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第七章　生　殖

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【前言】

《關鍵詞》生殖、無性生殖、有性生殖、細胞分裂、染色體、同源染色體、減數分裂、營養器官繁殖、受精、體內受精、體外受精、生殖器官、生殖行為

　　生殖是指生物產生新個體的生命現象。生殖對生物具有雙重的意義：一為新個體的產生；一為種的延續。因此，個體雖然會有生命終結的一天，但由於生殖現象，使生物能永續長存。

　　生物因構造繁簡不同，生殖的方式亦不盡相同，這些不同的生殖方式可歸納成無性生殖與有性生殖兩大類。無性生殖只要單一個體就能完成，且無需配子的參與(活動7-1)。有性生殖則需由生物的雌性與雄性個體分別提供雌配子(卵)和雄配子(精子或精細胞)，兩者結合成一個受精卵，受精卵再發育成一個新個體。

　　無性生殖與有性生殖都需進行細胞分裂，將染色體適當地分配到子細胞中。染色體住於細胞核內，它是一種承載遺傳物質DNA的構造，呈細絲狀，但在細胞分裂時，會聚縮成較粗短且易觀察的形狀(圖7-1)。

每一種生物的體細胞都有一定的染色體數，例如人類的體細胞有40條染色體，果蠅則有8條染色體。仔細分析這些染色體，會發現各種形式的染色體都有兩條(圖7-2.1)，這兩條成對且同形狀的染色體稱為同源染色體，所以體細胞具有雙套染色體。在配子中各種形狀的染色體都只有一條(圖7-2.2)，所以配子的染色體數僅為體細胞的一半，例如人類卵和精子各有23條染色體，果蠅則為4條染色體；也就是說，配子具有單套染色體。一旦雌雄配子結合後，細胞又恢復雙套染色體(圖7-3)。

細胞通常是生長與分裂交替進行，因而形成細胞週期(圖7-4)。在細胞週期中，細胞生長期占大部分時間。當細胞長到一定大小時，便會進行細胞分裂產生兩個子細胞。由於每一條染色體在細胞分裂前會先複製成兩條，所以在細胞分裂後所產生的兩個子細胞，各含有與原來細胞中數目相同的染色體 (圖7-5)。 　　生物在產生配子時，染色體也會先複製一次，但卻經過兩次分裂產生四個子細胞，因此配子中所含的染色體套數僅為一般體細胞的一半，所以產生配子時的細胞分裂特稱為減數分裂(圖7-6)。

　　生物可以利用無性生殖與有性生殖來增殖。無性生殖有下列幾種常見的方式：

分裂生殖
　　由一個親代分裂為兩個大小相近的子代，而使個體數增加的生殖方式，例如草履蟲(圖7-7A.1)就是以這種分裂方法來繁殖後代。

出芽生殖
　　單細胞生物如酵母菌在適當環境下，其細胞會凸出形成一個球形芽體，由母體供應養分使之成長；芽體成長後，會在與母體相接處形成細胞壁，於是與母體分離成為獨立的新個體，此現象稱為出芽生殖(圖7-7A.2)。某些多細胞動物也能像酵母菌一樣行出芽生殖；如水熄可由它的體壁某處向外凸出芽體，並持續成長(圖7-7B.3)；當芽體長大，頂端形成新口和觸手，並能自行捕食時，新個體便脫離母體行獨立生活(圖7-7B.4)。

斷裂生殖
　　一些較低等的生物，例如顫藻、渦蟲和海葵等，可行斷裂生殖，即個體會斷裂成許多片段，再由這些片段發育成許多小個體。

以渦蟲為例，將渦蟲橫切成兩段，其具有頭部的前段可向後新生出尾部，而具有尾部的後段可向前新生出頭部(圖7-8)。

孢子繁殖
　　黴菌、蘚苔和蕨類等生物能產生大量的孢子。孢子散播到適當的環境中即能萌發成新個體，例如柑橘類果皮上的青黴。青黴的菌絲可侵入果實中吸收營養，另一些菌絲伸出果皮外露在空氣中，其頂端有數根分支並產生成串孢子，當孢子脫離後，掉落在果皮上，又能萌芽發育成新的菌絲(圖7-9)。

營養器官繁殖
　　高等植物的根、莖、葉是營養器官，利用這些器官繁殖後代的方法，叫做營養器官繁殖 (活動7-1)。例如由甘藉的塊根、馬鈴薯的塊莖上都可長出新芽，發育成為新的植株。草莓、蛇莓的匐匐莖都有節，當觸及地面時，即可長出新植株。洋蔥的鱗莖或落地生根的肥厚葉片經種植後，可長成新的植株(圖7-10)。又如玫瑰、榕樹、萬年青等許多植物也可以切下一段枝條，插入土中繁殖。農民和從事園藝的人，常利用這些方法繁殖農作物、花卉或盆景。

大多數的高等動物是雌雄異體，雌性個體產生卵，而雄性個體則產生精子。卵細胞的體積較精子大，例如雞蛋的卵黃部分，就是卵細胞的本體 (活動7-2)。精子通常都很微小，且多具鞭毛狀的尾部以利運動而游向卵，一個卵只有一個精子與之結合。卵和精子的結合稱為受精。由於精子需要液體作為媒介才能游向卵，所以陸生動物只能以體內受精的方式，亦即雄性藉由交配將精子送入雌性體內，以進行受精作用(圖7-12)。至於水生及兩生動物，則大多以體外受精的方式達到受精的目的(圖7-13)。

　　動物受精卵的發育有三種型式：卵生、卵胎生和胎生等。鳥類、鱷魚及有些蛇類等為卵生動物(圖7-14)。鳥類將卵產出後，即藉由孵卵的行為使受精卵在適當的溫度下，發育成胚胎，之後孵出雛鳥(圖7-15)。蛇常利用陽光使體溫上升，然後再將身體盤繞在卵上，使卵在適當的溫度下孵化。卵胎生動物如孔雀魚、大肚魚和某些蛇類等，其受精卵則停留在母體內，藉卵本身的卵黃供給營養並發育成幼體，一待成熟，母體即將幼體連同卵膜產出體外。而胎生動物如人、牛、羊及駱駝(圖7-16)的受精卵一般都很微小，卵黃含量少。卵在母體的輸卵管上端完成受精作用，發育成早期胚胎後即下降到子宮，埋入母體的子宮壁內，藉臍帶與胎盤由母體獲得養分，直待胎兒成熟，即自母體產出，形成一個獨立的新生命(圖7-17)。胎生動物的胎兒因受到母體適當的保護，所以存活率比卵生者高。

　　植物的花是生殖器官 (活動7-3)，一朵典型的花具有雄蕊、雌蕊、花瓣和萼片四個部分，下面有膨大的花托托住，如百合與朱槿。有些植物的花只具有雄蕊或雌蕊，如玉米與絲瓜的雄花與雌花(圖7-18)。雄蕊頂端的花藥內有花粉粒，其內含有精細胞；雌蕊基部膨大為子房，子房內有胚珠，胚珠內有卵細胞。雄蕊的花粉粒經風、水、昆蟲或鳥的幫忙傳到雌蕊的柱頭上(圖7-19)，於是花粉粒會萌發產生一條花粉管，將精細胞送入胚珠中和卵受精。受精以後，胚珠會發育為種子，子房發育為果實。種子經播種後，會萌芽長成新個體，完成植物的有性生殖(圖7-20)。

　　生殖行為是指動物行有性生殖時，動物間由求偶開始到完成配子結合並產下後代的各種表現。生殖行為可以確保物種的延續。在生殖季節裡，動物會群聚追逐求偶，以達交配目的(圖7-21)。動物常藉專一性的求偶活動來吸引同種異性，例如不同的雄蛙有著不同的叫聲，其只能吸引同種雌蛙的反應(圖7-22、圖7-23)；飛蛾和哺乳動物在生殖季節會散發特定的體味，誘引同種異性的追逐和交配；雄性鬥魚體色變鮮豔，或雄孔雀開屏，都是具有專一性的求偶展示。

　　臺灣獼猴群中，只有常攀高處並高舉尾巴的猴王，有比較多的機會和猴群中的數隻母猴交配，其他公猴則不具有這種生殖行為的優勢，因此攀高和舉尾是猴王的標幟(圖7-24)。

　　有些動物有護卵行為，有些有育幼行為(圖7-25)。動物產卵數和卵在發育中受到保護的程度有關。例如魚類大多不會保護卵，所以產卵量雖大，但發育為成魚者卻很少。鳥類因會築巢產卵，並且有孵卵和育幼行為，通常僅產少數卵。哺乳類的胎兒和幼兒都受到最完善的保護與照顧，所以產卵數最少。

1. 生物的種類繁多，其生殖方式可歸納成無性生殖與有性生殖兩大類，你認為這兩種生殖方法各有何優、缺點?
   
2. 動物與陸生動物在生殖行為上有何不同?想想看，這有什麼意義呢?

　目的：
　　植物的營養器官雖然與植物的維生有關，但亦可用以繁殖。
　　本活動利用數種植物之營養器官進行試驗，以了解營養器官繁殖的意義和結果。

　器材：

1.棉花 　　少許	2.容器(燒杯或透明空罐)　　1個
3.培養皿 　2個	4.牙籤 　　　　3支
5.甘藷 　　1個	6.萬年青 　　　1段(含數個節)
7.蒜頭或紅蔥頭 　　1個	8.落地生根或石蓮的葉　　　 1片

　步驟：

　　一、塊根的繁殖

1. 將甘藷塊根的一端朝下，放入容器內，塊根底部不可接觸容器，必要時使用牙籤將甘藷架起(圖7-26)。
2. 容器內加入適量的水使塊根底部(約2公分)浸在水中，每天加水保持一定水量，並將甘藷塊根置於室內
3. 每四天觀察萌芽及長根的情形，記錄發芽的位置、芽數、芽的長度及顏色，同時記錄根的生長位置及長度。連續觀察2~4星期，將每次結果記錄在紀錄簿上。

　　二、莖的繁殖

1. 將蒜頭或紅蔥頭種在土壤或放在培養皿的棉花上，每天澆水保持溼潤；或將萬年青的一段莖插在有水的容器內，並定時加水，以保持水量一定。
2. 每兩天觀察芽或根的生長情形，並記錄生長位置及長度。連續觀察兩星期，將結果記錄在紀錄簿上。

　　三、葉的繁殖

1. 將一片落地生根或石蓮的葉片放置在土壤或培養皿的棉花上，每天澆水保持溼潤。
2. 每兩天觀察芽及根的生長情形，記錄芽的生長位置、數目及長度，並記錄根的生長位置及長度。連續觀察兩星期，將結果記錄在紀錄簿上。

　問題：

1. 甘藷塊根之嫩芽及根各由何處長出?
   
2. 蒜頭、紅蔥頭或萬年青分別從何處長出新芽及新根?並說明其生長方向。
   
3. 落地生根或石蓮分別從葉片何處長出新芽及新根?每片葉片可長出多少小植物?

　目的：
　　觀察蛋的各部分構造

　器材：

1.剪刀 　　　1把	2.鑷子　　　 1把
3.培養皿 　　1個	4.雞蛋 　　　1個

　步驟：

1. 用剪刀柄在雞蛋的鈍端輕輕敲出裂紋，用鑷子將碎裂的殼除去，注意不要弄破底下的膜(圖7-27)。當殼去掉的範圍夠大時，將可看到鈍端下方的氣室。

2. 剪掉氣室上方的殼膜，看看氣室的範圍。
3. 剪破氣室下方的殼膜，把殼膜內的東西倒到培養皿內觀察。
4. 比照圖7-28，觀察蛋的各部分，包括蛋白、卵黃、繫帶，以及卵黃上的小白點。

注： 小白點內含細胞核。卵黃和小白點是由雞的卵巢產生的，當卵黃和小白點通過輸卵管時，輸卵管先產生繫帶以固定卵黃的位置，使它位於蛋的中間。然後輸卵管再依序分泌蛋白、殼膜、蛋殼加在卵黃外，最後一個完整的雞蛋由輸卵管末端的開口排出。

　問題：

1. 試推測已受精的雞蛋中，哪一部位可以發育成小雞?
   
2. 蛋白和卵黃對已受精的雞蛋有什麼功用?
   
3. 蛋殼有什麼功用?
   
4. 蛋氣室的大小是否與新鮮度有關，為什麼?

　目的：
　　觀察花各部分的構造

　器材：

1.刀片 　　　　　　1把	2.滴管 　　　　1支
3.解剖顯微鏡 　　　1台	4.複式顯微鏡 　1台
5.盛開的花(百合、康乃馨或茶花) 　　數朵	6.載玻片 　　　1片
7.蓋玻片 　　　　　1片	8.牙籤 　　　　1支

　步驟：

1. 取一朵花，仔細觀察下列各部分構造，並記錄其數目：
   花托---位於花的基部，是花與花柄相接的構造。
   萼片---位於花的最外側，通常為綠色。
   花瓣---位於萼片內側，常有鮮豔的顏色或有香味。
   雄蕊---位在花瓣的內側，其柱狀的花絲和頂端膨大的花藥，花藥內有很多花粉粒。
   雌蕊---位於花的中央，外形為瓶狀，頂端稱柱頭，底下膨大稱為子房。
2. 將紀錄簿上花的各部位加注名稱。
3. 先滴一滴水在載玻片上，再用牙籤刮取花藥上的花粉粒少許，放在載玻用的水中，再蓋上蓋玻月，放在複式顯微鏡下，先用低倍鏡，再用高倍鏡觀察。在紀錄簿上畫出花粉粒的形狀。
4. 將萼片、花瓣、雄蕊摘除，只留下雌蕊，用刀片將雌蕊基部膨大的子房縱切(圖7-29)，用解剖顯微鏡觀察其內的胚珠，並在紀錄簿上畫出胚珠著生的情形。

　問題：

1. 花的顏色及香味對植物的有性生殖，有何幫助?
   
2. 不同植物的花粉粒，它們之間有何不同?