2024届人教版高中生物一轮复习染色体变异与生物育种学案（不定项）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习染色体变异与生物育种学案（不定项），共42页。
第2讲　染色体变异与生物育种
课标解读
核心素养
1.简述染色体结构变异和数目变异
2.理解生物变异在育种上的应用
3.探究·实践:低温诱导植物细胞染色体数目的变化
生命观念
染色体变异会影响生物性状,即结构与功能观
科学思维
通过三种可遗传变异的比较,培养归纳与概括能力
科学探究
低温诱导染色体数目变化

考点一　染色体变异

1.染色体数目变异。
(1)类型及实例。

提醒　生物体内有丝分裂和减数分裂过程中染色体移向异常都可导致染色体数目变异。
(2)染色体组分析(根据雄果蝇染色体组成图归纳)。

①从染色体来源看,一个染色体组中不含同源染色体。
②从形态、大小和功能看,一个染色体组中所含的染色体各不相同。
③从所含的基因看,一个染色体组中含有控制本物种生物性状的一整套基因,但不能重复。
提醒　基因组≠染色体组。染色体组:细胞中的每套非同源染色体称为一个染色体组。基因组:对于有性染色体的生物(二倍体),其基因组为常染色体/2+性染色体;对于无性染色体的生物,其基因组与染色体组所含染色体数相同。
2.单倍体、二倍体和多倍体。

提醒　单倍体强调由配子发育而来,并非单倍体都高度不育,同源多倍体的单倍体是可育的。
3.染色体结构的变异。
(1)类型及实例。

提醒　缺失、重复和倒位一般发生在同一条染色体上,易位发生在非同源染色体之间。
(2)结果和影响。
①结果:使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,从而导致性状的变异。
②影响:大多数染色体结构变异对生物体是不利的,有的甚至会导致死亡。
正误判断
(1)DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异。(×)
(2)组成一个染色体组的染色体通常不含减数分裂中能联会的染色体。(√)
(3)三倍体植株不能由受精卵发育而来。(×)
(4)易位只能发生在同源染色体之间。(×)
(5)三倍体无子西瓜形成的原因是减数分裂中联会紊乱。(√)
(6)基因突变不会改变基因的数目,染色体结构变异可能使染色体上的基因的数目发生改变。(√)
教材微点
1.(必修2 P88“相关信息”)(1)在被子植物中,约有33%的物种是多倍体。例如,普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等。
(2)秋水仙素(C22H25O6N)是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取的一种植物碱。它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶,有剧毒,使用时应当特别注意。
2.(必修2 P89“探究·实践”)秋水仙素和低温诱导染色体数目加倍的原理有什么相似之处?
提示　两者诱导染色体数目加倍的原理相同,都是抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,从而引起染色体数目加倍。
3.(必修2 P91 “概念检测”)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体吗?不一定,原因是单倍体植株不一定只含一个染色体组,所以用秋水仙素处理后得到的不一定是二倍体。
长句突破
1.(科学思维)已知某植物的宽叶对窄叶为显性,纯种宽叶植株与窄叶植株杂交的后代中,偶然发现一株窄叶个体,原因:可能是纯种宽叶个体在产生配子时发生了基因突变,也可能是纯种宽叶个体产生的配子中含宽叶基因的染色体片段缺失。
2.(科学思维)对某单体植株的花粉进行离体培养时,发现n⁃1型配子难以发育成单倍体植株,其原因最可能是由于缺少一条染色体,基因组中缺少了某些生长发育所必需的基因(或缺少的染色体上含有某些生长发育所必需的基因,答案合理即可)。
3.(科学探究)某生物兴趣小组将品系甲与品系乙杂交,F1中出现了一株矮茎豌豆,原因经过初步探究,还需进一步判断发生了基因突变还是染色体变异,可采取的具体判定措施是分别制作F1中高茎和矮茎的分生区细胞临时装片,在显微镜下观察判断染色体的形态和数目。
4.(科学探究)有人让某品系的豌豆自交,子代出现了性状分离,且高茎∶矮茎=35∶1。原因可能是染色体加倍形成了四倍体的豌豆(DDdd)。请设计一个实验方案对该解释加以验证。
提示　让该品系的豌豆与矮茎豌豆测交,若测交后代性状分离比为高茎∶矮茎=5∶1,则验证了该解释。

1.染色体结构变异、基因突变和基因重组的比较。
(1)染色体结构变异与基因突变的区别。

(2)易位与互换的区别。

2.“三法”判定染色体组。
(1)根据染色体形态判定。
细胞内形态相同的染色体有几条,则含有几个染色体组。

(2)根据基因型判定。
在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的基因(包括同一字母的大、小写)出现几次,则含有几个染色体组。

(3)根据染色体数和染色体的形态数推算。
染色体组数=染色体数/染色体形态数。如果玉米体细胞中有20条染色体,分为10种形态,则染色体组的数目为2。
3.几种常考变异类型产生配子的分析方法。

提醒　分析三体产生的配子类型时,为了避免混淆,可以进行标号,如AAa,可以记为A1A2a,则染色体的三种分离方式为1A1A2、1a,1A1、1A2a,1A2、1A1a,最后把A合并即可得到各种配子的比例。

角度一 结合染色体结构变异类型的推断,考查科学思维能力
1.在细胞分裂过程中出现了甲、乙、丙、丁4种变异类型,图甲中的英文字母表示染色体片段,图丙中变异发生在四分体时期。下列有关叙述正确的是(　　)

A.图示中的生物变异都是染色体变异
B.图中所示的变异类型在减数分裂过程中均可能发生
C.如果图乙为一个精原细胞,则它一定不能产生正常的配子
D.图示中的变异类型都能在光学显微镜下观察到
解析　分析图示可知,图甲属于染色体中“增加某一片段(c)”引起的变异,图乙属于“细胞内个别染色体增加”引起的变异,图丁属于“染色体某一片段移接到另一条非同源染色体上”引起的变异,而图丙为减数分裂的四分体时期,同源染色体上非姐妹染色单体之间的互换,属于基因重组,不属于染色体变异,A项错误;若图乙为一个精原细胞,在其减数分裂过程中,可能会产生正常配子,C项错误;染色体变异(如染色体结构改变、染色体数目增减等)可以在光学显微镜下观察到,图丙所示的基因重组不能在光学显微镜下观察到,D项错误。
答案　B
2.(不定项)鸡属于ZW型性别决定的二倍体生物。下图是鸡的正常卵原细胞及几种突变细胞的模式图(仅显示2号染色体和性染色体)。以下分析错误的是(　　)

A.正常卵原细胞可产生的雌配子类型有四种
B.突变细胞Ⅰ发生了基因突变或基因重组
C.突变细胞Ⅱ所发生的变异能够通过显微镜观察到
D.突变细胞Ⅲ中基因A和a的分离符合基因的分离定律
解析　图中正常雌性个体产生的雌配子类型有四种,即AZ、AW、aZ、aW,A项正确;突变细胞Ⅰ中A基因突变成a基因,其形成可能是发生了基因突变,B项错误;突变细胞Ⅱ所发生的变异为染色体结构变异,能够通过显微镜直接观察到,C项正确;突变细胞Ⅲ中发生了染色体结构变异(易位),导致基因A和a不在一对同源染色体上,因此它们的分离不符合基因的分离定律,D项错误。
答案　BD
角度二 围绕染色体组与染色体数目的变异,考查科学思维能力
3.(2020·全国卷Ⅱ)关于高等植物细胞中染色体组的叙述,错误的是(　　)
A.二倍体植物的配子只含有一个染色体组
B.每个染色体组中的染色体均为非同源染色体
C.每个染色体组中都含有常染色体和性染色体
D.每个染色体组中各染色体DNA的碱基序列不同
解析　一个染色体组是指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,但又互相协调,共同控制生物的生长、发育、遗传和变异,B、D两项正确;二倍体植物的配子是经减数分裂产生的,配子中只含有一个染色体组,A项正确;雌雄同体的高等植物如水稻、豌豆等没有性染色体,C项错误。
答案　C
4.(不定项)(2023·东北师大附中质检)如图所示为细胞中所含的染色体,下列叙述正确的是(　　)

A.图甲可能是二倍体生物有丝分裂的后期,含有4个染色体组
B.如果图丙代表由受精卵发育成的生物的体细胞,则该生物一定是二倍体
C.如果图乙表示体细胞,则图乙代表的生物一定是三倍体
D.图丁中含有1个染色体组,代表的生物一定是由卵细胞发育而成的,是单倍体
解析　图甲可能是二倍体生物细胞有丝分裂的后期,此时细胞中含4个染色体组,A项正确;图丙含有2个染色体组,是由受精卵发育而来的个体的体细胞,则该个体就一定是二倍体,B项正确;图乙细胞中含有3个染色体组,该生物若由受精卵发育而来就是三倍体,若由配子发育而来则为单倍体,C项错误;含有1个染色体组的个体一定是单倍体,但其不一定是由卵细胞发育而来的,D项错误。
答案　AB
角度三 结合变异类型的实验,考查科学探究能力
5.(2023·江苏泰州考试)某两性花植物有三个不同变异的种群,为确定各变异种群的遗传机制,科学家进行了以下相关实验。请回答下列问题:
(1)种群1中分离得到变异株甲,为确定甲株变异性状出现的原因,研究人员将其与野生型杂交得F1,F1全为野生型,没有出现变异性状,这一结果　　　　(填“能”或“不能”)排除变异性状是由环境因素导致的。再用F1自交得到F2,若F2的表型及比例为野生型∶变异性状=　　　　,可判断变异性状是由细胞核中的一对基因发生　　　　(填“显性”或“隐性”)突变导致的。现发现F1自交得到的F2中野生型与突变型的数量比为9∶1,推测该突变造成F2的突变型个体中存在一定的致死率,其致死率是　　　　。
(2)种群2中红花对白花为显性,现分离得到一株红花杂合子(Bb)突变体乙,其细胞中基因B、b所在的两条染色体中有一条存在片段缺失,且基因B、b不在缺失片段上。已知含有缺失片段染色体的花粉约有50%败育,若探究有片段缺失的染色体是基因B所在的染色体还是基因b所在的染色体,应将突变体乙作父本与　　　　个体杂交并观察统计后代的表型及比例。
实验结果预期:
①若子代表型比为　　　　　　　　,那么该个体基因B所在染色体存在片段缺失。
②若子代表型比为　　　　　　　　,那么该个体基因b所在染色体存在片段缺失。
(3)种群3中分离得到一种三体植株丙,其3号染色体的同源染色体有3条,在减数分裂联会时,3条同源染色体中的任意2条随意配对联会形成一个二价体,另1条同源染色体不能配对而形成一个单价体。减数第一次分裂的后期,二价体的同源染色体正常分离,组成单价体的1条染色体随机地移向细胞的任何一极,而其他染色体正常配对、分离。
①丙植株的形成是因为亲代中的一方在减数分裂过程中　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　未分离。
②现以矮茎(dd)的二倍体为父本,以高茎(DD或DDD)的三体纯合子为母本,杂交获得的F1中高茎三体植株与二倍体矮茎植株杂交,若杂交子代　　　　　　　　　　　　　　,则D(或d)基因在第3号染色体上。
解析　(1)性状是由基因和环境共同决定的,变异株甲与野生型杂交得F1,F1全为野生型,没有出现变异性状,这一结果不能排除变异性状是由环境因素导致的。若变异性状是由细胞核中的一对基因所控制,F1全为野生型,则为隐性突变,用F1自交得到F2,F2的表型及比例为野生型∶变异性状= 3∶1。发现F1自交得到的F2中野生型与突变型的数量比为9∶1,推测该突变造成F2的突变型个体中存在一定的致死率,如果不存在致死,则F2野生型∶变异性状=9∶3,说明变异性状3份中有2份致死,其致死率是2/3。(2)基因B、b不在缺失片段上,且含有缺失片段染色体的花粉约有50%败育,要判断缺失染色体是在基因B所在染色体还是基因b所在染色体上,用突变体与白花个体杂交即可。①若该个体基因B所在染色体存在片段缺失,则该个体产生的配子B∶b=1∶2,杂交后子代表型比为红花∶白花=1∶2。②若该个体基因b所在染色体存在片段缺失,则该个体产生的配子B∶b=2∶1,杂交后子代表型比为红花∶白花=2∶1。(3)三体植株丙减数第一次分裂的后期,二价体的同源染色体正常分离,组成单价体的1条染色体随机地移向细胞的任何一极,而其他染色体正常配对、分离,则DDd的三体产生的配子D∶Dd∶DD∶d=2∶2∶1∶1。①三体植株丙形成的原因是亲代中的一方在减数分裂过程中3号染色体的同源染色体或姐妹染色单体未分离,产生两条3号染色体的配子,与正常的配子结合后获得三体。②由题可知,若D(或d)基因在第3号染色体上,则F1基因型为DDd,产生的配子D∶Dd∶DD∶d=2∶2∶1∶1,与二倍体矮茎植株杂交,则子代高茎∶矮茎=5∶1。
答案　(1)不能　3∶1　隐性　2/3
(2)白花　①红花∶白花=1∶2　②红花∶白花=2∶1
(3)①3号染色体的同源染色体或姐妹染色单体　②高茎∶矮茎=5∶1
考点二　变异在育种中的应用

1.杂交育种。
(1)原理:基因重组。
(2)过程。

(3)优点:操作简便,可以把多个品种的优良性状集中在一起。
(4)缺点:获得新品种的周期长。
提醒　杂交育种时,首先两个亲本进行杂交的目的是将两个亲本中的控制优良性状的基因集中在F1个体上。
2.诱变育种。

3.单倍体育种。
(1)原理:染色体(数目)变异。
(2)方法。

(3)优点:明显缩短育种年限,所得个体均为纯合子。
(4)缺点:技术复杂。
提醒　花药离体培养≠单倍体育种。
4.多倍体育种。
(1)方法:用秋水仙素诱发或低温处理。
(2)处理材料:萌发的种子或幼苗。
(3)原理。
分裂的细胞抑制纺锤体形成
染色体不能移向细胞两极,从而引起细胞内染色体数目加倍
(4)实例:三倍体无子西瓜。

①两次传粉第一次传粉:杂交获得三倍体种子第二次传粉:刺激子房发育成果实
②三倍体西瓜无子的原因:三倍体西瓜在减数分裂过程中,由于染色体联会紊乱,不能产生正常配子。
提醒　①可遗传变异≠可育。三倍体无子西瓜、骡子、二倍体的单倍体等均表现“不育”,但它们均属可遗传变异——其遗传物质已发生变化,若将其体细胞培养为个体,则可保持其变异性状——这与仅由环境引起的不可遗传的变异有着本质区别。如无子番茄的“无子”原因是植株未受粉,生长素促进了果实发育,这种“无子”性状是不可以保留到子代的,将无子番茄进行组织培养时,若能正常受粉,则可结“有子果实”。
②单倍体育种一般应用于二倍体植物,因为若为四倍体植物,通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。
③用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,属于单倍体育种;若操作对象为正常植株,叫多倍体育种,不能看到“染色体数目加倍”就认为是多倍体育种。
长句突破
(科学思维)如图为生物育种程序图,据图回答有关问题。

(1)识别图解中各字母表示的处理方法:
A:杂交,D:自交,B:花药离体培养,C:秋水仙素(低温)处理,E:诱变处理,F:秋水仙素(低温)处理,G:DNA重组技术,H:脱分化,I:再分化,J:包裹人工种皮。
(2)识别图中育种方法
①“亲本新品种”为杂交育种。
②“亲本新品种”为单倍体育种。
③“种子或幼苗新品种”为诱变育种。
④“种子或幼苗新品种”为多倍体育种。
① “植物细胞新品种”为基因工程育种。

角度一 围绕生物育种原理和过程分析,考查科学思维能力
1.(2021·广东卷)白菜型油菜(2n=20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种,科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是(　　)
A.Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组
B.将Bc作为育种材料,能缩短育种年限
C.秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株
D.自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育
解析　白菜型油菜为二倍体植株,由未受精的卵细胞发育形成的植株Bc为单倍体,故Bc体细胞中有一个染色体组,A项错误;Bc作为育种材料能明显缩短育种年限,B项正确;秋水仙素可诱导细胞染色体加倍,故Bc幼苗经秋水仙素处理,可以获得纯合植株,C项正确;因该单倍体植株体细胞中无同源染色体,故其无法产生正常的配子,从而表现为高度不育,D项正确。
答案　A
2.(2023·潍坊模拟)我国小麦育种专家李振声将长穗偃麦草的抗病、高产等基因转移到普通小麦中,培育成了“小麦二体异附加系”(流程如图所示)。普通小麦6n=42,记为42W;长穗偃麦草2n=14,记为14E。根据流程示意图判断,下列叙述错误的是(　　)

A.①过程可用秋水仙素处理,得到纯合二倍体
B.丙染色体组成具有多样性与乙形成配子时7E随机分配有关
C.丁自交产生的子代中,含有2E的植株戊约占1/4
D.该育种过程依据的原理是基因重组和染色体变异
解析　①过程可用秋水仙素处理,得到八倍体,A项错误;丙染色体组成具有多样性与乙形成配子时7E随机分配有关,B项正确;丁形成配子时含E的概率为1/2,所以自交产生的子代中,含有2E的植株戊约占1/2×1/2=1/4,C项正确;该育种过程依据的原理是基因重组和染色体数目变异,D项正确。
答案　A
角度二 借助生物育种方案的设计,考查科学探究能力
3.(2021·山东卷)番茄是雌雄同花植物,可自花受粉也可异花受粉。M、m基因位于2号染色体上,基因型为mm的植株只产生可育雌配子,表现为小花、雄性不育。基因型为MM、Mm的植株表现为大花、可育。R、r基因位于5号染色体上,基因型为RR、Rr、rr的植株表型分别为正常成熟红果、晚熟红果、晚熟黄果。细菌中的H基因控制某种酶的合成,导入H基因的转基因番茄植株中,H基因只在雄配子中表达,喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。不考虑基因突变和交叉互换。
(1)基因型为Mm的植株连续自交两代,F2中雄性不育植株所占比例为　　　　。雄性不育植株与野生型植株杂交所得可育晚熟红果杂交种的基因型为　　　　,以该杂交种为亲本连续种植,若每代均随机受粉,则F2中可育晚熟红果植株所占比例为　　　　。
(2)已知H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞并获得转基因植株甲和乙,植株甲和乙分别与雄性不育植株杂交,在形成配子时喷施NAM,F1均表现为雄性不育。若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因,则以上所得F1的体细胞中含有　　　　个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因,则H基因插入了　　　　所在的染色体上。若植株乙的体细胞中含n个H基因,则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。植株乙与雄性不育植株杂交,若不喷施NAM,则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为　　　　　　。
(3)若植株甲的细胞中仅含1个H基因。在不喷施NAM的情况下,利用植株甲及非转基因植株通过一次杂交即可选育出与植株甲基因型相同的植株。请写出选育方案:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)基因型为Mm的植株自交一代,F1的基因型种类及比例为1/4MM、1/2Mm、1/4 mm;F1中的mm雄性不育,不能进行自交,F1中的MM(占1/3)、Mm(占2/3)可以进行自交,1/3MM自交后代为1/3MM,2/3Mm自交后代为1/6MM、1/3Mm、1/6 mm,据此推知F2中雄性不育植株所占的比例为1/6。基因型为mm的植株雄性不育,基因型为MM、Mm的植株可育,基因型为Rr的植株表现为晚熟红果,所以雄性不育植株(mm)与野生型植株杂交所得可育晚熟红果杂交种的基因型为MmRr。以该杂交种MmRr为亲本连续种植,若每代均随机受粉,F1的基因型种类及比例为1/16MMRR、2/16MMRr、2/16MmRR、4/16MmRr、1/16MMrr、2/16Mmrr、1/16mmRR、2/16 mmRr、1/16 mmrr,F1随机受粉,F1产生的雌配子种类及比例为1/4MR、1/4Mr、1/4mR、1/4mr,由于基因型为mm的植株雄性不育,F1产生的雄配子种类及比例为1/3MR、1/3Mr、1/6mR、1/6mr,雌配子与雄配子随机结合,可得出F2中可育晚熟红果植株(M_Rr)所占比例为5/12。(2)导入H基因的转基因番茄植株中,H基因只在雄配子中表达,喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。将H基因导入基因型为Mm的细胞并获得转基因植株甲和乙,植株甲(Mm)和乙(Mm)分别与雄性不育植株(mm)杂交,在形成配子时喷施NAM,F1均表现为雄性不育(mm),说明甲(Mm)和乙(Mm)产生的含M的雄配子均因为含H基因而死亡,只有含m的雄配子因为不含H基因而存活,而雄性不育植株(mm)产生的卵细胞也不含H基因,所以所得F1的体细胞中含有0个H基因。若植株甲(Mm)的体细胞中仅含1个H基因,因为甲(Mm)产生的含M的雄配子死亡了,可以推知H基因插入了M所在的染色体上,造成了含M的雄配子死亡。若植株乙的体细胞中含n个H基因,因为乙(Mm)产生的含M的雄配子死亡了,而含m的雄配子存活,可推知必须有1个H基因位于M所在染色体上(使含M的雄配子死亡),且2条同源染色体上不能同时存在H基因(使含m的雄配子中每条染色体上均不含H基因)。植株乙(Mm)与雄性不育植株杂交,植株乙(Mm)产生的不含H基因的雄配子的比例为1/2n,雄性不育植株(mm)产生的雌配子为m,若不喷施NAM,则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为1/2n。(3)植株甲的基因型为Mm,若植株甲的细胞中仅含一个H基因,在不喷施NAM的情况下,利用植株甲及非转基因植株通过一次杂交即可选育出与植株甲基因型相同的植株,可以植株甲为父本(Mm),雄性不育植株(mm)为母本进行杂交,子代有两种基因型Mm和mm,其中基因型为Mm的植株表现为大花,基因型为mm的植株表现为小花,子代中大花植株即为所需植株。
答案　(1)1/6　MmRr　5/12　(2)0　M基因　必须有1个H基因位于M所在染色体上,且2条同源染色体上不能同时存在H基因　1/2n　(3)以雄性不育植株为母本、植株甲为父本进行杂交,子代中大花植株即为所需植株(或利用雄性不育株与植株甲杂交,子代中大花植株即为所需植株)



考点三　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,以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极,导致细胞不能分裂成两个子细胞,于是,植物细胞的染色体数目发生变化。
2.实验步骤。
(1)步骤。

(2)现象:视野中既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目发生改变的细胞。

1.低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验中的试剂及其作用。

2.低温诱导植物细胞染色体数目的变化实验关键。
(1)选材时应选用能进行分裂的分生组织细胞,否则不会出现染色体数目加倍的情况。
(2)显微镜下观察到的细胞是已被盐酸杀死的细胞。
(3)观察时不是所有细胞中染色体数目均已加倍,只有少部分细胞实现“染色体数目加倍”,大部分细胞仍为二倍体分裂状况。
(4)对染色体进行染色用碱性染料,常见碱性染料包括甲紫溶液、醋酸洋红液等。

角度 围绕实验原理和过程,考查科学探究能力
1.(2023·大连模拟)下列有关“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的分析,错误的是(　　)
A.有利于细胞分散开来的两个关键步骤是解离和压片
B.视野中染色体数目已加倍的细胞占多数
C.用卡诺氏液浸泡洋葱根尖的目的是固定细胞的形态
D.染色体数目变化的原理是低温抑制了纺锤体的形成
解析　解离和压片是有利于细胞分散开来的两个关键步骤,A项正确;低温诱导染色体数目加倍的原理是低温可抑制有丝分裂前期纺锤体的形成从而使染色体数目加倍,而大多数细胞是处于分裂间期的,因此视野中染色体数目已加倍的细胞占少数,B项错误,D项正确;用卡诺氏液浸泡洋葱根尖的目的是固定细胞的形态,C项正确。
答案　B
2.(2023·武汉模拟)低温诱导植物(洋葱根尖)细胞染色体数目变化的实验,以下相关叙述正确的是(　　)
A.在低倍镜视野中既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目发生改变的细胞
B.洋葱根尖在冰箱的低温室内诱导48 h,可抑制细胞分裂中染色体的着丝粒分裂
C.用卡诺氏液固定细胞的形态后,用甲紫溶液对染色体染色
D.低温处理洋葱根尖分生组织细胞,起作用的时期是细胞有丝分裂中期
解析　低温能抑制细胞有丝分裂前期纺锤体的形成,使细胞染色体数目加倍,又因大多数细胞处于分裂前的间期,故多数细胞染色体数未加倍,少数细胞的染色体数目加倍,所以在低倍镜视野中既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目加倍的细胞,A项正确,D项错误;低温能够抑制纺锤体的形成,但不影响着丝粒分裂,B项错误;用甲紫溶液染色前,需要用95%酒精冲洗卡诺氏液,然后再解离,漂洗,C项错误。
答案　A

1.(2022·湖南卷)大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上。某个体测交后代表型及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化=1∶1∶1∶1。该个体最可能发生了下列哪种染色体结构变异(　　)

解析　分析题意可知:大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上,两对等位基因为连锁关系,正常情况下,测交结果只能出现两种表型,但题干中某个体测交后代表型及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化=1∶1∶1∶1,类似于基因自由组合定律的结果,推测该个体可产生四种数目相等的配子,且控制两对性状的基因遵循自由组合定律,即两对等位基因被易位到两条非同源染色体上,C项正确。
答案　C
2.(2020·浙江1月选考)某条染色体经处理后,其结构发生了如图所示的变化。这种染色体结构的变异属于(　　)

A.缺失 B.倒位
C.重复 D.易位
解析　观察题图可知,染色体片段3、4、5的位置发生了颠倒,这种染色体结构的变异属于倒位,B项正确。
答案　B
3.(2020·山东卷) 在细胞分裂过程中,末端缺失的染色体因失去端粒而不稳定,其姐妹染色单体可能会连接在一起,着丝粒分裂后向两极移动时出现“染色体桥”结构,如图所示。若某细胞进行有丝分裂时,出现“染色体桥”并在两着丝粒间任一位置发生断裂,形成的两条子染色体移到细胞两极。不考虑其他变异,关于该细胞的说法错误的是(　　)

A.可在分裂后期观察到“染色体桥”结构
B.其子细胞中染色体的数目不会发生改变
C.其子细胞中有的染色体上连接了非同源染色体片段
D.若该细胞基因型为Aa,可能会产生基因型为Aaa的子细胞
解析　着丝粒分裂后向两极移动时出现“染色体桥”结构,因此可在分裂后期观察到“染色体桥”结构,A项正确;进行有丝分裂时,“染色体桥”在两着丝粒间任一位置发生断裂,形成的两条子染色体移到细胞两极,不会改变其子细胞中染色体的数目,B项正确;姐妹染色单体连接在一起,着丝粒分裂后出现“染色体桥”结构,因此其子细胞中染色体上不会连接非同源染色体片段,C项错误;姐妹染色单体形成的“染色体桥”结构在分裂时,会在两着丝粒间任一位置发生断裂,形成的一条子染色体可能携带有2个相同基因,产生含有2个相同基因的子细胞,若该细胞的基因型为Aa,可能会产生基因型为Aaa的子细胞,D项正确。
答案　C
4. (2020·全国卷Ⅲ)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程,如图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组,每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上,人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题:

(1)在普通小麦的形成过程中,杂种一是高度不育的,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体,普通小麦体细胞中有　　　　条染色体。一般来说,与二倍体相比,多倍体的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。
(2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍,可采用的方法有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。
(3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合体),甲的表型是抗病易倒伏,乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种,请简要写出实验思路。
解析　(1)杂种一(AB)含有一粒小麦的一个染色体组(A)和斯氏麦草的一个染色体组(B),由于杂种一无同源染色体,不能进行正常的减数分裂,故其高度不育。普通小麦(AABBDD)有6个染色体组,结合题干信息“A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组,每个染色体组均含7条染色体”可知,普通小麦体细胞中有42条染色体。一般来说,与二倍体植株相比,多倍体植株茎秆粗壮,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增加。(2)人工诱导多倍体的方法有:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,低温处理等。(3)若要以甲(抗病易倒伏)和乙(易感病抗倒伏)纯种小麦为实验材料,获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种,可通过杂交育种或单倍体育种的方法来实现。
方法一:P　甲(抗病易倒伏) × 乙(易感病抗倒伏)
↓
F1
↓⊗
F2　抗病易倒伏、抗病抗倒伏、易感病易倒伏、易感病抗倒伏
↓
筛选出抗病抗倒伏小麦植株进行连续自交,自交后
代不发生性状分离的植株即为目标植株
方法二:P　甲(抗病易倒伏) × 乙(易感病抗倒伏)
↓
F1
↓花药离体培养
单倍体幼苗
↓用秋水仙素处理
F2　抗病易倒伏、抗病抗倒伏、易感病易倒伏、易感病抗倒伏
↓
从中选择抗病抗倒伏的小麦植株即可
答案　(1)无同源染色体,不能进行正常的减数分裂　42　营养物质含量高、茎秆粗壮　(2)秋水仙素处理　(3)甲、乙两个品种杂交得F1,F1自交,选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。


【典例】　几种性染色体异常果蝇的性别、育性等如图所示。

(1)正常果蝇在减数第一次分裂中期的细胞内染色体组数为　　 　　,在减数第二次分裂后期的细胞中染色体数是　　　　条。
(2)白眼雌果蝇(XrXrY)最多能产生Xr、XrXr、　　　　和　　　　四种类型的配子。该果蝇与红眼雄果蝇(XRY)杂交,子代中红眼雌果蝇的基因型为　　　　　　　　。
(3)用黑身白眼雌果蝇(aaXrXr)与灰身红眼雄果蝇(AAXRY)杂交,F1雌果蝇表现为灰身红眼,雄果蝇表现为灰身白眼。F2中灰身红眼与黑身白眼果蝇的比例为　　　　,从F2灰身红眼雌果蝇和灰身白眼雄果蝇中各随机选取一只杂交,子代中出现黑身白眼果蝇的概率为　　　　。
(4)用红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本杂交,在F1群体中发现一只白眼雄果蝇(记为“M”)。M果蝇出现的原因有三种可能:第一种是环境改变引起表型变化,但基因型未变;第二种是亲本果蝇发生基因突变;第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离。请设计简便的杂交实验,确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。
实验步骤: 　　　　　。
结果预测:Ⅰ.若　　　　　　　　　　,则是环境改变;
Ⅱ.若　　　　　　　　　,则是基因突变;
Ⅲ.若　　　　　　　　　　,则是减数分裂时X染色体不分离。
解析　本题综合考查了减数分裂、伴性遗传、基因的自由组合定律及变异类型的鉴定等知识。正常果蝇有4对同源染色体,其中一对为性染色体,另外三对为常染色体。(1)减数第一次分裂过程中细胞内的染色体数目与正常体细胞中相同,果蝇属于二倍体,细胞内有2个染色体组;经减数第一次分裂后,形成的子细胞中染色体数目减半,但由于在减数第二次分裂后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分离,导致染色体数目加倍,所以减数第二次分裂后期的细胞中染色体数是8条。(2)白眼雌果蝇(XrXrY)的卵原细胞在进行减数分裂产生配子的过程中,由于性染色体有三条,所以会出现联会紊乱现象,这样最多可形成Xr、XrXr、XrY、Y四种配子。若让该果蝇与红眼雄果蝇(XRY)交配,则子代中红眼雌果蝇的基因型见表:


♀配子
♂配子
Xr
XrXr
XrY
Y
XR
XRXr
(红眼♀)
XRXrXr
(死亡)
XRXrY
(红眼♀)

Y




(3)根据题中提供的信息,aaXrXr×AAXRY→F1,F1中雌果蝇的基因型是AaXRXr,雄果蝇的基因型为AaXrY,F2中灰身红眼∶黑身白眼=(3/4×1/2)∶(1/4×1/2)=3∶1。F2中灰身红眼雌果蝇的基因型为2/3AaXRXr、1/3AAXRXr,灰身白眼雄果蝇的基因型为2/3AaXrY、1/3AAXrY,它们随机交配后,子代中出现黑身白眼(aaXr_)的概率为2/3×2/3×1/4×1/2=1/18。(4)根据题中的信息,可让M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交,若为环境改变引起的,则不会改变M果蝇的正常遗传,即Ⅰ.若子代出现红眼(雌)果蝇,则是环境改变引起的;Ⅱ.若M果蝇是因基因突变引起,则后代会全部表现为白眼;Ⅲ.若是因减数分裂时亲本雌果蝇的X染色体不分离引起的,该雄果蝇的基因型为XrO,表现为不育,则无子代产生。
答案　(1)2　8
(2)XrY　Y(注:两空顺序可颠倒)　XRXr、XRXrY
(3)3∶1　1/18
(4)M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交,分析子代的表型　Ⅰ.子代出现红眼(雌)果蝇　Ⅱ.子代表型全部为白眼　Ⅲ.无子代产生

1.指导思想——“假说—演绎法”。
(1)基本内容。

(2)变异类型实验探究题的答题模板。

提醒　①根据题目中的信息,要提出全部的假设,不能有遗漏。
②对所提出的每一个假设,都要有相应的结果和结论。
③反推——根据结论来推结果,即若结论是正确的,则必然会对应一个正确的结果,这是解题的关键。
2.变异类型探究的一般方法。
(1)可遗传变异与不可遗传变异及判断方法。
①可遗传变异与不可遗传变异。
a.不可遗传变异环境变化,遗传物质未变
b.可遗传变异基因突变:生物变异的根本来源基因重组染色体变异
②判断方法。

(2)显性突变与隐性突变的判断。
①突变类型。

②判定方法——交配法。
突变体与其他未突变体杂交杂交后代有两种表型→显性突变杂交后代没有出现突变性状→隐性突变
(3)染色体变异与基因突变的判断。
①判断依据:光学显微镜下能观察到的是染色体变异,不能观察到的是基因突变。
②具体操作:制作正常个体与待测变异个体的有丝分裂临时装片,找到中期图进行染色体结构与数目的比较可以判断是否发生了染色体变异。

1.(2023·湖北联考)自然界某果蝇种群的果蝇眼色通常是红色的,一般为纯种。遗传学家摩尔根偶然发现了一只白眼雄果蝇,并利用这只白眼雄果蝇进行了一系列实验。
分析回答下列问题:
实验一:
实验二:
实验三:
(1)果蝇杂交实验一的现象　　　　(填“符合”或“不符合”)孟德尔的分离定律,理由是　　　　　　　　　　　　。所不同的是白眼性状的表现,总是与性别相关联,这种现象在生物学上称为　　　　现象。
(2)果蝇体细胞中有4对染色体(3对常染色体,1对性染色体XY)。你认为能合理解释上述遗传现象的假设有
假设1: 　　　　　　　　　　。
假设2: 　　　　　　　　　。
(3)运用“假说—演绎法”的科学研究程序,重新设计新的交配方案—测交,力图通过演绎和实验相结合来验证你提出的假设。实验二和实验三是测交实验及实验现象。
①上述测交实验二和实验三的实验现象　　　　(填“符合”或“不符合”)你之前根据实验一遗传现象提出的两种假设,因此　　　　(填“能”或“不能”)得出唯一结论。
②为充分论证你所提出的哪一假设是正确的,请利用实验中及自然种群中的果蝇补充设计一个有效的实验交配方案,该实验交配方案为　。
解析　(1)果蝇杂交实验一中,子一代只有红眼,子二代出现了红眼和白眼,并且红眼和白眼的比例是3∶1,符合孟德尔的分离定律。所不同的是白眼性状的表现,总是与性别相关联,这种现象在生物学上称为伴性遗传现象。(2)由于题述杂交实验中白眼与雄性相关联,合理的假说为假设1:控制白眼的基因在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因(或控制白眼的基因只在X染色体上);假设2:控制白眼的基因在X染色体上,Y染色体上有它的等位基因(或控制白眼的基因在X和Y染色体的同源区段上)。(3)①实验二中F1红眼雌果蝇的基因型均为XWXw,P白眼雄果蝇基因型分别为XwY、XwYw,实验三中,F1红眼雄果蝇的基因型分别为XWY、XWYw,P白眼雌果蝇基因型均为XwXw,无论假设1还是假设2,测交子代均会出现实验二和实验三的结果,故不能得出唯一结论。②为充分论证假说1正确,可选用(实验二子代)白眼雌果蝇与自然种群中(或纯合)红眼雄果蝇进行杂交实验,若假说1正确,则预期实验结果为XwXw×XWY→XWXw、XwY,子代雌性全为红眼,雄性全为白眼。
答案　(1)符合　亲本红眼和白眼交配F1全为红眼,F1相互交配,F2中红眼∶白眼=3∶1,符合分离定律　伴性遗传
(2)控制白眼的基因在X染色体上,Y染色体上没有它的等位基因(或控制白眼的基因只在X染色体上)
控制白眼的基因在X染色体上,Y染色体上有它的等位基因(或控制白眼的基因在X和Y染色体的同源区段上)
(3)符合　不能　用(实验二子代)白眼雌果蝇与自然种群中(或纯合)红眼雄果蝇进行杂交实验
2.(2023·湖南衡阳模拟)在一片黑麦田中出现了少量的抗病植株,经确认抗病性状是黑麦细胞中一个基因突变而来。用株系法育种(选择这些抗病植株自交单株收获它所结的种子,每株的所有种子单独种在一起可得到一个株系)选育抗病品种。其中一个株系中抗病∶染病=35∶1(用A、a表示相关基因),有人根据该株系中出现的性状分离比,提出了三种假说。假说一:该株系亲本中含抗病基因的染色体多了一条;假说二:该株系亲本由于低温抑制纺锤体的形成导致染色体加倍了;假说三:该株系亲本产生的雌配子育性正常,而含有某基因的花粉成活率很低。
(1)在抗病与染病这对相对性状中抗病是　　　　性状。基因突变指　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若假说一成立,则该株系亲本产生的配子种类及比例是　　　　　　　　　　　　。
(3)若假说二成立,该株系的基因型共有　　种。
(4)请设计实验验证假说三成立(要求写出子代性状及数量比)。
解析　(1)由分析可知,抗病植株自交后代出现了抗病和染病,说明抗病为显性。基因突变是指DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失,从而引起的基因碱基序列的改变。(2)若假说一成立,则亲本的基因型是AAa,进行减数分裂时,两条同源染色体分开,第三条随机移向两极,则产生的配子及比例是A∶Aa∶AA∶a=2∶2∶1∶1。(3)若假说二成立,则亲本的基因型是AAaa,减数分裂Ⅰ后期,同源染色体分离,则产生的配子及比例是AA∶Aa∶aa=1∶4∶1,自交后代共产生AAAA、AAAa、AAaa、Aaaa、aaaa 5种基因型。(4)若假说三成立,则作父本产生的配子是A∶a=17∶1,母本产生的配子是A∶a=1∶1,为了证明作父本时存在a基因致死现象,可进行测交实验,即将亲本的抗病植株(Aa)为父本,以染病黑麦(aa)为母本进行测交实验,测交后代的性状及比例是抗病∶染病=17∶1;以亲本抗病植株(Aa)为母本,以染病黑麦(aa)为父本进行测交实验,测交后代的性状及比例是抗病∶染病=1∶1。
答案　(1)显性　DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失,从而引起的基因碱基序列的改变　(2)AA∶a∶Aa∶A=1∶1∶2∶2　(3)5　(4)以抗病亲本为父本,以染病黑麦为母本进行测交实验,测交后代的性状及比例是抗病∶染病=17∶1;以抗病亲本为母本,以染病黑麦为父本进行测交实验,测交后代的性状及比例是抗病∶染病=1∶1。