高中生物疑难精讲71 | 必修2 2.1 减数分裂和受精作用（三）

不同物种的精子和卵细胞一般不会发生受精作用，原因是什么？减数分裂过程中染色体分配异常，或者受精卵有丝分裂过程中染色体分配异常，将导致什么结果？

【本期导语】

数亿精子同时出发，却只有一个能赢得这场生命竞赛——这不是残酷淘汰，而是最浪漫的相遇。当精子穿越重重险阻，终于触碰到卵子表面，一场奇迹般的对话就此展开。让我们走进受精作用，见证生命最神奇的瞬间。 本期"必修2 2.1 第3课时"来看减数分裂之后的受精过程。

一、受精作用

1. 定义与前提

受精作用是卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。 它的前提是减数分裂：只有成熟生殖细胞，才能通过受精作用把数目恢复到与亲代体细胞相同的水平。

2. 过程

• 相互识别：精子与卵细胞细胞膜表面的糖蛋白负责相互识别，这是"同种生物的精子才可能与卵细胞融合"的细胞学基础。
• 精子的头部进入卵细胞：受精时只有精子的头部（主要是细胞核）进入卵细胞，尾部留在外面（尾部只是提供动力，不进入卵细胞）。
• 结果：形成受精卵（合子），其染色体数目恢复到体细胞水平（2n）。

3. 受精卵

• 细胞核（染色体）：一半来自父方（精子），一半来自母方（卵细胞）。
• 细胞质：几乎全部来自卵细胞——因为受精时只有精子的头部进入卵细胞，细胞质（含线粒体等细胞器）留在卵细胞外。这也是线粒体基因表现为母系遗传的细胞学原因。

二、受精作用的意义

1. 维持遗传的稳定性

减数分裂使配子染色体数目减半，受精作用又使受精卵染色体数目恢复。 二者共同保证了每种生物前后代染色体数目的恒定，使物种的遗传信息代代相传。

2. 产生后代的多样性

同一双亲的后代各不相同的主要原因：①减Ⅰ后期非同源染色体的自由组合；②减Ⅰ前期同源染色体非姐妹染色单体之间的互换；③受精时精子与卵细胞的随机结合。

3. 有性生殖的优越性

【疑难1】不同物种的精子和卵细胞一般不会发生受精作用，原因是什么？

📚 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》。受精作用首先是精子和卵细胞的相互识别，细胞膜表面的糖蛋白起识别作用。

【疑难2】减数分裂过程中染色体分配异常，或者受精卵有丝分裂过程中染色体分配异常，将导致什么结果？

1.减数分裂过程中染色体分配异常

机制： 减数分裂中同源染色体或姐妹染色单体未能正常分离（即不分离），导致产生的配子中染色体数目异常——有的配子多一条染色体，有的少一条。

结果： 异常配子与正常配子受精后，形成的受精卵（以及由它发育成的整个个体）中，几乎所有体细胞都携带异常数目的染色体。

减数分裂不分离：是唐氏综合征（21-三体综合征）最常见的原因。母亲卵子形成过程中21号染色体不分离，卵细胞携带两条21号染色体，与精子结合后形成47条染色体（三条21号染色体）的受精卵。由于个体所有细胞都源自这个受精卵的有丝分裂，全身几乎所有细胞都是三体，症状典型且通常较重。该风险与母亲年龄相关，35岁以上孕妇发生率显著升高。

2.受精卵有丝分裂过程中染色体分配异常

机制： 受精卵在早期分裂时，某次有丝分裂中姐妹染色单体未能正常分开，导致一个子细胞多了一条染色体，另一个子细胞少了一条染色体（后者往往死亡）。

结果： 从出错的那个分裂时刻起，胚胎中出现了两种细胞系——正常的二倍体细胞和异常的非整倍体细胞。受精卵本身染色体正常，但早期有丝分裂出错后，一部分细胞为21-三体，另一部分细胞正常，形成嵌合型唐氏综合征。患者症状的严重程度取决于异常细胞所占的比例和分布：若三体细胞比例低，智力受损和发育异常可能较轻，甚至接近正常。

📚 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》。减数分裂和受精作用保证了遗传的稳定性和多样性；不良的环境因素（如低温、吸烟）可通过影响减数分裂或受精过程而影响后代健康，因此进行遗传咨询和产前诊断是减少出生缺陷的重要措施。

【真题演练】

真题1 （2022·湖北卷）

为了分析某 21 三体综合征患儿的病因，对该患儿及其父母的 21 号染色体上的 A 基因（A₁~A₄）进行 PCR 扩增，经凝胶电泳后，结果如图所示。关于该患儿致病的原因叙述错误的是（　　）

A．考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂 21 号染色体分离异常

B．考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂 21 号染色体分离异常

C．不考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂 21 号染色体分离异常

D．不考虑同源染色体互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂 21 号染色体分离异常

答案：D

解析：21 三体综合征患儿的第 21 号染色体有三条，说明其体细胞中多了一条 21 号染色体。A、B 正确——若发生交叉互换，A₁~A₄ 中的标记会重新组合，减Ⅰ或减Ⅱ染色体分离异常都可能把两条 21 号染色体带进同一个配子；C 正确——不考虑交叉互换时，减Ⅰ后期同源染色体不分离，两条 21 号染色体一起进入次级卵母细胞，再经减Ⅱ形成含 2 条 21 号染色体的异常卵细胞；D 错误——若为减Ⅱ异常且未发生交叉互换，姐妹染色单体所携带的标记应完全一致，电泳结果不会出现三条不同条带。

⚠️ 辨析提示：判断"减Ⅰ还是减Ⅱ异常"的技巧——看异常染色体上是否同时含有来自不同同源染色体的标记；"携带不同标记"指向减Ⅰ（同源染色体未分离），"携带相同标记"指向减Ⅱ（姐妹染色单体未分离）。

真题2 （2021·重庆卷）

人的一个卵原细胞在减数第一次分裂时，有一对同源染色体没有分开而进入次级卵母细胞，最终形成染色体数目异常的卵细胞个数为（　　）

A．1　　B．2　　C．3　　D．4

答案：A

解析：一个卵原细胞经减数第一次分裂产生 1 个次级卵母细胞与 1 个第一极体；题意中这一对同源染色体没有分开、一起进入次级卵母细胞，导致次级卵母细胞中多一条染色体。它随后进行正常的减数第二次分裂，最终只形成 1 个卵细胞和 1 个第二极体，其中只有这 1 个卵细胞的染色体数目是异常的，极体异常与否不影响"卵细胞个数"这一问。

⚠️ 辨析提示：卵原细胞的分裂产物是"1 卵 + 若干极体"，所以"异常卵细胞个数"最多是 1；这类题的正确答案常常让人意外，务必按卵细胞分裂的实际产物数作答，不要用精子的思维（1 个精原细胞产生 4 个精子）去套。

【下期预告】

19 世纪，萨顿发现蝗虫生殖细胞中染色体的分离方式与孟德尔假设的遗传因子的分离方式惊人相似，从而提出了一个大胆的假说：基因在染色体上。"基因在染色体上"是怎么被证实？ 请看下期必修2 2.2 基因在染色体上。

【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 概述.