减数分裂和受精作用

　　一、 教学目标1.阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程中染色体的变化。2.举例说明配子的形成过程。3.举例说明受精过程。4.使用高倍镜，观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。5.阐明减数分裂和受精作用对于生物遗传和变异的重要性。二、教学重点和难点1.教学重点（1）减数分裂的概念。（2）精子的形成过程。（3）受精作用的过程。2.教学难点（1）模拟减数分裂过程中染色体的变化。（2）比较精子和卵细胞形成过程的异同。（3）观察蝗虫精母细胞的减数分裂。三、教学策略总体思路是：教师要充分利用教材和生产生活中的实例，引导学生从教材或生活中提炼出问题；然后让全体学生亲自动手来探究，并且归纳总结,引导学生在解决问题的过程中学习。体现＂提高生物科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系＂等新课程理念。由于减数分裂和受精作用是微观、动态、连续变化的过程，给准确认知带来困难，因此成为教学的难点。为了突破教学难点，教师应考虑在学生已有知识（如有丝分裂）的基础上，精心设计将微观变为宏观的教学活动。为此将本节＂模拟建构＂的部分活动前移应该是一个很好的设想。学生通过探究活动开展学习。本节教学建议用3课时完成，其中减数分裂部分的教学用2课时。第1课时一、减数分裂1.设置问题情境，引起兴趣，引导学生进入学习新知识氛围。本节继续沿着科学发现史的历程进行研究。继遗传因子之后，科学家又发现了染色体在生殖过程中的变化，并根据预测和观察证实了生物进行有性生殖要经过减数分裂和受精作用。据此，教师可设置问题情境，激发学生学习的欲望。（1）先请学生根据本节题图，比较果蝇体细胞与配子细胞染色体组成及数目的不同。引导学生根据此图提出能联想到的问题。（如：配子细胞是如何形成的？）（2）教师通过设问＂图中的配子是通过有丝分裂产生的吗？＂＂有丝分裂的特征是什么？＂等引导学生复习细胞有丝分裂并猜想配子是经过何种分裂形成的。（3）然后教师可介绍减数分裂发现简史，激发学生学习减数分裂的兴趣。2.通过学生的模拟活动和思考来突破本节教学的重、难点，形成对减数分裂过程中染色体变化的正确认识。精子形成过程是本节的教学重点，模拟减数分裂过程中染色体的变化是本节的教学难点。建议将第二小节＂模型建构＂的部分活动前移。这样做的好处是学生在已有知识（有丝分裂）的基础上，通过自己的探究体会减数分裂与有丝分裂的不同；形成对减数分裂过程中染色体数目和行为变化的直观印象。进行＂模型建构＂教学时注意以下几点。（1）学生拿出红、黄橡皮泥（或染色的木棍、植物枝条等替代品）及白纸，依照＂模型建构＂的＂活动准备＂进行准备。（2）教师辅导学生构建一个有丝分裂染色体数目和行为变化的模型。（3）引导学生边讨论边利用模型完成自己猜想的配子形成过程。期待学生经过思考和实践理解只有在染色体复制一次细胞连续分裂两次的情况下，才能产生如题图所示的配子。明确这是一种使细胞中染色体数目减半的新的细胞分裂方式。（4）教师继续引导学生再次仔细观察题图中配子染色体组成的特点，然后请学生利用模型说明如何能形成如图所示的配子细胞。（5）请学生尝试归纳形成配子的细胞分裂（减数分裂）的过程与特点。第2课时第1课时主要是学生通过活动，获得对减数分裂感性认识。本课时应引导并帮助学生形成对感性知识的理性概括。1.继续上节学生的模型建构活动并引导学生思考。对照建构的模型，教师引导学生进行理性思考。此时还应充分发挥教材资源的作用。（1）引导学生观察书中哺乳动物精子形成过程图解，并与自己建构的模型比较，思考图解的合理性。（2）在此基础上，教师依照书中图解讲述哺乳动物精子形成过程中发生的现象，包括：精原细胞中染色体复制；初级精母细胞中的同源染色体联会，四分体形成，同源染色体分离，染色体数目减半；次级精母细胞中染色体不再复制，染色体着丝点分裂，姐妹染色体分开成为染色体，分别移向细胞两极等。着重讲解同源染色体、非同源染色体等概念。（3）再请学生利用模型，边模拟边用生物学术语讲述哺乳动物精子形成过程。2.在模拟活动的基础上引导学生进行总结和概括。（1）请学生归纳减数分裂概念。（2）引导学生观察书中＂哺乳动物卵细胞形成图解＂，然后对精子形成过程和卵细胞形成过程进行比较。3.结合参考图示（图14和图15）观察蝗虫精母细胞减数分裂的固定装片，以加深对减数分裂过程的理解。
　　图14 高倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂的几个时期示意图a.精巢管顶端 b.减数第一次分裂 c.减数第二次分裂 d.精子细胞 e.精子图15 蝗虫精母细胞减数分裂示意图
　　第3课时二、受精作用本课时教学重点是解决配子多样性的问题，但无论从思维的逻辑上还是从事实来说，都必须先解决为什么会出现受精作用。因此提出如下教学建议。1.从生活实际提炼出问题引发思考。可以用人的染色体组型图，也可以从本节题图引出问题，如＂人的体细胞中有多少条染色体？人的精子和卵细胞中有多少条染色体？从人的精子、卵细胞到人的体细胞之间应该有一个什么样的变化过程？人的体细胞是怎样形成的？＂引起学生的思考进而理解受精作用的过程。2.先引导学生关注配子多样性的现象，再让学生研究配子多样性的来源。（1）引导学生阅读教材中＂父亲的所有精原细胞中染色体组成并无差别，母亲体内的卵原细胞也是如此。可是＂一母生九子，九子各不同。同样的精（卵）原细胞会产生不同的配子吗？＂这段文字，结合精子或卵细胞形成过程思考配子中染色体组成多样的原因。（2）回忆教材中减数第一次分裂的四分体时期，染色单体交叉互换的照片及示意图，思考这与配子中染色体组成的多样性有什么关系？（3）继续模型建构活动，在探究配子中染色体组合多样性的基础上进行归纳。学生完成＂模型建构＂中＂模拟减数分裂过程中非同源染色体自由组合及讨论＂，计算可能出现的配子类型数目。尝试模拟在减数分裂过程中四分体的非姐妹染色单体间某部位发生交叉互换。归纳配子多样性的原因。3.利用教材资源，引导学生仔细阅读＂受精作用＂部分的教材内容，理解受精作用的意义。四、答案和提示（一）问题探讨1.配子染色体与体细胞染色体的区别在于：（1）配子染色体数是体细胞染色体数的一半；（2）配子染色体是由体细胞每对同源染色体中分别取出一条组成的。（二）旁栏思考题1.减数分裂的染色体复制发生在减数第一次分裂的间期，减数第二次分裂的间期不复制。2.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.在减数第一次分裂中出现了同源染色体联会，四分体形成，非姐妹染色单体间交叉互换，同源染色体分离，使得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染色体数目减少为初级精母细胞的一半等行为。上述过程可使配子中染色体数目减半。这样再通过以后发生的两性配子结合成合子的受精作用，就能维持生物前后代体细胞染色体数目的恒定，从而保证遗传的稳定性。上述过程还可以使经过减数分裂产生的配子类型多样，从而增加了生物的变异，增强了生物适应环境的能力，有利于生物的进化。4.经过减数第一次分裂，一个卵原细胞会分裂成一个较大的次级卵母细胞和一个较小的极体。经过减数第二次分裂，一个次级卵母细胞会分裂成一个含细胞质多的卵细胞和一个含细胞质少的极体，而减数第一次分裂形成的极体也经过减数第二次分裂成为两个含细胞质少的极体。最后三个极体退化消失，只剩一个卵细胞。（三）想像空间不一样。受精过程中，仅精子的头部进入卵细胞，而精子的头部除了细胞核外，只含极少量的细胞质。而细胞质中线粒体含少量dna（植物细胞质中的叶绿体也含少量dna），对生物的遗传也有影响。（四）实验1.减数第一次分裂会出现同源染色体联会、四分体形成、同源染色体在赤道板位置成对排列、同源染色体分离、移向细胞两极的染色体分别由两条染色单体组成等现象。减数第二次分裂的中期，非同源染色体成单排列在细胞赤道板位置，移向细胞两极的染色体不含染色单体。2.减数第一次分裂的中期，两条同源染色体分别排列在细胞赤道板的两侧，末期在细胞两极的染色体由该细胞一整套非同源染色体组成，其数目是体细胞染色体数的一半，每条染色体均由两条染色单体构成。减数第二次分裂的中期，所有染色体的着丝点排列在细胞的赤道板的位置。末期细胞两极的染色体不含染色单体。3.同一生物的细胞，所含遗传物质相同；增殖的过程相同；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原细胞的减数分裂，推测出一个精原细胞减数分裂过程中染色体的连续变化。（五）模型建构讨论一1.代表分别来自父方和母方的同源染色体联会。2.4条。减数第一次分裂结束。2条。3.减数第一次分裂过程中的同源染色体联会，形成四分体，同源染色体在赤道板位置成双排列，同源染色体分离，分别移向细胞两极；减数第二次分裂过程中非同源染色体的着丝点排列在细胞的赤道板上，着丝点分裂，染色单体成为染色体，移向细胞两极。4.2个。2个。讨论二1.每个配子都含有两种颜色的染色体。2.4种。3.8种。（六）技能训练精原细胞有丝分裂过程中染色体数目变化表时期间期前期中期后期末期染色体数目（条）888168精原细胞形成精子过程中染色体数目变化表细胞类型精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精细胞染色体数目（条）8844
　　精原细胞形成精子过程中染色体数目变化图（七）第一小节练习基础题1.（1） ；（2） ；（3） ；（4） 。2.b。3.d。4.（1）① 这个细胞正在进行减数分裂。因为该细胞中出现了四分体。② 该细胞有4条染色体，8条染色单体。③ 该细胞有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 该细胞分裂完成后，子细胞中有2条染色体。⑥参见教科书图2 2。（2）① 4条。② b，d；b，c。拓展题提示：不一定。若减数分裂过程中发生异常情况，比如减数第一次分裂时联会的同源染色体，有一对或几对没有分别移向两极而是集中到一个次级精（卵）母细胞中，再经过减数第二次分裂产生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。再如减数分裂过程（无论第一次分裂还是第二次分裂）中，染色体已移向细胞两极，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加倍的现象。如果上述现象出现，则受精卵中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，该个体的性状也会是异常的。例如，人类的＂21三体综合征＂遗传病患者就是由含有24条染色体（其中21号染色体是2条）的精子或卵细胞与正常的卵细胞或精子结合后发育成的。（八）第二小节练习基础题1.（1） ；（2） ；（3） 。2.提示：配子形成过程中，由于减数第一次分裂的四分体时期，非姐妹染色单体间可能互换部分遗传物质；中期时，同源染色体随机排列在细胞赤道板两侧，导致了配子中非同源染色体的自由组合，因此，配子中染色体组成是多样的。受精作用又是精子和卵细胞的随机结合，因此，后代的性状表现是多样的。由于减数分裂是有规律的正常的细胞分裂，在减数分裂的过程中，染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次。这样每个物种正常的雌、雄配子都含有该物种体细胞染色体数目一半的染色体，并且都是一整套非同源染色体的组合。而受精作用时精卵结合使受精卵及其发育成的个体体细胞中又可以恢复该种生物的染色体数目。性状是由染色体中的遗传物质控制的，生物前后代细胞中染色体数目的恒定，保证了前后代遗传性状的相对稳定。拓展题提示：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第一次分裂时两条21号染色体没有分离而是进入了同一个次级精（卵）母细胞，再经过减数第二次分裂，就会形成含有2条21号染色体的精子或卵细胞；如果减数第一次分裂正常，减数第二次分裂时21号染色体的着丝点分裂，形成了2条21号染色体，但没有分别移向细胞两极，而是进入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21号染色体是2条。当一个正常的精子或卵细胞（含23条非同源染色体，其中只含有1条21号染色体）与上述异常的卵细胞或精子结合成受精卵，则该受精卵含47条染色体，其中21号染色体为3条。当该受精卵发育成人时，这个人的体细胞中的染色体数目就是47条，含有3条21号染色体。