版高中生物 第三章 遗传和染色体 第三节 染色体变异及其应用教学案 苏教版必修2.docx

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版高中生物第三章遗传和染色体第三节染色体变异及其应用教学案苏教版必修2

第三节　染色体变异及其应用

[学习导航]　1.结合教材P47，概述染色体结构变异的类型。

2.结合教材P48～50，在阐明染色体组概念的基础上，说出单倍体、多倍体的概念。

3.结合教材P51～52，概述染色体变异在育种上的应用。

[重难点击]　1.染色体组的概念。

2.单倍体、多倍体育种的流程。

舟舟，1978年4月1日出生在中国的武汉。

他是个先天性愚型患者，智力只相当于几岁的小孩子。

舟舟从小偏爱指挥，当音乐响起时，舟舟就会拿起指挥棒，惟妙惟肖地做出标准的指挥动作，直到曲终。

研究表明舟舟身材矮小、智力低下的根本原因是：

第21号染色体比常人多了1条。

那么染色体都有哪些变异，对生物有什么影响呢？

本节课我们来学习染色体变异。

解决学生疑难点

　_______________________________________________________________

一、染色体结构的变异

1.特点：

染色体结构变异一般可通过光学显微镜直接观察。

2.类型：

包括缺失、重复、倒位和易位四种。

3.染色体结构变异导致性状变异的原因：

染色体结构变异都会使染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。

4.结果：

大多数染色体结构的变异对生物体是不利的，甚至会导致生物体死亡。

5.影响因素：

电离辐射、病毒感染或一些化学物质诱导。

下图①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。

据此分析：

1.图①和图②的变异分别发生在哪种染色体之间？

属于哪类变异？

答案　图①发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组；图②发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异中的易位。

2.图②和图③相比，二者对染色体上基因的数目或排列顺序的影响有什么不同？

答案　图②是易位，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变；图③是基因突变，只是改变基因的结构，不改变染色体上的基因的数目或排列顺序。

3.图①②③中能在光学显微镜下观察到的是哪种？

答案　能在光学显微镜下观察到的是②。

4.能确定图④中的变异具体属于哪种染色体结构变异吗？

答案　不能。

若染色体3正常，染色体4则发生染色体结构变异中的缺失；若染色体4正常，染色体3则发生染色体结构变异中的重复。

知识整合　同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换属于基因重组，非同源染色体之间的片段交换属于染色体结构变异中的易位；基因突变在光学显微镜下都观察不到，不改变染色体上的基因的数目或排列顺序；染色体变异可以在光学显微镜下观察到，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变。

1.如图表示某生物细胞中两条染色体及其部分基因。

下列四种情况的产生不属于该细胞染色体结构变异的是（　　）

A.①B.②C.③D.④

答案　C

解析　染色体结构变异指的是染色体某一片段的缺失、重复、倒位和易位等。

③是基因突变或减数分裂四分体时期发生交叉互换所致。

2.下列关于人类猫叫综合征的叙述，正确的是（　　）

A.该病是由于特定的染色体片段缺失造成的

B.该病是由于特定染色体的数目增加造成的

C.该病是由于染色体组数目成倍增加造成的

D.该病是由于染色体中增加某一片段引起的

答案　A

解析　人类猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的，A正确，B、C、D错误。

二、染色体数目的变异

1.染色体数目变异

（1）概念：

染色体数目以染色体组的方式成倍地增加或减少，个别染色体的增加或减少，都称为染色体数目的变异。

（2）类型

2.染色体组

（1）概念：

细胞中形态和功能各不相同，但互相协调、共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体，称为一个染色体组。

（2）实例：

人的精子或卵细胞中含有一个染色体组，体细胞中含有两个染色体组。

（3）单倍体、二倍体与多倍体

①单倍体是指体细胞中含有配子染色体组的个体。

②由受精卵发育而成的个体，体细胞内含有两个染色体组的称为二倍体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的叫做多倍体。

3.低温诱导染色体数目加倍

（1）实验原理：

低温处理或化学因素刺激，有可能抑制纺锤体的形成，导致子细胞内染色体数目加倍。

（2）实验操作步骤

①培养根尖：

将一些蚕豆或豌豆种子放入培养皿，加入适量的清水浸泡，在培养皿上覆盖2～3层潮湿的纱布。

②低温处理：

在蚕豆幼根长至1.0～1.5cm时，将其中的两个培养装置放入冰箱的低温室内，4℃下诱导培养36小时。

（3）取材和固定：

剪取诱导处理的根尖5mm左右，放入卡诺氏固定液固定0.5～1h，以固定细胞的形态，随后用体积分数为95%的乙醇溶液冲洗2～3次。

（4）制作装片：

具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同。

（5）观察：

先用低倍镜观察，找到视野中染色体形态较好的分裂相，注意视野中有染色体数目发生改变的细胞，再换高倍镜继续观察。

下面甲表示细胞染色体图，乙表示细胞基因型，据图分析：

1.甲生物细胞内有几个染色体组？

判断依据是什么？

答案　4个。

细胞内同一种形态的染色体有4条。

2.乙生物细胞内有几个染色体组？

判断依据是什么？

答案　4个。

在乙的基因型中，控制同一性状的基因出现了4次。

3.若丙生物的体细胞含32条染色体，有8种形态，丙生物细胞中含有几个染色体组？

答案　4个。

4.单倍体是不是一定只含有一个染色体组？

如何区分单倍体和多倍体？

答案　单倍体不一定只含有一个染色体组，如四倍体的单倍体含有2个染色体组，因此判断单倍体和多倍体时，首先看发育的起点，如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，不论细胞内含有几个染色体组都是单倍体。

如果生物体是受精卵或合子发育形成的，生物体细胞内有几个染色体组就叫做几倍体。

3.下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，不正确的是（　　）

A.一个染色体组中不含同源染色体

B.由受精卵发育成的，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体

C.单倍体生物体细胞中不一定只含有一个染色体组

D.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

答案　D

解析　染色体组是不含有同源染色体的；个体若由受精卵发育而来，含有几个染色体组就是几倍体；单倍体是由配子发育而成的，不一定只含有一个染色体组；人工诱导多倍体的方法有秋水仙素处理或低温处理等。

4.根据图中A～H所示的细胞图回答下列问题：

（1）细胞中含有一个染色体组的是________图。

（2）细胞中含有两个染色体组的是________图。

（3）细胞中含有三个染色体组的是________________图，它________（一定，不一定）是三倍体。

（4）细胞中含有四个染色体组的是________________图，它________（可能，不可能）是单倍体。

答案　

（1）D、G

（2）C、H

（3）A、B　不一定

（4）E、F　可能

解析　在细胞内，形态相同的染色体有几条，就含有几个染色体组。

在细胞内，含有几个同音字母，就是含有几个染色体组。

确认是否为单倍体需看发育起点。

方法链接

　染色体组数的判断方法

（1）根据染色体形态判断：

细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。

（2）根据基因型判断：

控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组。

（3）根据染色体数与形态数的比值判断：

染色体数与形态数比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组。

三、染色体变异在育种上的应用

1.单倍体育种

（1）单倍体植株的特点：

长得弱小，而且高度不育。

（2）单倍体育种的常用方法：

花药（花粉）离体培养法。

（3）单倍体育种的过程

（4）单倍体育种的优点

①获得的植株染色体上成对的基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离。

②明显缩短育种年限。

2.多倍体育种

（1）多倍体植株的特点：

茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量较高。

（2）多倍体的自然形成

（3）多倍体的人工诱导

①方法：

用秋水仙素处理或用低温处理。

②处理对象：

萌发的种子或幼苗。

③原理：

能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使染色体数目加倍。

④实例：

三倍体无子西瓜的培育。

1.下图是三倍体西瓜的培育过程，据图分析回答下列问题：

（1）①过程是哪种处理过程？

其原理是什么？

答案　①过程是用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，产生四倍体的过程，其原理是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。

（2）②和④都是传粉，目的有什么不同？

答案　②传粉是为了杂交得到三倍体种子，④传粉是为了刺激子房产生生长素促进果实发育。

（3）①过程处理后，新产生的四倍体，各部分细胞都含有四个染色体组吗？

答案　不是。

地上部分的茎、叶、花的染色体数目加倍，含有四个染色体组；根细胞没有加倍，只含有两个染色体组。

（4）西瓜f的瓜瓤、种子e的胚分别含有几个染色体组？

答案　西瓜f的瓜瓤来自母本，含有四个染色体组，而种子e的胚含有三个染色体组。

（5）为什么三倍体西瓜没有种子？

答案　三倍体西瓜进行减数分裂时，由于联会紊乱，一般不能产生正常配子。

2.如图表示用纯种的高秆（D）抗锈病（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，据图分析：

（1）F1能产生几种雄配子？

答案　F1的基因型是DdTt，能产生四种配子：

DT、dT、Dt、dt。

（2）过程③是哪种处理？

其原理是什么？

答案　过程③是花药离体培养过程。

原理是细胞的全能性。

（3）过程④是哪种处理？

处理后符合要求的植株占的比例是多少？

答案　过程④是用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗。

处理后ddTT占的比例为1/4。

知识整合　单倍体育种和多倍体育种

单倍体育种

多倍体育种

原理

染色体数目变异

染色体数目变异

方法

花药离体培养获得单倍体，再用秋水仙素处理幼苗

秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗

优点

明显缩短育种年限

器官大，营养成分含量高，产量增加

缺点

技术复杂，需要与杂交育种配合

适用于植物，动物难以开展。

多倍体植物生长周期延长，结实率降低

举例

5.下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述，不正确的是（　　）

A.用低温处理植物分生组织细胞，能抑制纺锤体的形成

B.洋葱根尖长出约1cm时，剪下，置于4℃冰箱中，诱导36h

C.卡诺氏液浸泡根尖，固定细胞的形态

D.装片制作包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤

答案　B

解析　低温诱导的原理是抑制纺锤体的形成；剪下根尖，会使其失去生命力，细胞不再分裂；卡诺氏液的作用是固定细胞的形态；在制作装片时，过程和“观察植物细胞的有丝分裂”相同，包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤。

6.将二倍体芝麻的种子萌发成的幼苗用秋水仙素处理后得到的四倍体芝麻（　　）

A.对花粉进行离体培养，可得到二倍体芝麻

B.产生的配子没有同源染色体，所以无遗传效应

C.与原来的二倍体芝麻杂交，产生的是不育的三倍体芝麻

D.秋水仙素诱导染色体加倍时，最可能作用于细胞分裂的后期

答案　C

解析　二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有4个染色体组，而且每个染色体组之间都有同源染色体。

由四倍体的配子发育来的芝麻是单倍体，含两个染色体组，所以该单倍体芝麻是可育的。

四倍体的配子中有两个染色体组，二倍体的配子中有一个染色体组，所以四倍体与二倍体杂交产生的是三倍体芝麻，由于三倍体芝麻在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，所以不育。

秋水仙素诱导染色体加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成。

1.如图为一对同源染色体在减数分裂时的配对行为，表明该细胞发生了（　　）

A.基因突变B.染色体变异

C.基因重组D.碱基互补配对

答案　B

解析　根据图示推测其产生的过程为：

这是染色体倒位发生后引起的变化，属于染色体结构变异。

2.基因突变和染色体变异的一个重要的区别是（　　）

A.基因突变在光学显微镜下看不见

B.染色体变异是定向的，而基因突变是不定向的

C.基因突变是可以遗传的

D.染色体变异是不可以遗传的

答案　A

解析　基因突变是DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，属于分子水平的变化，光学显微镜下观察不到；染色体的变异可在光学显微镜下直接观察到；生物的变异是不定向的；基因突变和染色体变异其遗传物质均发生改变，都是可遗传的变异。

3.下列关于染色体组的叙述，正确的是（　　）

A.体细胞中的一半染色体是一个染色体组

B.配子中的全部染色体是一个染色体组

C.本物种配子中的一半染色体是一个染色体组

D.二倍体生物配子中的全部染色体是一个染色体组

答案　D

解析　一个染色体组内各条染色体大小、形态各不相同，是一组非同源染色体。

只有二倍体产生的配子中含有一套非同源染色体，才是一个染色体组。

4.双子叶植物大麻（2n＝20）为雌雄异株，性别决定为XY型，若将其花药离体培养，再将幼苗用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成应是（　　）

A.18＋XYB.18＋YY

C.9＋X或9＋YD.18＋XX或18＋YY

答案　D

解析　由题可知2n＝20，性别决定为XY型，则花药的染色体组成为9＋X或9＋Y，将其培育成单倍体后再利用秋水仙素处理，诱导染色体加倍后，植株的染色体组成为18＋XX或18＋YY。

5.已知二倍体西瓜的体细胞中含有22条染色体，西瓜的绿皮（A）对白皮（a）为显性，大子（B）对小子（b）为显性，这两对等位基因分别位于两对同源染色体上。

现对一批纯种绿皮大子与白皮小子西瓜种子进行了下列操作：

a.将这批种子播种，并用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大子幼苗，使之成为四倍体；

b.当被处理后的绿皮大子西瓜植株开花后，将白皮小子西瓜植株的花粉授予绿皮大子植株，使之杂交获得F1。

（1）亲本杂交当年结__________（选填“有子”或“无子”）西瓜，其果皮颜色为__________。

（2）秋水仙素的作用是___________________________________________________________。

（3）由于工作人员的疏忽，进行a操作时，其中有一株幼苗没有用秋水仙素处理，其通过杂交获得了有子西瓜。

第二年，工作人员将该种子（F1）播种，用一定浓度的秋水仙素处理其幼苗，并让F1与白皮小子西瓜植株杂交获得F2。

（提示：

F1进行减数分裂时，每4条同源染色体等量随机分配到配子中去，其产生的配子可育）

①F1减数第二次分裂后期细胞中含有________个DNA分子，________个染色体组，________对同源染色体。

②从F2中可以选出白皮小子的西瓜品种吗？

为什么？

________________________________________________________________________。

③若只考虑种皮这一对相对性状的遗传，则F2的基因型及比例为________________________________________________________________________。

答案　

（1）有子　绿皮　

（2）抑制有丝分裂时纺锤体的形成，使细胞中的染色体数目加倍　（3）①44　4　22

②不能，因为F2是三倍体，其减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子（或F2是三倍体，其高度不育）　③AAa∶Aaa∶aaa＝1∶4∶1

解析　纯种绿皮大子西瓜基因型为AABB，白皮小子西瓜基因型为aabb，用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大子幼苗后的基因型为AAAABBBB，与aabb杂交后形成受精卵AAaBBb，发育为种子，所以母本结的是有子西瓜。

因果实由母本的子房发育而成，果皮来自子房壁，母本基因型为AAAABBBB，所以果皮颜色为绿皮。

第（3）小题所说幼苗没有用秋水仙素处理，基因型为AABB，与aabb杂交后形成的子代基因型为AaBb，用秋水仙素处理后为AAaaBBbb，染色体数为44，染色体组为4组。

减数第一次分裂同源染色体分离后，减数第二次分裂后期着丝点分开，DNA分子数为44，染色体数为44，染色体组为4组，同源染色体为22对。

AAaaBBbb和白皮小子西瓜植株aabb杂交后得到F2为三倍体，因为减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子，所以形成的三倍体高度不育，不能作为品种得以保留。

AAaa在四条同源染色体上，在分离时随机分配，因此有AA、Aa、aa三种组合，比例为1∶4∶1，与a一种配子随机结合后得到的F2的基因型及其比例为AAa∶Aaa∶aaa＝1∶4∶1。

课时作业

[学考达标]

1.由于种种原因，某生物体内某条染色体上多了或少了几个基因，这种遗传物质的变化属于（　　）

A.基因内部结构的改变

B.染色体结构变异

C.染色体数目变异

D.染色单体的交叉互换

答案　B

解析　某条染色体上多了或少了几个基因是由染色体结构变异中的缺失或重复所致。

2.如图是某生物细胞减数分裂时，两对联会的染色体之间出现异常的“十”字型结构现象，图中字母表示染色体上的基因。

据此所作的推断中错误的是（　　）

A.此种异常源于染色体结构的变异

B.该生物产生的异常配子很可能有HAa或hBb

C.该生物基因型为HhAaBb，一定属于二倍体生物

D.此种异常可能会导致生物的生殖能力下降

答案　C

解析　此图表示的是减数分裂过程中的联会，根据同源染色体两两配对的关系可知，H和h所在的染色体为一对同源染色体，剩余的两条染色体为另一对同源染色体，而A和b或B和a的互换导致上述结果，上述互换发生在非同源染色体之间，属于染色体结构的变异；在减数第一次分裂的后期同源染色体分离，非同源染色体自由组合，所形成的配子有HAa、hBb或HAb、hBa；该个体含有两个染色体组，有可能为二倍体也有可能为单倍体；染色体变异大多数是有害的，有可能导致生物体生殖能力下降。

3.普通小麦是六倍体，有42条染色体，科学家们用花药离体培养培育出的小麦幼苗是（　　）

A.三倍体、21条染色体

B.单倍体、21条染色体

C.三倍体、三个染色体组

D.单倍体、一个染色体组

答案　B

解析　花药中的花粉是经过减数分裂发育而成的，由其培育出的幼苗比普通小麦的染色体数减少了一半，含有三个染色体组，而体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体叫做单倍体。

4.下面有关单倍体和染色体组的叙述中，不正确的是（　　）

A.由未受精的卵细胞发育而成的个体称为单倍体

B.一个染色体组中无等位基因

C.有性生殖的配子细胞中染色体肯定为一个染色体组

D.普通小麦含6个染色体组、42条染色体，它的单倍体含3个染色体组、21条染色体

答案　C

解析　由未受精的卵细胞发育而成的个体中染色体数目是正常体细胞中染色体数目的一半；一个染色体组中不含有同源染色体，所以也就不存在等位基因；配子中含有正常体细胞中一半的染色体，例如四倍体的配子中就含有两个染色体组；普通小麦中含有6个染色体组、42条染色体，单倍体中染色体数目是正常体细胞中的一半。

5.下列有关“低温诱导大蒜根尖细胞染色体数目的变化”实验的叙述，正确的是（　　）

A.可能出现三倍体细胞

B.多倍体细胞形成的比例一般为100%

C.多倍体细胞形成过程无完整的细胞周期

D.多倍体形成过程增加了非同源染色体重组的机会

答案　C

解析　低温诱导大蒜根尖细胞染色体数目加倍，不应出现三倍体；低温诱导不能使所有细胞染色体数目都加倍；根尖细胞的分裂为有丝分裂，而非同源染色体重组发生在减数分裂过程中，不能增加重组机会；多倍体细胞形成的原理是抑制纺锤体的形成，阻止细胞的分裂，所以细胞周期是不完整的。

6.某些类型的染色体结构和数目的变异，可通过对细胞分裂时期的观察来识别。

图中a、b、c、d为某些生物减数第一次分裂时期染色体变异的模式图，它们依次属于（　　）

A.三倍体、染色体片段重复、三体、染色体片段缺失

B.三倍体、染色体片段缺失、三体、染色体片段重复

C.三体、染色体片段重复、三倍体、染色体片段缺失

D.染色体片段缺失、三体、染色体片段重复、三倍体

答案　C

解析　a图是染色体数目变异中个别染色体的增加，属于三体；b图为染色体结构变异中4号染色体片段的重复；c图细胞中含三个染色体组，可能为三倍体；d图为染色体结构变异中染色体片段3和4的缺失。

[高考提能]

7.果蝇的一条染色体上，正常基因的排列顺序为123－456789，“—”代表着丝点，表中表示了由该正常染色体发生变异后基因顺序变化的情况。

下列有关叙述错误的是（　　）

染色体

基因顺序变化

a

123－476589

b

123－4789

c

1654－32789

d

123－45676789

A.a是染色体某一片段位置颠倒引起的

B.b是染色体某一片段缺失引起的

C.c是染色体着丝点改变引起的

D.d是染色体增加了某一片段引起的

答案　C

解析　a中5、6、7基因发生颠倒成了765；b缺失了5、6基因；d染色体增添了一段片段；c由原来的23－456变成了654－32，发生了颠倒，不是由着丝点改变引起的。

8.下面是四种生物的体细胞示意图，A、B图中的字母代表细胞中染色体上的基因，C、D图代表细胞中染色体情况。

那么最可能属于多倍体的细胞是（　　）

答案　D

解析　根据题图可推知，A、B、C、D中分别具有4个、1个、2个、4个染色体组，则A、D有可能为多倍体，但有丝分裂过程的前期和中期，每条染色体上含有两条姐妹染色单体，而姐妹染色单体上含有相同的基因，则一对同源染色体可能具有相应的4个基因，如A。

综上所述，最可能属于多倍体的细胞是D。

9.下图表示无子西瓜的培育过程：

根据图解，结合你学过的生物学知识，判断下列叙述错误的是（　　）

A.秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的茎尖，主要是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成

B.四倍体植株所结的西瓜，果皮细胞内含有4个染色体组

C.无子西瓜既没有种皮，也没有胚

D.四倍体西瓜的根细胞中含有2个染色体组

答案　C

解析　秋水仙素抑制纺锤体的形成，是在有丝分裂的前期；四倍体西瓜的果皮是由子房壁发育而成的，来自母本，应含有4个染色体组；无子西瓜是由于不能产生正常配子，所以不能形成受精卵，而种皮来自于母本，所以有种皮，而没有胚；由于植株的地下部分没有经秋水仙素处理，细胞中仍含有2个染色体组。

10.基因型为Aa的幼苗经秋水仙素处理后长成植株，该植株细胞减数分裂产生的配子的种类及其比例是（　　）

A.AA∶aa＝1∶1

B.AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1

C.Aa∶Aa＝1∶1

D.AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1

答案　D

解析　基因型为Aa的幼苗经秋水仙素处理后长成的植株的基因型为AAaa，减数分裂时，A和A组合为AA，A和a组合为Aa，a和a组合为aa，结果AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1。

11.下图表示某些植物的体细胞，请据图回答下列问题：

（1）肯定是单倍体的是________图，它是由________倍体的生殖细胞直接发育形成的。

（2）茎秆较粗壮但不能产生种子的是________图，判断的理由是_________________________

___________________________________________________________