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第14章 生物的生殖(2)

上述问题中有难度的是第(2)、(3)题,在教学过程中应当使学生在教师的启发下进行独立思考,努力探求答案,这样才能训练思维能力实现教学目标。对于“无性生殖为什么不利于物种的发展”,教师可以逐步启发学生进行讨论,指出,生物的生存离不开一定的环境,适者生存,不适者被淘汰,这是自然选择的结果。外界环境是复杂多变的,无性生殖产生的后代与亲代极为相似,在环境发生变化时,面临着“全军覆没”的危险,影响物种的延续。对于“为什么许多生物仍然保留无性生殖方式”,可提醒学生比较无性生殖与有性生殖过程。无性生殖在短时间内能够迅速增加种群的数量,占领生存空间,在相对稳定的环境条件下,有利于该物种的延续。因此,许多以有性生殖为主的生物保留无性生殖的方式,如高等植物的营养生殖。再比如,水螅在条件恶劣的情况下,进行有性生殖,而在条件良好的环境中则进行无性生殖。最后教师总结从生物进化的角度来看,有性生殖方式比无性生殖高等。

11.介绍无性生殖技术及其应用。无性生殖技术在工农业生产中有着广泛应用,如植物栽培中,人们很早就运用扦插、分根、嫁接方法,保持植物的良好品质;组织培养技术已经大量使用在花卉、林木的工业化生产中;酿造工业中使用的特定菌种也是以无性生殖来代代保持相似的性状,获得遗传性质一致的产品;1997年克隆羊多莉的诞生,说明借助一定的技术手段,高等脊椎动物(包括人)也可实现无性生殖。可以预测无性生殖技术将对人类产生更大的影响。适当扩充这部分内容进行教学,不仅能开阔学生眼界,展现生物技术发展前景,还能进一步加深对无性生殖特点的理解。

教材中提到的分根、嫁接等人工方法在初中已经学习过,利用图片简单说明即可。关于组织培养技术的知识,教师可根据实际情况(学生水平和课时)选择有关内容,如植物细胞的全能性、组培技术的发展史、组培技术的应用价值。

在介绍完上述内容后,指出扦插、嫁接、组培等就是植物的克隆。克隆就是人工诱导的无性繁殖方式。学生对“克隆”的了解多来自“克隆羊多莉”,出示相关“克隆”图解,请学生简要介绍培育过程。(取A绵羊乳腺细胞在实验室培养,并取其细胞核备用;取出B绵羊成熟卵细胞,用电击或其他方法破坏其细胞核及遗传物质,把取自A绵羊的细胞核植入;把换了核的卵细胞进行人工培养,形成早期胚胎;把早期胚胎植入C绵羊的子宫中孕育,成熟后分娩即为克隆羊。)提问:(1)多莉长得像谁?为什么?(2)这种繁殖属于哪一类生殖方式?为什么?(3)是否应对克隆动物技术的应用给予限制?受舆论媒体影响,学生的认识更多地倾向于克隆技术应用产生的负面影响。对于问题(3)的讨论,要引导学生认识某些现代科技是把“双刃剑”,关键在于人类如何去把握,如何去运用。

二、减数分裂和有性生殖细胞的形成

1.通过提问复习,引出本课内容。

(1)生物界普遍存在的生殖方式是哪一类?

(2)有性生殖的核心过程是什么?

(3)精子和卵是通过哪种分裂方式产生的?

在讨论第(3)题时,出示有丝分裂过程示意图,引导学生复习有丝分裂过程,强调“染色体复制一次,细胞分裂一次,分裂后子细胞的染色体数目与母细胞相同。”若通过有丝分裂方式形成精子和卵细胞,那么受精卵中染色体数目将增加一倍,这将无法保证物种的稳定。下面以高等动物精子(卵细胞)的形成过程为例学习减数分裂。

2.出示高等动物精子的形成过程图解,要求学生仔细观察并回答下列问题:

(1)这是哪一种生殖细胞的形成过程?

(2)细胞中所示的结构(教师指向图中的染色体)是什么?

(3)比较图中1号染色体和2号有何区别?

(4)细胞分裂了几次?

(5)分裂前后细胞染色体数目如何变化?

3.利用示意图、活动模型、复合投影片等直观手段,按照下列图解的思路,引导学生观察、描述,教师总结精子的形成过程(减数分裂的过程)。

(1)可先用一对染色体的细胞减数分裂过程为例,讲解染色体复制、第一次分裂时同源染色体联会、同源染色体分离、第二次分裂时姐妹染色单体从着丝点分离等行为,重点明确“染色体数目在减数分裂过程中是如何减少一半,减半发生什么时候?”然后说明同源染色体联会时发生的非姐妹染色单体交叉互换的现象及其意义。在此基础上再增加一对同源染色体,一方面复习前面学习的内容,另一方面重点说明非同源染色体的自由组合现象及其意义。

(2)关于精原细胞的知识要说明:精原细胞位于动物的睾丸内;动物进入发育的成熟阶段时,精原细胞要通过有丝分裂增殖;其中一部分精原细胞继续保持有丝分裂状态,另一部分精原细胞要进行减数分裂形成精子;精原细胞中形状、大小相同的一对染色体称为同源染色体。

(3)第一次分裂结束后,要求学生数染色体的数目,明确减半发生在第一次分裂结束;减半的关键在于同源染色体分离,这是第一次分裂最为突出的特点。

(4)讲解非同源染色体自由组合的意义时,可以让学生计算具有n对同源染色体的精原细胞经减数分裂可能产生多少种类型的精子。

(5)减数第二次分裂是一般的有丝分裂,但此时细胞内不存在同源染色体,而在体细胞的有丝分裂过程中存在同源染色体。

4.练习:根据图中细胞的染色体情况回答下列问题:

(1)这个细胞正在进行哪一种方式的细胞分裂,试说明理由?

(2)这个细胞中有几条染色体?几条染色单体?

(3)这个细胞中有几对同源染色体,它们是哪几对?

(4)这个细胞中哪些是非同源染色体?

(5)细胞中的哪些是姐妹染色单体?哪些是非姐妹染色单体?

(6)这个细胞在全部分裂完成后,子细胞中有几条染色体?

5.同时展示精子和卵细胞的形成过程图,启发学生用对比的方法找出它们的异同点,最后可列出比较表。

相同点染色体的行为变化相同,即染色体先复制,在第一次分裂时同源染色体联会,非姐妹染色单体交叉互换,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,第一次分裂结束后染色体数目减半;第二次分裂时着丝点分裂,姐妹染色单体分离。

不同点一个精原细胞经减数分裂形成四个精子细胞,再经变形而成四个精子。

两次细胞质分裂都为不均等分裂,结果一个卵原细胞经减数分裂形成一个卵级细胞,没有变形。

6.通过下列问题启发学生归纳减数分裂的概念。

(1)在精子、卵细胞的形成过程中,染色体复制几次,细胞连续分裂几次?

(2)染色体数目减半发生在哪个阶段?

(3)染色体数目减半的关键在哪里?

在学生回答的基础上,指导学生阅读教材中关于减数分裂的概念,明确减数分裂发生在什么时候,有什么特点,结果如何?

7.列表比较减数分裂与有丝分裂的区别:减数分裂是一种特殊的有丝分裂,只有通过比较才能找出减数分裂在哪些方面有别于一般的有丝分裂,并由此说明其特殊性,加深对减数分裂概念和过程的理解。可以通过下列练习题检查学生是否真正掌握两种分裂方式的区别。

8.用教材中精子和卵细胞结合(人)的彩图,讲解受精作用的过程,强调受精作用是精子的细胞核和卵细胞的细胞核结合。受精作用实现了父方染色体和母方染色体的会合,在受精卵中形状、大小相同的一对同源染色体,一条来自父方(精子),一条来自母方(卵细胞)。

9.引导学生观察图解来认识减数分裂与受精作用的意义。

通过减数分裂和受精作用,保证了进行有性生殖的生物前后代体细胞中染色体数目的稳定,从而保证了遗传的稳定和物种的稳定;在减数分裂过程中,发生了非同源染色体的自由组合和非姐妹染色单体的交叉互换,增加了配子的多样性,再加上受精时雌雄配子结合的随机性,大大提高了后代的变异性。

10.引导学生观察被子植物的有性生殖过程图解,认识被子植物的双受精。

1精子+1卵细胞——1受精卵

1精子+2极核——1受精极核

【扩展资料】

一、减数分裂和受精作用的发现

1667年荷兰的列文虎克用自制的显微镜观察了人和动物的精液,看到了带着长尾巴的蝌蚪形的精子,但当时人们认为这是寄生虫!到1884年才由寇里克确定精子是动物自身产生的,而且是一个细胞。1875年,德国动物学家赫德维希在显微镜下观察海胆德受精过程,海胆是体外受精的,容易观察。他发现:许多精子游向卵细胞,但卵细胞只接受一个精子进入,而且只是精子的头部。1883年,比利时胚胎学家贝内登,以马蛔虫为材料,发现其精子和卵细胞各自只有体细胞染色体数目的一半,受精卵有恢复了两对染色体(马蛔虫体细胞有两对染色体)。1890年德国细胞学家鲍维里确认,精子和卵细胞形成要经过减数分裂。1891年德国动物学家亨金描述了形成精子和卵细胞的减数分裂的全过程。

二、克隆与克隆动物技术发展史

克隆是英文clone的音译,既谐音又富有意义。“克”可使人联想起一个小单位,“隆”是发展壮大的意思,克隆当动词用时指人工诱导的无性生殖方式;当名词用时是指通过无性繁殖产生许多相似的后代,即无性繁殖系。

在动物界,特别是高等动物自然情况下都不进行无性生殖。科学家们一直在探索是否可能克隆动物,即不通过正常的雌雄生殖细胞的结合,由不同的动物细胞以无性生殖方式长成新一代的个体。实验沿着两种方式进行。一种是用早期胚胎细胞进行克隆,另一种是用动物的一般体细胞进行克隆。早在上世纪末杜里舒用棘皮动物海胆的受精卵做实验,发现当海胆的受精卵分裂为2个或4个细胞时,如用震荡的方法将细胞摇散,每个细胞都能发育成完整的海胆。70多年前,斯培曼以及而后罗伯特贝林格、汤姆斯金,把各个发育阶段的蛙胚细胞的核取出来,移植到去核的蛙的受精卵中,看是否能开始分裂并完成发育,结果证明蛙胚发育到囊胚期时,每个细胞的核若移植到去核的未受精卵中,都能启动这个蛙卵进行正常发育。20世纪50年代戈登在南非爪蛙身上做实验,他取出南非爪蟾的蝌蚪已分化的小肠上皮细胞的细胞核,注入到用紫外线辐射破坏了核的同种动物的未受精卵中,大多数都发育为南非爪蟾,它们构成了南非爪蟾的无性繁殖系。克隆羊“多莉”的培育是在前人工作的基础上进行的,它的诞生说明哺乳动物已分化的体细胞,仍具有全能性,只要找到适合的方法,可以恢复其发育的潜能,用于无性繁殖。

三、人的精子是与次级卵母细胞结合的

在人的卵细胞发生中,卵原细胞是在胚胎时期的卵巢中增殖的。出生后,大部分卵原细胞逐渐退化,在一生中大约有四百个左右的初级卵母细胞得到发育。人在性成熟后,一般来说每月只有一个卵泡细胞发育成熟。成熟的卵泡显著增大,在排卵前初级卵母细胞进行减数第一次分裂,形成一个次级卵母细胞和一个极体。次级卵母细胞随即进入第二次分裂,但终止于分裂中期。以后,次级卵母细胞连同透明带及放射冠随卵泡液一起排出,进入输卵管。如果排出的次级卵母细胞遇到精子而受精,次级卵母细胞就继续完成第二次分裂,排出第二极体(所有的极体都很快退化)。如果排出的次级卵母细胞没有遇到精子不受精,则不发生上述第二次分裂,次级卵母细胞退化并被吸收。由此可知人的精子是与次级卵母细胞受精的。

四、受精的过程

两性生殖细胞成熟以后,精子与卵细胞相遇,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。

(1)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),主要成分是蛋白或多糖。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。

(2)卵的激活: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,由此涉及到整个皮层。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。

(3)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,如哺乳动物类。

【探究活动】

有性生殖与无性生殖在进化上的比较

问题:有性生殖和无性生殖是生物界普遍存在的两种生殖方式,从进化的角度看,哪一种生殖方式会占有更大的优势?请你通过查阅资料、分析资料,提出自己的观点,写一篇小论文。

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