能夠成立的邏輯前提是什麼？

【答案】同一生物的細胞，所含遺傳物質相同，增殖過程相同，同一時刻不同細胞可能處於細胞週期的不同階段。因此，可以透過觀察多個精母細胞的減數分裂，推測一個精母細胞在減數分裂過程中染色體的連續變化。

第2小節 受精作用

探究•實踐

1.描述減數分裂中染色體的數目和主要行為的變化，分析其意義。

【答案】在減數分裂Ⅰ中，先後出現同源染色體聯會、四分體形成、非姐妹染色單體間的互換、同源染色體分離並移向細胞的兩極等行為變化：減數分裂Ⅰ後，細胞中的染色體數目減半。在減數分裂II中，每條染色體的著絲粒分裂，兩條姐妹染色單體隨之分開，並分別移向細胞的兩極，最終進入兩個子細胞。

減數分裂產生了多種多樣的配子，配子中的染色體數目減半。這為之後透過受精作用使同一雙親的後代呈現多樣性，並維持每種生物前後代染色體數目的恆定提供了保證。總的來講，減數分裂和受精作用共同保證了生物遺傳的穩定性和多樣性。

2.根據以上三個模型，說說減數分裂產生多種配子的原因。

【答案】在減數分裂中，非同源染色體的自由組合、聯會時非姐妹染色單體間的互換，都會使減數分裂產生多種配子。

3.與其他小組交流建構模型的過程，如果條件允許，建議在計算機上製作減數分裂的動態模型。

【略】

思維訓練

	遺傳穩定性	遺傳多樣性
配 子 形 成	減數分裂形成的配子中的染色體數目減半；而且每個配子中的染色體是一整套非同源染色體的組合。	在減數分裂過程中，聯會時非姐妹染色單體間的互換，減數分裂Ⅰ時非同源染色體的自由組合，都導致 配子中染色體組合的多樣性。
受 精 作 用	卵細胞和精子的結合，使受耕卵中的染色體數目又恢復到體細胞中的數目，生物體的性狀是由染色體上的遺傳物質控制的，因此，染色體數目的恆定維持了遺傳的穩定性。	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。

練習與應用

一、概念檢測

1.大熊貓的體細胞有42條染色體，判斷下列相關表述是否正確。

(1) 一隻雄性大熊貓在不同時期產生的精子，染色體數目一般都是21條。 （√）

(2) 一隻雌性大熊貓在不同時期產生的卵細胞，其染色體組合具有多樣性。 （√）

2.假如蛙的15個初級卵母細胞和5個初級精母細胞都能正常分裂，並在最大限度內受精， 則最多能形成的受精卵數目是 （B）

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

3.同種生物前後代的染色體數目是相同的，對此起決定作用的過程是（D）

A. 有絲分裂

B. 有絲分裂和受精作用

C. 減數分裂

D. 減數分裂和受精作用

二、拓展應用

1.正常人的體細胞中有23對染色體。有一種叫“13三體綜合徵”的遺傳病，患者頭小，患先天性心臟病，智力遠低於常人。對患者進行染色體檢查，發現患者的13號染色體不是正常的1對，而是3條。請嘗試使用“減數分裂中染色體變化的模型”，從精子或卵細胞形成的角度分析這種病產生的原因。

【提示】在形成精子或卵細胞的減數分裂過程中，如果由於某種原因，減數分裂Ⅰ時兩條13號染色體沒有分離而是進入了同一個次級精（卵）母細胞，再經過減數分裂II，就會形成含有兩條13號染色體的精子或卵細胞；如果減數分裂Ⅰ正常，減數分裂II時13號染色體的著絲粒分裂，形成了兩條13號染色體，但沒有分別移向細胞的兩極，而是進人了同一個精子或卵細胞，這樣異常的精子或卵細胞就含有24條染色體，其中13號染色休是兩條。當一個正常的卵細胞或精子(含23條染色體，其中13號染色體是1條)與上述異常的精子或卵細胞結合成受精卵時，則該受精卵含47條染色體，其中13號染色體是3條。由這樣的受精卵發育而成的個體就是13三體綜合徵患者。

2.騾是馬和驢雜交產生的後代。馬和驢的體細胞中分別有32對和31對染色體，請問騾的體細胞中含有多少條染色體？騾的體細胞增殖是透過正常的有絲分裂進行的，而它們的睪丸或卵巢中的原始生殖細胞卻不能發生正常的減數分裂，因此騾不能繁殖後代。你能從減數分裂中染色體行為的角度解釋其原因嗎？

【答案】騾的體細胞中含有63條染色體，其中32條來自馬，31條來自驢。由於這63條染色體沒有同源染色體，導致騾的生殖細胞不能進行正常的減數分裂，無法形成配子，因此騾不能繁殖後代。