生物的生殖保证了遗传信息的传递,生物的发育实现着遗传信息的表达。在有性生殖过程中,通过减数分裂产生的配子(精子和卵细胞),既是亲代的产物,又是子代的根源,是传递遗传物质的唯一媒介。通过受精作用形成的合子(受精卵),其染色体数目又恢复到亲代体细胞中的数目。
由于减数分裂形成的配子,染色体组成具有多样性,导致不同配子遗传物质的差异;由于受精作用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。
在减数分裂过程中,染色体的特殊“行为”(即同源染色体的联会和分离、非同源染色体的自由组合)是理解和掌握孟德尔遗传规律(分离定律和自由组合定律)的细胞学基础。
因此,“减数分裂与受精作用”一节的教学在《遗传与进化》的教学模块中,占有十分重要的地位。有关减数分裂和受精作用的原理及其应用,在高考命题时,也通常隐含在遗传规律的试题中进行重点的考查。
下面提供多种图表形式,就“减数分裂和受精作用”一节的教学方法,作一些初步的探讨尝试,试图起到抛砖引玉的作用。
1 以文字图解的整理,熟识减数分裂的全过程
(以哺乳动物精子和卵细胞的形成过程为例)
2 以列表填充的比较,区分不同的细胞分裂时期和分裂方式
2.1 减数第一次分裂和减数第二次分裂
减数第一次分裂
减数第二次分裂
染色体的
主要行为
同源染色体联会和分离;在同源染色体分离的同时,非同源染色体自由组合
着丝点分裂,染色单体分开
染色体
数目的变化
2n →n
n → 2n →n
核dna
数目的变化
2a→4a→2a
2a→a
2.2 有丝分裂和减数分裂
有丝分裂
减数分裂
细胞分裂
次数
1次
连续2次
染色体复制
次数
1次
1次
同源染色体
的变化
无联会和分离
有联会和分离
子细胞的
名称及数目
体细胞,
1→2个
配子;雄为1→4个精子、
雌为1→1个卵细胞(另有3个极体)
最终子细胞中的染色体数
同亲代体细胞
只有亲代体细胞的一半(染色体数目的
减半发生在减数第一次分裂)
3 以过程图解的分析,判断不同时期的细胞分裂图像
在光学显微镜下,能够比较清楚地辨认和记数染色体的细胞分裂时期是分裂期的中期和后期。下面以体细胞中含有2对同源染色体的哺乳动物为例,加以简要分析。
3.1 不同分裂期中期图像的区分
不同分裂期中期图像的共同点是染色体上的着丝点都排列在垂直于细胞两极的中央平面(即假想结构赤道板)上。(见右图)
区分不同分裂期中期的图像,主要是看同源染色体及其遗传行为。即先看有无同源染色体,无同源染色体者一定为减数第二次分裂(见上图中的c图);有同源染色体者,再看有无同源染色体联会(或有无四分体),有者为减数第一次分裂(见上图中的b图),无者为有丝分裂(见上图中的a图)。
3.2 不同分裂期后期图像的区分
不同分裂期的后期图像的共同点是染色体都平均分成两组,并分别向细胞两极移动。但引起染色体平均分配的原因是不同的。
区分不同分裂期后期的图像,可先看有无染色单体,有染色单体者一定为减数第一次分裂(见上图中的甲图),因同源染色体的分离,导致染色体平分成两组;无染色单体者,再看有无同源染色体(只看趋向一极的染色体),有者一定为有丝分裂(见上图中的乙图),无者为减数第二次分裂(见上图中的丙图)。