第19講染色體變異與育種,突破1染色體變異,突破2生物變異在育種上的應(yīng)用,總綱目錄,突破3實(shí)驗(yàn)低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化,一、染色體結(jié)構(gòu)的變異(連一連),aDbCcBdA,名師點(diǎn)睛(1)基因中堿基對(duì)“缺失”染色體結(jié)構(gòu)變異中的“缺失”。(2)“易位”“交叉互換”。二、染色體數(shù)目的變異1.染色體組(1)概念:細(xì)胞中的一組非同源染色體,在形態(tài)和功能上各不相同,但又互相協(xié)調(diào),共同控制生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和變異,這樣的一組染色體叫做一個(gè)染色體組。(2)組成:如圖為一雄果蠅的染色體組成,其染色體組可表示為:、X或、Y。,2.二倍體、多倍體和單倍體的比較,1.圖中a和b的操作是秋水仙素處理,其作用原理是抑制紡錘體的形成。,三、單倍體育種和多倍體育種四倍體二倍體單倍體純合二倍體,2.圖中c過程是花藥離體培養(yǎng)。,3.單倍體育種的優(yōu)點(diǎn)是明顯縮短育種年限。,名師點(diǎn)睛(1)用秋水仙素或低溫處理種子時(shí)一定要注意處理的是萌發(fā)的種子。(2)由配子形成的單倍體在染色體數(shù)目加倍時(shí)只能處理其幼苗。,1.雜交育種(1)含義:將兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起,再經(jīng)過選擇和培育,獲得新品種的方法。(2)育種原理:基因重組。(3)方法:雜交自交選種自交。,四、雜交育種與誘變育種,2.誘變育種(1)含義:利用物理因素或化學(xué)因素來處理生物,使生物發(fā)生基因突變。(2)育種原理:基因突變。,3.生物育種原理、方法、實(shí)例AaAeBcCbCd,1.基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異都導(dǎo)致個(gè)體表現(xiàn)型改變。(),3.將雜合的二倍體植株的花粉培育成一株幼苗,然后用秋水仙素處理,使其能正常開花結(jié)果。該幼苗發(fā)育成的植株具有能穩(wěn)定遺傳的特征。(),2.染色體增加某一片段可提高基因表達(dá)水平,是有利變異。(),5.觀察異常染色體應(yīng)選擇處于分裂間期的細(xì)胞。(),4.染色體結(jié)構(gòu)變異可為生物進(jìn)化提供原材料。(),6.三倍體西瓜植株的高度不育與減數(shù)分裂同源染色體聯(lián)會(huì)行為有關(guān)。(),12.人工誘導(dǎo)多倍體的唯一方法是用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。(),11.用AaBb個(gè)體進(jìn)行單倍體育種,要用秋水仙素處理萌發(fā)的種子。(),10.人工誘變育種的優(yōu)點(diǎn)是可以提高突變率,加速育種工作的進(jìn)程。(),9.“將含抗病基因的重組DNA導(dǎo)入玉米細(xì)胞,經(jīng)組織培養(yǎng)獲得抗病植株”包含了基因工程技術(shù)。(),8.基因工程育種與雜交育種的原理相同。(),7.某染色體上缺失一個(gè)堿基對(duì)屬于基因突變,缺失一個(gè)基因?qū)儆谌旧w變異。(),突破1染色體變異,1.染色體結(jié)構(gòu)變異與基因突變、基因重組的辨析(1)染色體結(jié)構(gòu)變異與基因突變的判斷,(2)“缺失”問題(3)變異水平問題,2.單倍體、二倍體與多倍體的比較,3.染色體易位與交叉互換,歸納提升變異類型與細(xì)胞分裂的關(guān)系|,1.“三看”法判斷生物變異的類型(1)DNA分子內(nèi)的變異:,(2)DNA分子間的變異:,2.染色體組數(shù)量的判斷方法,(1)同一形態(tài)的染色體有幾條就有幾個(gè)染色體組。如圖中有4個(gè)染色體組。(2)控制同一性狀的等位基因有幾個(gè)就有幾個(gè)染色體組。如AAabbb個(gè)體中有3個(gè)染色體組。(3)染色體組數(shù)=,如圖中染色體組數(shù)為=4。,3.單倍體、二倍體和多倍體的判斷方法,考向1以基礎(chǔ)判斷或相關(guān)圖示的形式,考查染色體結(jié)構(gòu)變異1.(2018北京海淀期末)某初級(jí)精母細(xì)胞在發(fā)生減數(shù)分裂時(shí),兩對(duì)同源染色體發(fā)生特殊的聯(lián)會(huì)現(xiàn)象(如圖,字母為染色體區(qū)段的標(biāo)號(hào),數(shù)字為染色體的標(biāo)號(hào)),減數(shù)第一次分裂后期四條染色體隨機(jī)兩兩分離,遺傳信息不丟失的配子才成活。以下分析不正確的是(),A.可利用光鏡觀察這種特殊聯(lián)會(huì)現(xiàn)象B.、發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)的變異C.圖中四條染色體共有4種分離方式D.含、或、的配子可以成活,答案C題圖變異的原因是、發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位,故可利用光鏡觀察這種特殊聯(lián)會(huì)現(xiàn)象,A、B正確;由題意可知,圖中四條染色體隨機(jī)兩兩分離,共有3種分離方式,C錯(cuò)誤;由題意可知,含、或、的配子,遺傳信息沒有丟失,可以成活,D正確。,2.甲、乙為兩種果蠅(2n),如圖為這兩種果蠅的各一個(gè)染色體組,下列敘述正確的是()A.甲、乙雜交產(chǎn)生的F1減數(shù)分裂都正常B.甲發(fā)生染色體交叉互換形成了乙C.甲、乙1號(hào)染色體上的基因排列順序相同D.圖示染色體結(jié)構(gòu)變異可為生物進(jìn)化提供原材料,D,答案D分析圖可知,甲的1號(hào)染色體倒位形成乙的1號(hào)染色體,B錯(cuò)誤;染色體倒位后,染色體上的基因排列順序改變,C錯(cuò)誤;倒位后甲和乙的1號(hào)染色體不能正常聯(lián)會(huì),減數(shù)分裂異常,A錯(cuò)誤?；蛲蛔儭⑷旧w變異和基因重組為生物進(jìn)化提供原材料,D正確。,考向2以基礎(chǔ)判斷或圖示分析的形式,考查染色體數(shù)目變異3.(2018北京八中期中)下列關(guān)于子細(xì)胞基因型異常發(fā)生時(shí)期的判斷,正確的是(),A,答案A基因組成為AaBb的細(xì)胞分裂形成的子細(xì)胞的基因組成為AAaBb和aBb,可推知在有絲分裂后期,含有A基因的兩條子染色體移向了同一極,進(jìn)入了基因組成為AAaBb的子細(xì)胞中,同時(shí)形成的另一個(gè)子細(xì)胞的基因組成為aBb,A正確;基因型為DD的個(gè)體,產(chǎn)生的子細(xì)胞基因組成為D、d,可推知這兩個(gè)子細(xì)胞是配子,說明發(fā)生異常的時(shí)期是減數(shù)第一次分裂前的間期,發(fā)生了基因突變,B錯(cuò)誤;基因型為AaBb的個(gè)體產(chǎn)生了基因組成為AaB、AaB、b、b的子細(xì)胞,可推知,在減數(shù)第一次分裂后期,含有A基因和a基因的同源染色體未分離,C錯(cuò)誤;基因型為AaXBXb的個(gè)體產(chǎn)生了基因組成為AAXBXb、XBXb、a、a的子細(xì)胞,可推知,在減數(shù)第一次分裂后期,兩條X染色體未分離,且減數(shù)第二次分裂后期,含有A基因的姐妹染色單體未分離,D錯(cuò)誤。,4.如圖表示細(xì)胞中所含的染色體,的基因型可以表示為()A.:AABb:AAABBb:ABCD:AB.:Aabb:AaBbCc:AAAaBBbb:ABC.:AaBb:AaaBbb:AAaaBBbb:AbD.:AABB:AaBbCc:AaBbCcDd:ABCD,C,答案C根據(jù)細(xì)胞中所含的染色體的類型判斷,含有兩個(gè)染色體組,含有三個(gè)染色體組,含有四個(gè)染色體組,含有一個(gè)染色體組,等位基因或相同基因位于同源染色體上,分析得出C正確。,突破2生物變異在育種上的應(yīng)用,1.針對(duì)不同目的的雜交育種程序(1)培育雜合子品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,可以將雜種一代作為種子直接使用,如水稻、玉米等。其特點(diǎn)是可以利用雜種優(yōu)勢(shì),獲得高產(chǎn)、抗性強(qiáng)的品種,但種子只能種一年。培育的基本步驟如下:選取符合要求的純種雙親雜交()F1(即為所需品種)。,(2)培育隱性純合子品種選取雙親雜交()F1F2選出表現(xiàn)型符合要求的個(gè)體種植并推廣。(3)培育顯性純合子品種選取雙親雜交()F1F2選出表現(xiàn)型符合要求的個(gè)體F3,選出穩(wěn)定遺傳的個(gè)體推廣種植。,2.不同育種目標(biāo)的育種方式選擇(1)培育無子果實(shí)可選擇多倍體育種,其原理是三倍體植株減數(shù)分裂時(shí)聯(lián)會(huì)紊亂,不能形成種子。(2)要獲得本物種沒有的性狀可選擇誘變育種或基因工程育種,其中基因工程育種的目的性強(qiáng)。(3)如果要將不同個(gè)體的優(yōu)良性狀集中到同一個(gè)體,則可以選擇雜交育種或單倍體育種,其中單倍體育種可大大縮短育種年限,從而快速獲得純種。(4)如果要克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,則可以選擇基因工程育種和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。(5)如果要培育隱性性狀個(gè)體,可自交或雜交,只要出現(xiàn)該性狀即可。,(6)如果要使染色體加倍,則可以采用秋水仙素處理等方法,也可以采用細(xì)胞融合的方法,并且細(xì)胞融合可在兩個(gè)不同物種之間進(jìn)行。(7)有些植物如小麥、水稻等,雜交實(shí)驗(yàn)較難操作,則最簡(jiǎn)便的方法是自交。(8)實(shí)驗(yàn)材料若為動(dòng)物,則雜交育種中一般不通過逐代自交,而應(yīng)通過測(cè)交實(shí)驗(yàn)直接判斷基因型。(9)實(shí)驗(yàn)植物若為營(yíng)養(yǎng)繁殖類,如馬鈴薯、紅薯等,則只要出現(xiàn)所需性狀即可,不需要培育出純種。(10)實(shí)驗(yàn)材料若為原核生物,則不能運(yùn)用雜交育種,細(xì)菌的育種一般采用誘變育種和基因工程育種的方法。,育種圖解的識(shí)別方法,1.育種程序圖的識(shí)別,2.基于個(gè)體基因型的育種圖解識(shí)別,根據(jù)基因型的變化可以判斷:“aabbAABBAaBbAAbb”為雜交育種,“aabbAABBAaBbAbAAbb”為單倍體育種,“AABBAaBB”為誘變育種,“aabbAABBAaBbAAaaBBbb”為多倍體育種。,考向1以基礎(chǔ)判斷或圖示分析的形式,考查育種原理及圖解分析,1.研究人員在柑橘中發(fā)現(xiàn)一棵具有明顯早熟特性的變異株,決定以此為基礎(chǔ)培育早熟柑橘新品種。請(qǐng)回答下列問題:,(1)要判斷該變異株的育種價(jià)值,首先要確定它的物質(zhì)是否發(fā)生了變化。(2)在選擇育種方法時(shí),需要判斷該變異株的變異類型。如果變異株是個(gè)別基因的突變體,則可采用育種方法,使早熟基因逐漸,培育成新品種1。為了加快這一進(jìn)程,還可以采集變異株的進(jìn)行處理,獲得高度純合的后代,選育成新品種2,這種方法稱為育種。,(3)如果該早熟植株屬于染色體組變異株,可以推測(cè)該變異株減數(shù)分裂中染色體有多種聯(lián)會(huì)方式,由此造成不規(guī)則的,產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的,因而得不到足量的種子。即使得到少量后代,早熟性狀也很難穩(wěn)定遺傳。這種情況下,可考慮選擇育種方法,其不足之處是需要不斷制備,成本較高。(4)新品種1與新品種3均具有早熟性狀,但其他性狀有差異,這是因?yàn)樾缕贩N1選育過程中基因發(fā)生了多次,產(chǎn)生的多種基因型中只有一部分在選育過程中保留下來。,答案(1)遺傳(2)純合花藥單倍體(3)染色體分離配子組培苗(4)重組解析本題考查育種的相關(guān)知識(shí)。(1)要判斷該變異株是否可用于育種,首先必須明確該變異是否為遺傳物質(zhì)改變引起的。(2)育種方法1為雜交育種,含有早熟基因的雜合子經(jīng)過不斷自交和選育,含有早熟基因的純合子比例逐漸增大。采用花藥離體培養(yǎng)獲得的是單倍體植株,再經(jīng)過人工誘導(dǎo)使染色體數(shù)目加倍的育種方法稱為單倍體育種。(3)如果該,變異植株為染色體組變異株,在減數(shù)分裂過程中染色體有多種聯(lián)會(huì)方式,造成不規(guī)則的染色體分離,產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的配子,因此種子數(shù)量減少。采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)育種,需要不斷制備組培苗。(4)新品種1是采用雜交育種方法獲得的,選育過程中基因發(fā)生多次重組,后代中有多種基因型,只有符合要求的部分在選育過程中被保留下來。,考向2以實(shí)例分析的形式,考查育種方法的選擇2.(2017北京理綜)玉米(2n=20)是我國(guó)栽培面積最大的作物,近年來常用的一種單倍體育種技術(shù)使玉米新品種選育更加高效。(1)單倍體玉米體細(xì)胞的染色體數(shù)為,因此在分裂過程中染色體無法聯(lián)會(huì),導(dǎo)致配子中無完整的。(2)研究者發(fā)現(xiàn)一種玉米突變體(S),用S的花粉給普通玉米授粉,會(huì)結(jié)出一定比例的單倍體籽粒(胚是單倍體;胚乳與二倍體籽粒胚乳相同,是含有一整套精子染色體的三倍體。見圖1)。根據(jù)親本中某基因的差異,通過PCR擴(kuò)增以確定單倍體胚的來源,結(jié)果見圖2。,從圖2結(jié)果可以推測(cè)單倍體的胚是由發(fā)育而來。玉米籽粒顏色由A、a與R、r兩對(duì)獨(dú)立遺傳的基因控制,A、R同時(shí)存在時(shí)籽粒為紫色,缺少A或R時(shí)籽粒為白色。紫粒玉米與白粒玉米雜交,結(jié)出的籽粒中紫白=35,出現(xiàn)性狀分離的原因是,推測(cè)白粒親本的基因型是。將玉米籽粒顏色作為標(biāo)記性狀,用于篩選S與普通玉米雜交后代中的單倍體,過程如下:,請(qǐng)根據(jù)F1籽粒顏色區(qū)分單倍體和二倍體籽粒并寫出與表型相應(yīng)的基因型。(3)現(xiàn)有高產(chǎn)抗病白粒玉米純合子(G)、抗旱抗倒伏白粒玉米純合子(H),欲培育出高產(chǎn)抗病抗旱抗倒伏的品種。結(jié)合(2)中的育種材料與方法,育種流程應(yīng)為:;將得到的單倍體進(jìn)行染色體加倍以獲得純合子;選出具有優(yōu)良性狀的個(gè)體。,答案(1)10減數(shù)染色體組(2)卵細(xì)胞紫粒親本是雜合子aaRr/Aarr單倍體籽粒胚的表型為白色,基因型為ar;二倍體籽粒胚的表型為紫色,基因型為AaRr;二者胚乳的表型均為紫色,基因型為AaaRrr(3)G與H雜交;將所得F1為母本與S雜交;根據(jù)籽粒顏色挑出單倍體解析本題考查遺傳規(guī)律及育種的相關(guān)知識(shí)。(1)單倍體玉米體細(xì)胞的染色體數(shù)為20/2=10,沒有同源染色體,因此在減數(shù)分裂過程中染色體無法聯(lián)會(huì),染色體隨機(jī)分配到子細(xì)胞,導(dǎo)致配子中無完整的染色體組。(2)由圖2可以直接看出,F1單倍體胚的基因與母本完全相同,說明單倍體胚是由母本的卵細(xì)胞發(fā)育而來的。由紫粒玉米和白粒玉米雜交后代的表型比例3/8=3/41/2可以推出,親本中相關(guān)的兩對(duì)基因,一對(duì)基因在,兩個(gè)親本中都是雜合的,另一對(duì)基因在一個(gè)親本中是雜合的,在另一個(gè)親本中是隱性純合的,所以紫粒親本的基因型為AaRr,白粒親本的基因型為aaRr/Aarr。由題意可知該雜交實(shí)驗(yàn)后代中,二倍體籽粒胚的基因來自親本雙方,單倍體籽粒胚的基因只來自母本,二者的胚乳都由精子與極核結(jié)合形成的受精極核發(fā)育而來,所以單倍體籽粒胚的基因型為ar,表型為白色;二倍體籽粒胚的基因型為AaRr,表型為紫色;二者的胚乳基因型為AaaRrr,表型為紫色。(3)結(jié)合(2)中的育種方法可知,可以通過子代玉米籽粒的顏色篩選出S與普通玉米雜交后代中的單倍體,因此育種流程應(yīng)為:用G和H雜交,將優(yōu)良性狀組合在一起,再將所得F1為母本與S雜交,獲得單倍體籽粒和二倍體籽粒,根據(jù)籽粒顏色挑選出單倍體;最后將得到的單倍體進(jìn)行染色體加倍以獲得純合子,選出具有優(yōu)良性狀的個(gè)體。,突破3實(shí)驗(yàn)低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化,1.實(shí)驗(yàn)原理:低溫可抑制紡錘體形成,阻止細(xì)胞分裂,導(dǎo)致細(xì)胞染色體數(shù)目加倍。,2.實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象,3.低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化實(shí)驗(yàn)中的試劑及其作用,4.“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”與“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”的區(qū)別,考向1以基礎(chǔ)判斷的形式,考查“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實(shí)驗(yàn)操作1.下列有關(guān)“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實(shí)驗(yàn)的敘述,錯(cuò)誤的是()A.低溫處理植物分生組織細(xì)胞,能夠抑制紡錘體的形成B.制作裝片,包括解離、漂洗和制片3個(gè)步驟C.在低倍鏡視野中既有正常的二倍體細(xì)胞,也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細(xì)胞D.把根尖放在卡諾氏液中浸泡,以固定細(xì)胞的形態(tài),B,答案B低溫處理植物的分生組織細(xì)胞,能夠抑制紡錘體的形成,A正確;制作裝片的順序是解離漂洗染色制片,B錯(cuò)誤;在低倍鏡視野中既有正常的二倍體細(xì)胞,也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細(xì)胞,C正確;卡諾氏液適用于一般植物組織和細(xì)胞的固定,所以把根尖放在卡諾氏液中浸泡,可以固定細(xì)胞的形態(tài),D正確。,考向2以實(shí)驗(yàn)探究形式,考查實(shí)驗(yàn)原理的應(yīng)用與分析2.用一定濃度的秋水仙素溶液處理植物分生組織,能夠誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍,形成多倍體植物細(xì)胞。那么,用一定時(shí)間的低溫(4)處理水培的洋蔥根尖,是否也能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的加倍呢?請(qǐng)通過實(shí)驗(yàn)探究低溫對(duì)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的影響是否與秋水仙素作用相同。材料器具:長(zhǎng)出根的洋蔥若干、小燒杯或廣口瓶若干、清水、冰箱、一定濃度的秋水仙素溶液。(1)實(shí)驗(yàn)假設(shè):。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案:前期準(zhǔn)備:用清水培養(yǎng)洋蔥,待根尖長(zhǎng)到1cm長(zhǎng)。分組處理:甲組滴加一定濃度的秋水仙素溶液、乙組放在下、丙組放在室溫下進(jìn)行培養(yǎng)。,觀察現(xiàn)象:一段時(shí)間后,制作洋蔥根尖臨時(shí)裝片,在光學(xué)顯微鏡下觀察根尖區(qū)細(xì)胞內(nèi)的。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)與結(jié)論:若,則說明低溫與秋水仙素作用相同,低溫能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的加倍。若,則說明低溫與秋水仙素作用不同,低溫不能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的加倍。,答案(1)低溫與秋水仙素的作用原理相同,可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的加倍(或低溫與秋水仙素的作用不同,不能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的加倍)(2)4低溫分生染色體數(shù)目(3)乙與甲染色體數(shù)目的變化相同,與丙不同乙與丙染色體數(shù)目的變化相同,與甲不同解析實(shí)驗(yàn)假設(shè)的表述應(yīng)參照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?由于實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖恰疤骄康蜏貙?duì)細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的影響是否與秋水仙素作用相同”,因此可以假設(shè)“作用原理相同”,也可以假設(shè)“作用原理不同”。該實(shí)驗(yàn)的自變量為低溫和秋水仙素處理,因變量(或觀測(cè)指標(biāo))為細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目的變化。,核心構(gòu)建,