減數分裂

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減數分裂是生物細胞染色體數目減半的分裂方式。性細胞分裂時,染色體只複製一次,細胞連續分裂兩次,染色體數目減半的一種特殊分裂方式。減數分裂不僅是保證物種染色體數目穩定的機制,同且也是物種適應環境變化不斷進化的機制。

概述

  重點:減數分裂是指有性XX的個體在形成XX細胞過程中發生的一種特殊分裂方式,

減數分裂圖解

不同於有絲分裂和無絲分裂,減數分裂僅發生在生命周期某一階段,它是進行有性XX的生物性母細胞成熟、形成配子的過程中出現的一種特殊分裂方式。減數分裂過程中染色體僅複製一次,細胞連續分裂兩次,兩次分裂中將同源染色體與姊妹染色單體均分給子細胞,使最終形成的配子中染色體僅為性母細胞的一半。XX時雌雄配子結合,恢復親代染色體數,從而保持物種染色體數的恆定。   減數分裂過程中同源染色體姐妹染色單體間發生交換(基因重組),使配子的遺傳多樣化,增加了後代的適應性,因此減數分裂不僅是保證生物種染色體數目穩定的機制,同且也是物種適應環境變化不斷進化的機制。減數分裂不僅是保持物種遺傳物質穩定傳遞的手段;在減數分裂過程中,通過同源染色體非姐妹染色單體的交叉互換,非同源染色體的自由組合以及四分體中非姐妹染色體的部分片段的交叉互換,增加了基因變異種類,增加了群體的遺傳多樣性,為自然選擇提供更多原材料……

主要分類

概述

  減數分裂(Meiosis)的特點是DNA複製一次,而細胞連續分裂兩次,形成單倍體的XX和XX(圖13-12),通過XX作用又恢復二倍體(或多倍體),減數分裂過程中同源染色體非姐妹染色單體間發生交換,使配子的遺傳多樣化,增加了

圖13-12(1張)後代的適應性,因此減數分裂不僅是保證生物種染色體數目穩定的機制,而且也是物種適應環境變化不斷進化的機制。   減數分裂可分為三種主要類型:

配子減數分裂

  配子減數分裂(gametic meiosis),也叫終端減數分裂(terminal meiosis),其特點是減數分裂和配子的發生緊密聯繫在一起。在雄性脊椎動物中,一個精原細胞變為初級精母細胞后發生減數分裂,過程是:由初級精母細胞複製分裂產生2個次級精母細胞,2個次級精母細胞又一次進行分裂,過程中不進行DNA複製,總共形成4個精細胞。精細胞在經過一系列的變態發育,形成成熟的XX。在雌性脊椎動物中,一個卵母細胞經過減數第一次分裂形成1個第一極體(較小)和1個次級卵細胞(較大),次級卵母細胞分裂形成一個卵細胞(較大)和一個第二極體(較小),第一極體也分裂為兩個第二極體(小),總共形成一個卵細胞和三個極體(最後只留下一個卵細胞,三個極體退化)。

孢子減數分裂

  孢子減數分裂(sporic meiosis),也叫中間減數分裂(intermediate meiosis),(居間減數分裂)見於植物和某些藻類。其特點是減數分裂和配子發生沒有直接的關係,減數分裂的結果是形成單倍體的配子體(小孢子和大孢子)。小孢子再經過兩次有絲分裂形成包含一個營養核和兩個雄配子(XX)的成熟花粉(雄配子體),大孢子經過三次有絲分裂形成胚囊(雌配子體),內含一個卵核、兩個極核、3個反足細胞和兩個助細胞。

孢子植物減數分裂

合子減數分裂

  合子減數分裂(zygotic meiosis),也叫初始減數分裂(initial meiosis),僅見於真菌和某些原核生物,減數分裂發生於合子形成之後,形成單倍體的孢子,孢子通過有絲分裂產生新的單倍體後代。此外某些生物還具有體細胞減數分裂(somatic meiosis)現象,如在蚊子幼蟲的腸道中,有一些由核內有絲分裂形成的多倍體細胞(可高達32X),在蛹期又通過減數分裂降低了染色體倍性,增加了細胞數目。減數分裂由緊密連接的兩次分裂構成。通常減數分裂I分離的是同源染色體,所以稱為異型分裂(heterotypic division)或減數分裂(reductional division)。減數分裂II分離的是姊妹染色體,類似於有絲分裂,所以稱為同型分裂(homotypic division)或均等分裂(equational division)。和有絲分裂一樣為了描述方便將減數分裂分為幾個主期和幾個亞期。

合子減數分裂

減數分裂過程

  注:減數分裂可以分為兩個階段,間期和分裂期,其中分裂期又分為減數第一次分裂期(減一),減數第二次分裂期(減二)。在高中知識範圍內,減一的末期和減二的前期可以看作同一個時期,我們一般將其稱為減一的末期。(減一末期與減二前期間有間期但很短可以忽略)

減數分裂過程

  1.細胞分裂前的間期,進行DNA和染色體的複製,染色體數目不變,DNA數目變為原細胞的兩倍。   2.減一前期同源染色體聯會.形成四分體(或「二聯體」),出現紡錘體,核仁核膜消失。   3.減一中期.同源染色體著絲點對稱排列在赤道板兩端。(與動物細胞的有絲分裂大致相同,動物細胞有絲分裂為著絲點排列在赤道板上)   4.減一後期,同源染色體分離,非同源染色體自由組合,移向細胞兩極。   5.減一末期細胞一分為二,形成次級精母細胞或形成次級卵母細胞和第一極體。

減數分裂中幾個規律性變化曲線圖

  6.減二前期次級精母細胞中染色體再次聚集,再次形成紡錘體。   7.減二中期染色體著絲點排在赤道板上。   8.減二後期染色體著絲點分離,染色體移向兩極。   9.減二末期,細胞一分為二,精原細胞形成精細胞,卵原細胞形成卵細胞和極體。   
減數分裂各項目變化情況總覽
比較項目性原細胞 初級性母細胞 次級性母細胞性細胞
間期前期中期後期末期前期中期後期末期
染色體變化 2N2N2N2N2N2N-NNN2N2N-NN
DNA分子變化 2A2A-4A4A4A4A4A-2A2A2A2A2A-AA
染色單體變化 00-4n4n4n4n4n-2n2n2n000

減數第一次分裂

  前期   根據染色體的形態,可分為5個階段:   〖細線期〗   細胞核內出現細長、線狀染色體,細胞核和核仁體積XX。每條染色體含有兩條姐妹染色單體。   〖偶線期〗   又稱配對期。細胞內的同源染色體兩兩側面緊密相進行配對,這一現象稱作聯會。由於配對的一對同源染色體中有4條染色單體,稱為四分體(或「二聯體」)   〖粗線期〗   染色體連續縮短變粗,同時,四分體中的非姐妹染色單體之間發生了DNA的片斷交換,從而導致了父母基因的互換,產生了基因重組,但每個染色單體上仍都具有完全相同的基因。   〖雙線期

減數分裂

發生交叉的染色單體開始分開。由於交叉常常不止發生在一個位點,因此,染色體呈現V、X、8、O等各種形狀。   〖終變期〗(又叫濃縮期)   染色體變成緊密凝集狀態並向核的周圍靠近。以後,核膜、核仁消失,最後形成紡錘體。   中期   各成對的同源染色體雙雙移向細胞中央的赤道板,著絲點成對排列在赤道板兩側,細胞質中形成紡錘體。

減數分裂中後期

  後期   由紡錘絲的牽引,使成對的同源染色體各自發生分離,並分別移向兩極。   末期   到達兩極的同源染色體又聚集起來,重現核膜、核仁,然後細胞分裂為兩個子細胞。這兩個子細胞的染色體數目,只有原來的一半。重新生成的細胞緊接著發生第二次分裂。

減數分裂末期

注意:   1.染色體複製是在第一次分裂間期進行的,一旦複製完成,精原細胞就稱作初級精母細胞。   2.一個初級精母細胞經過第一次減數分裂成為兩個次級精母細胞,一個初級卵母細胞經過第一次減數分裂成為一個次級卵母細胞和第一極體。   3.減數第一次分裂的目的是實現同源染色體的分離,染色體數目減半( 每對姐妹染色單體用著絲點粘合,只算一個染色體,單體數是染色體數的兩倍)。DNA分子數目減半。(相對於複製后而言)

減數第二次分裂

  減數第二次分裂與減數第一次分裂緊接,也可能出現短暫停頓。染色體不再複製。每條染色體的著絲點分裂,姐妹染色單體分開,分別移向細胞的兩極,有時還伴隨細胞的變形。   前期   染色體首先是散亂地分佈于細胞之中。而後再次聚集,核膜、核仁再次消失,再次形成紡錘體。   中期   染色體的著絲點排列到細胞中央赤道板上。注意此時已經不存在同源染色體了。   後期   每條染色體的著絲點分離,兩條姊妹染色單體也隨之分開,成為兩條染色體。在紡錘絲的牽引下,這兩條染色體分別移向細胞的兩極。   末期   重現核膜、核仁,到達兩極的染色體,分別XX兩個子細胞。兩個子細胞的染色體數目與初級精母細胞相比減少了一半。至此,第二次分裂結束。   注:   1.第二次減數分裂的目的是著絲點分裂,實現染色單體分離。分裂結果是染色體數目不變,DNA分子數目減半。   2.兩個次級精母細胞經過第二次減數分裂成為四個精細胞,精細胞必須再經歷一系列複雜的形態變化才成為XX。結果是一個精原細胞經過減數分裂和一系列的形態發育並最終成為四個XX。   3.一個次級卵母細胞經過第二次減數分裂成為一個卵細胞和一個第二極體極體;第一次分裂產生的一個極體再分為兩個極體。不久,三個極體都會退化消失。結果是一個卵原細胞經過減數分裂最終只成為一個卵細胞。

遺傳學意義

  一、保證了有性XX生物個體世代之間染色體數目的穩定性。通過減數分裂導致了性細胞(配子)的染色體數目減半,即由體細胞的2n(n為一個染色體組中染色體數)條染色體變為n條染色體的雌雄配子,再經過兩性配子結合,合子的染色體數目又重新恢復到親本的2n水平,使有性XX的後代始終保持親本固有的染色體數目,保證了遺傳物質的相對穩定。   二、為有性XX過程中創造變異提供了遺傳的物質基礎:   1.通過非同源染色體的隨機組合;各對非同源染色體之間以自由組合XX配子,形成的配子可產生多種多樣的遺傳組合,雌雄配子結合后就可出現多種多樣的變異個體,使物種得以繁衍和進化,為人工選擇提供豐富的材料。   2.通過非姐妹染色單體片段的交換:在減數分裂的粗線期,由於非姐妹染色單體上對應片段可能發生交換,使同源染色體上的遺傳物質發生重組,形成不同於親代的遺傳變異。

生物學意義

  減數分裂是遺傳學的基礎。具體表現在:   1.在減數分裂過程中,因為同源染色體分離,分別XX不同的子細胞,故在子細胞中只具有每對同源染色體中的一條染色體。減數分裂中同源染色體的分離,正是基因分離律的細胞學基礎。   2.同源染色體聯會時,非姐妹染色單體之間對稱的位置上可能發生片段交換,也就是父源和母源染色體之間發生遺傳物質的交換。這種交換可使染色體上連鎖在一起的基因發生重組,這就是染色體上基因連鎖和互換的細胞學基礎。    由於減數分裂,使每種生物代代都能夠保持二倍體的染色體數目。在減數分裂過程中非同源染色體重新組合,同源染色體間發生部分交換,結果使配子的遺傳基礎多樣化,使後代對環境條件的變化有更大的適應性。   1.保證了有性XX生物個體世代之間染色體數目的穩定性通過減數分裂導致了性細胞(配子)的染色體數目減半,即由體細胞的2n條染色體變為n條染色體的雌雄配子,再經過兩性配子結合,合子的染色體數目又重新恢復到親本的2n水平,使有性XX的後代始終保持親本固有的染色體數目,保證了遺傳物質的相對穩定。   2.為有性XX過程中創造變異提供了遺傳的物質基礎:   1.通過非同源染色體的隨機組合;各對非同源染色體之間以自由組合XX配子,形成的配子可產生多種多樣的遺傳組合,雌雄配子結合后就可出現多種多樣的變異個體,使物種得以繁衍和進化,為自然選擇提供豐富的材料。   2.通過非姐妹染色單體片段的交換:在減數分裂的粗線期,由於非姐妹染色單體上對應片段可能發生交換,使同源染色體上的遺傳物質發生重組,形成不同於親代的遺傳變異。

和有絲分裂的區別

  1 減數分裂過程中細胞連續分裂兩次,而有絲分裂過程中細胞只分裂一次;   2.減數分裂的結果是染色體數目減半,而有絲分裂的結果是染色體數目不變;   3.減數分裂后,一個細胞變為四個含有不同遺傳物質組合的子細胞(考慮四分體中非姐妹染色單體片段交換)或者兩兩相同的子細胞(不考慮單體片段交換)。而有絲分裂后,一個細胞只形成兩個遺傳物質相同的子細胞;   4.減數分裂過程中有其特有的同源染色體配對和同源非姐妹染色單體間的局部交換,而有絲分裂沒有   5.減數分裂發生部位精巢卵巢(高等雄性動物則發生在XX,高等植物發生在花藥和胚珠中),有絲分裂發生部位為體細胞(當原始XX細胞即性原細胞發生增殖時屬於有絲分裂)。   6初級卵母細胞分裂時細胞質不均勻分裂,且有第二極體產生,第二極體會逐漸消失,而有絲分裂不會產生這種現象。   如何辨別有絲分裂和減數分裂   1.看染色體的數目:奇數的話一定是減數第二次分裂(但是減II期染色體數目不一定為奇數),否則可能是有絲分裂或者減數第一次分裂;   2.看有無同源染色體:如果沒有的話一定是減II。(左右看)如果有同源染色體,看第三步;   3.看同源染色體的行為。如果有聯會、四分體存在則一定是減數第一次分裂。反之則可能為有絲分裂。

注意

  1.有染色單體時,DNA數等於染色單體數

有絲分裂和減數分裂比較

  2.無染色單體時,DNA數等於染色體數   3.染色體數等於著絲點數   4.如果有病,染色體呈黃色

減數分裂口訣

  性原細胞作準備   初母細胞先聯會   排板以後同源分   從此染色不成對   次母似與有絲同   排板接著點裂匆   姐妹道別分極去   再次質縊各西東   染色一復胞二裂   數目減半同源別   精質平分卵相異   往後把題迎刃解