专题15 染色体变异与育种汇总.docx
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专题15染色体变异与育种汇总
圆梦教育高中生物专题十五染色体变异与育种
1、染色体结构和数目的变异概念:
在自然条件或人为条件的影响下,染色体的结构和数目都可以发生变化,从而导致生物的性状发生变异。
染色体结构的变异
2、类型
染色体数目的变异
类型:
缺失、倒位、易位、重复。
3、染色体结构的变异实例:
猫叫综合症等。
原因:
染色体结构的改变,引起染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,对生物个体往往是不利的,有的甚至会导致生物体死亡。
类型
遗传效应
图解
实例
缺失
缺失片段越大,对个体影响越大。
轻则影响个体生活力,重则死亡
猫叫综合征
重复
引起的遗传效应比缺失小,重复部分太大会影响个体生活力
果蝇的棒状眼
倒位
形成的配子大多是异常的,从而影响个体生育
/
易位
产生部分异常配子,使配子的育性降低或产生有遗传病的后代
人慢性粒细胞白血病
说明:
每个物种染色体的大小、形态和结构都是相对稳定的。
交叉互换与染色体易位的区别
交叉互换
染色体易位
图解
区别
发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间
发生于非同源染色体之间
属于基因重组
属于染色体结构变异
在显微镜下观察不到
在显微镜下观察到
4、染色体数目变异
个别染色体数目增加或减少:
21三体综合征
染色体组成倍增加或减少
5、染色体组:
(1)概念:
细胞中的一组非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同,但是携带着控制一种生物生长发育、遗传变异的全部信息,这样的一组染色体叫做一个染色体组(用n表示)。
(2)特征:
不同种生物,每一个染色体组所含的染色体数目不同(如人23条,果蝇4条);在1个染色体组中是没有同源染色体的(减Ⅰ后,同源染色体分离),即所有的染色体大小形态各不相同。
(3)染色体组数的判断:
方法①:
细胞内形态相同的染色体有几条,则含有几个染色体组,图甲所示细胞中相同的染色体有4条,则此细胞中有4个染色体组(每个染色体组含3条形态和功能各不相同的染色体)。
方法②:
在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的同一种基因出现几次,则有几个染色体组,图乙所示基因型为AAaBBb的细胞或生物体含有3个染色体组。
判断:
每个生殖细胞中的一组染色体都叫一个染色体组吗?
(×)→2n?
4n?
6、二倍体
(1)概念:
由受精卵发育而成的个体,体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体。
(2)实例:
几乎全部动物(蜂王、工蜂属于二倍体,雄蜂属于单倍体),过半数高等植物。
7、多倍体
(1)概念:
由受精卵发育而成的个体,体细胞中含有3个或3个以上的染色体组的叫做多倍体。
(三倍体-3n,四倍体-4n,六倍体-6n……)
(2)实例:
1/3的被子植物
(3)形成原因
自然多倍体:
外界条件剧变,分裂受阻,染色体数目加倍,加倍的细胞继续进行正常的分裂形成多倍体幼苗,从而得到多倍体植株。
人工诱导多倍体:
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,从而得到多倍体植株(低温处理)。
茎秆粗壮,叶片、果实、种子比较大,营养物质含量高。
(4)特点
发育延迟,结实率低。
(5)应用:
人工诱导多倍体育种。
8、人工诱导多倍体育种
(1)概念:
采用人工方法获得多倍体,再利用其变异来选育新品种。
(2)方法:
最常用的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,从而得到多倍体。
(3)秋水仙素作用原理:
抑制纺锤体的形成。
秋水仙素的作用在于能够抑制细胞有丝分裂时形成纺缍体,染色体虽然完成了复制,但是不能形成两个子细胞,因而使染色体的数目加倍,这样,加倍的染色体就存在于一个体细胞里。
以后由这样的体细胞分裂出来的子细胞,染色体数目都比原来的体细胞增加了一倍,这就形成了一个多倍体植株。
(4)实例:
三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦的培育。
专题:
无籽西瓜和无籽番茄的比较。
无籽西瓜,是三倍体西瓜的果实。
三倍体植株在减数分裂时,染色体的联会发生紊乱,不能形成正常的生殖细胞,因此胚珠并不发育成为种子。
不过子房发育果实时,需授以二倍体西瓜的花粉,刺激诱导三倍体的子房,才能发育成三倍体的无籽西瓜(属于染色体变异,是可遗传的变异)。
无籽番茄,是用生长素刺激没有授粉的番茄雌花的子房,使其发育成为果实,由于番茄未授粉,所有没有种子(属于不遗传的变异)。
秋水仙素可引起的变异:
变异类型
原理
时期
基因突变
DNA复制出差错
间期
染色体变异
抑制纺锤体形成
前期
9、单倍体
(1)概念:
指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
自然条件下,由未受精的卵细胞直接发育而成,如雄蜂。
(2)形成原因
人工条件下,用花药离体培养也能获得单倍体。
(3)特点:
植株弱小,高度不育(孕)[原因:
减数分裂过程中,联会紊乱,染色体无规则地分配到配子中去,形成正常可育配子的概率仅为(1/2)n(n为染色体组中的染色体基数),致使植株不孕。
但自然状态下存在的单倍体(雄蜂等),由于长期的自然选择作用,其生活力及繁殖能力均表现正常],在生产上无使用价值。
(4)应用:
单倍体育种。
方法:
花药→离体培养→单倍体植株→人工诱导(秋水仙素),染色体数目加倍→正常植株(纯合体)→自交→种子(第一年)→萌发发育→新植株(新品种,纯种)(第二年)。
优点:
明显缩短育种年限。
实例:
蜜蜂中的雄蜂;蚜虫孤雌生殖的后代;水稻、小麦的花粉植株等。
10、专题:
单倍体、二倍体、多倍体辨析。
凡是由配子不经受精作用直接发育而来的新个体就是单倍体。
而不必管它体细胞中有几个染色体组。
由受精卵发育而来,凡是体细胞中含有两个(三个或三个以上)染色体组的个体叫二倍体(多倍体)。
可见,二倍体和多倍体的划分依据是体细胞中含有染色体组的数目;而单倍体的确定不是以体细胞中含有的染色体组的数目为依据,而是以是否由配子直接发育而来为依据。
11、专题:
基因重组,基因突变,染色体变异。
类型项目
基因突变
基因重组
染色体变异
适用范围
生物种类
所有生物(包括病毒)均可发生
自然状态下只发生于真核生物有性生殖过程中,为核遗传
真核生物细胞增殖过程中均可发生
生殖
无性生殖、有性生殖
有性生殖
无性生殖、有性生殖
类型
自然突变
诱发突变
交叉互换
自由组合
染色体结构变异
染色体数目变异
原因
DNA复制(有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期)过程碱基序列出现差错
减数分裂时非同源染色体上的非等位基因自由组合或同源染色体的非姐妹染色单体间发生交叉互换
内外因素影响使染色体结构出现异常,或细胞分裂过程中,染色体不分离,形成了多倍体,或减数分裂时,偶而发生染色体不配对不分离,分离延迟等原因引起
发生时期
DNA复制时(有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期)
减数分裂四分体时期及第一次分裂过程中
细胞分裂期
实质
产生新的基因(改变基因的质,不改变基因的量)
产生新的基因型(不改变基因的质,一般也不改变基因的量,但转基因技术会改变基因的量)
基因数目或基因排列顺序发生改变(不改变基因的质)
产生结果
产生新的基因
只产生新的基因型,不产生新的基因
不产生新的基因,但可引起基因数目或顺序的变化
意义
基因突变是生物变异的根本来源,为基因重组提供原始材料。
三种可遗传变异都为生物进化提供了原材料
镜检
光镜下均无法检出,可根据是否有新性状或新性状组合确定
光镜下可检出
育种应用
诱变育种
杂交育种
单倍体育种、多倍体育种
12、育种:
(1)杂交育种
依据原理:
基因重组
常用方法:
①杂交→自交→选优→自交至不发生性状分离为止②杂交→“杂种”
优点:
使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体身上
缺点:
①育种时间一般比较长;局限于同种或亲缘关系较近的物种间;需及时发现优良品种。
②年年制种
举例:
①用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦②杂交水稻、杂交玉米等
(2)人工诱变育种
依据原理:
基因突变
常用方法:
①物理:
用紫外线、X或γ射线、微重力、激光等处理,再筛选②化学:
用亚硝酸、硫酸二乙酯等处理,再选择
优点:
可以提高变异的频率,大幅度地改良某些性状
缺点:
盲目性大,具有不定向性;有利变异少,工作量大,需要大量的供试材料
举例:
青霉素高产菌株、太空椒
(3)单倍体育种
依据原理:
染色体变异
常用方法:
①先将花药离体培养,培养出单倍体植株②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子③从中选择优良植株
优点:
明显缩短育种年限
缺点:
技术复杂且需与杂交育种配合
举例:
单倍体育种获得的矮秆抗锈病小麦
(4)多倍体育种
依据原理:
染色体变异
常用方法:
用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
优点:
操作简单,能较快获得新类型
缺点:
多倍体植物发育延迟,结实率降低,一般只适用于植物,在动物难于开展。
举例:
三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦
(5)基因工程育种
依据原理:
基因重组
常用方法:
转基因(DNA重组)技术将目的基因引入生物体内,培育新品种
优点:
打破物种界限,定向改变生物的性状
缺点:
技术复杂,安全性问题多,有可能引起生态危机
举例:
产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉
说明:
(1)杂交育种与杂种优势的区别:
①杂交育种是通过有性生殖,使不同品种的优良性状通过交配组合到后代的一个个体中,从而选育出优良品种的方法。
②杂种优势是指基因型不同的个体杂交产生的杂交一代,在适应能力上优于两个亲本的现象。
(2)不同需求的育种方法选择与分析
①若要培育隐性性状个体,则可用自交或杂交,只要出现该性状即可。
②有些植物如小麦、水稻等,杂交实验较难操作,则最简便的方法是自交。
③若要快速获得纯种,则用单倍体育种方法。
④若实验植物为营养繁殖类如土豆、地瓜等,则只要出现所需性状即可,不需要培育出纯种。
⑤若要培育原先没有的性状,则可用诱变育种。
⑥若要定向改变生物性状的新品种,可利用基因工程育种。
13、低温诱导植物染色体数目的变化
(1)实验原理
用低温处理植物分生组织细胞,能够抑制纺锤体的形成。
(2)材料用具
洋葱或大葱、蒜(均为二倍体),卡诺氏液,改良苯酚品红染液,体积分数为15%的盐酸溶液,体积分数为95%的酒精溶液,培养皿,滤纸,纱布,烧杯,镊子,剪刀,显微镜,载玻片,盖玻片,冰箱。
(3)方法步骤
①培养根尖:
待洋葱长出约1cm的不定根时,将整个装置放入冰箱的低温室(4摄氏度),诱导培养36h。
②固定细胞:
剪取诱导处理的根尖长度约0.5-1cm,放入卡诺液中浸泡0.5-1h,然后用体积分数为95%的酒精溶液冲洗2次。
③制作装片:
通过解离、漂洗、染色和制片4个步骤,制成装片。
④观察:
先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂图像。
确认某个细胞发生染色体数目变化后,再用高倍镜观察。
(4)实验结论:
可观察到细胞中染色体数目增加,说明低温可诱导染色体数目增加。
14、列表比较多倍体育种和单倍体育种:
15.三倍体无子西瓜的培育过程图示:
注:
亲本中要用四倍体植株作为母本,二倍体作为父本,两次使用二倍体花粉的作用是不同的。
(了解)
以染色体概念系统为例,分析染色体与遗传变异进化之间的内在联系:
16.易位与交叉互换的区别
易位发生在非同源染色体之间,是指染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上;交叉互换发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间。
17.染色体组数的判断
(1)根据染色体形态判断:
在细胞内任选一条染色体,细胞内与该染色体形态相同的染色体共有几条,则含有几个染色体组,如图甲有四个染色体组。
(2)根据基因型判断:
在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的基因出现几次,则有几个染色体组,如图乙有四个染色体组。
(3)根据染色体的数目和染色体的形态数来推算。
染色体组的数目=染色体数/染色体形态数,如韭菜细胞共32条染色体,有8种形态,可推出每种形态有4条,进而推出韭菜细胞内应含4个染色体组,而且染色体形态数就代表着每个染色体组中染色体的条数。
18.两种育种方式的比较
方式
多倍体育种
单倍体育种
原理
两者都是利用染色体数目变异的原理。
不同的是,多倍体育种是使染色体以染色体组的形式成倍增加;单倍体育种是使染色体数目以染色体组的形式成倍减少,再加倍后获得纯种
常用方法
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗(或低温诱导,使植物染色体数目加倍)
花药离体培养,然后进行人工诱导染色体加倍(秋水仙素处理萌发的种子或幼苗、低温诱导植物染色体数目加倍),形成纯合子
优点
器官大,营养成分含量高
明显缩短育种年限
缺点
适用于植物,在动物方面难以开展;发育延迟,结实率低
技术复杂,需与杂交育种结合;单倍体一般不育
实例
三倍体西瓜、甜菜
抗病植株的快速培育
19.关于三倍体无子西瓜培育过程的几个问题
(1)关于两次传粉:
第一次传粉是杂交得到三倍体种子,第二次传粉是为了刺激子房发育成果实。
(2)为何不以二倍体西瓜为母本?
如果以二倍体西瓜作为母本,四倍体西瓜作为父本,也能得到三倍体种子,但这种三倍体种子结的西瓜,因珠被发育成厚硬的种皮,达不到“无子”的目的。
(3)用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗。
因为萌发的种子、幼苗具有分生能力,细胞进行有丝分裂,用秋水仙素处理后可达到使产生的新细胞染色体数目加倍的目的。
(4)秋水仙素处理后,分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍,而未处理的(如根部)细胞染色体数仍为二倍体。
(5)四倍体植株上结的西瓜,种皮和瓜瓤为四倍体,里面的种子为三倍体。
(6)三倍体西瓜进行减数分裂时,由于同源染色体无法正常联会或联会紊乱,不能产生正常配子。
20.拓展
(1)实验时为什么先培养出根尖后再低温诱导?
能否直接诱导洋葱鳞片叶?
因为未长出根尖前施予低温不利于其生出不定根。
不可直接诱导洋葱鳞片叶,因为
(2)低温诱导的植物染色体数目变化情况是怎样的?
①若低温诱导植物的萌发的种子或幼苗,则整个植株的染色体数目均加倍。
②若低温诱导植物正在生长发育的某一器官的部分细胞,则由这一器官的部分细胞发育而成的结构的染色体数目加倍。
几个染色体组。
如果蝇该比值为8条/4种形态=2,则果蝇含2个染色体组。
21、填空完成单倍体、二倍体和多倍体的比较:
二倍体
多倍体
单倍体
概念
由受精卵发育而成,体细胞中含两个染色体组的个体
由受精卵发育而成,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
由配子发育而来,含有本物种配子染色体数目的个体
实例
过半数高等植物、人、果蝇等几乎全部动物
香蕉、马铃薯、无子西瓜
(蜜蜂)雄蜂玉米、小麦的单倍体
染色体组的数目
两个
三个或三个以上
一个至多个
性状表现
正常(作为单倍体、多倍体的参照物)
茎秆粗壮,叶片、果实、种子较大,营养丰富,但发育迟缓,结实率低
植株弱小,且高度不育(雄蜂除外)
人工诱导方法
无
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
采用花药离体培养法
意义
运用多倍体育种,可获得植物新品种
运用单倍体育种,缩短育种年限
22.基因重组、基因突变和染色体变异的比较
类型
项目
基因突变
基因重组
染色体变异
实质
基因结构的改变(碱基对的增添、缺失或替换)
基因的重新组合,产生多种多样的基因型
染色体结构或数目变化引起基因数量或排序改变
类型
自发突变、人工诱变
基因自由组合、交叉互换、转基因
染色体结构、数目变异
时间
主要是细胞分裂间期
减数第一次分裂前期或后期
细胞分裂过程中
适用范围
任何生物均可发生
真核生物进行有性生殖产生配子时
真核生物均可发生
产生结果
产生新的等位基因,但基因数目未变
只改变基因型,未发生基因的改变
可引起基因“数量”或“排列顺序”上的变化
意义
生物变异的根本来源,提供生物进化的原始材料
形成多样性的重要原因,对生物进化有十分重要的意义
对生物进化有一定意义
育种应用
诱变育种
杂交育种
单倍体育种、多倍体育种
实例
青霉菌高产菌株的培育
豌豆、小麦的杂交
三倍体无子西瓜及八倍体小黑麦的培育
拓展提升 单倍体、二倍体和多倍体的确定方法
(1)由合子发育来的个体,细胞中含有几个染色体组,就叫几倍体。
(2)由配子直接发育来的个体,不管含有几个染色体组,都只能叫单倍体。
提醒 单倍体不一定只含1个染色体组,可能含同源染色体,可能含等位基因,也可能可育并产生后代。
23、三种可遗传变异的比较
基因突变
基因重组
染色体变异
概念
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
生物进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的重新组合
染色体结构或数目变化引起的变异
类型
①自然状态下发生的自然突变
②人为条件下发生的诱发突变
①基因的自由组合:
减数分裂时非同源染色体上的非等位基因的自由组合
②基因的互换:
同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生局部互换
①染色体结构变异(染色体中某一片段的缺失、增加、位置颠倒以及非同源染色体间某一片段的移接)
②染色体数目变异(细胞内个别染色体的增加或减少,以及染色体组的增加或减少)
发生时期
及原因
主要是DNA复制(有丝分裂分裂间期、减数第一次分裂间期及其他DNA复制)时,由于碱基互补配对的差错而引起
减数第一次分裂前期,由于四分体内非姐妹染色单体的交叉互换和减数第一次分裂的后期,非同源染色体的自由组合
细胞在有丝分裂中,染色体不分离,形成加倍的重组核,出现多倍体;减数分裂时,偶然发生染色体配对不分离、分离延迟等
适用
范围
任何生物均可发生(原核、真核生物,非细胞结构生物)
真核生物进行有性生殖产生配子时在核遗传中发生
真核生物核遗传中发生
本质
基因的分子结构发生改变,产生新的基因,可能出现新的性状。
发生基因“种类”的改变或“质”的改变,但量未变
不同基因的重新组合,不能产生新的基因,但能产生新的基因型、表现型。
既无质的变化也无量的变化
染色体组成倍增加或减少,个别染色体增加或减少,染色体内部结构发生改变。
可引起基因数量上的变化,如增添或缺失几个基因
变异特征
大多数变异对生物体正常发育不利
遵循孟德尔遗传定律
多数染色体结构变异对生物体是不利的,有的甚至导致生物体死亡
意义
生物变异的根本来源,生物进化的原始材料
生物变异的重要来源,是形成生物多样性的重要原因
对生物进化具有一定的意义
育种应用
诱变育种
杂交育种
单倍体、多倍体育种
24.生物变异在育种上的应用
项目
杂交育种
诱变育种
单倍体育种
多倍体育种
基因工程育种
原理
基因重组
基因突变
染色体变异
染色体变异
基因重组
育种
程序
应用
用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦
高产青霉菌
用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦
三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦
转基因“向日葵豆”、转基因抗虫棉
25、总结提升
1.易位与交叉互换的区别
染色体易位
交叉互换
图
解
区
别
发生于非同源染色体之间
发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间
属于染色体结构变异
属于基因重组
2.基因突变对性状的影响
碱基对
影响范围
对氨基酸序列的影响
替换
小
只改变1个氨基酸或不改变
增添
大
插入位置前不影响,影响插入后的序列
缺失
大
缺失位置前不影响,影响缺失后的序列
伴性遗传(Ⅱ)。
4.人类遗传病的类型(Ⅰ)。
5.人类遗传病的监测和预防(Ⅰ)。
6.人类基因组计划及意义(Ⅰ)。
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