苏教版（2019）高中生物： 必修2 第3章 第1节 染色体变异及其应用 学案 Word版含解析

这是一份苏教版（2019）高中生物： 必修2 第3章 第1节 染色体变异及其应用 学案 Word版含解析，共18页。学案主要包含了染色体结构会发生变异，染色体数量会发生变异，染色体变异在育种上得到广泛应用等内容，欢迎下载使用。


一、染色体结构会发生变异
1．主要起因：染色体结构变异主要是由染色体断裂所形成的片段不正常地重新连接所致，包括缺失、重复、倒位和易位四种类型。
2．类型(连线)
3．遗传效应
染色体的结构变异会改变染色体上基因的数量或排列顺序，从而导致性状的变异。
4．对生物的影响
大多数染色体的结构变异，对生物体是不利的，有时甚至会导致生物体死亡。
5．影响因素
在正常情况下，染色体发生结构变异的概率是很低的。当细胞受到电离辐射、病毒感染或化学药剂诱导时，染色体发生结构变异的概率会增加。
6．实例：人第5号染色体的部分缺失会引起猫叫综合征。
二、染色体数量会发生变异
1．染色体组：细胞中的一组非同源染色体，形态和功能各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异，称为一个染色体组(genme)。
2．染色体数量的变异
(1)概念
染色体数量以染色体组的方式成倍地增加或减少，或个别染色体增加或减少，都称为染色体数量的变异。
(2)分类：
(3)二倍体、多倍体
①概念：由受精卵发育而成的生物个体，体细胞中含有两个染色体组的称为二倍体( diplid)，含有三个或三个以上染色体组的称为多倍体(plyplid)。
②实例：目前已知，几乎全部动物和超过一半种类的高等植物都是二倍体。
③特点：具有偶数染色体组的多倍体植物，在减数分裂中，若染色体能够配对，一般是可育的。具有奇数染色体组的多倍体植物，在减数分裂中染色体不能正常配对，是不可育的。
(4)单倍体
①概念：体细胞含有的染色体数量等于本物种配子含有的染色体数量的变异是单倍性变异，由此产生的个体称为单倍体(haplid)。
②实例：蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体；植物中也有许多自然发生的单倍体，如番茄、棉花、咖啡、小麦中都有自发的单倍体。
三、染色体变异在育种上得到广泛应用
1．杂交育种
(1)概念：在遗传学上，杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起，再经过选择和培育获得新品种的方法。
(2)原理：在杂交过程中，染色体上控制不同亲本优良性状的基因，随着配子的结合而重新组合在一起，经过选育会获得优良的新品种。
(3)不足：在杂交育种中，杂合子后代容易发生性状分离，不能成为稳定遗传的优良品种，还要进行连续的选育，直到选育出不发生性状分离的纯合子后代为止。杂交育种的过程可能很缓慢。
2．单倍体育种
(1)单倍体的特点
与二倍体正常植株相比，单倍体植株一般弱小，高度不育，因此在生产上几乎没有直接应用价值。但是，单倍体在育种上有着特殊的价值。
(2)单倍体育种的过程
育种工作者通常采用花药(花粉)离体培养的方法获得单倍体植株，然后经过人工诱导使染色体数量加倍，从而恢复到正常植株的染色体数量，再通过人工选育获得优良品种。
(3)单倍体育种的优点
从育种角度考虑，虽然许多单倍体植株本身并无直接利用价值，但通过单倍体育种得到的植株，不仅能够正常生殖与发育，而且每对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。因此，与常规的杂交育种相比，单倍体育种明显缩短了育种年限。
(4)人工诱导染色体数量加倍
①方法：低温处理、化学试剂处理等。
②最常用的化学试剂：秋水仙素。
③作用机理：秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，抑制分裂前期形成纺锤体，导致分裂后期染色体不能移向细胞两极，结果细胞中的染色体数量就加倍了。
3．多倍体育种
(1)多倍体获得途径
①在自然条件下，生物体细胞染色体数量加倍可产生多倍体新物种。
②在人工条件下，采用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，也能培育出多倍体植株。
(2)人工诱导多倍体的实例：三倍体无子西瓜的培育过程
(3)自然多倍体的形成
在自然界中，当环境因素发生骤变(如干旱、低温)时，正在分裂的细胞中，纺锤体有可能受到破坏，已经复制的染色体不能分配到两个子代细胞中，于是就形成了染色体组加倍的细胞。这样，多倍体植株就可能自发产生。
(4)多倍体植株特点
多倍体植株一般比二倍体植株的茎秆更粗壮，叶片、果实和种子更大，糖类、蛋白质等营养物质的含量更高。
(5)多倍体植株优点
多倍体植物在自然界中普遍存在，它们在形态结构、生理特性等方面发生了变化，一般能适应不良的环境条件，具有耐寒、耐旱、抗病等优良性状，在植物的进化中具有重要的作用。
4．低温诱导植物染色体数量加倍
(1)实验原理
①进行正常有丝分裂的植物分生组织细胞，在有丝分裂后期，染色体的着丝粒分裂，子染色体在纺锤丝的作用下分别移向细胞两极，最终平均分配到两个子细胞中去。
②用低温处理植物分生组织细胞，使纺锤体的形成受到抑制，以致影响染色体被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目发生变化。
(2)方法步骤：蚕豆根尖培养→取材→制片(解离→漂洗→染色→制片)→观察。
(3)结论：低温能诱导染色体数量加倍。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．染色体结构变异和数目变异一般通过光学显微镜能直接观察。( )
2．染色体结构变异会改变染色体上的基因数目或排列顺序。( )
3．二倍体生物正常配子中的一组染色体是一个染色体组。( )
4．单倍体的体细胞含有一个染色体组。( )
5．秋水仙素或低温能抑制纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍。( )
6．本课时制作临时装片的程序是解离→染色→漂洗→制片。( )
提示：1．√ 2.√ 3.√
4．× 提示：单倍体是由配子发育而来的个体，可能含有多个染色体组。
5．√
6．× 提示：本课时制作临时装片的程序是解离→漂洗→染色→制片。
染色体结构会发生变异
1．染色体缺失、重复与基因突变的区别
2.染色体易位与交叉互换的区别
合作探究：如图表示某种生物的部分染色体发生了两种变异的示意图，图中①和②、③和④互为同源染色体，这两种变异分别属于哪一种可遗传变异？
图a
图b
提示：图a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b发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异。
1．如图中甲、乙两个体的一对同源染色体中各有一条发生变异(字母表示基因)。下列叙述正确的是( )
A．个体甲的变异对表型无影响
B．个体乙的细胞在减数分裂的形成的四分体异常
C．个体甲自交的后代，性状分离比为3∶1
D．个体乙染色体没有基因缺失，表型无异常
B [个体甲的变异为染色体结构变异中的缺失，缺失了e基因对表型可能有影响，A选项错误；个体乙的变异为染色体结构变异中的倒位，变异后个体乙的细胞在减数分裂时同源染色体联会形成的四分体异常，B选项正确；若E、e基因与其他基因共同控制某种性状，则个体甲自交的后代中性状分离比不一定为3∶1，C选项错误；个体乙虽然染色体没有基因缺失，但是基因的排列顺序发生改变，可能引起性状的改变，D选项错误。]
2．(多选)如图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。下列有关说法错误的是( )
A．图①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期
B．图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失
C．图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复
D．图中4种变异能够遗传的是①③
ABD [图①表示基因重组中的交叉互换，因为其发生在同源染色体之间；图②表示染色体结构变异中的易位，因为其发生在非同源染色体之间；图③表示基因突变中碱基对的缺失；图④表示染色体的缺失或重复。图中4种变异都是可遗传的变异。]
“三看法”判断可遗传变异类型
(1)DNA分子内的变异
(2)DNA分子间的变异
染色体数量会发生变异
1．染色体组数的判断方法
(1)根据染色体形态判断
①依据：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
②实例：如图所示的细胞中，形态相同的染色体a中有4条，b中有3条，c中两两相同，d中各不相同，则可判定它们分别含4个、3个、2个、1个染色体组。
(2)根据基因型判断
①依据：控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组(每个染色体组内不含等位基因或相同基因)。
②实例：据图可知，e～h中依次含4、2、3、1个染色体组。
(3)根据染色体数和形态数的比值判断
①依据：染色体数与形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态的染色体有几条，即含几个染色体组。
②实例：果蝇体内该比值(8条/4种形态)为2，则果蝇含2个染色体组。
2．单倍体、二倍体和多倍体的判断方法
(1)如果生物体由受精卵(或合子)发育而成，体细胞中含有几个染色体组，该生物就称为几倍体。
(2)如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。
关于单倍体的三个易错点
(1)单倍体的体细胞中并不一定只有一个染色体组，如四倍体的配子形成的单倍体的体细胞中含有两个染色体组。
(2)单倍体并非都不育：二倍体的配子发育成的单倍体，表现为高度不育；多倍体的配子如含有偶数个染色体组，则发育成的单倍体含有同源染色体及等位基因，可育并能产生后代。
(3)单倍体是生物个体，而不是配子；精子和卵细胞属于配子，但不是单倍体。
1．(多选)如图所示为雄果蝇染色体图，据图能得到的结论是( )
A．其配子的染色体组是X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
B．有丝分裂后期有4个染色体组，染色体有5种不同形态
C．减数分裂Ⅱ后期有2个染色体组，染色体有5种不同形态
D．该生物有丝分裂和减数分裂过程中均可能发生染色体数目变异
ABD [该图为雄果蝇染色体图，减数第一次分裂产生的子细胞含有4条形态不同的染色体(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y)。减数分裂Ⅱ后期含2个染色体组，染色体只有4种不同形态。]
2．下列有关单倍体的叙述中不正确的是( )
①由未受精的卵细胞发育成的植物，一定是单倍体 ②含有两个染色体组的生物体，一定不是单倍体 ③生物的精子或卵细胞一定都是单倍体 ④基因型为aaaBBBccc的植株一定是单倍体 ⑤基因型为Abcd的生物体一般是单倍体
A．③④⑤ B．②③④
C．①③⑤ D．②④⑤
B [由未受精的卵细胞发育而来的个体一定是单倍体，①正确；含有两个染色体组的生物体，可能是二倍体，也可能是四倍体生物的单倍体，②错误；生物的精子或卵细胞是生殖细胞，不是个体，所以不能称为单倍体，③错误；基因型为aaaBBBccc的植株可能是单倍体，也可能是三倍体，④错误；基因型为Abcd的生物体细胞中只有一个染色体组，一般是单倍体，⑤正确。]
单倍体不一定仅含1个染色体组
单倍体一般只含有一个染色体组，但不一定只含1个染色体组，如四倍体的单倍体含两个染色体组。单倍体可能含同源染色体，可能含等位基因，也可能可育并产生后代。
染色体变异在育种上得到广泛应用
1．单倍体育种
(1)单倍体植株，既比正常植株长得弱小又高度不育，为什么还要用它来育种？
单倍体(特指一倍体)植株只有一套染色体，加倍后染色体上的成对基因都是纯合的，后代没有性状分离现象，与杂交育种相比，能明显的缩短育种年限，因而在育种上有其特殊的意义。花药或花粉在无菌条件下离体培养可获得单倍体植株。
(2)单倍体育种的基本步骤
从上图可看出，单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种；用一般的杂交育种需几年时间进行选纯优、淘杂劣的工作。
①实例：利用基因型为AaBb(两对等位基因分别位于两对同源染色体上)的杂合小麦F1，通过单倍体育种法获得基因型为aaBB的新品种。
②优点：明显缩短育种年限，自交产生的后代不发生性状分离。
特别注意：(1)单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素诱导处理过程，花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。
(2)单倍体育种时，若亲本为二倍体，则获得的品种为纯合子；若亲本为多倍体，则获得的品种不一定为纯合子。
(3)该方法一般需要与杂交育种相结合才能达到目的。如控制所需性状的基因分别在不同的个体中，此时用杂交育种才能将有关基因集中到一个个体中，再进行相关的操作。
2．多倍体育种
(1)方法：最常用且有效的是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，从而得到多倍体植株。
(2)过程：正在萌发的种子或幼苗eq \(――――――→,\s\up7(秋水仙素处理))抑制纺锤体形成eq \(――→,\s\up7(导致))染色体不分离eq \(――→,\s\up7(导致))细胞中染色体数目加倍eq \(――――――――→,\s\up7(正常分裂、分化))多倍体植物。
(3)实例：三倍体无子西瓜的培育(过程如教材P78图3－1－7)。
(1)无子西瓜不结种子的原因：三倍体染色体联会紊乱，经减数分裂，无法形成正常配子，不能进行受精作用，所以不结种子。
(2)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。
(3)用秋水仙素处理二倍体西瓜使之成为四倍体，秋水仙素应处理幼苗或萌发的种子。因为萌发的种子、幼苗具有分生能力，细胞进行有丝分裂，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目不变。
(5)三倍体种子是在第一年的四倍体植株上获取的，而三倍体无子西瓜则是在三倍体植株上结出的。
3．低温诱导染色体数量加倍
(1)实验中几种溶液的作用
①卡诺氏固定液：固定细胞的形态。
②龙胆紫溶液：对染色体染色，便于观察染色体的形态。
③质量分数为15%的盐酸：解离，使细胞分散开。
④体积分数为95%的乙醇溶液：可用于洗去附着在根尖表面的卡诺氏液，还可与15%的盐酸混合解离、分散细胞。
(2)本实验的其他问题
①低温的作用与秋水仙素的作用基本相似。
②此实验可通过设置不同的温度来探究温度对植物染色体数目变化的影响。
生活联系：某闭花授粉的植物，生产中使用的该植物品种都是具有优良性状的杂合子(杂种优势)，且该植物的穗大(A)对穗小(a)为显性，黄粒(B)对白粒(b)为显性。请利用现有的穗大白粒和穗小黄粒品种(基因型未知)设计一个快速的育种方案，以实现长期培育穗大黄粒(AaBb)优良品种的目的。
提示：(1)分别种植穗大白粒、穗小黄粒植株，性成熟后，分别取其花药离体培养至单倍体幼苗，然后用秋水仙素处理得到二倍体纯合子，分别自交，选择穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。(2)分别种植穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株，选择其中的一部分植株进行杂交，获得穗大黄粒(AaBb)的杂合子品种。(3)其余另一部分植株进行自交，获得穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。
1．下列关于“低温诱导染色体数量加倍”实验的叙述中，正确的是 ( )
A．低温处理蚕豆根尖后会引起成熟区细胞染色体数目的变化
B．在观察低温处理的蚕豆根尖装片时，通过一个细胞可以看到染色体的变化情况
C．利用低温和秋水仙素处理材料均可抑制纺锤体的形成
D．观察蚕豆根尖细胞装片时要先在低倍镜下找到所要观察的细胞并移到视野的中央，调节视野的亮度，再转动粗准焦螺旋直至物像清晰
C [蚕豆根尖成熟区细胞不能进行有丝分裂，A错误；制成装片时细胞已经死亡，所以不能通过一个细胞观察染色体的变化情况，B错误；低温处理和利用秋水仙素处理都是通过抑制纺锤体的形成诱导细胞染色体数目加倍的，C正确；在高倍镜下观察时不能使用粗准焦螺旋，D错误。]
2．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如下，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是( )
A．过程①的作用原理为染色体变异
B．过程③必须经过受精作用
C．过程④必须使用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D．此育种方法选出的符合生产要求的品种占1/4
D [过程①表示杂交，其原理为基因重组。过程③常用的方法为花药离体培养。过程④使用秋水仙素或低温处理幼苗，因为单倍体高度不育，不产生种子。]
3．下图表示培育高品质小麦的几种方法，下列叙述正确的是( )
YYRR×yyrr―→YyRreq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(―→yR\(――→,\s\up7(a))yyRR,\(――→,\s\up7(b))yyRR,\(――→,\s\up7(c))YYyyRRrr))
A．图中涉及的育种方法分别是杂交育种、单倍体育种和多倍体育种
B．a过程只能用秋水仙素处理
C．a、c过程都需要用秋水仙素处理萌发的种子
D．要获得yyRR，b过程需要进行不断自交来提高纯合率
D [图中涉及的育种方法分别是单倍体育种、杂交育种和多倍体育种，A错误；a过程可用秋水仙素或低温处理诱导染色体加倍，B错误；单倍体yR不结种子，a过程只能处理单倍体幼苗，而c过程可以处理萌发的种子或幼苗，C错误。]
(1)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。
(2)单倍体育种和多倍体育种中都用到秋水仙素，但单倍体育种中是用秋水仙素处理单倍体幼苗，而多倍体育种中是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
[课堂小结]
1．导致遗传物质变化的原因有很多，下图字母代表不同基因，其中变异类型①和②依次是( )
A．突变和倒位 B．重组和倒位
C．重组和易位 D．易位和倒位
D [①中少了基因ab，多了基因J，是非同源染色体间发生了片段交换，属于染色体结构变异中的易位；②cde基因位置发生了颠倒，属于倒位。]
2．(多选)下列细胞分裂图像中含有2个染色体组的是( )
A B C D
AD [A、D中含有2个染色体组，B中含4个染色体组，C中有1个染色体组。]
3．某二倍体生物的一个染色体组含有8条染色体，下列相关说法中不正确的是( )
A．此生物产生的生殖细胞中有8条染色体
B．此生物体细胞内一般有8种形态的染色体
C．这8条染色体在减数分裂中能构成4对同源染色体
D．这8条染色体包含该生物生长发育所需的全部遗传信息
C [二倍体生物的体细胞中有2个染色体组，产生的生殖细胞中一般有1个染色体组，即8条染色体。一般来说，一个染色体组中的每一条染色体都是独特的，为一组非同源染色体，在一个染色体组中，同源染色体的对数为0。一个染色体组包含了生物体生长发育所需的全部遗传信息。]
4．八倍体小黑麦(8N＝56)是六倍体普通小麦和黑麦杂交后经秋水仙素处理形成的，据此可能推出 ( )
A．小麦与黑麦之间杂交产生的后代是可育的
B．秋水仙素能促进染色单体分离使染色体数目加倍
C．小黑麦的花药离体培养出来的植株是四倍体
D．小黑麦产生的单倍体植株不可育
D [自然状况下，六倍体普通小麦和黑麦杂交不能产生可育后代，两者杂交后经秋水仙素处理才产生可育的小黑麦，A错误；秋水仙素通过抑制纺锤体的形成，从而诱导染色体数目加倍，B错误；小黑麦的花药离体培养得到的植株是单倍体，含有4个染色体组，C错误；异源多倍体产生的单倍体，由于减数分裂时染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，因而是高度不育的，D正确。]
5．已知西瓜的染色体数目为2n＝22，请根据下面的西瓜育种流程回答有关问题。
(1)图中①过程所用的试剂是________。
(2)培育无子西瓜A的育种方法称为_______________________。
(3)③过程中形成单倍体植株所采用的方法是________。该过程利用了植物细胞的________性。
(4)为确认某植株是否为单倍体，应在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体，观察的最佳时期为____________________________。
[解析] (1)从二倍体到四倍体，染色体数目加倍，最常用的试剂为秋水仙素，因为其能抑制纺锤体的形成，诱导染色体数目加倍。(2)无子西瓜A是三倍体，其培育过程应为多倍体育种。(3)题中要求得到单倍体植株，所以可用花药离体培养的方法，该方法利用了植物细胞的全能性。(4)有丝分裂中期染色体数目最清晰，是计数染色体的最佳时期。
[答案] (1)秋水仙素 (2)多倍体育种 (3)花药离体培养 全能 (4)有丝分裂中期
课标内容要求
核心素养对接
举例说明染色体结构和数目的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡。
1．生命观念：根据结构和功能观说出染色体结构变异种类及影响。
2．科学思维：通过比较、归纳与概括掌握染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的区别，提升归纳总结的能力。通过分类与比较，明确单倍体育种和多倍体育种的流程。
3．科学探究：通过“低温诱导植物染色体数目的变化”实验，提高实验操作能力。
项目
基因突变
染色体缺失、重复
实质
碱基对的替换、增添或缺失
染色体上基因的缺失或重复
对象
碱基对
基因
结果
碱基对的数目或排列顺序改变
基因数目或排列顺序改变
是否可见
分子水平、光学显微镜下观察不到
光学显微镜下可观察到
项目
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
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
可发生于有丝分裂和减数分裂过程中
只发生于减数第一次分裂的四分体时期
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核 心 语 句 背 诵
1．染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位4种类型。
2.一个染色体组内的染色体形态和功能各不相同。
3.由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体。
4.单倍体并不一定只含一个染色体组。
5.单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等阶段，能明显缩短育种年限。