高中生物疑难精讲70 | 必修2 2.1 减数分裂和受精作用（二）

为什么卵细胞的形成一定要"不均等分裂"？极体有什么用？如何分析配子中染色体组合类型？减数分裂过程中，如果染色体分配出错，会导致什么结果？

【本期导语】

减数分裂，一个初级精母细胞最终形成 4 个精子，而一个初级卵母细胞最终只形成 1 个卵细胞，其余 3 个极体不参与受精、很快退化消失。这不是低效，而是一次精密的资源分配：把几乎全部细胞质和营养物质集中保留给那一个卵细胞。那么，卵细胞究竟怎么走完这两次分裂？两次分裂之间的差别到底在哪里？

一、卵细胞是怎么形成的

1. 场所

卵细胞生成的场所是卵巢（减数分裂在卵巢内完成，受精则通常在输卵管）。

了解：与男性"从青春期起持续产生精子"不同，女性卵原细胞的数目在胎儿出生前就已确定：胎儿期卵原细胞已完成染色体复制成为初级卵母细胞，并停留在减数第一次分裂前期（四分体时期），直到青春期后，每隔一段时间才有一个初级卵母细胞恢复减数分裂进程，完成减数第一次分裂后，即停止分裂，直到受精后才完成减数第二次分裂。

2. 过程：两次不均等分裂

卵原细胞（2n）→ 染色体复制 → 初级卵母细胞（2n）

• 减数分裂Ⅰ：联会形成四分体（可发生交叉互换）→ 同源染色体成对排列在赤道板两侧 → 同源染色体分离，细胞不均等分裂，产生一个大的次级卵母细胞和一个小的（第一）极体（染色体数目都是 n）。
• 减数分裂Ⅱ：次级卵母细胞不再复制染色体，着丝粒排列在赤道板上，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，再次不均等分裂，产生一个大的卵细胞和一个小的（第二）极体。

总结：1 个卵原细胞 → 1 个初级卵母细胞 → 1 个次级卵母细胞 + 1 个第一极体 → 1 个卵细胞 + 3 个（第一极体与卵细胞分别产生的）退化的极体。

3. 不均等分裂的意义

由于两次分裂都是细胞质不均等分配，卵细胞获得了绝大部分细胞质和营养物质（如卵黄），为受精后的早期胚胎发育提供了物质基础；而极体几乎不含细胞质，不再参与受精，很快退化消失。

二、精卵形成与两次分裂的比较

1. 精子与卵细胞形成过程比较

2. 减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ的比较

• 减数分裂Ⅰ（减Ⅰ）：有同源染色体；前期发生联会、形成四分体、交叉互换，中期同源染色体成对排列在赤道板两侧，后期同源染色体分离、非同源染色体自由组合；结果是产生 2 个染色体数目减半的次级性母细胞。染色体数目减半就发生在这一阶段。
• 减数分裂Ⅱ（减Ⅱ）：细胞中没有同源染色体；前期染色体散乱分布，中期着丝粒排列在赤道板上，后期着丝粒分裂、姐妹染色单体分开，末期一分为二。结果是精细胞（或卵细胞与极体）。

⚠️ 辨析提示：判断某一细胞处于减Ⅰ还是减Ⅱ，先看"有没有同源染色体"，其次看"是同源染色体分离还是姐妹染色单体分离"。

三、配子中的染色体多样性

1. 非同源染色体的自由组合

减Ⅰ后期，同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合。对含有 n 对同源染色体的生物，不考虑交叉互换时，一个个体可产生 2ⁿ 种染色体组成的配子（人体 n=23，理论上可达 2²³ 种）。

2. 四分体时期非姐妹染色单体间的互换

减Ⅰ前期的互换，使同一条染色体的两条姐妹染色单体不再完全相同，进一步增加了配子中染色体（基因）组合的种类。

【疑难1】为什么卵细胞的形成一定要"不均等分裂"？极体有什么用？

①物质基础——早期胚胎尚未与母体建立组织和生理联系，其发育所需营养物质都来自受精卵，不均等分裂把细胞质集中到卵细胞一方，是为早期胚胎的发育储备物质和能量。

②极体的命运——极体几乎不含细胞质，不再参与受精，很快退化。

📚 相关资料：人民教育出版社. 普通高中教科书教师教学用书·生物学 必修2《遗传与进化》。卵细胞形成过程中细胞质分裂是不均等的，第一极体与次级卵母细胞产生的第二极体都不再参与受精；教材在"与社会的联系"栏目中介绍了人类辅助生殖技术，可对极体进行遗传筛查以降低缺陷儿出生风险。

【疑难2】1 个精原细胞产生 4 个精子，1 个卵原细胞只产生 1 个卵细胞，哪个"效率"更低？

从数量看是"低"，从质量看反而"高"。 ①数量差异来自胞质分裂方式——精子的两次分裂是均等的，4 个子细胞各得一份细胞质；卵细胞的两次分裂是不均等的，3 个极体只分到极少细胞质。②生物学取舍——动物倾向于"多而小"的精子（靠数量与运动能力竞争），植物则常靠胚囊中的营养细胞为卵细胞提供庇护与营养，二者都是繁殖策略的不同选择。

📚 相关资料：人民教育出版社. 普通高中教科书教师教学用书·生物学 必修2《遗传与进化》。教材通过与精子形成过程的比较并配以图解，介绍卵细胞的形成过程；精子的形成过程中细胞质为均等分裂，一个精原细胞产生四个精细胞并经变形成为精子，而卵细胞形成过程中细胞质为不均等分裂，一个卵原细胞只产生一个卵细胞。

【疑难3】如何分析配子中染色体组合类型？

①不考虑互换——减Ⅰ后期非同源染色体自由组合，含 n 对同源染色体的个体可产生 2ⁿ 种染色体组成的配子（人的一个个体理论上可达 2²³ 种）；但同一个精原细胞（未经互换）只产生 2 种配子，因为一次分裂中非同源染色体的组合方式只有两种。

②考虑互换——配子种类大大超过 2ⁿ。

如果只考虑一对同源染色体上能区分重组的两个基因；每个发生互换的初级性母细胞只发生一次有效交叉互换；不考虑双交换、多次交换、染色单体干涉等复杂情况。则下面这段话很值得珍藏把玩：

若只考虑一对同源染色体，一个初级精母细胞经减数分裂可产生4个4种精子，其中非重组型精子有2个，重组型精子有2个，占1/2。一个初级卵母细胞经减数分裂产生4个4种细胞，其中非重组型有2个，重组型有2个，占1/2，但其中卵细胞只有1个1种。因此，若只考虑一对同源染色体，某个体因互换而产生的重组型配子所占比例为x，则发生互换的初级精（卵）母细胞所占比例为2x。

📚 相关资料：人民教育出版社. 普通高中教科书教师教学用书·生物学 必修2《遗传与进化》。减数分裂过程中非同源染色体的自由组合与四分体时期非姐妹染色单体间的互换，都会导致控制不同性状的基因重组，从而使配子中染色体组合具有多样性，这为"同一双亲的后代呈现多样性"提供了细胞学基础。

【疑难4】减数分裂过程中，如果染色体分配出错，会导致什么结果？

①减Ⅰ异常——同源染色体未分离，全部进入一个子细胞，结果产生的卵细胞染色体数目多一条或少一条；

②减Ⅱ异常——着丝粒不分裂，姐妹染色单体一起进入卵细胞，同样导致染色体数目异常；

③减数分裂前的间期出错——DNA 复制时发生基因突变，可能把致病基因传给卵细胞。

⚠️ 辨析提示：21 三体综合征（先天愚型）就是典型的染色体数目异常遗传病，既可能来自配子异常，也可能来自生殖细胞在减数分裂过程中染色体不分离。值得注意的是，异常也可以"无害"——如果异常发生在极体中，则卵细胞仍可能是正常的。

【真题演练】

真题1 （2022·重庆卷）

人卵细胞形成过程如图所示。在辅助生殖时对极体进行遗传筛查，可降低后代患遗传病的概率。一对夫妻因妻子高龄且是血友病 a 基因携带者（XᴬXᵃ），需进行遗传筛查。不考虑基因突变，下列推断正确的是（　　）

A．若第二极体的染色体数目为22，则卵细胞染色体数目一定是24

B．若第一极体的染色体数目为23，则卵细胞染色体数目一定是23

C．若减数分裂正常，且第二极体X染色体有1个a基因，则所生男孩一定患病

D．若减数分裂正常，且第一极体X染色体有2个A基因，则所生男孩一定患病

答案：D

解析：女性体细胞染色体数为 46（2n=46），正常卵细胞为 23 条。A 错误——第二极体与卵细胞来自同一次不均等分裂，若第二极体为 22 条，说明减Ⅰ时异常，卵细胞可能是 24 条，也可能是 23 条；B 错误——第一极体为 23 条时，次级卵母细胞可能减Ⅱ异常，卵细胞是 22 或 24 条；C 错误——减Ⅰ前期可能发生交叉互换，第二极体的 X 染色体上出现 a，卵细胞仍可能只带 A，男孩是否患病需综合判断；D 正确——第一极体的 X 染色体上有 2 个 A（未发生交叉互换），则说明次级卵母细胞的 X 染色体上只含 a 基因（两条姐妹染色单体均为 a），卵细胞必含 a，与 XᴬY 的父亲所生男孩（Y 来自父亲、X 来自母亲）一定患病。

⚠️ 辨析提示："第一极体"来自初级卵母细胞，"第二极体"来自次级卵母细胞，两者携带的基因可以不同，这是极体筛查的推理起点。

真题2 （2017·海南卷）

已知一小鼠的基因型为 XᴮXᵇ。该小鼠次级卵母细胞减数分裂的结果是（　　）

A．第二极体中同时含有B基因和b基因

B．卵细胞中可能含有B基因或含有b基因

C．若卵细胞中含有B基因，则极体中必不含有B基因

D．卵细胞中必然含有B基因，极体中可能含有b基因

答案：B

解析：该小鼠的初级卵母细胞经复制后为 XᴮXᴮXᵇXᵇ，减Ⅰ产生次级卵母细胞与第一极体，二者基因型互补：若次级卵母细胞为 XᴮXᴮ，则第一极体为 XᵇXᵇ（反之亦然）；减Ⅱ中次级卵母细胞产生卵细胞与第二极体，二者基因型相同。因此卵细胞中可能含 B 或含 b（B 正确）。A 错误——第二极体与卵细胞来自同一次分裂，基因型相同，不会同时含 B 和 b；C 错误——若发生交叉互换或次级卵母细胞本身含两种基因，极体中仍可能出现 B；D 错误——"必然含 B"与"可能含 b"的判断均与史实不符，卵细胞只含 B 或只含 b。

⚠️ 辨析提示："减Ⅰ分离同源染色体、减Ⅱ分离姐妹染色单体"两句话要能翻译成基因型——次级卵母细胞与其产生的卵细胞、第二极体基因型相同，而第一极体与它们互补。

真题3 （2022·浙江卷）

有丝分裂和减数分裂是哺乳动物细胞分裂的两种形式。某动物的基因型是 Aa，若该动物的某细胞在四分体时期一条染色单体上的 A 和另一条染色单体上的 a 发生了互换，则通常情况下姐妹染色单体分离导致等位基因 A 和 a 进入不同细胞的时期是（　　）

A．有丝分裂的后期　　   B．有丝分裂的末期

C．减数第一次分裂　　　D．减数第二次分裂

答案：D

解析：四分体时期出现在减Ⅰ前期，此时 A 与 a 位于同一条染色体的两条非姐妹染色单体上，互换后这条染色体的两条姐妹染色单体分别带 A 和 a，另一条同源染色体的姐妹染色单体上也分别带 A 和 a。到了减Ⅰ后期，分离的是同源染色体，两条染色体上各自都有 A 和 a，因此 A 和 a 并没有被"分开"到不同细胞；只有进入减Ⅱ后，着丝粒分裂、姐妹染色单体分开，A 和 a 才随姐妹染色单体分离而进入不同细胞。

⚠️ 辨析提示：无互换时，A 与 a 在减Ⅰ后期就随同源染色体分离了；发生互换后，它们要等到减Ⅱ后期才真正分开——这正是互换影响配子种类的直接证据。

【下期预告】

到这里，减数分裂的"减半"已经讲透：同源染色体联会、分离，姐妹染色单体着丝粒分裂，配子染色体数目减半。 可还有一个动作被留到了最后——一个精子上百万个精子，为什么只有一个能钻进卵细胞？卵细胞是怎么"认出"精子的？精子和卵细胞的细胞膜融合，又把谁的遗传物质送到了一起？ 请看下期必修2 2.1（三）受精作用，看"减半"之后的那一次"加回来"，以及它带来的后代多样性。

【参考文献】

[1] 人民教育出版社，课程教材研究所，生物课程教材研究开发中心. 普通高中教科书·生物学 必修2《遗传与进化》[M]. 北京：人民教育出版社，2019：第2章 第1节 减数分裂和受精作用.

[2] 人民教育出版社. 普通高中教科书教师教学用书·生物学 必修2《遗传与进化》[M]. 北京：人民教育出版社，2019：第2章 第1节 减数分裂和受精作用 教学建议.

[3] 刘祖洞，乔守怡，赵寿元，等. 遗传学（第3版）[M]. 北京：高等教育出版社，2013.

[4] 翟中和，王喜忠，丁明孝. 细胞生物学（第4版）[M]. 北京：高等教育出版社，2013.

[5] 人民教育出版社. 普通高中教科书教师教学用书·生物学 必修2《遗传与进化》[M]. 北京：人民教育出版社，2019：第2章 核心素养侧重点.