备课素材：动物的孤雌生殖--高一下学期生物人教版必修2

动物的孤雌生殖 高中生物学必修二“染色体变异”中对于单倍体的来源，解释：未受精卵发育而来。最典型的实例就是雄蜂，它是由蜂王产生的卵细胞未经受精，直接发育而来。这种生殖方式叫孤雌生殖。单倍体的雄蜂（n=16）的精母细胞第一次分裂时出现单极纺锤体，仅在细胞的一级挤出一个无核的细胞质芽体，不发生染色体减数。第二次分裂时，则按正常的方式进行。结果每一精母细胞仅形成两个精细胞，各保有雄蜂原来的单倍染色体数。雄蜂的减数分裂称为假减数分裂。如下图所示： 地球上大多数动物都需要雌雄两性结合才能繁殖后代，人类也不例外。父母双方各为后代提供一半的染色体，经过一代代的繁殖，这种生殖方式可将种群的DNA重新打乱组合，孢子该物种的遗传多样性，可帮助它们适应不断改变的环境。 然而，也有那么一些动物，它们可依靠孤雌生殖繁育后代，它们的孩子天生没有爸爸，只有妈妈。所谓孤雌生殖就是不需要雄性，雌性自身可以产生后代的繁殖方式。在低等的原生动物、无脊椎动物和低等脊椎动物中孤雌生殖是很常见的一种生理现象。像蚜虫、竹节虫、蓟马，甚至科莫多龙也出现过孤雌生殖的现象。但有些动物的孤雌生殖原理与雄蜂不完全一样。1、 新墨西哥鞭尾蜥蜴（(Aspidoscelis neomexicana)） 这种蜥蜴全部是雌性，生殖方式为孤雌生殖，也就是说它们的卵无须受精便直接发展成为胚胎。鲍曼的团队发现，在卵成形之前，雌性鞭尾蜥蜴的细胞变为正常染色体的两倍，这样一来，卵子的染色体达到正常数量，其遗传多样性也可与有性生殖的蜥蜴相匹敌。为什么会发生这种情况呢？鲍曼说，这是因为在很久之前，鞭尾蜥蜴发生过一次“杂交事件”，也就是某种鞭尾蜥蜴的雌性与另一种的雄性进行了交配。这种交配使鞭尾蜥蜴具有了较好的杂合性，而杂合性又通过无性繁殖过程中发生的克隆保存下来。这是一种遗传多样性的优势，今天的雌性鞭尾蜥蜴仍在通过这种方式繁殖。也有科学家认为这种性别专属的策略具有其演化优势：无论哪一只鞭尾蜥落单了，它都可以延续自己的基因，而那些需要依赖雄性才能繁殖的鞭尾蜥则逐渐消亡。这是一种非常特别的单性生殖，只出现于没有雄性存在的情况下。那些被困在孤岛上的雌性鞭尾蜥，逐渐转变了生物学特征，以进行单性生殖。2、科莫多龙(Varanus komodoensis) 科莫多龙也叫科莫多巨蜥，是现存最大的蜥蜴。2006年，两家美国动物园的工作人员发现有两只雌性科摩多龙分别产下了不同寻常的一窝卵。这两条巨蜥圈养在不同的机构中，一条在切斯特动物园，另一条在伦敦动物园。这些卵最终都孵化为健康的后代，尽管任何一只雌龙都未曾接触过任何雄性。更有趣的是这些小科莫多龙全身雄性的。科摩多巨蜥的性染色体是ZW体系，其中ZW为雌性，ZZ为雄性，WW不能存活。所以ZW的雌性孤雌生殖的产物要么是ZZ，要么是WW，所以后代全部为雄性。后代全部是雄性证明它们未受精的卵是单倍体，不久后自己复制成双倍体。这种特别的单胜繁殖方式有利于一头单独生活的雌性繁衍后代，当然也可能会危害到种群的多样性分化。值得一提的是，1998版的电影《哥斯拉》中的怪兽也被描述为孤雌生殖的动物，尽管不知道这个脑洞大开的依据在哪里，都不得不给编剧点个赞。3、火鸡（Meleagris gallopavo）1953年，美国科学家M. W. Olsen意外的发现，14%的贝尔茨威尔小种白火鸡的未受精蛋可以发育。上世纪80年代，人们又发现两种常见的鸡种——横斑洛克公鸡和白来杭母鸡杂交后的母鸡产的未受精蛋中，也有15%可以发育。当然这些鸡蛋中的大部分到第三天就停止发育了。美国马里兰州动物生理及遗传研究所的P. Sarvella曾经用一只“处女鸡”下的8000只蛋孵出7只小鸡，其中三只没活过一周，其他四只也十分虚弱。火鸡也为ZW性别决定方式，其孤雌生殖的原理是：卵细胞和与其同来源的第二极体结合形成的“合子”发育成了胚胎。具体如下图，因此，所产生的后代也均为雄性。（有木有注意到和科莫多龙孤雌生殖过程的异同在哪里？）4、窄头双髻鲨（Sphyrna tiburo） 2001年12月14日，在养在一起的三条雌性窄头双髻鲨中，有一条产下了健康的雌性后代。这三条雌性鲨鱼是在未成年时，从美国佛罗里达群岛海域捕获的。它们都没有接触过雄性鲨鱼。据纽约州立大学石溪分校的Demian Chapman团队称，这三条雌性窄头双髻鲨中确实有一条进行了生育。随后的遗传学检测证实，没有雄性鲨鱼参与其中。后来科学家在其他4种鲨鱼中也发现了同样的现象。 Chapman说：“看起来这是一种在许多鲨鱼中都存在的现象。”5、蟒蛇(Boa constrictor) 直到2010年之前，蟒蛇一直被认为只能够进行有性生殖。但一条名为Thelma的雌性蟒蛇，在美国路易斯维尔动物园独自生活了4年，从未与任何雄性同类接触过。然而，它产下了61枚卵，并孵出了6个健康的后代。难道它是在许多年以前与某条雄性蟒蛇交配过，然后将其精子储存起来了？遗传学检测很快给出了答案：Thelma是世界上第一条无性生殖的网纹蟒。它所产下的卵具有长成雌性后代的所有遗传信息，无需雄性蟒蛇的精子或DNA。取代精子的是生殖细胞分裂时的副产物——极体，Thelma的卵细胞与极体结合，并最终发育成胚胎。因此，它的每个后代都具有它一半染色体的两份拷贝，换句话说，它们就是Thelma的半克隆体。看起来，这方式和火鸡是一毛一样呢。6、好望角蜜蜂(Apis mellifera capensis) 相信各位对于蜜蜂的生殖方式已经非常了解了，蜜蜂中的蜂后、工蜂是由受精卵发育而来，属于卵式生殖；而雄蜂则由蜂后的未受精卵直接发育而来，属于孤雌生殖。雄蜂属于单倍体，可经过假减数分裂产生与之体细胞相同染色体数的精子。工蜂和蜂后尽管都是受精卵发育而成，然而由于养育方式的差异导致其生殖器官发育不全，故无生殖能力。不过，今天要说的好望角蜜蜂和一般蜜蜂还有些不同，它的工蜂可以产下基本上由自己体内的DNA受精的卵子，这样就发育成新的工蜂了。Mr Webster说：“和其它非洲蜜蜂相比，这种好望角蜜蜂少部分出现了不同频率上的基因变异。比如说，基因变体会影响产卵的细胞分裂过程，这就可以解释，尽管工蜂卵子没有受精，却可以发育成新的工蜂了。”7、小火红蚁（Wasmannia auropunctata） 小火红蚁也能孤雌生殖，但与蜜蜂相反的是，蚁后通过孤雌生殖来繁育新蚁后，受精卵发育成不育的雌性工蚁和雄蚁。8、蚜虫（Aphidoidea） 繁殖模式最复杂的孤雌生殖动物莫过于蚜虫。以榆四脉绵蚜（Tetraneura ulmi）为例，每年春天，被称为“干母”的蚜虫通过孤雌生殖的方式（并且是卵胎生，即蚜虫卵在原母体内孵化）在榆树上生下30-40只称为“迁移蚜”的小蚜虫，这些生下来体内就已经有发育成熟卵的移行虫长着翅膀，“她们”飞到各处，繁殖出几代没有翅膀的“流亡虫”。初秋，“流亡虫”繁殖出长翅膀的“性母”，飞回榆树，产下卵，生出没有翅膀的一代“性蚜”，这些蚜虫里有雄也有雌，然后雌雄交配，雌虫在树皮里产下一颗相当于自己体积三分之二大的卵。接下来，这颗大卵度过寒冬，到春天，孵化成“干母”。这一复杂的过程的多数细节不为人知，环境因素中的温度、光照到底如何影响了蚜虫的繁殖方式和翅膀的发育， 当然，这里无法将所有能进行孤雌生殖的动物逐一列举，还有诸如蛭形轮虫、淡水水蚤等许多动物亦可。这些例子涵盖了低等无脊椎动物以及脊椎动物中的鸟类、爬行类和节肢类等，却独不见哺乳动物的踪影。因为相较而言，哺乳动物孤雌生殖理论上困难得多。由于存在一种特殊的“印记基因”机制，缺乏雄性遗传物质的哺乳动物胚胎很难存活。目前尚未有自然界哺乳动物孤雌生殖的案例。那么，属于哺乳动物的人类自不必说。目前为止，尚未证实自然情况下人类孤雌生殖的发生。例、蜜蜂(2n＝32)的孤雌生殖是指卵细胞未经受精直接发育为雄蜂。一雌蜂产生卵细胞直接发育为雄蜂的过程中某时段细胞核内DNA含量变化如图所示。下列相关叙述正确的是A.基因重组发生在AB段和GH段B.整个过程中染色体条数和染色体组数最多分别为64和4C.减数分裂过程中有两条染色体分离异常产生了一只具有17条染色体的雄蜂，则异常可能发生在AB段或CD段D.若不考虑基因突变，则AB段每条染色体所含姐妹染色单体携带的遗传信息是一样的答案： C解析：GH段没有同源染色体，不能发生基因重组，A错误。整个过程中染色体条数最多为32，染色体组最多为2，B错误。具有17条染色体的雄蜂可能是同源染色体没有分开，也可能是着丝点没有分裂，C正确。在四分体时期可能发生交叉互换使遗传信息不完全相同，D错误。