第三節(jié)染色體變異及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)概覽(教師用書獨(dú)具)1簡(jiǎn)述染色體的結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異。(重難點(diǎn))2了解染色體變異在育種上的應(yīng)用，收集染色體變異在育種上的應(yīng)用實(shí)例。(重點(diǎn))3單倍體育種和多倍體育種在方法、原理上的異同，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)，了解三倍體無子西瓜的培育過程。(難點(diǎn))染色體變異及應(yīng)用染色體結(jié)構(gòu)變異缺失重復(fù)易位倒位染色體變異在育種上的應(yīng)用單倍體育種多倍體育種染色體數(shù)目變異非整倍性變異整倍性變異自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知一、染色體結(jié)構(gòu)的變異1主要起因染色體斷裂以及斷裂后的片段不正常的重新連接。2類型(連線)3遺傳效應(yīng)染色體上基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變，從而導(dǎo)致性狀的變異。4影響因素電離輻射、病毒感染或一些化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)。5對(duì)生物影響大多數(shù)染色體結(jié)構(gòu)變異對(duì)生物體是不利的，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。二、染色體數(shù)目變異1染色體組細(xì)胞中形態(tài)和功能各不相同，但互相協(xié)調(diào)，共同控制生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和變異的一組非同源染色體，稱為一個(gè)染色體組。2染色體數(shù)目變異(1)概念：染色體數(shù)目以染色體組的方式成倍地增加或減少，或者以個(gè)別染色體的方式增加或減少。(2)類型單倍體：由配子發(fā)育而成，體細(xì)胞中含有配子染色體數(shù)的個(gè)體。二倍體和多倍體：由受精卵發(fā)育而成，體細(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組的個(gè)體稱為二倍體，含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體稱為多倍體。3染色體變異在育種上的應(yīng)用(1)單倍體育種過程圖優(yōu)點(diǎn)：a.后代是純合體，自交產(chǎn)生的后代不發(fā)生性狀分離。b.能明顯縮短育種年限。(2)多倍體育種原理方法：用低溫處理或用秋水仙素處理。處理對(duì)象：萌發(fā)的種子或幼苗。實(shí)例：三倍體無子西瓜的培育。優(yōu)點(diǎn)：莖稈粗壯，果實(shí)、葉片、種子都比較大，糖類和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量有所提高。4低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化(1)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行正常有絲分裂的植物分生組織細(xì)胞，在有絲分裂后期，染色體的著絲點(diǎn)分裂，子染色體在紡錘絲的作用下分別移向兩極，最終平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。用低溫處理植物分生組織細(xì)胞，使紡錘體的形成受到抑制，以致影響染色體被拉向兩極，細(xì)胞也不能分裂成兩個(gè)子細(xì)胞，于是，植物細(xì)胞染色體數(shù)目發(fā)生變化。(2)方法步驟：蠶豆根尖培養(yǎng)取材制片(解離漂洗染色制片)觀察。(3)結(jié)論：適當(dāng)?shù)牡蜏乜烧T導(dǎo)細(xì)胞中的染色體加倍?；A(chǔ)自測(cè)1判斷對(duì)錯(cuò)(1)染色體結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異一般通過光學(xué)顯微鏡能直接觀察。()(2)染色體結(jié)構(gòu)變異會(huì)改變?nèi)旧w上的基因數(shù)目或排列順序。()(3)二倍體生物正常配子中的一組染色體是一個(gè)染色體組。()(4)單倍體的體細(xì)胞含有一個(gè)染色體組。()(5)秋水仙素或低溫能抑制紡錘體的形成，從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。()(6)本課時(shí)制作臨時(shí)裝片的程序是：解離染色漂洗制片。()提示：(1)(2)(3)(4)單倍體是由配子發(fā)育而來的個(gè)體，可能含有多個(gè)染色體組。(5)(6)本課時(shí)制作臨時(shí)裝片的程序是：解離漂洗染色制片。2果蠅的一條染色體上，正?；虻呐帕许樞?yàn)?23456789，“”代表著絲點(diǎn)，表中表示了由該正常染色體發(fā)生變異后基因順序變化的情況。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632095】染色體基因順序變化a123476589b1234789c165432789d12345676789Aa是染色體某一片段位置顛倒引起的Bb是染色體某一片段缺失引起的Cc是染色體著絲點(diǎn)改變引起的Dd是染色體增加了某一片段引起的Ca中5、6、7基因顛倒形成7、6、5；b缺失了5、6基因；c由原來的23456變成了65432，發(fā)生了顛倒，不是由著絲點(diǎn)改變引起的；d中增了6和7兩個(gè)基因。3如圖所示細(xì)胞中所含的染色體，下列敘述不正確的是()A代表的生物可能是二倍體，其每個(gè)染色體組含4條染色體B代表的生物可能是二倍體，其每個(gè)染色體組含3條染色體C代表的生物可能是四倍體，其每個(gè)染色體組含2條染色體D代表的生物可能是單倍體，其每個(gè)染色體組含4條染色體B因題干中未涉及細(xì)胞的發(fā)育起點(diǎn)，所以一般說“可能是”幾倍體，的染色體組數(shù)分別是2、3、4、1，所以其代表的生物依次可能是二倍體、三倍體、四倍體、單倍體，當(dāng)然代表的生物也可能是單倍體。合 作 探 究攻 重 難染色體結(jié)構(gòu)變異背景材料下圖是染色體之間發(fā)生的變化，分析圖片探究下面的問題：思考交流1圖甲中的兩條染色體是什么關(guān)系？提示：非同源染色體。2圖乙中交換片段后染色體的結(jié)構(gòu)是否發(fā)生改變？提示：圖乙是同源染色體，交換片段后染色體結(jié)構(gòu)沒有改變。3圖甲、圖乙的變異分別屬于何種類型的變異？提示：甲是染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位，乙是交叉互換屬于基因重組。1染色體結(jié)構(gòu)變異中易位與交叉互換的比較易位交叉互換圖解區(qū)別發(fā)生在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中非同源染色體之間發(fā)生在減數(shù)第一次分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體之間屬于染色體結(jié)構(gòu)變異屬于基因重組可在顯微鏡下觀察到在顯微鏡下觀察不到2.染色體結(jié)構(gòu)變異對(duì)染色體上基因的影響圖例染色體上的基因缺失數(shù)目和排列順序均改變重復(fù)倒位數(shù)目不變，排列順序改變易位數(shù)目和排列順序均改變，但細(xì)胞中基因數(shù)目不變特別提醒：染色體結(jié)構(gòu)變異的兩個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為染色體結(jié)構(gòu)變異對(duì)生物體都是有害的：染色體結(jié)構(gòu)變異有的是中性的，極少數(shù)是有利的。(2)誤認(rèn)為染色體結(jié)構(gòu)變異屬于分子層次的變異：染色體結(jié)構(gòu)變異是細(xì)胞中染色體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，屬于細(xì)胞層次。典例通關(guān)染色體之間的交叉互換可能導(dǎo)致染色體的結(jié)構(gòu)或基因序列的變化。下列圖中甲、乙兩圖分別表示兩種染色體之間的交叉互換模式，丙、丁、戊圖表示某染色體變化后的三種情形。則下列有關(guān)敘述正確的是()A甲可以導(dǎo)致戊的形成B乙可以導(dǎo)致丙的形成C甲可以導(dǎo)致丁或戊兩種情形的產(chǎn)生D乙可以導(dǎo)致戊的形成技巧點(diǎn)撥明確甲、乙、丙、丁、戊五圖的變異名稱是解題關(guān)鍵。D由圖可知，甲表示同源染色體的非姐妹染色單體之間發(fā)生的交叉互換，乙表示非同源染色體之間的易位。前者的變異類型屬于基因重組，發(fā)生交叉互換后在原來的位置可能會(huì)換為原基因的等位基因，可導(dǎo)致丁的形成；后者屬于染色體結(jié)構(gòu)變異，由于是與非同源染色體之間發(fā)生的交換，因此易位后原位置的基因被換成控制其他性狀的基因，可導(dǎo)致戊的形成。丙屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的“重復(fù)”。(1)甲、乙兩圖的交叉互換模式中，哪種情況下可以改變基因的數(shù)目？提示：乙。(2)丁戊與甲乙的對(duì)應(yīng)關(guān)系如何？提示：甲與丁對(duì)應(yīng)，乙與戊對(duì)應(yīng)?；顚W(xué)活用1如圖顯示了染色體及其部分基因，對(duì)和過程最恰當(dāng)?shù)谋硎龇謩e是()A交換、缺失B倒位、缺失C倒位、易位 D交換、易位C過程使該染色體上的基因F與m所在的染色體片段發(fā)生了倒轉(zhuǎn)，因此過程為倒位；過程使染色體缺少了基因m所在的片段，但獲得了一段新非同源片段，因此過程為易位，C項(xiàng)正確。2如圖表示某生物細(xì)胞中兩條染色體及其部分基因。下列四種情況的產(chǎn)生不屬于該細(xì)胞染色體結(jié)構(gòu)變異的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632096】C染色體結(jié)構(gòu)變異指的是染色體某一片段的缺失重復(fù)、倒位和易位等。是基因突變或減數(shù)分裂四分體時(shí)期發(fā)生交叉互換所致。題后反思：同源染色體的非姐妹染色單體之間的片段交換屬于基因重組，非同源染色體之間的片段交換屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位；染色體變異可以在光學(xué)顯微鏡下觀察到，會(huì)使排列在染色體上的基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變。染色體數(shù)目變異及其應(yīng)用背景材料無子西瓜是三倍體，在減數(shù)分裂形成配子過程中，因聯(lián)會(huì)紊亂不能產(chǎn)生正常的生殖細(xì)胞，導(dǎo)致無法受精形成正常種子。給三倍體植株授予二倍體的花粉只是刺激其子房合成大量生長(zhǎng)素，促進(jìn)子房發(fā)育成無子果實(shí)。思考交流1三倍體無子西瓜是如何得到的？提示：用二倍體和四倍體植株雜交得到。2培育無子西瓜時(shí)如何獲得四倍體西瓜？提示：利用秋水仙素處理二倍體西瓜的幼苗。3培育三倍體無子西瓜的方法是什么育種方法？提示：多倍體育種。1染色體組的判斷(1)“三要件”界定染色體組不含有同源染色體；是一組非同源染色體，染色體形態(tài)、大小和功能各不相同；含有一整套控制該生物的性狀的基因(不遺漏，不重復(fù))。(2)“三法”確定染色體組的數(shù)量染色體形態(tài)法細(xì)胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條，則含有幾個(gè)染色體組。如圖所示的細(xì)胞中，形態(tài)相同的染色體在a中有3條、b中兩兩相同、c中各不相同，則可判定它們分別含三、二、一個(gè)染色體組?；蛐头刂仆恍誀畹幕虺霈F(xiàn)幾次，就含幾個(gè)染色體組，每個(gè)染色體組內(nèi)不含等位基因或相同基因，如圖所示：(dg中依次含四、二、三、一個(gè)染色體組)染色體數(shù)/形態(tài)數(shù)的比值法染色體數(shù)/形態(tài)數(shù)的比值意味著每種形態(tài)染色體數(shù)目有多少，每種形態(tài)染色體有幾條，即含幾個(gè)染色體組。如果果蠅該比值為8條/4種形態(tài)2，則果蠅含兩個(gè)染色體組。2二倍體、多倍體和單倍體的比較二倍體多倍體單倍體概念體細(xì)胞中含2個(gè)染色體組的個(gè)體體細(xì)胞中含3個(gè)或3個(gè)以上染色體組的個(gè)體體細(xì)胞中含本物種配子染色體數(shù)的個(gè)體染色體組23個(gè)或3個(gè)以上1至多個(gè)來源受精卵發(fā)育受精卵發(fā)育配子發(fā)育自然成因正常有性生殖未減數(shù)分裂的配子受精；合子染色體數(shù)目加倍單性生殖(孤雌生殖或孤雄生殖)植株特點(diǎn)正常果實(shí)、種子較大，生長(zhǎng)發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低植株弱小，高度不育舉例幾乎全部動(dòng)物、過半數(shù)高等植物香蕉(三倍體)、普通小麥(四倍體)玉米、小麥的單倍體3.單倍體育種和多倍體育種比較多倍體育種單倍體育種原理染色體組成倍增加染色體組成倍減少，再加倍后得到純種(指每對(duì)染色體上成對(duì)的基因都是純合的)常用方法秋水仙素處理萌發(fā)的種子、幼苗花粉離體培養(yǎng)后，人工誘導(dǎo)染色體加倍優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單明顯縮短育種年限缺點(diǎn)適用于植物，在動(dòng)物方面難以開展技術(shù)復(fù)雜一些，須與雜交育種配合4.低溫誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)的操作步驟(1)材料培養(yǎng)：將一些蠶豆或豌豆種子放入培養(yǎng)皿，加入適量的清水浸泡，在培養(yǎng)皿上覆蓋23層潮濕的紗布。(2)低溫處理：當(dāng)蠶豆根長(zhǎng)至1.01.5 cm時(shí)，將其中的兩個(gè)培養(yǎng)皿放入冰箱的低溫室內(nèi)，4 下誘導(dǎo)培養(yǎng)36 h。(3)固定：剪取誘導(dǎo)處理的根尖5 mm左右，放入卡諾氏固定液中浸泡0.51 h，固定細(xì)胞的形態(tài)，然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇溶液沖洗23次。(4)制作裝片：具體操作方法與實(shí)驗(yàn)“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”相同。(5)觀察：先用低倍鏡觀察，找到視野中染色體形態(tài)較好的分裂相，注意視野中有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細(xì)胞，再換高倍鏡繼續(xù)觀察。方法規(guī)律：“兩看”區(qū)分單倍體、二倍體和多倍體典例通關(guān)如圖是利用野生獼猴桃種子(aa,2n58)為材料培育無子獼猴桃新品種(AAA)的過程，下列敘述錯(cuò)誤的是()A和都可用秋水仙素處理來實(shí)現(xiàn)B若是自交，則產(chǎn)生AAAA的概率為1/16C新品種AAA為三倍體D若是雜交，產(chǎn)生的AAA植株的體細(xì)胞中染色體數(shù)目為87技巧點(diǎn)撥準(zhǔn)確判斷過程的具體過程是解題關(guān)鍵。B和都可用秋水仙素處理來完成染色體數(shù)目加倍，A正確；植株AAaa減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子種類及比例為AAAaaa141，所以AAaa自交產(chǎn)生AAAA的概率1/61/61/36，B錯(cuò)誤；二倍體AA與四倍體AAAA雜交產(chǎn)生的AAA為不育的三倍體，C正確；該生物一個(gè)染色體組含有染色體58229(條)，所以三倍體植株的體細(xì)胞中染色體為29387(條)，D正確。活學(xué)活用1如圖表示無子西瓜的培育過程：根據(jù)圖解，結(jié)合你學(xué)過的生物學(xué)知識(shí)，判斷下列敘述錯(cuò)誤的是()A用秋水仙素處理二倍體西瓜幼苗的莖尖，主要是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成B四倍體植株所結(jié)的西瓜，果皮細(xì)胞內(nèi)含有4個(gè)染色體組C無子西瓜既沒有種皮，也沒有胚D四倍體西瓜的根細(xì)胞中含有2個(gè)染色體組C秋水仙素抑制紡錘體的形成，是在有絲分裂的前期；四倍體西瓜的果皮是由子房壁發(fā)育而成的，來自母本，細(xì)胞內(nèi)含有4個(gè)染色體組；無子西瓜是由于不能產(chǎn)生正常配子，所以不能形成受精卵，而種皮來自于母本，所以有種皮，而沒有胚；由于植株的地下部分沒有經(jīng)秋水仙素處理，細(xì)胞中仍含有2個(gè)染色體組。2下圖表示培育高品質(zhì)小麥的幾種方法，下列敘述正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632097】YYRRyyrrYyRrA圖中涉及的育種方法分別是雜交育種、單倍體育種和多倍體育種Ba過程只能用秋水仙素處理Ca、c過程都需要用秋水仙素處理萌發(fā)的種子D要獲得yyRR，b過程需要進(jìn)行不斷自交來提高純合率D圖中涉及的育種方法分別是單倍體育種、雜交育種和多倍體育種，A錯(cuò)誤；a過程可用秋水仙素或低溫處理誘導(dǎo)染色體加倍，B錯(cuò)誤；單倍體yR不結(jié)種子，a過程只能處理單倍體幼苗而c過程可以處理萌發(fā)的種子或幼苗，C錯(cuò)誤。1用雜合體種子盡快獲得純合體植株的方法是()A種植F2選不性狀分離者純合體B種植秋水仙素處理純合體C種植花藥離體培養(yǎng)單倍體幼苗秋水仙素處理純合體D種植秋水仙素處理花藥離體培養(yǎng)純合體C單倍體育種能明顯縮短育種年限。C選項(xiàng)中先花藥離體培養(yǎng)再秋水仙素處理，為單體育種。2基因型為Aa的幼苗經(jīng)秋水仙素處理后長(zhǎng)成植株，該植株細(xì)胞減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子的種類及其比例是()AAAaa11BAAAaaa121CAAAa11 DAAAaaa141D基因型為Aa的幼苗經(jīng)秋水仙素處理后長(zhǎng)成的植株的基因型為AAaa，減數(shù)分裂時(shí)，A和A組合為AA，A和a組合為Aa，a和a組合為aa，結(jié)果AAAaaa141。題后反思：判斷單倍體育種和多倍體育種的方法(1)通過秋水仙素的作用對(duì)象判斷。如果處理的是單倍體則是單倍體育種，如果處理的是受精卵發(fā)育成的個(gè)體則是多倍體育種。(2)通過過程中所用技術(shù)判斷。如果用到花藥離體培養(yǎng)，則是單倍體育種，如果用到秋水仙素處理，但沒有花藥離體培養(yǎng)，則是多倍體育種。(3)通過染色體組數(shù)判斷。單倍體育種多為二倍體生物，最后獲得的個(gè)體體細(xì)胞中有兩個(gè)染色體組，多倍體育種通常要獲得染色體組數(shù)較多的個(gè)體。當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1下列變異中，不屬于染色體結(jié)構(gòu)變異的是()A染色體缺失了某一片段B染色體增加了某一片段C某染色體增加了一條D染色體某一片段位置顛倒了180C某染色體增加一條屬于染色體數(shù)目變異。2下圖表示某生物細(xì)胞中兩條染色體及其上面的部分基因，下列選項(xiàng)的結(jié)果中，不屬于染色體變異引起的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632098】CA項(xiàng)是缺失；B項(xiàng)是易位；D項(xiàng)是重復(fù)。C項(xiàng)中染色體上的基因的數(shù)目和排列順序沒有發(fā)生變化，故不屬于染色體變異。3.如圖為某植物的體細(xì)胞中染色體數(shù)示意圖，將其花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到植株的基因型最可能是()AABBAaBbCab DAAaaBBbbB從題圖可以看出，該植物體細(xì)胞中有4個(gè)染色體組，是四倍體生物，經(jīng)過減數(shù)分裂后染色體數(shù)目減半，形成的花粉中含有2個(gè)染色體組，所以單倍體植株應(yīng)含2個(gè)染色體組，B項(xiàng)正確。AB和ab只能表示1個(gè)染色體組，AAaaBBbb表示4個(gè)染色體組，因此A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。4普通小麥為六倍體，有42條染色體，科學(xué)家用其花藥經(jīng)離體培養(yǎng)出的小麥幼苗是()A三倍體，含3個(gè)染色體組，21條染色體B單倍體，含3個(gè)染色體組，21條染色體C六倍體，含6個(gè)染色體組，42條染色體D單倍體，含1個(gè)染色體組，21條染色體B花粉是普通的六倍體小麥的雄性生殖細(xì)胞，其含有體細(xì)胞一半的染色體，即為21條，3個(gè)染色體組。由花藥離體培養(yǎng)出的小麥為單倍體。5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)育成的植株具有的特征是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：01632099】A單倍體 B能穩(wěn)定遺傳C高度不育 D含四個(gè)染色體組B將雜合的二倍體植株的花粉培育成單倍體植株，用秋水仙素處理后成為純合的二倍體，A錯(cuò)誤；雜合的二倍體植株有兩個(gè)染色體組，花粉中含有一個(gè)染色體組，花藥離體培養(yǎng)后得到單倍體植株，再用秋水仙素處理，染色體數(shù)目加倍后基因型為純合子，自交后代不發(fā)生性狀分離，即能穩(wěn)定遺傳，B正確；該植株為純合二倍體，能正常開花結(jié)果，C錯(cuò)誤；得到的純合子植株含有兩個(gè)染色體組，D錯(cuò)誤。6下圖為某農(nóng)科所培育高品質(zhì)小麥的過程，其中代表具體操作過程。(1)具有操作的育種方法是_，依據(jù)的原理是_。(2)具有操作的育種方法是_，依據(jù)的原理是_。(3)操作是_，其目的是_。操作常用的方法有_，原理是_。(4)操作表示雜交，其目的是將兩個(gè)純合親本的_通過雜交集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育獲得新品種。解析由圖可知，表示雜交，表示減數(shù)分裂，表示連續(xù)自交，表示花藥離體培養(yǎng)，表示用秋水仙素或低溫處理幼苗。具有操作的育種方法是單倍體育種，依據(jù)的原理是染色體變異。具有操作的育種方法是雜交育種，依據(jù)的原理是基因重組?？梢蕴岣呒兒献拥谋壤?。原理是低溫或秋水仙素在細(xì)胞分裂前期抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。目的是將純合親本的優(yōu)良性狀(或基因)通過雜交集中在一起。答案(1)單倍體育種染色體變異(2)雜交育種基因重組(3)連續(xù)自交提高純合子的比例(選出符合要求的個(gè)體)低溫誘導(dǎo)或秋水仙素處理低溫或秋水仙素處理抑制紡錘體形成，導(dǎo)致染色體不能移向細(xì)胞兩極，從而使細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目加倍(4)優(yōu)良性狀(基因)核心語句歸納1染色體結(jié)構(gòu)變異包括缺失、重復(fù)、倒位和易位4種類型。2一個(gè)染色體組內(nèi)的染色體形態(tài)和功能各不相同。3由受精卵發(fā)育而來的個(gè)體，體細(xì)胞中含有幾個(gè)染色體組就是幾倍體。4單倍體并不一定只含一個(gè)染色體組。5單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理幼苗等階段，能明顯縮短育種年限。