第19講染色體變異與育種突破突破1 1染色體變異染色體變異突破突破2 2生物變異在育種上的應(yīng)用生物變異在育種上的應(yīng)用總綱目錄總綱目錄突破突破3 3實驗實驗低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化低溫誘導(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名師點睛名師點睛(1)基因中堿基對“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、發(fā)育、遺傳和變異,這樣的一組染色體叫做一個染色體組。(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二倍體多倍體單倍體概念體細胞中含有兩個染色體組的個體體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體體細胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體染色體組 兩個三個或三個以上一至多個發(fā)育起點 受精卵受精卵配子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)點是明顯縮短育種年限。名師點睛名師點睛(1)用秋水仙素或低溫處理種子時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)目加倍時只能處理其幼苗。1.雜交育種(1)含義:將兩個或多個品種的優(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、實例AaAeBcCbCd1.基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異都導(dǎo)致個體表現(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胞。( )4.染色體結(jié)構(gòu)變異可為生物進化提供原材料。()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個體進行單倍體育種,要用秋水仙素處理萌發(fā)的種子。 ( )10.人工誘變育種的優(yōu)點是可以提高突變率,加速育種工作的進程。()9.“將含抗病基因的重組DNA導(dǎo)入玉米細胞,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堿基對屬于基因突變,缺失一個基因?qū)儆谌旧w變異。()突破突破1 1染色體變異染色體變異 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單倍體二倍體多倍體形成過程 形成原因自然成因單性生殖正常的有性生殖外界環(huán)境條件劇變?nèi)斯ふT導(dǎo)花藥離體培養(yǎng)秋水仙素處理單倍體幼苗秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗實例蜜蜂的雄蜂絕大多數(shù)動物香蕉、馬鈴薯3.染色體易位與交叉互換染色體易位交叉互換圖解區(qū)別發(fā)生于非同源染色體之間發(fā)生于同源染色體的非姐妹染色單體間屬于染色體結(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變異類型可發(fā)生的細胞分裂方式基因突變二分裂、無絲分裂、有絲分裂、減數(shù)分裂基因重組減數(shù)分裂染色體變異有絲分裂、減數(shù)分裂歸納提升歸納提升變異類型與細胞分裂的關(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染色體組。如圖中有4個染色體組。(2)控制同一性狀的等位基因有幾個就有幾個染色體組。如AAabbb個體中有3個染色體組。(3)染色體組數(shù)=,如圖中染色體組數(shù)為=4。染色體數(shù)染色體形態(tài)數(shù)823.單倍體、二倍體和多倍體的判斷方法考向考向1以基礎(chǔ)判斷或相關(guān)圖示的形式以基礎(chǔ)判斷或相關(guān)圖示的形式,考查染色體結(jié)構(gòu)變異考查染色體結(jié)構(gòu)變異1.(2018北京海淀期末)某初級精母細胞在發(fā)生減數(shù)分裂時,兩對同源染色體發(fā)生特殊的聯(lián)會現(xiàn)象(如圖,字母為染色體區(qū)段的標號,數(shù)字為染色體的標號),減數(shù)第一次分裂后期四條染色體隨機兩兩分離,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)會現(xiàn)象,A、B正確;由題意可知,圖中四條染色體隨機兩兩分離,共有3種分離方式,C錯誤;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)變異可為生物進化提供原材料D答案答案 D分析圖可知,甲的1號染色體倒位形成乙的1號染色體,B錯誤;染色體倒位后,染色體上的基因排列順序改變,C錯誤;倒位后甲和乙的1號染色體不能正常聯(lián)會,減數(shù)分裂異常,A錯誤?；蛲蛔儭⑷旧w變異和基因重組為生物進化提供原材料,D正確。考向考向2以基礎(chǔ)判斷或圖示分析的形式以基礎(chǔ)判斷或圖示分析的形式,考查染色體數(shù)目變異考查染色體數(shù)目變異3.(2018北京八中期中)下列關(guān)于子細胞基因型異常發(fā)生時期的判斷,正確的是()選項個體基因型子細胞基因型異常發(fā)生時期AAaBbAAaBb、aBb有絲后期BDDD、d減后期CAaBbAaB、AaB、b、b減后期DAaXBXbAAXBXb、XBXb、a、a減后期A答案答案 A基因組成為AaBb的細胞分裂形成的子細胞的基因組成為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,進入了基因組成為AAaBb的子細胞中,同時形成的另一個子細胞的基因組成為aBb,A正確;基因型為DD的個體,產(chǎn)生的子細胞基因組成為D、d,可推知這兩個子細胞是配子,說明發(fā)生異常的時期是減數(shù)第一次分裂前的間期,發(fā)生了基因突變,B錯誤;基因型為AaBb的個體產(chǎn)生了基因組成為AaB、AaB、b、b的子細胞,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錯誤;基因型為AaXBXb的個體產(chǎn)生了基因組成為AAXBXb、XBXb、a、a的子細胞,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錯誤。4.如圖表示細胞中所含的染色體,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:ABCDC答案答案 C根據(jù)細胞中所含的染色體的類型判斷,含有兩個染色體組,含有三個染色體組,含有四個染色體組,含有一個染色體組,等位基因或相同基因位于同源染色體上,分析得出C正確。突破突破2 2生物變異在育種上的應(yīng)用生物變異在育種上的應(yīng)用1.針對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。其特點是可以利用雜種優(yōu)勢,獲得高產(chǎn)、抗性強的品種,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)型符合要求的個體F3選出穩(wěn)定遺傳的個體推廣種植。2.不同育種目標的育種方式選擇(1)培育無子果實可選擇多倍體育種,其原理是三倍體植株減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂,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。(3)如果要將不同個體的優(yōu)良性狀集中到同一個體,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胞雜交技術(shù)。(5)如果要培育隱性性狀個體,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,也可以采用細胞融合的方法,并且細胞融合可在兩個不同物種之間進行。(7)有些植物如小麥、水稻等,雜交實驗較難操作,則最簡便的方法是自交。(8)實驗材料若為動物,則雜交育種中一般不通過逐代自交,而應(yīng)通過測交實驗直接判斷基因型。(9)實驗植物若為營養(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)實驗材料若為原核生物,則不能運用雜交育種,細菌的育種一般采用誘變育種和基因工程育種的方法。育種圖解的識別方法1.育種程序圖的識別皮。這是識別各種育種方法的主要依據(jù)。(2)根據(jù)以上分析可以判斷:“親本新品種”為雜交育種,“親本新品種”為單倍體育種,“種子或幼苗新品種”為誘變育種,“種子或幼苗新品種”為多倍體育種,“植物細胞新細胞愈傷組織胚狀體人工種子新品種”為基因工程育種。(1)首先要識別圖解中各字母表示的處理方法:A雜交,D自交,B花藥離體培養(yǎng),C秋水仙素處理,E誘變處理,F秋水仙素處理,G轉(zhuǎn)基因技術(shù),H脫分化,I再分化,J包裹人工種2.基于個體基因型的育種圖解識別根據(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。考向考向1以基礎(chǔ)判斷或圖示分析的形式以基礎(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。請回答下列問題:(1)要判斷該變異株的育種價值,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,需要判斷該變異株的變異類型。如果變異株是個別基因的突變體,則可采用育種方法,使早熟基因逐漸,培育成新品種1。為了加快這一進程,還可以采集變異株的進行處理,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,可以推測該變異株減數(shù)分裂中染色體有多種聯(lián)會方式,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,這是因為新品種1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)重組解析解析本題考查育種的相關(guān)知識。(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?？枷蚩枷?以實例分析的形式以實例分析的形式,考查育種方法的選擇考查育種方法的選擇2.(2017北京理綜)玉米(2n=20)是我國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)單倍體玉米體細胞的染色體數(shù)為,因此在分裂過程中染色體無法聯(lián)會,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兩對獨立遺傳的基因控制,A、R同時存在時籽粒為紫色,缺少A或R時籽粒為白色。紫粒玉米與白粒玉米雜交,結(jié)出的籽粒中紫 白=3 5,出現(xiàn)性狀分離的原因是,推測白粒親本的基因型是。將玉米籽粒顏色作為標記性狀,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:;將得到的單倍體進行染色體加倍以獲得純合子;選出具有優(yōu)良性狀的個體。答案答案(1)10減數(shù)染色體組(2)卵細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解析本題考查遺傳規(guī)律及育種的相關(guān)知識。(1)單倍體玉米體細胞的染色體數(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,染色體隨機分配到子細胞,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)的兩對基因,一對基因在兩個親本中都是雜合的,另一對基因在一個親本中是雜合的,在另一個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驗后代中,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行染色體加倍以獲得純合子,選出具有優(yōu)良性狀的個體。突破突破3 3實驗實驗低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化1.實驗原理:低溫可抑制紡錘體形成,阻止細胞分裂,導(dǎo)致細胞染色體數(shù)目加倍。2.實驗步驟與現(xiàn)象3.低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化實驗中的試劑及其作用試劑使用方法作用卡諾氏液將根尖放入卡諾氏液中浸泡0.51h固定細胞形態(tài)體積分數(shù)為95%的酒精沖洗用卡諾氏液處理的根尖洗去卡諾氏液與質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸等體積混合,浸泡經(jīng)固定的根尖解離根尖細胞質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸與體積分數(shù)為95%的酒精等體積混合,作為解離液解離根尖細胞蒸餾水浸泡解離后的根尖約10min漂洗根尖,去掉解離液改良苯酚品紅染液把漂洗干凈的根尖放進盛有改良苯酚品紅染液的玻璃皿中染色35min使染色體著色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胞的有絲分裂”的區(qū)別項目低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂培養(yǎng)待洋蔥長出約1cm左右不定根時4低溫培養(yǎng)適宜溫度下培養(yǎng)固定解離前用卡諾氏液進行固定,然后用體積分數(shù)為95%的酒精沖洗2次不用固定染色用改良苯酚品紅染液用醋酸洋紅溶液或龍膽紫溶液考向考向1以基礎(chǔ)判斷的形式以基礎(chǔ)判斷的形式,考查考查“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實驗操作實驗操作1.下列有關(guān)“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實驗的敘述,錯誤的是()A.低溫處理植物分生組織細胞,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個步驟C.在低倍鏡視野中既有正常的二倍體細胞,也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細胞D.把根尖放在卡諾氏液中浸泡,以固定細胞的形態(tài)B答案答案 B低溫處理植物的分生組織細胞,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錯誤;在低倍鏡視野中既有正常的二倍體細胞,也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細胞,C正確;卡諾氏液適用于一般植物組織和細胞的固定,所以把根尖放在卡諾氏液中浸泡,可以固定細胞的形態(tài),D正確?？枷蚩枷?以實驗探究形式以實驗探究形式,考查實驗原理的應(yīng)用與分析考查實驗原理的應(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)細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍,形成多倍體植物細胞。那么,用一定時間的低溫(4)處理水培的洋蔥根尖,是否也能誘導(dǎo)細胞內(nèi)染色體數(shù)目的加倍呢?請通過實驗探究低溫對細胞內(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)實驗假設(shè):。(2)實驗設(shè)計方案:前期準備:用清水培養(yǎng)洋蔥,待根尖長到1cm長。分組處理:甲組滴加一定濃度的秋水仙素溶液、乙組放在下、丙組放在室溫下進行培養(yǎng)。觀察現(xiàn)象:一段時間后,制作洋蔥根尖臨時裝片,在光學(xué)顯微鏡下觀察根尖區(qū)細胞內(nèi)的。(3)實驗結(jié)果預(yù)測與結(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,與甲不同解析實驗假設(shè)的表述應(yīng)參照實驗?zāi)康?由于實驗?zāi)康氖恰疤骄康蜏貙毎麅?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”。該實驗的自變量為低溫和秋水仙素處理,因變量(或觀測指標)為細胞內(nèi)染色體數(shù)目的變化。核心構(gòu)建核心構(gòu)建