高中生物第一节减数分裂第2课时示范教案 苏教版

用心 爱心 专心1 第二课时第二课时 生殖细胞的形成和受精生殖细胞的形成和受精 导导入入新新课课 课件展示 动物细胞的减数分裂示意图 师 师 同源染色体的形态和大小都相同吗 有丝分裂过程中有无同源染色体存在 生甲 生甲 同源染色体是指配对的两条染色体 一条来自父方 一条来自母方 形状和大 小一般都相同 少数特殊情况下同源染色体形态 结构存在一定的差异 如人体内的 X Y 染色体 属于同源染色体 但形态结构存在差异 生乙 生乙 有丝分裂过程中有同源染色体的存在 师 师 通过对动物细胞减数分裂过程的了解 我们知道减数分裂是进行有性生生殖的生生物 形成生生殖细胞过程中所特有的细胞分裂方式 分裂结果是新产生生的生生殖细胞中的染色体数 目比体细胞减少一半 师 师 多细胞动物一般都是雌雄异体的 那么 雌 雄生生殖细胞都是在哪儿形成的 精 子和卵细胞形成过程完全相同吗 通过什么方式可恢复到体细胞的染色体数 以保证生生物 体前 后代遗传物质的稳定性 推推进进新新课课 板板 书 书 二 生生殖细胞的形成和受精 师 师 哺乳动物的精子是在睾丸中形成的 卵细胞是在卵巢里形成的 课件展示 哺乳动物的精子形成过程示意图 师 师 1 精原细胞是怎样进入减数分裂第一次分裂期的 2 减数第一次分裂中初级精母细胞中染色体发生了什么变化 3 减数第二次分裂中次级精母细胞中染色体发生了什么变化 4 精细胞是如何形成精子的 学生活动 学生活动 学生小组讨论 代表回答 生甲 生甲 在减数第一次分裂间期 精原细胞染色体进行复制 成为初级精母细胞 复制 后的每条染色体都含有两条姐妹染色单体 它们由同一个着丝粒连接着 这时仍然称为一 条染色体 生乙 生乙 在初级精母细胞中 同源染色体两两配对 称为联会 联会后的每对同源染色 体含有四条染色单体 叫做四分体 然后各对同源染色体排列在细胞的赤道板上 染色体 的着丝粒和纺锤丝相连 不久 在纺锤丝的牵引下 配对的同源染色体彼此分离 分别移 向细胞的两极 成为两组染色体 伴随细胞的分裂 一个初级精母细胞分裂成两个次级精 母细胞 每个次级精母细胞中的染色体数目只有初级精母细胞中染色体数目的一半 用心 爱心 专心2 生丙 生丙 减数第二次分裂 次级精母细胞中 每条染色体上的两条染色单体彼此分开成 为两条染色体 在纺锤丝的牵引下 分别移向细胞的两极 两个次级精母细胞分裂成四个 精细胞 生丁 生丁 精子细胞要经过变形才形成精子 师 师 当雄性动物性成熟后 睾丸里的部分精原细胞开始进行有丝分裂 形成初级精母 细胞 初级精母细胞经减数分裂形成次级精母细胞 再形成精细胞 精细胞经过复杂的形 态变化 形成精子 课件展示 哺乳动物的卵细胞形成过程示意的动画模拟 师 师 和精子形成过程相比 卵细胞形成过程有什么特点 生甲 生甲 相同点是染色体复制一次 都有联会和四分体时期 经过第一次分裂 同源染 色体分开 染色体数目减少一半 在第二次分裂过程中 有着丝点的分裂 最后形成的卵 细胞 它的染色体数目也比卵原细胞减少了一半 生乙 生乙 不同点是每次分裂都形成一大一小两个细胞 小的叫极体 极体以后都要退化 只剩下一个卵细胞 而一个精原细胞是形成四个精子 卵细胞形成后 不需要经过变形 而精子要经过变形才能形成 师 师 当雌性动物性成熟后 卵巢里的卵原细胞也进行有丝分裂 形成初级卵母细胞 初级卵母细胞经减数分裂形成一个次级卵母细胞和一个极体 次级卵母细胞分裂形成一个 卵细胞和一个极体 师 师 为了更好地理解精子和卵细胞的形成过程 我们来边做边学 模拟精子和卵细胞 的形成过程 探究内容 活动一 根据教材图 22 填写精子和卵细胞形成过程模式图 填在下表中 活动二 分组讨论并设计模拟精子和卵细胞形成过程的方案 假设该动物的细胞内有 2 对染色体 分工合作 根据设计方案准备各种模拟材料 并实施模拟方案 相邻小组之间 进行交流 活动组织 活动中教师引导 要求学生利用教材上的模式图 选择适当的材料 如不 同颜色的毛线制作染色体 在活动中重点比较在减数分裂过程中 精子和卵细胞形成过程 异同点 讨论 列表比较动物精子形成与卵细胞形成过程的异同点 比 较精子形成卵细胞形成 形成场所动物精巢动物卵巢 细胞质分裂方式 两次分裂中细胞质都是均等分裂 产生等大的子细胞 初级和次级卵母细胞的分裂均为 不均等分裂 产生一大一小细胞 产生的生殖细胞数一个精原细胞产生四个精子细胞 一个卵原细胞产生一个卵细胞和 三个极体 生殖细胞是否变形精细胞经变形成为精子卵细胞不需变形 相同点 都是染色体复制一次 细胞连续分裂两次 子细胞内染色体数目均减 半 师 师 生物的细胞经减数分裂后 细胞中的染色体数目会不会越来越少呢 课件展示 播放精子与卵细胞结合受精的录像 学生活动 学生活动 观察多媒体提供的信息 自主思考受精作用的过程 用心 爱心 专心3 师 师 1 精子的头部进入卵细胞 精子与卵细胞的细胞核结合在一起 因此 合子中染 色体数目又恢复到原来的体细胞的数目 其中一半来自精子 父方 一半来自卵细胞 母方 2 从同源染色体的角度看 精子和卵细胞中的同源染色体都是成单存在 但精子带有 其中的一条 卵细胞带有其中的另一条 受精后 这两条同源染色体到了一个细胞中 它 们就成对存在了 所以 同源染色体的概念中说 一条来自父方 一条来自母方 就是这 个意思 3 减数分裂使染色体数目减半 受精作用使染色体数目又恢复到原来的数目 从而使 生物前后代染色体数目保持恒定 因此 减数分裂和受精作用对于生物前后代染色体数目 的恒定性 对于生物的遗传和变异 都是十分重要的 由此也可看出 生物的各种变化无 论有多复杂 也是有规律可循的 师 师 在减数分裂过程中 发生了 DNA 染色体的一系列规律性变化 现在 我们能否 总结出其变化规律呢 学生活动 学生活动 学生尝试说出在减数分裂各个时期 DNA 和染色体的数目 教师 教师 活动 老师根据学生提供的数目情况绘成下图 减数分裂过程中的 DNA 和染 色体数目变化 师 师 现在 我们已经学习了细胞分裂的三种方式 其中 有丝分裂是体细胞进行细胞 分裂的主要方式 在有性生殖过程中 则要通过减数分裂产生生殖细胞 那么 把这两种 分裂方式相比 它们有什么异同呢 学生活动 学生活动 学生小组讨论 尝试总结 师生互动 师生互动 教师分发下表 学生自主完成其楷体字部分 比较项目减数分裂有丝分裂 产生的细 胞 生殖细胞体细胞 分裂次数2 次1 次 子细胞数 目 4 个2 个 有无联会有无 不 同 点 子细胞染 色体数目 染色体数目减半与母细胞染色体数目相同 相同点都有纺锤体的出现 染色体都只复制一次 课课堂堂小小结结 生物减数分裂的类型一般可分为三种 1 配子减数分裂 绝大多数动物和人及部分低等植物 如马尾藻 海松藻和各种硅藻 等 在形成配子时进行减数分裂 经减数分裂后形成的配子染色体数目是体细胞染色体数的 一半 本教材中的减数分裂即为此种类型 用心 爱心 专心4 2 合子减数分裂 部分低等植物 如衣藻 团藻 轮藻 水绵等 在有性生生殖时 合子 刚一萌发就进行减数分裂 所以称合子减数分裂 分裂的结果 形成染色体数目比合子减 半的游动孢子 再由孢子发育成单倍体的植物体 3 居间减数分裂 全部高等植物及部分低等植物 如石莼等 的减数分裂 发生生于植物 体产生生孢子时 孢子萌发形成配子体 再经有丝分裂形成配子 二 生殖细胞的形成和受精 1 哺乳动物精子和卵细胞形成的场所 2 精子和卵细胞形成过程的异同点 3 受精作用的过程及意义 探究题目 建议学生在课后完成 高等植物在形成花粉的过程中进行减数分裂 形成小孢子 单倍 体 设计实验观察小麦等植物的小孢子的形成过程 活动安排 1 选择小麦为材料观察小孢子的形成 因为小麦穗上小孢子的形成和成熟有一定的时 间顺序 这样便于找到正处于减数分裂的花粉母细胞 也便于观察到减数分裂的不同分裂 相 2 注意 在选取小麦穗时一定要在扬花前 在秋季时可选用水稻来替代 在小麦开始 挑旗 旗叶与下一叶耳间距约为 3 4 cm 花药长度大致为 1 5 2 0 毫米 黄绿色时取材 最好 3 上午 7 00 8 00 为取材最佳时间 通常制作幼小花药压片时 可不经固定 直 接放在醋酸洋红染液中 同时进行固定和染色 1 解析 解析 大肠杆菌为原核生物 其繁殖方式主要为分裂生殖 即通过二分裂繁殖后代 不通过减数分裂产生配子后繁殖后代 答案 答案 A 2 解析 解析 在减数分裂过程中 由于同源染色体分离 非同源染色体的自由组合 导致 一个成熟的生生殖细胞内来自父母双方的染色体是随机的 全部来自母方的可能性是 1 2 n 答案 答案 D 3 解析 解析 该人的染色体组成是 44 XXY 其原因可能是卵细胞染色体数目异常或精子 染色体数目异常 若卵细胞染色体数目异常 则卵细胞染色体组成可能为 22 XX 其形成 原因可能有两种 减数第一次分裂的后期 一对同源染色体 XX 没有正常分离 同时进入了 一个次级卵母细胞 而减数分裂的第二次分裂正常 或者是减数第一次分裂正常 而在减 数第二次分裂的后期 X 染色体的着丝点分裂后 姐妹染色单体分开 但是并没有进入两 个子细胞 而是同时进入一个卵细胞 若精子染色体数目异常 则精子染色体组成可能为 22 XY 其形成原因应该是在减数分裂第一次分裂的后期 一对同源染色体 XY 没有正常分 用心 爱心 专心5 离 同时进入了一个次级精母细胞 而减数分裂的第二次分裂正常 答案 答案 A 4 解析 解析 1 个精原细胞一次减数分裂形成 4 个精子 2 种类型 而 1 个卵原细胞一次 减数分裂形成 1 个卵细胞 1 种类型 答案 答案 A 5 解析 解析 减数分裂中染色体数目减半的原因是同源染色体分离 进入两个子细胞所导 致的 答案 答案 B 6 解析 解析 1 甲图无同源染色体 为减数第二次分裂 染色体排列在细胞赤道板中央 部位 为减数第二次分裂的中期 分裂产生的子细胞是精细胞或者卵细胞与极体 2 乙图细胞 4 条染色体排列在细胞赤道板中央部位 为有丝分裂的中期 分裂产生的 子细胞是体细胞 3 丙图细胞有 8 条染色体 被拉向二极 为有丝分裂的中期 分裂产生的子细胞是体 细胞 4 丁图细胞有四条染色体 一条染色体中有两条姐妹染色单体 每条染色体都由一条 星射线牵引 被拉向两极 为减数分裂的第一次分裂的后期 分裂产生的子细胞是次级精 母细胞或次级卵母细胞与第一极体 答案 答案 1 减数第二次分裂 中 只有两条染色体排列在细胞赤道板中央 精细胞或者 卵细胞与极体 2 有丝 中期 体 3 有丝 后 4 4 4 减数分裂的第一次 后 2 4 8 8 1 受精 两性生殖细胞成熟以后 精子与卵相遇 精子入卵并与卵结合时 所引起的一系列复 杂的变化称为受精 动物的受精过程包括顶体反应 卵的激活 精卵融合等主要阶段 顶体反应 绝大多数动物卵的外周都有卵膜 包括卵黄膜 透明带 放射冠等 主要 成分是黏蛋白或黏多糖 当精子与卵外周的卵膜接触时 就与卵膜上的糖蛋白产生特异性 的结合 这种结合能够激发精子产生顶体反应 顶体前面的部分质膜消失 顶体内所含的 水解酶被释放出来 在这些酶的作用下 精子穿过透明带等 附着在卵黄膜的一定部位上 卵细胞的激活 精子一旦与卵接触 能够激发卵本身发生一系列的激活变化 这些变 化包括皮层反应 透明带反应等 卵黄膜的下面是皮层 皮层中含有大量的皮层颗粒 皮 层反应发生在精子与卵黄膜融合的时候 它是指从融合点开始 皮层颗粒破裂 内含物外 排 由此波及到整个皮层 透明带反应是指皮层颗粒的外排物与透明带一起形成受精膜的 过程 这些反应起到阻止多个精子进入卵内和激发卵进一步发育的作用 精卵融合 精子头部进入卵的细胞质以后 迅速膨大 并且出现核仁 形成核膜 精 子和卵的细胞核相互靠近 有些动物的这两个核融合成一个 如海胆有些动物的这两个核 不融合 而是相互并列 核膜消失 仅染色体组合在一起 形成受精卵的染色体组 这样 就完成了受精作用 如哺乳类 2 被子植物体外受精操作进展 有性生殖的核心过程就是受精作用 在动物中 体内或体外的受精只在性细胞间进行 就是说只需性细胞参与即可完成受精 而在被子植物中 体内受精过程不仅有性细胞本身 而且还有配子体其他成员的直接参与 近来活体动态观察及解剖学特别是超微结构研究表 用心 爱心 专心6 明 被子植物体内作为雌雄配子体的胚囊和花粉发育成熟之后 经授粉 花粉管通过柱头 沿花柱生长穿过珠心进入一个退化的助细胞 管端破裂释放一对精细胞 一个精细胞与卵 结合 融合后发育成胚 另一个精细胞与中央细胞结合 融合后发育成胚乳 是配子体中 雄性生殖单位 营养核和两个精细胞 和雌性生殖单位 助细胞 中央细胞和卵细胞 参与的 双受精过程 被子植物体外受精的早期研究从 20 世纪 60 年代开始 其工作主要是配子体水平甚至 孢子体水平的试管受精 都是由雄性生殖单位与雌性生殖单位参与情况下完成的 而真正 的体外受精应是性细胞的直接接触 融合和培养 这方面工作近来已取得突破性进展 配 子水平的体外受精离不开现代细胞生物技术的发展 主要是活性细胞分离技术 细胞融合 技术 细胞显微操作技术和胚性细胞培养技术等 本文主要介绍应用这些技术进行的植物 体外受精操作的进展 1 性细胞 精细胞和卵细胞 的分离 体外直接的精卵融合的实现 首先必须分离出大量的有受精活力的精细胞和卵细胞 初步统计到 1992 年底已成功地从 12 科近 20 种植物花粉或花粉管中分离出精细胞 从 10 多种植物胚珠中分离出胚囊和卵细胞 虽然不能直接检测其受精活力 但通过荧光素二乙 酸酯荧光反应以及细胞形态分析等证明它们是完整的生活的细胞 精细胞的分离操作包括分离 纯化和保存 分离 对精细胞的大量分离已确立了几套实验程序 主要是利用机械力或渗透冲击及 酶解破裂花粉壁或花粉管壁使得精细胞被释放出来 研磨法 利用玻璃匀浆器的机械力使通过预处理 消毒 水合 一定浓度介质温育等 的花粉的壁破裂而释放性细胞 渗透压冲击一步法 将花粉置于适宜渗透压条件下任其吸水后自行破裂 释放出性细 胞 渗透压冲击二步法 先将花粉在一定浓度蔗糖溶液或其他介质中水合一段时间再加入 等量蒸馏水造成渗透压骤降 促使花粉大量并较为同步地破裂而释放出性细胞 也有将温 育后的蔗糖液离心除去后加入带保护剂的低浓度蔗糖液形成渗透压骤降 活体 离体技术 先对柱头进行人工授粉 当花粉管在花柱中生长到一定程度后 切 下一段花柱 一般切取 1 cm 左右 将切口插入液体培养基中继续生长 待花粉管中已有精 细胞出现后 即可将之从基部切断 用酶液 纤维素酶 半纤维素酶 果胶酶等 水解 或 继而再低渗冲击使花粉管破裂而释放出精细胞 当然也可使花粉在人工条件下在培养基中萌发进行精细胞的分离 对于二细胞型花粉只能采用花粉管中分离方法 而三细胞型花粉则都可使用 但使用 活体 离体技术分离精细胞对于保证受精能力可能会有帮助 这点在文章下段体外融合部 分附有分析说明 纯化和活性保存 精细胞从花粉或花粉管中释放出来后 还要进行纯化处理 先用一 定孔径 小于 35 m 的筛网过滤除去壁物质及营养核 再用密度梯度离心进一步纯化 保存纯化精细胞多用一定培养基 如 BK 以适宜浓度蔗糖 山梨醇等维持渗透压 加入 膜稳定剂如葡聚糖硫酸钾 PDS 牛血清白蛋白 Ca2 等 合适的 pH 6 7 低温保存 如 Zhang Guichang 等利用 BK 培养基分离的玉米精细胞用膜保护剂 MES pH6 7 缓冲液 在 室温下有 70 存活 72 h Cass 和 Fabi 将分离玉米精细胞保存于 75 下两周后解冰有 10 复 活 莫永胜等利用膜保护剂和培养基系统使紫菜苔等精细胞在零上低温保存一周后仍有部 分存活 以上操作程序对于不同植物种类精细胞分离会有不同情况 应选择不同方法进行实验 方法越简单 处理时间越短 分离精细胞的获得率越高 对精细胞活力保存与受精操作越 用心 爱心 专心7 有利 胚囊和卵细胞的分离操作 雌性生殖细胞的分离比精细胞的分离难度要大得多 获得大批量的胚珠比获得大量花 粉相对困难一些 其次胚囊外有珠被和珠心 内部成员复杂 要分离并纯化出大量有活力 的卵细胞难以实现 但少量分离胚囊和卵细胞已获得成功 对于胚囊分离常采用的方法有 解剖法 将子房或胚珠进行预处理 消毒 去杂等 再在解剖镜下手工剥除胚囊周围 的细胞 酶解法 主要依靠几种水解酶的作用 结合液体振动 使胚囊由离散的胚珠细胞逸出 压片法 结合解剖法与酶解法 先用解剖或酶解的 早期用酸解 方法处理 再用玻片 压力使胚珠细胞分散 胚囊游离出来 用适宜培养液清洗保存 使用解剖法与压片法费时较多 需要相当的手工技巧与经验 难以分离大量的活胚囊 酶解法发展前途较大 但其分离效果与植物种类和生理发育状况 酶的种类及酶解条件都 有关系 需要广泛的研究 卵细胞分离多是先用解剖法除去大部分胚珠外围细胞 再用几种水解酶在一定渗透保 护 如一定浓度甘露醇 下进行酶解作用除去细胞壁 先是胚囊游离出 然后进一步水解 则单个胚囊内细胞相互分开可得离散的游离卵细胞 通过微吸管挑选出来 于一定培养介 质中保存 2 体外融合 高等动物体外受精早已成功 而植物体外受精则只是离体子房或胚珠授粉和受精 在 1988 年 有人 Keijzer 等 进行人工授精的显微操作尝试 通过微吸管将分离的精子注射 到离体培养的蓝猪耳草胚珠的胚囊内 成功地实现了受精并形成了小植株 但这对其他植 物不一定适合 因为它的胚囊有突出珠被之外的特殊形态 更不意味着目前即可进行精卵 细胞体外直接融合 实际上还有很多问题 有人将生长的狼尾草花粉管与分离的胚囊一起 培养 没能观察到花粉管能进入胚囊受精 这里可能还有其他未知的很多限制因子 人的 精子还有一个获能反应过程才能得到受精能力 由此可以推测 或许精细胞在花粉管与花 柱中生长过程被修饰或释放到助细胞内被修饰而易于受精 或者花粉管的刺激对卵接受精 子是必需的 也可能还有其他细胞的信息传递等 这也是有人认为利用活体 离体技术 提取精细胞利于保证其受精能力的原因 目前进行体外受精是利用人工诱导融合的方法 植物原生质体融合有化学方法 采用 化学药剂 聚乙二醇 高 pH 高钙等 使细胞发生融合 物理方法 电融合法 Ueda K 等用电融合法使麝香百合雄性生殖细胞间以及生殖细胞与花粉原生质体之间