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教案:减数分裂和受精作用

[日期:2010-03-25] 来源:  作者: [字体: ]

2  基因和染色体的关系

1  减数分裂和受精作用

1.知识与技能

1)阐明细胞的减数分裂。

2)举例说明配子的形成过程。

3)举例说明受精作用。

4)使用高倍镜观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。

5)运用模型建构的方法,模拟减数分裂过程中染色体数目和行为的变化。

2.过程与方法

1)借助电脑动画,展示减数分裂的连续动态变化过程,将抽象的减数分裂过程直观化,将大量冗长的文字图像化。

2)学生的自主观察、归纳总结、讨论分析、表解、巩固、练习,使学生理解掌握减数分裂过程中染色体的主要行为变化,并从实质上认识了减数分裂实际上是一种特殊方式的有丝分裂。

3)通过观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片,识别减数分裂不同阶段的染色体的形态、位置和数目,加深对减数分裂过程的理解。

4)运用模型建构的方法,模拟减数分裂过程中染色体数目和行为的变化,体验减数分裂中染色体的规律性变化,从而理解精子和卵细胞的形成。

3.情感态度与价值观

1)认同基因是物质实体。

2)认同观察、提出假说、实验的方法在建立科学理论过程中所起的重要作用。

3认同科学研究需要丰富的想象力,大胆质疑和勤奋实践的精神,以及对科学的热爱。

4)增强动手操作能力,认同物质的规律性,树立辩证唯物主义世界观。

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。

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。

教具准备

CAI软件:哺乳动物睾丸示意图;哺乳动物精子形成过程图解;同源染色体和四分体形成图解。

课时安排     3课时

1课时

教学过程

[课前准备]

1.哺乳动物精细胞形成过程的CAI动态课件。

2.男性内生殖系统示意图、睾丸的横切面示意图。

3.哺乳动物精子形成过程图解;同源染色体和四分体形成图解。

[情境创设]

教师:我们以前学过,真核细胞的分裂方式有三种,是哪三种?

学生:有丝分裂,无丝分裂,减数分裂。

教师:以前学过了有丝分裂和无丝分裂,现在学习减数分裂。为什么要学习减数分裂呢?

教师出示人体的21三体和18三体等染色体的遗传病图像,学生立刻被这些图像吸引住了,纷纷提出问题:这些病是怎么得的?自己会得这些病吗?怎样避免这种病?

教师:我们只有认真学好减数分裂这部分的知识,才可以解决这些问题。

[师生互动]

1.减数分裂的概念

学生阅读教材,要求学生说出减数分裂的概念,并找出减数分裂的特点。强调:连续分裂两次而染色体只复制一次,分裂的结果,染色体数目减半。

讲述:减数分裂是怎样进行的,染色体数目是如何减少的呢?下面,我们结合动物的精子和卵细胞的形成过程,讲述减数分裂的基本过程。

2.精子的形成过程

1)形成部位

教师:高等动植物的减数分裂发生在生殖器官内。人和其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成的。

教师显示男性生殖系统正面图、精子结构示意图和睾丸内部结构图。

教师指导学生观察并回顾男性生殖系统的构成,让学生对睾丸及曲细精管有直观的认识与感知。

教师:曲细精管有大量的精原细胞。精原细胞是原始的生殖细胞,每个精原细胞中的染色体数目都与体细胞的相同。

教师:一个成年健康男子,每天大约可产生2亿个精子。也就是说,每天有很多个精原细胞进行减数分裂,那必然每天也有很多个精原细胞产生。那么,精原细胞是通过哪种方式产生的呢?如何判断?

学生:有丝分裂。因为精原细胞所含的染色体数目与体细胞相同,相当于一种特殊的体细胞。

2)形成过程

教师:很好。当雄性动物性成熟后,睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂,经过两次连续的分裂,形成精细胞,再经过精细胞的变形,最后形成了精子。整个过程是如何进行的呢?请同学们观察精子形成过程的动画。

教师演示精子形成的全过程的CAI课件两遍。第一遍让学生了解精子形成的全过程,并引导学生注意观察减数分裂过程中细胞的名称及数目变化;第二遍指导学生主要观察染色体的行为变化特点。

教师:减数分裂是一个连续分裂的过程,但为了研究的方便,人们同样将减数第一次分裂和减数第二次分裂划分为不同的时期。

教师分步演示精子的形成过程,提高学生的识图能力。首先显示精原细胞图

教师:如图所示,某种含4条染色体的生物的精原细胞进行减数分裂。这里要清楚的是,在细胞分裂前,染色体呈细长的染色质状态,用光学显微镜是看不到的。此时画出4条染色体是为了便于我们观察学习。

教师:在减数第一次分裂的间期,染色体进行复制。此时,细胞有什么样的变化?

学生:细胞体积变大,且复制后每条染色体都由两条姐妹染色单体构成。

教师:很好。这点与有丝分裂是相同的。复制后的细胞叫什么细胞?有几个?

学生:1个初级精母细胞。

教师:对啦。染色体复制后,每条染色体上的两条姐妹染色单体各是一条长的细丝,在光学显微镜下还是看不到的。

教师分步显示联会的动态过程

教师:减数第一次分裂期开始不久,初级精母细胞中原来分散的染色体出现什么变化?

学生:染色体两两配对。

教师:配对的染色体有什么特点?

学生:形状和大小相同,颜色不同。

教师:没错。配对的两条染色体,形状和大小一般都相同,一条来自父方,一条来自母方,叫做同源染色体。为什么说同源染色体的形状和大小一般相同,难道有不同的吗?这个问题我们留在后面学习。另外,为什么用红和蓝两种颜色来表示染色体?

学生:代表一条来自父方,一条来自母方。

教师:是的。我们把同源染色体两两配对的现象叫做联会,简称同源染色体联会。对于这个概念有两个关键词:其一,同源是指来源于同一物种或同一种生物;其二,联会是指染色体两两配对。同源染色体有以下三个特征:一是染色体大小相同;二是染色体形态相同;三是染色体来源相同(即同一物种或同种生物的父母双方)。

为帮助学生对同源染色体联会的理解,可以用手势辅助教学,过程如下:先伸出两手,两手掌心向下,手背向上。中指、无名指、小指弯曲紧靠掌心,拇指向下伸出、食指伸出向上,正对学生,左右手慢慢靠近,表示染色体的运动及配对(联会)。然后安排学生跟老师把手势做一遍。

教师:请同学观察联会时期的细胞图,该细胞中染色体、染色单体和DNA的数目分别是多少?

学生:4条染色体,8条染色单体,8DNA分子。

教师显示四分体的形成过程

教师:联会时染色体螺旋化程度低,染色体细,在光学显微镜下还看不清染色单体,因此,没有在图上表示出来。联会后,染色体进一步螺旋化变粗,逐渐在光学显微镜下可见每条染色体都含有两条姐妹染色单体,由一个着丝点相连,每对同源染色体则含有四条姐妹染色单体,叫四分体。图中有几个四分体?

学生:两个。

教师与学生共同分析以下的数量关系:

1个四分体=1对同源染色体=2条染色体=2个着丝点=4条染色单体=4DNA分子。

教师:由此,我们可以推算,果蝇体细胞有48个染色体,减数分裂时,形成多少个四分体?

学生:四个。

教师:如果是人呢?

学生:23个。

教师显示染色体交叉互换的照片和示意图。

教师:在四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕,并交换一部分片段。经过交换,姐妹染色单体有何不同?

学生:交换前,姐妹染色单体是相同的,经过交换后,两条姐妹染色单体不同。

教师:非姐妹染色单体的交叉互换,可以增加配子的多样性,此乃后话,我们暂时不提。人们把同源染色体的联会与四分体阶段归为减数第一次分裂前期。

教师演示减数第一次分裂中期的变化

教师:同学们说减数第一次分裂中期染色体的主要行为变化是什么?

学生:同源染色体着丝点排列在赤道板的两侧。

教师:没错。染色体的行为与有丝分裂的中期相比有何不同?

学生:有丝分裂中期染色体着丝点是排列在赤道板上的。

教师:很好。

教师演示减数第一次分裂后期的变化

教师:减数第一次分裂后期染色体的行为出现什么变化?

学生:纺锤丝收缩,牵引染色体向两极移动,配对的同源染色体分开,移向细胞的两极。但此时着丝点并未分开,每一条染色体上仍有两条染色单体。

教师:同学们观察得非常仔细。这里要提醒的是同源染色体分开,具有一定的独立性。这是由于两条同源染色体在细胞中央的排列位置是随机的,可以互相交换,因此,就决定了同源的两条染色体各移向哪一极也是随机的。也就是说,移向细胞两极的染色体的组合既可以是每边各有一条红色和一条蓝色的染色体,也可以是细胞的一极是两条蓝色染色体,而另一极是两条红色染色体的组合方式。这样,不同对的染色体之间就可以自由组合。这是我们前面所学内容——自由组合定律的细胞学基础。

教师演示初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞的过程

教师:接着发生细胞分裂,一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞。同学们仔细比较一下每个次级精母细胞与初级精母细胞的染色体数是否相同?

学生:次级精母细胞各含2条染色体,染色体数目只有初级精母细胞的一半。

教师:是的。在减数第一次分裂过程中,由于同源染色体分离,并分别进入两个子细胞,使得每个次级精母细胞只得到初级精母细胞中染色体总数的一半。因此,减数分裂过程中染色体数目的减半发生在减数第一次分裂中。在次级精母细胞中有没有同源染色体?

学生:没有。

教师:减数第一次分裂与减数第二次分裂之间通常没有间期,或者间期很短,染色体不再复制。所以我们一般将初级精母细胞分裂形成两个次级精母后的时期称为减数第二次分裂的前期。减数第二次分裂过程中染色体的行为变化特点与有丝分裂十分相似。在减数第二次分裂的前期,染色体排列有何特点?

学生:散乱分布。

教师演示减数第二次分裂中期染色体的变化

教师:减数第二次分裂中期染色体的变化是什么?

学生:染色体排列在赤道板上。

教师:没错。

       教师:减数第二次分裂的细胞图与有丝分裂中期的细胞图如何区别?

学生:减数第二次分裂的细胞图中没有同源染色体。

教师演示减数第二次分裂后期染色体的变化

教师:减数第二次分裂后期染色体的变化又是什么?

学生:着丝点分裂,姐妹染色单体分开变成染色体,移向细胞两极。

教师:很好。同学们再算一下此时每个次级精母细胞中各有染色体几条?

学生:4条。

教师:对。在减数第二次分裂后期,由于着丝点分裂,姐妹染色单体分开形成染色体,所以染色体数目暂时加倍,恢复到原来精原细胞的数目水平。

教师演示次级精母细胞各分裂成两个精细胞的过程

教师:细胞继续分裂,两个次级精母细胞分裂成4个精细胞,减数分裂完成。把精细胞的染色体数目和刚形成的次级精母细胞以及初级精母细胞相比,有何变化?

学生:精子细胞的染色体数目与次级精母细胞相同,比初级精母细胞减少一半。

教师:同学们说,4个精细胞共可以分为几种类型?

学生:2种。

教师:是的。在不考虑非姐妹染色单体交叉互换的情况下,一个精原细胞通过减数分裂最终可以形成4个共2种精细胞。至此,减数分裂完成。现在我们回头总结一下,减数第一次分裂与减数第二次分裂相比,它们各自的主要特征是什么?

学生:减数第一次分裂的主要特征是有同源染色体的联会、四分体中的非姐妹染色单体发生交叉互换、同源染色体分离并分别移向细胞两极;减数第二次分裂的主要特征是染色体不再复制、每条染色体的着丝点分裂、姐妹染色单体分开并分别移向细胞两极。

教师:精细胞再经过变形,形成精子,呈蝌蚪状。在这个过程中,丢掉了精子细胞的大部分细胞质,带上重要的物质——细胞核内的染色体,轻装上阵,并形成了一个长长的尾,便于游动,为今后的受精作用作准备。

3)总结

请一位同学根据挂图,来讲述精子的形成过程。(请一位学生讲述,教师根据其讲述情况,精彩处给予表扬,不足处给予补充,错误处给予纠正)最后教师强调减数第一次分裂与减数第二次分裂的主要特征。

[教师精讲]

1.为什么说减数分裂实质上是特殊方式的有丝分裂?

减数分裂过程中因为有纺锤丝和纺锤体的出现,所以属于有丝分裂范畴;但减数分裂过程中出现了有丝分裂所没有的同源染色体联会、四分体和分离等行为变化,因此说减数分裂实质上是特殊方式的有丝分裂。

2.减数分裂过程中染色体、DNA、染色单体和同源染色体对数的数量变化(以二倍体生物为例)。

1)首先理解染色体主要行为变化与染色体、DNA、染色单体数目变化的关系,教师用简笔画表示染色体的行为变化过程.

2)列表比较:

减数分裂过程中染色体数、DNA数、染色单体数和同源染色体对数的数量变化

比较项目

减数第一次分裂

减数第二次分裂

间期

前期

中期

后期

末期

前期

中期

后期

末期

染色体数

2N

2N

2N

2N

N

N

N

2N

N

DNA

2a4a

4a

4a

4a

2a

2a

2a

2a

a

染色单

体数

04N

4N

4N

4N

2N

2N

2N

0

0

同源染色

体对数

N

N

N

N

0

0

0

0

0

(表中黑体部分内容在和学生共同分析时逐步显示)

3)用坐标轴表示染色体数目与DNA数目的变化:

引导学生分析染色体数目和DNA数目的曲线走势及转折点变化的原因。

为方便学生对上表内容的理解与掌握,教师在讲授这部分内容时,不要直接就把某种生物的染色体数用2N代入,而是安排学生具体观察课本P17“哺乳动物精子的形成过程图解”中染色体数、DNA数、染色单体数和同源染色体对数的变化情况,然后再引导学生思考:如果该图解表示的是人的精子形成过程图解,那么以上数量变化又是如何?通过以上2个具体事例的观察、分析,学生不难总结出二倍体生物的染色体数、DNA数、染色单体数和同源染色体对数的变化情况。

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