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人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第5章 基因突变及其他变异第2节 染色体变异导学案
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这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第5章 基因突变及其他变异第2节 染色体变异导学案，共18页。学案主要包含了染色体数目的变异，染色体结构的变异，基因重组等内容，欢迎下载使用。
一、染色体数目的变异
1．类型：一类是细胞内__个别染色体__的增加或减少，如21三体综合征；一类是细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少，例如雄蜂。
2．染色体组的概念：在大多数生物的体细胞中染色体都是两两成对的，也就是说含两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
如下图中的雄果蝇体细胞染色体中___X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ__就代表一个染色体组，与其__精子__中的染色体相同。
3．二倍体、多倍体
(1)二倍体：由__受精卵__发育而成，体细胞中含有__两个染色体组__的个体，包括几乎全部的__动物__和过半数的__高等植物__。
(2)多倍体
①概念：由__受精卵__发育而成，体细胞含__三个__或__三个以上__染色体组的个体。其中，体细胞中含有三个染色体组的叫作__三倍体__，含有四个染色体组的叫作__四倍体__。
②植株的特点
a．__茎秆粗壮__；b__叶片、果实、种子__都比较大；c.__糖类和蛋白质__等营养物质的含量有所增加。
(3)人工诱导多倍体
①方法：目前最常用最有效的方法是用__秋水仙素__处理__萌发的种子或幼苗__。
②原理：当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制__纺锤体的形成__，导致染色体不能__移向细胞两极__，从而引起细胞内__染色体数目__加倍。
4．单倍体
(1)概念：体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，叫做单倍体。
(2)特点：由二倍体形成的单倍体与正常植株相比，植株长得__弱小__，且__高度不育__。
(3)实践应用：利用__单倍体植株__培育新品种。
①方法：花药__单倍体植株__eq \(——→,\s\up7(幼苗人工诱导),\s\d5(__染色体数目__加倍))正常纯合子。
②优点：__明显缩短育种年限__。
二、染色体结构的变异
1．类型(连线)：
2．结果：导致排列在染色体上的基因的__数目或排列顺序__发生改变，而导致__性状__的变异。
3．意义：大多数染色体结构变异对生物体是__不利__的，有的甚至会导致生物体死亡。
〔学霸记忆〕
1．体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。
2．染色体数目的变异分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。
3．由受精卵发育来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体；由配子发育来的个体，体细胞中无论含有几个染色体组都是单倍体。
4．多倍体植株常常是茎秆粗壮，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都有所增加。
5．人工诱导多倍体的方法有：低温处理、用秋水仙素诱发等，其原理是抑制纺锤体的形成。
6．与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
7．染色体结构变异的类型主要包括：缺失、重复、易位和倒位。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)单倍体的体细胞中一定只含一个染色体组。( × )
(2)体细胞中含有两个染色体组的个体一定是二倍体。( × )
(3)单倍体经一次秋水仙素处理，可得到二倍体或多倍体。( √ )
(4)用显微镜观察时发现所有细胞中染色体均已加倍。( × )
(5)制作根尖细胞的临时装片时，制作基本步骤是解离→漂洗→染色→制片。( √ )
(6)染色体之间发生的片段互换属于染色体结构变异。( × )
(7)X射线可引起基因突变，也可引起染色体变异。( √ )
〔思考〕
1．蜜蜂中的雄蜂是单倍体吗？
提示：是。蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来的，为单倍体。
2．若一条染色体发生结构变异，则位于该染色体上的基因M能不能变为m？说出你的理由。
提示：不能。基因M变为m属于基因突变，不属于染色体结构变异。
3．马铃薯的野生祖先种和栽培品种分别属于几倍体？其配子细胞中有几个染色体组？试推测栽培品种是如何培育而来的。(科学思维)
提示：马铃薯的野生祖先种体细胞含有两套非同源染色体，即含有两个染色体组，属于二倍体，其配子中含有一个染色体组；栽培品种含有四个染色体组，属于四倍体，其配子中含有两个染色体组。栽培品种是通过诱导野生祖先种的染色体数目加倍培育形成的。
课内探究·名师点睛
知识点
染色体数目变异及生物变异在育种中的应用
要点归纳
1．染色体组的特点
2．单倍体、二倍体和多倍体的判断
(1)如果生物体由受精卵(或合子)发育而来，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。
典例剖析
典例1 (2022·湖南长沙期末改编)下列关于染色体组、单倍体、多倍体的叙述，正确的是( D )
A．体细胞中含有三个染色体组的个体一定是三倍体
B．配子中含有的全部染色体称为一个染色体组
C．单倍体生物都不能产生可育的配子
D．未受精的配子直接发育成的个体是单倍体
[解析] 体细胞中含有三个染色体组的个体不一定是三倍体，如果该个体是由配子直接发育而来的，则为单倍体；如果该个体是由受精卵发育而来的，则为三倍体，A错误；配子中含有的全部染色体不一定只有一个染色体组，B错误；单倍体并非都不可育，由二倍体的配子直接发育成的单倍体，表现为高度不育；含有偶数个染色体组的配子直接发育成的单倍体可能会产生可育的配子，C错误。
变式训练1
(2022·吉林省舒兰市第一高级中高一期末)下列属于单倍体的是( D )
A．三倍体种子长成的幼苗
B．用鹌鹑蛋孵化出的小鹌鹑
C．四倍体的植株枝条扦插成的植株
D．六倍体小麦的花药离体培养的幼苗
[解析] 三倍体种子长成的幼苗还是三倍体，A项错误；用鹌鹑蛋孵化出的小鹌鹑，其发育的起点是受精卵，是二倍体，B项错误；四倍体的植株枝条扦插成的植株，染色体数目没变，还是四倍体，C项错误；由配子直接发育而来的个体是单倍体，六倍体小麦的花药离体培养的幼苗，是由配子(花粉)直接发育而成，所以是单倍体，D项正确。
知识点
低温诱导植物细胞染色体数目的变化
要点归纳
1．实验原理
2．实验中的试剂和作用
3．实验流程与结论
eq \x(\a\al(根尖,的培,养及,诱导))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①培养方法：将蒜放在装满清水的容器上方，让蒜的, 底部接触水面，于室温(约25 ℃)进行培养,②诱导时机：待蒜长出1 cm左右的不定根时,③诱导措施：将整个装置放入冰箱的冷藏室内(4 ℃)，, 诱导培养48～72 h))
↓
eq \x(\a\al(取材,及,固定))eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(①取材：剪取诱导处理的根尖约0.5～1 cm,②固定：放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h，以固定细胞的形态,③冲洗：用体积分数为95%的酒精冲洗2次))
↓
eq \x(\a\al(制作,装片))eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(①解离,②漂洗,③染色：使用质量浓度为0.01 g/mL的甲紫溶液,④制片))eq \a\vs4\al(同“观察根,尖分生区组,织细胞的,有丝分裂”)
↓
eq \x(观察)—先用低倍镜，找到染色体形态较好的分裂象，再换用高倍镜观察
↓
eq \x(结论)—低温能诱导植物染色体数目加倍
典例剖析
典例2 (2022·福建龙岩测试)某生物兴趣小组为探究“低温对细胞内染色体数目的影响是否与秋水仙素的影响相同”进行实验。下列有关实验的叙述正确的是( C )
A．应该选用洋葱根尖成熟区细胞作为实验材料
B．该实验应设置室温处理、－4 ℃的低温处理、适宜浓度的秋水仙素溶液处理3组实验
C．在显微镜下观察，比较经过不同处理的根尖细胞内染色体数目
D．若低温处理结果显示大部分细胞内染色体数目与室温下对应时期相同，则低温不能诱导细胞内染色体数目加倍
[解析] 洋葱根尖成熟区细胞不再分裂，应该选用洋葱根尖分生区细胞作为实验材料，A错误；该实验应设置室温处理、4 ℃的低温处理、适宜浓度的秋水仙素溶液处理3组实验，B错误；在显微镜下观察，通过比较经不同处理的根尖细胞内的染色体数目来完成，C正确；细胞分裂前的间期时间较长，所以大部分细胞内染色体数目不变，若低温处理结果显示所有细胞内染色体数目都与室温下对应时期相同，则低温不能诱导细胞内染色体数目加倍，D错误。
变式训练2
有关“低温诱导大蒜根尖细胞染色体加倍”的实验，正确的叙述是( C )
A．实验中要用卡诺氏液浸泡根尖，使组织细胞分散开
B．实验原理是低温抑制着丝粒分裂，使子染色体不能移向细胞两极
C．多倍体细胞形成过程可能发生两条非同源染色体之间相互交换片段
D．多倍体细胞形成过程增加了非同源染色体重组的机会
[解析] 卡诺氏液的作用是固定染色体形态，解离时应用解离液，使组织细胞分散开，A错误；实验原理是低温抑制根尖细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成，使子染色体不能移向细胞两极，B错误；多倍体细胞形成过程可能发生两条非同源染色体之间相互交换片段，C正确；根尖细胞进行的是有丝分裂，所以多倍体细胞形成过程中没有增加非同源染色体重组的机会，D错误。故选C。
知识点
染色体结构变异
要点归纳
1．染色体结构变异的类型
2．染色体结构变异对染色体上基因的数目和排列顺序的影响
(1)图解：
(2)结果：染色体上的基因数目和排列顺序均改变，细胞中基因数目改变(①②)；染色体上基因的数目不变，排列顺序改变(③)；染色体上基因的数目和排列顺序均改变，但细胞中基因数目不变(④)。
3．染色体易位与互换的比较
4．染色体结构变异与基因突变的比较
典例剖析
典例3 (2021·浙江选考，4)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( B )
A．缺失B．倒位
C．重复D．易位
[解析] 分析题图可知，原来基因排列为123456的染色体经过断裂，重新连接形成排列顺序为125436的染色体，可知其中的345片段发生了180°的颠倒，因此此类染色体结构变异为倒位。故选B。
变式训练3
(2022·河北省石家庄市高一下学期期末)下图中①为一个正常染色体上基因序列的示意图，②、③、④、⑤是染色体在细胞增殖过程中发生结构变异的几种情况。下列叙述正确的是( C )
A．②图示属于染色体结构变异中的倒位
B．③图示属于染色体结构变异中的易位
C．④图示属于染色体结构变异中的缺失
D．⑤图示属于染色体结构变异中的重复
[解析] 图示②中多了bc基因，属于染色体结构变异中的重复，A错误；图示③中dcb基因与原染色体上基因顺序不同，属于染色体结构变异中的倒位，B错误；图示④中少了d基因，属于染色体结构变异中的缺失，C正确；图示⑤中多了wx基因，且都不是原染色体上的基因，属于染色体结构变异中的易位，D错误。故选C。
知识点
单倍体育种和多倍体育种
要点归纳
1．单倍体育种与多倍体育种的比较
2．实例——三倍体无子西瓜的培育
①两次传粉
a．第一次传粉是为了进行杂交获得三倍体种子。
b．第二次传粉是为了刺激子房发育成果实。
②秋水仙素处理后，新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍，而未处理的根细胞中仍为两个染色体组。
③四倍体植株上结的西瓜，其种皮和瓜瓤细胞中含四个染色体组，而种子的胚细胞中含三个染色体组。
④三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。
[易错提醒] 多倍体育种和单倍体育种的三点提醒
(1)花药离体培养≠单倍体育种：
花药离体培养获得单倍体幼苗，单倍体育种的目的并非获得单倍体植株，而是获得能稳定遗传的正常植株。
(2)单倍体育种不一定是最简便最快捷的育种方法，如：为了获得aabb的个体，杂交育种是最佳育种方法。
(3)单倍体育种与多倍体育种中秋水仙素处理的对象不同：
①由于单倍体往往高度不育，育种操作的对象一般是单倍体幼苗，通过组织培养得到纯合子植株。
②多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。
典例剖析
典例4 (不定项)(2022·安徽省池州市高一期末)下列关于生物变异和育种的叙述，正确的是( AC )
A．基因突变产生新基因，是生物变异的根本来源，为生物进化提供了原始材料
B．基因重组是控制不同性状的基因的重新组合，只发生在减数第一次分裂后期
C．驯化家畜家禽经过了长期的选择育种过程，这种育种方式的原理不一定只是基因重组
D．二倍体西瓜授粉于四倍体西瓜，子房发育成熟即得可食用的三倍体无籽西瓜
[解析] 基因突变能产生新的基因，是生物变异的根本来源，为生物进化提供了原始材料，A正确；减数分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换也会导致基因重组，B错误；驯化家畜家禽采用了选择育种的方法，但这种育种方式的原理涉及多种变异，不一定只是基因重组，C正确；二倍体西瓜做父本，四倍体西瓜做母本，两者杂交得到的种子有三个染色体组，种子萌发形成的植株为三倍体，给其雌蕊授以二倍体西瓜花粉，子房发育成无籽西瓜，D错误。故选AC。
变式训练4
(2022·大连期中)除草剂敏感型的大豆经辐射获得抗性突变体，且敏感基因与抗性基因是一对等位基因。下列叙述正确的是( A )
A．突变体若为1条染色体的片段缺失所致，则该抗性基因一定为隐性基因
B．突变体若为1对同源染色体相同位置的片段缺失所致，则再经诱变可恢复为敏感型
C．突变体若为基因突变所致，则再经诱变不可能恢复为敏感型
D．抗性基因若为敏感基因中的单个碱基对替换所致，则该抗性基因一定不能编码肽链
[解析] 突变体若为1条染色体的片段缺失所致，则除草剂敏感型大豆为杂合子。它缺失的一定是显性敏感基因，体内依旧存在的是隐性抗性基因，A正确；突变体若为1对同源染色体相同位置的片段缺失所致，而染色体缺失引发的变异是不可逆的，不能恢复原状，B错误；因为基因突变具有不定向性，所以再经诱变可能由抗除草剂型恢复为敏感型，C错误；敏感基因中的单个碱基对替换将发生基因突变，可能使编码的肽链翻译提前终止或延长，不一定不能编码肽链，D错误。
指点迷津·拨云见日
一、染色体组的判断
典例5 (2022·福建厦门集美中学期末)关于如图所示细胞的叙述正确的是( C )
A．细胞中含有一个染色体组的是h图
B．细胞中含有两个染色体组的是e、g图
C．细胞中含有三个染色体组的是a、b图
D．细胞中含有四个染色体组的是c、f图
[解析] 根据染色体形态、大小判断各图所示细胞所含染色体组数，选出正确答案。一个染色体组中所有染色体的形态、大小各不相同，根据图中各细胞染色体的形状和大小判断：a图含有三个染色体组，c图含有两个染色体组，e图含有四个染色体组，g图含有一个染色体组。控制相对性状的基因出现几次，就有几个染色体组，据此可判断：b图中含有三个染色体组，d图中含有一个染色体组，f图中含有四个染色体组，h图中含有两个染色体组。
二、与生物变异有关的几个方法
1. 判断单倍体、二倍体和多倍体的方法
2．细胞分裂图像中染色体组数的判断方法
以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目所给图像中的染色体组数。如图所示：
(1)图a细胞处于减数分裂Ⅰ的前期，含有4条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。
(2)图b细胞处于减数分裂Ⅱ前期，含有2条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有1个染色体组，这一个染色体组中有2条染色体。
(3)图c细胞处于减数分裂Ⅰ的后期，含有4条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。
(4)图d细胞处于有丝分裂后期，含有8条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有4个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。
3．基因突变与染色体结构变异的判断方法
(1)从变异发生的层次看：基因内部个别碱基的替换、增添或缺失为基因突变；基因数目或排列顺序的改变为染色体结构变异，此改变不深入基因内部。
(2)从变异的结果看：染色体上基因的数量和位置不改变，产生新的基因(等位基因)为基因突变；基因的数量和排列顺序改变为染色体结构变异。
(3)从镜检的结果看：基因突变在显微镜下观察不到，而染色体结构变异可通过显微镜观察到。
典例6 (2022·山东济宁测试改编)甲～丁表示细胞中不同的变异类型，甲中英文字母表示染色体片段。下列叙述正确的是( D )
A．甲～丁的变异类型都属于染色体变异
B．甲～丁的变异类型都可能出现在根尖分生区细胞的分裂过程中
C．若乙为精原细胞中发生的变异，则该精原细胞一定不能产生正常的配子
D．图中所示的变异类型中甲、乙、丁可用光学显微镜观察到
[解析] 甲中染色体变异后出现了两个c，属于染色体结构变异中的重复；乙中个别染色体增加，属于染色体数目变异；丙表示同源染色体的非姐妹染色单体发生互换，属于基因重组；丁属于染色体结构变异的易位，A错误；丙图出现在减Ⅰ前期，不会发生在根尖细胞分裂过程中，B错误；乙图若为精原细胞、可产生正常配子，C错误；图中甲、乙、丁为染色体变异，可用光学显微镜观察，D正确。
三、基因重组、基因突变、染色体变异的比较
典例7 (2022·湖南省株洲二中高一期末)下列有关变异的叙述中，错误的是( C )
A．一个基因中增加了若干对脱氧核苷酸属于基因突变
B．非同源染色体之间的片段互换属于染色体变异
C．雌雄配子随机结合产生不同于亲本类型的子代个体也属于一种基因重组
D．发生在玉米花药中的变异比发生在根尖中的更容易遗传给后代
[解析] 一个基因中增加了若干对脱氧核苷酸是碱基的增添，属于基因突变，A正确；非同源染色体之间的片段互换属于染色体结构变异中的易位，B正确；雌雄配子的随机结合不等于基因的自由组合过程，不属于基因重组过程，C错误；发生在玉米花药中的变异发生在生殖细胞中，比根尖(体细胞)变异更容易遗传给后代，D正确。
教材问题·解疑答惑
问题探讨☞P87
1．提示：见表格
2．提示：香蕉是三倍体，减数分裂时无法正常联会，无法正常产生配子。
3．提示：由表中数据可知：栽培品种的染色体数目比野生祖先种多，这说明染色体数目和生物性状有什么关系呢？染色体数目的变化会影响生物的性状。
探究·实践☞P89
提示：两者都是通过抑制分裂细胞内纺锤体的形成，使染色体不能移向两极而引起细胞内染色体数目加倍。
练习与应用☞P91
一、概念检测
1．(1)× 体细胞中染色体数目和结构的变化也属于染色体变异。
(2)× 体细胞中含有两个染色体组也可能是单倍体，如：一个四倍体通过花药离体培养获得的植株含有两个染色体组，是单倍体。
(3)× 单倍体不一定含有一个染色体组，也可能含有多个染色体组。
2．D 秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成。
3．C 这种变异是非同源染色体之间片段的互换，因此属于染色体结构变异中的易位。
4．提示：
二、拓展应用
1．提示：自然状态下，单倍体通常来源于单性生殖，比如未受精的卵细胞发育成的植物体；不能繁殖后代是因为二倍体的单倍体细胞中只有一个染色体组，在减数分裂的时候，无法形成四分体，也就无法正常减数分裂形成配子，所以一般不能繁殖后代。
2．(1)提示：西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，从而形成四倍体西瓜植株。
(2)提示：杂交可以获得三倍体植株。产生多倍体的基本途径为秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
(3)提示：三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞，因此不能形成种子。但并不是绝对一颗种子都没有，其原因是在进行减数分裂时，有可能形成正常的卵细胞，该卵细胞可与精子结合形成种子。
(4)提示：有其他的方法可以替代。方法一，进行无性繁殖。将三倍体西瓜植株进行组织培养获取大量的组培苗，再进行移栽。方法二，利用生长素或生长素类似物处理二倍体未受粉的雌蕊，以促进子房发育成无种子的果实，在此过程中要进行套袋处理，以避免受粉。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·海南省文昌中学高一期末)如图表示某植物正常体细胞的染色体组成，下列可能是该植物基因型的是( B )
A．ABCdB．Aaaa
C．AaBbCcDdD．AaaBbb
[解析] 图中有4个染色体组，ABCd一个染色体组，A错误。Aaaa四个染色体组，B正确。AaBbCcDd两个染色体组，C错误。AaaBbb三个染色体组，D错误。
2．(2022·山东省菏泽市高一下学期期末)染色体变异包括染色体数目变异和结构变异。下列相关表述正确的是( D )
A．只有生殖细胞中的染色体数目或结构的变化才属于染色体变异
B．体细胞中含有两个染色体组的个体就是二倍体
C．用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体
D．染色体结构的改变会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变
[解析] 体细胞也可以发生染色体变异，A错误；由受精卵发育而来且体细胞中含有两个染色体组的个体才是二倍体，B错误；单倍体不一定只含有一定染色体组，故用秋水仙素处理单倍体获得的不一定是二倍体，C错误；染色体结构变异会使染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，如缺失，D正确。故选D。
3．(2020·全国卷Ⅲ，32)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__无同源染色体，不能进行正常的减数分裂__。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__42__条染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是__营养物质含量高、茎秆粗壮__(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__秋水仙素处理__(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__甲、乙两个品种杂交，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__。
[解析] (1)杂种一是一粒小麦和斯氏麦草杂交的产物，细胞内含有一粒小麦和斯氏麦草各一个染色体组，所以细胞内不含同源染色体，不能进行正常的减数分裂，因此高度不育；普通小麦含有6个染色体组，每个染色体组有7条染色体，所以体细胞有42条染色体；多倍体植株通常茎秆粗壮，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都有所增加。(2)人工诱导植物细胞染色体加倍可以采用秋水仙素处理。(3)为获得稳定遗传的抗病抗倒伏的小麦，可以利用杂交育种，设计思路如下：将甲和乙两品种杂交获得F1，将F1植株进行自交，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，即为稳定遗传的抗病又抗倒伏的植株。
课标要求
核心素养
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．结合染色体结构变异的示意图，了解染色体结构变异的常见类型。(科学思维)
2．通过分析染色体组的概念，理解二倍体、多倍体和单倍体的特点和生产中的应用。(社会责任)
3．通过低温诱导染色体数目变化的实验，理解染色体数目变化的机制。(科学探究)
试剂
使用方法
作用
卡诺氏液
将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h
固定细胞形态
体积分数为95%的酒精
冲洗用卡诺氏液处理的根尖
洗去卡诺氏液
与质量分数为15%的盐酸等体积混合，浸泡经固定的根尖
解离根尖细胞，使细胞之间的联系变得疏松
质量分数为15%的盐酸
与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液
解离根尖细胞
蒸馏水
浸泡解离后的根尖约10 min
漂洗根尖，去掉解离液，防止解离过度影响染色
甲紫溶液
把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3～5 min
使染色体着色
类型
定义
实例
示意图
缺失
染色体中某一片段缺失引起变异
果蝇缺刻翅的形成、猫叫综合征
重复
染色体中增加某一片段引起变异
果蝇棒状眼的形成
倒位
染色体的某一片段位置颠倒引起变异
果蝇3号染色体上的倒位引起的猩红眼—桃色眼—三角翅脉
易位
(移接)
一条染色体的某一片段接到另一条非同源染色体上引起变异
人慢性粒细胞白血病的病因是22号染色体部分易位到14号染色体上
染色体易位
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
项目
染色体结构变异
基因突变
本质
染色体片段的缺失、重复、易位或倒位
碱基的替换、增添或缺失
基因数目的变化
1个或多个
1个
变异水平
细胞
分子
光镜检测
可见
不可见
多倍体育种
单倍体育种
原理
染色体组成倍增加
染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种(指每对染色体上成对的基因都是纯合的)
常用方法
秋水仙素处理萌发的种子、幼苗
花药离体培养后，人工诱导染色体数目加倍
优点
操作简单
明显缩短育种年限
缺点
适用于植物，在动物方面难以操作
技术复杂一些，需与杂交育种配合
比较
基因重组
基因突变
染色体变异
实质
控制不同性状的基因重新组合
基因结构的改变
染色体结构或数目的变化
适用范围
真核生物进行有性生殖产生配子时
任何生物均可发生
真核生物核遗传中发生
产生结果
产生新的基因型，未发生基因的改变
产生新的基因，但基因数目不变
可引起基因数目或排列顺序的变化
类型
①非同源染色体上的非等位基因的自由组合
②同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换
①自然突变
②人工诱变
①染色体结构的变异
②染色体数目的变异
意义
是生物变异的来源之一，对生物进化有十分重要的意义
是生物变异的根本来源，提供生物进化的原材料
对生物进化有一定意义
实例
黄圆和绿皱豌豆杂交，后代产生黄皱和绿圆个体
镰状细胞贫血
八倍体小黑麦、无子西瓜
生物种类
体细胞染色体数/条
体细胞非同源染色体/套
配子染色体数/条
马铃薯
野生祖先种
24
2
12
栽培品种
48
4
24
香蕉
野生祖先种
22
2
11
栽培品种
33
3
无配子
生物种类
豌豆
普通小麦
小黑麦
体细胞中的染色体数/条
14
42
56
配子中的染色体数/条
7
21
28
体细胞中的染色体组数
2
6
8
配子中的染色体组数
1
3
4
属于几倍体生物
二倍体
六倍体
八倍体
一、染色体数目的变异
1．类型：一类是细胞内__个别染色体__的增加或减少，如21三体综合征；一类是细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少，例如雄蜂。
2．染色体组的概念：在大多数生物的体细胞中染色体都是两两成对的，也就是说含两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
如下图中的雄果蝇体细胞染色体中___X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ__就代表一个染色体组，与其__精子__中的染色体相同。
3．二倍体、多倍体
(1)二倍体：由__受精卵__发育而成，体细胞中含有__两个染色体组__的个体，包括几乎全部的__动物__和过半数的__高等植物__。
(2)多倍体
①概念：由__受精卵__发育而成，体细胞含__三个__或__三个以上__染色体组的个体。其中，体细胞中含有三个染色体组的叫作__三倍体__，含有四个染色体组的叫作__四倍体__。
②植株的特点
a．__茎秆粗壮__；b__叶片、果实、种子__都比较大；c.__糖类和蛋白质__等营养物质的含量有所增加。
(3)人工诱导多倍体
①方法：目前最常用最有效的方法是用__秋水仙素__处理__萌发的种子或幼苗__。
②原理：当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制__纺锤体的形成__，导致染色体不能__移向细胞两极__，从而引起细胞内__染色体数目__加倍。
4．单倍体
(1)概念：体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，叫做单倍体。
(2)特点：由二倍体形成的单倍体与正常植株相比，植株长得__弱小__，且__高度不育__。
(3)实践应用：利用__单倍体植株__培育新品种。
①方法：花药__单倍体植株__eq \(——→,\s\up7(幼苗人工诱导),\s\d5(__染色体数目__加倍))正常纯合子。
②优点：__明显缩短育种年限__。
二、染色体结构的变异
1．类型(连线)：
2．结果：导致排列在染色体上的基因的__数目或排列顺序__发生改变，而导致__性状__的变异。
3．意义：大多数染色体结构变异对生物体是__不利__的，有的甚至会导致生物体死亡。
〔学霸记忆〕
1．体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。
2．染色体数目的变异分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。
3．由受精卵发育来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体；由配子发育来的个体，体细胞中无论含有几个染色体组都是单倍体。
4．多倍体植株常常是茎秆粗壮，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都有所增加。
5．人工诱导多倍体的方法有：低温处理、用秋水仙素诱发等，其原理是抑制纺锤体的形成。
6．与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
7．染色体结构变异的类型主要包括：缺失、重复、易位和倒位。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)单倍体的体细胞中一定只含一个染色体组。( × )
(2)体细胞中含有两个染色体组的个体一定是二倍体。( × )
(3)单倍体经一次秋水仙素处理，可得到二倍体或多倍体。( √ )
(4)用显微镜观察时发现所有细胞中染色体均已加倍。( × )
(5)制作根尖细胞的临时装片时，制作基本步骤是解离→漂洗→染色→制片。( √ )
(6)染色体之间发生的片段互换属于染色体结构变异。( × )
(7)X射线可引起基因突变，也可引起染色体变异。( √ )
〔思考〕
1．蜜蜂中的雄蜂是单倍体吗？
提示：是。蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来的，为单倍体。
2．若一条染色体发生结构变异，则位于该染色体上的基因M能不能变为m？说出你的理由。
提示：不能。基因M变为m属于基因突变，不属于染色体结构变异。
3．马铃薯的野生祖先种和栽培品种分别属于几倍体？其配子细胞中有几个染色体组？试推测栽培品种是如何培育而来的。(科学思维)
提示：马铃薯的野生祖先种体细胞含有两套非同源染色体，即含有两个染色体组，属于二倍体，其配子中含有一个染色体组；栽培品种含有四个染色体组，属于四倍体，其配子中含有两个染色体组。栽培品种是通过诱导野生祖先种的染色体数目加倍培育形成的。
课内探究·名师点睛
知识点
染色体数目变异及生物变异在育种中的应用
要点归纳
1．染色体组的特点
2．单倍体、二倍体和多倍体的判断
(1)如果生物体由受精卵(或合子)发育而来，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。
典例剖析
典例1 (2022·湖南长沙期末改编)下列关于染色体组、单倍体、多倍体的叙述，正确的是( D )
A．体细胞中含有三个染色体组的个体一定是三倍体
B．配子中含有的全部染色体称为一个染色体组
C．单倍体生物都不能产生可育的配子
D．未受精的配子直接发育成的个体是单倍体
[解析] 体细胞中含有三个染色体组的个体不一定是三倍体，如果该个体是由配子直接发育而来的，则为单倍体；如果该个体是由受精卵发育而来的，则为三倍体，A错误；配子中含有的全部染色体不一定只有一个染色体组，B错误；单倍体并非都不可育，由二倍体的配子直接发育成的单倍体，表现为高度不育；含有偶数个染色体组的配子直接发育成的单倍体可能会产生可育的配子，C错误。
变式训练1
(2022·吉林省舒兰市第一高级中高一期末)下列属于单倍体的是( D )
A．三倍体种子长成的幼苗
B．用鹌鹑蛋孵化出的小鹌鹑
C．四倍体的植株枝条扦插成的植株
D．六倍体小麦的花药离体培养的幼苗
[解析] 三倍体种子长成的幼苗还是三倍体，A项错误；用鹌鹑蛋孵化出的小鹌鹑，其发育的起点是受精卵，是二倍体，B项错误；四倍体的植株枝条扦插成的植株，染色体数目没变，还是四倍体，C项错误；由配子直接发育而来的个体是单倍体，六倍体小麦的花药离体培养的幼苗，是由配子(花粉)直接发育而成，所以是单倍体，D项正确。
知识点
低温诱导植物细胞染色体数目的变化
要点归纳
1．实验原理
2．实验中的试剂和作用
3．实验流程与结论
eq \x(\a\al(根尖,的培,养及,诱导))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①培养方法：将蒜放在装满清水的容器上方，让蒜的, 底部接触水面，于室温(约25 ℃)进行培养,②诱导时机：待蒜长出1 cm左右的不定根时,③诱导措施：将整个装置放入冰箱的冷藏室内(4 ℃)，, 诱导培养48～72 h))
↓
eq \x(\a\al(取材,及,固定))eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(①取材：剪取诱导处理的根尖约0.5～1 cm,②固定：放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h，以固定细胞的形态,③冲洗：用体积分数为95%的酒精冲洗2次))
↓
eq \x(\a\al(制作,装片))eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(①解离,②漂洗,③染色：使用质量浓度为0.01 g/mL的甲紫溶液,④制片))eq \a\vs4\al(同“观察根,尖分生区组,织细胞的,有丝分裂”)
↓
eq \x(观察)—先用低倍镜，找到染色体形态较好的分裂象，再换用高倍镜观察
↓
eq \x(结论)—低温能诱导植物染色体数目加倍
典例剖析
典例2 (2022·福建龙岩测试)某生物兴趣小组为探究“低温对细胞内染色体数目的影响是否与秋水仙素的影响相同”进行实验。下列有关实验的叙述正确的是( C )
A．应该选用洋葱根尖成熟区细胞作为实验材料
B．该实验应设置室温处理、－4 ℃的低温处理、适宜浓度的秋水仙素溶液处理3组实验
C．在显微镜下观察，比较经过不同处理的根尖细胞内染色体数目
D．若低温处理结果显示大部分细胞内染色体数目与室温下对应时期相同，则低温不能诱导细胞内染色体数目加倍
[解析] 洋葱根尖成熟区细胞不再分裂，应该选用洋葱根尖分生区细胞作为实验材料，A错误；该实验应设置室温处理、4 ℃的低温处理、适宜浓度的秋水仙素溶液处理3组实验，B错误；在显微镜下观察，通过比较经不同处理的根尖细胞内的染色体数目来完成，C正确；细胞分裂前的间期时间较长，所以大部分细胞内染色体数目不变，若低温处理结果显示所有细胞内染色体数目都与室温下对应时期相同，则低温不能诱导细胞内染色体数目加倍，D错误。
变式训练2
有关“低温诱导大蒜根尖细胞染色体加倍”的实验，正确的叙述是( C )
A．实验中要用卡诺氏液浸泡根尖，使组织细胞分散开
B．实验原理是低温抑制着丝粒分裂，使子染色体不能移向细胞两极
C．多倍体细胞形成过程可能发生两条非同源染色体之间相互交换片段
D．多倍体细胞形成过程增加了非同源染色体重组的机会
[解析] 卡诺氏液的作用是固定染色体形态，解离时应用解离液，使组织细胞分散开，A错误；实验原理是低温抑制根尖细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成，使子染色体不能移向细胞两极，B错误；多倍体细胞形成过程可能发生两条非同源染色体之间相互交换片段，C正确；根尖细胞进行的是有丝分裂，所以多倍体细胞形成过程中没有增加非同源染色体重组的机会，D错误。故选C。
知识点
染色体结构变异
要点归纳
1．染色体结构变异的类型
2．染色体结构变异对染色体上基因的数目和排列顺序的影响
(1)图解：
(2)结果：染色体上的基因数目和排列顺序均改变，细胞中基因数目改变(①②)；染色体上基因的数目不变，排列顺序改变(③)；染色体上基因的数目和排列顺序均改变，但细胞中基因数目不变(④)。
3．染色体易位与互换的比较
4．染色体结构变异与基因突变的比较
典例剖析
典例3 (2021·浙江选考，4)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( B )
A．缺失B．倒位
C．重复D．易位
[解析] 分析题图可知，原来基因排列为123456的染色体经过断裂，重新连接形成排列顺序为125436的染色体，可知其中的345片段发生了180°的颠倒，因此此类染色体结构变异为倒位。故选B。
变式训练3
(2022·河北省石家庄市高一下学期期末)下图中①为一个正常染色体上基因序列的示意图，②、③、④、⑤是染色体在细胞增殖过程中发生结构变异的几种情况。下列叙述正确的是( C )
A．②图示属于染色体结构变异中的倒位
B．③图示属于染色体结构变异中的易位
C．④图示属于染色体结构变异中的缺失
D．⑤图示属于染色体结构变异中的重复
[解析] 图示②中多了bc基因，属于染色体结构变异中的重复，A错误；图示③中dcb基因与原染色体上基因顺序不同，属于染色体结构变异中的倒位，B错误；图示④中少了d基因，属于染色体结构变异中的缺失，C正确；图示⑤中多了wx基因，且都不是原染色体上的基因，属于染色体结构变异中的易位，D错误。故选C。
知识点
单倍体育种和多倍体育种
要点归纳
1．单倍体育种与多倍体育种的比较
2．实例——三倍体无子西瓜的培育
①两次传粉
a．第一次传粉是为了进行杂交获得三倍体种子。
b．第二次传粉是为了刺激子房发育成果实。
②秋水仙素处理后，新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍，而未处理的根细胞中仍为两个染色体组。
③四倍体植株上结的西瓜，其种皮和瓜瓤细胞中含四个染色体组，而种子的胚细胞中含三个染色体组。
④三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。
[易错提醒] 多倍体育种和单倍体育种的三点提醒
(1)花药离体培养≠单倍体育种：
花药离体培养获得单倍体幼苗，单倍体育种的目的并非获得单倍体植株，而是获得能稳定遗传的正常植株。
(2)单倍体育种不一定是最简便最快捷的育种方法，如：为了获得aabb的个体，杂交育种是最佳育种方法。
(3)单倍体育种与多倍体育种中秋水仙素处理的对象不同：
①由于单倍体往往高度不育，育种操作的对象一般是单倍体幼苗，通过组织培养得到纯合子植株。
②多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。
典例剖析
典例4 (不定项)(2022·安徽省池州市高一期末)下列关于生物变异和育种的叙述，正确的是( AC )
A．基因突变产生新基因，是生物变异的根本来源，为生物进化提供了原始材料
B．基因重组是控制不同性状的基因的重新组合，只发生在减数第一次分裂后期
C．驯化家畜家禽经过了长期的选择育种过程，这种育种方式的原理不一定只是基因重组
D．二倍体西瓜授粉于四倍体西瓜，子房发育成熟即得可食用的三倍体无籽西瓜
[解析] 基因突变能产生新的基因，是生物变异的根本来源，为生物进化提供了原始材料，A正确；减数分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换也会导致基因重组，B错误；驯化家畜家禽采用了选择育种的方法，但这种育种方式的原理涉及多种变异，不一定只是基因重组，C正确；二倍体西瓜做父本，四倍体西瓜做母本，两者杂交得到的种子有三个染色体组，种子萌发形成的植株为三倍体，给其雌蕊授以二倍体西瓜花粉，子房发育成无籽西瓜，D错误。故选AC。
变式训练4
(2022·大连期中)除草剂敏感型的大豆经辐射获得抗性突变体，且敏感基因与抗性基因是一对等位基因。下列叙述正确的是( A )
A．突变体若为1条染色体的片段缺失所致，则该抗性基因一定为隐性基因
B．突变体若为1对同源染色体相同位置的片段缺失所致，则再经诱变可恢复为敏感型
C．突变体若为基因突变所致，则再经诱变不可能恢复为敏感型
D．抗性基因若为敏感基因中的单个碱基对替换所致，则该抗性基因一定不能编码肽链
[解析] 突变体若为1条染色体的片段缺失所致，则除草剂敏感型大豆为杂合子。它缺失的一定是显性敏感基因，体内依旧存在的是隐性抗性基因，A正确；突变体若为1对同源染色体相同位置的片段缺失所致，而染色体缺失引发的变异是不可逆的，不能恢复原状，B错误；因为基因突变具有不定向性，所以再经诱变可能由抗除草剂型恢复为敏感型，C错误；敏感基因中的单个碱基对替换将发生基因突变，可能使编码的肽链翻译提前终止或延长，不一定不能编码肽链，D错误。
指点迷津·拨云见日
一、染色体组的判断
典例5 (2022·福建厦门集美中学期末)关于如图所示细胞的叙述正确的是( C )
A．细胞中含有一个染色体组的是h图
B．细胞中含有两个染色体组的是e、g图
C．细胞中含有三个染色体组的是a、b图
D．细胞中含有四个染色体组的是c、f图
[解析] 根据染色体形态、大小判断各图所示细胞所含染色体组数，选出正确答案。一个染色体组中所有染色体的形态、大小各不相同，根据图中各细胞染色体的形状和大小判断：a图含有三个染色体组，c图含有两个染色体组，e图含有四个染色体组，g图含有一个染色体组。控制相对性状的基因出现几次，就有几个染色体组，据此可判断：b图中含有三个染色体组，d图中含有一个染色体组，f图中含有四个染色体组，h图中含有两个染色体组。
二、与生物变异有关的几个方法
1. 判断单倍体、二倍体和多倍体的方法
2．细胞分裂图像中染色体组数的判断方法
以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目所给图像中的染色体组数。如图所示：
(1)图a细胞处于减数分裂Ⅰ的前期，含有4条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。
(2)图b细胞处于减数分裂Ⅱ前期，含有2条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有1个染色体组，这一个染色体组中有2条染色体。
(3)图c细胞处于减数分裂Ⅰ的后期，含有4条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。
(4)图d细胞处于有丝分裂后期，含有8条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有4个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。
3．基因突变与染色体结构变异的判断方法
(1)从变异发生的层次看：基因内部个别碱基的替换、增添或缺失为基因突变；基因数目或排列顺序的改变为染色体结构变异，此改变不深入基因内部。
(2)从变异的结果看：染色体上基因的数量和位置不改变，产生新的基因(等位基因)为基因突变；基因的数量和排列顺序改变为染色体结构变异。
(3)从镜检的结果看：基因突变在显微镜下观察不到，而染色体结构变异可通过显微镜观察到。
典例6 (2022·山东济宁测试改编)甲～丁表示细胞中不同的变异类型，甲中英文字母表示染色体片段。下列叙述正确的是( D )
A．甲～丁的变异类型都属于染色体变异
B．甲～丁的变异类型都可能出现在根尖分生区细胞的分裂过程中
C．若乙为精原细胞中发生的变异，则该精原细胞一定不能产生正常的配子
D．图中所示的变异类型中甲、乙、丁可用光学显微镜观察到
[解析] 甲中染色体变异后出现了两个c，属于染色体结构变异中的重复；乙中个别染色体增加，属于染色体数目变异；丙表示同源染色体的非姐妹染色单体发生互换，属于基因重组；丁属于染色体结构变异的易位，A错误；丙图出现在减Ⅰ前期，不会发生在根尖细胞分裂过程中，B错误；乙图若为精原细胞、可产生正常配子，C错误；图中甲、乙、丁为染色体变异，可用光学显微镜观察，D正确。
三、基因重组、基因突变、染色体变异的比较
典例7 (2022·湖南省株洲二中高一期末)下列有关变异的叙述中，错误的是( C )
A．一个基因中增加了若干对脱氧核苷酸属于基因突变
B．非同源染色体之间的片段互换属于染色体变异
C．雌雄配子随机结合产生不同于亲本类型的子代个体也属于一种基因重组
D．发生在玉米花药中的变异比发生在根尖中的更容易遗传给后代
[解析] 一个基因中增加了若干对脱氧核苷酸是碱基的增添，属于基因突变，A正确；非同源染色体之间的片段互换属于染色体结构变异中的易位，B正确；雌雄配子的随机结合不等于基因的自由组合过程，不属于基因重组过程，C错误；发生在玉米花药中的变异发生在生殖细胞中，比根尖(体细胞)变异更容易遗传给后代，D正确。
教材问题·解疑答惑
问题探讨☞P87
1．提示：见表格
2．提示：香蕉是三倍体，减数分裂时无法正常联会，无法正常产生配子。
3．提示：由表中数据可知：栽培品种的染色体数目比野生祖先种多，这说明染色体数目和生物性状有什么关系呢？染色体数目的变化会影响生物的性状。
探究·实践☞P89
提示：两者都是通过抑制分裂细胞内纺锤体的形成，使染色体不能移向两极而引起细胞内染色体数目加倍。
练习与应用☞P91
一、概念检测
1．(1)× 体细胞中染色体数目和结构的变化也属于染色体变异。
(2)× 体细胞中含有两个染色体组也可能是单倍体，如：一个四倍体通过花药离体培养获得的植株含有两个染色体组，是单倍体。
(3)× 单倍体不一定含有一个染色体组，也可能含有多个染色体组。
2．D 秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成。
3．C 这种变异是非同源染色体之间片段的互换，因此属于染色体结构变异中的易位。
4．提示：
二、拓展应用
1．提示：自然状态下，单倍体通常来源于单性生殖，比如未受精的卵细胞发育成的植物体；不能繁殖后代是因为二倍体的单倍体细胞中只有一个染色体组，在减数分裂的时候，无法形成四分体，也就无法正常减数分裂形成配子，所以一般不能繁殖后代。
2．(1)提示：西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，从而形成四倍体西瓜植株。
(2)提示：杂交可以获得三倍体植株。产生多倍体的基本途径为秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
(3)提示：三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞，因此不能形成种子。但并不是绝对一颗种子都没有，其原因是在进行减数分裂时，有可能形成正常的卵细胞，该卵细胞可与精子结合形成种子。
(4)提示：有其他的方法可以替代。方法一，进行无性繁殖。将三倍体西瓜植株进行组织培养获取大量的组培苗，再进行移栽。方法二，利用生长素或生长素类似物处理二倍体未受粉的雌蕊，以促进子房发育成无种子的果实，在此过程中要进行套袋处理，以避免受粉。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·海南省文昌中学高一期末)如图表示某植物正常体细胞的染色体组成，下列可能是该植物基因型的是( B )
A．ABCdB．Aaaa
C．AaBbCcDdD．AaaBbb
[解析] 图中有4个染色体组，ABCd一个染色体组，A错误。Aaaa四个染色体组，B正确。AaBbCcDd两个染色体组，C错误。AaaBbb三个染色体组，D错误。
2．(2022·山东省菏泽市高一下学期期末)染色体变异包括染色体数目变异和结构变异。下列相关表述正确的是( D )
A．只有生殖细胞中的染色体数目或结构的变化才属于染色体变异
B．体细胞中含有两个染色体组的个体就是二倍体
C．用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体
D．染色体结构的改变会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变
[解析] 体细胞也可以发生染色体变异，A错误；由受精卵发育而来且体细胞中含有两个染色体组的个体才是二倍体，B错误；单倍体不一定只含有一定染色体组，故用秋水仙素处理单倍体获得的不一定是二倍体，C错误；染色体结构变异会使染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，如缺失，D正确。故选D。
3．(2020·全国卷Ⅲ，32)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__无同源染色体，不能进行正常的减数分裂__。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__42__条染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是__营养物质含量高、茎秆粗壮__(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__秋水仙素处理__(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__甲、乙两个品种杂交，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__。
[解析] (1)杂种一是一粒小麦和斯氏麦草杂交的产物，细胞内含有一粒小麦和斯氏麦草各一个染色体组，所以细胞内不含同源染色体，不能进行正常的减数分裂，因此高度不育；普通小麦含有6个染色体组，每个染色体组有7条染色体，所以体细胞有42条染色体；多倍体植株通常茎秆粗壮，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都有所增加。(2)人工诱导植物细胞染色体加倍可以采用秋水仙素处理。(3)为获得稳定遗传的抗病抗倒伏的小麦，可以利用杂交育种，设计思路如下：将甲和乙两品种杂交获得F1，将F1植株进行自交，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，即为稳定遗传的抗病又抗倒伏的植株。
课标要求
核心素养
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．结合染色体结构变异的示意图，了解染色体结构变异的常见类型。(科学思维)
2．通过分析染色体组的概念，理解二倍体、多倍体和单倍体的特点和生产中的应用。(社会责任)
3．通过低温诱导染色体数目变化的实验，理解染色体数目变化的机制。(科学探究)
试剂
使用方法
作用
卡诺氏液
将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h
固定细胞形态
体积分数为95%的酒精
冲洗用卡诺氏液处理的根尖
洗去卡诺氏液
与质量分数为15%的盐酸等体积混合，浸泡经固定的根尖
解离根尖细胞，使细胞之间的联系变得疏松
质量分数为15%的盐酸
与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液
解离根尖细胞
蒸馏水
浸泡解离后的根尖约10 min
漂洗根尖，去掉解离液，防止解离过度影响染色
甲紫溶液
把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3～5 min
使染色体着色
类型
定义
实例
示意图
缺失
染色体中某一片段缺失引起变异
果蝇缺刻翅的形成、猫叫综合征
重复
染色体中增加某一片段引起变异
果蝇棒状眼的形成
倒位
染色体的某一片段位置颠倒引起变异
果蝇3号染色体上的倒位引起的猩红眼—桃色眼—三角翅脉
易位
(移接)
一条染色体的某一片段接到另一条非同源染色体上引起变异
人慢性粒细胞白血病的病因是22号染色体部分易位到14号染色体上
染色体易位
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
项目
染色体结构变异
基因突变
本质
染色体片段的缺失、重复、易位或倒位
碱基的替换、增添或缺失
基因数目的变化
1个或多个
1个
变异水平
细胞
分子
光镜检测
可见
不可见
多倍体育种
单倍体育种
原理
染色体组成倍增加
染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种(指每对染色体上成对的基因都是纯合的)
常用方法
秋水仙素处理萌发的种子、幼苗
花药离体培养后，人工诱导染色体数目加倍
优点
操作简单
明显缩短育种年限
缺点
适用于植物，在动物方面难以操作
技术复杂一些，需与杂交育种配合
比较
基因重组
基因突变
染色体变异
实质
控制不同性状的基因重新组合
基因结构的改变
染色体结构或数目的变化
适用范围
真核生物进行有性生殖产生配子时
任何生物均可发生
真核生物核遗传中发生
产生结果
产生新的基因型，未发生基因的改变
产生新的基因，但基因数目不变
可引起基因数目或排列顺序的变化
类型
①非同源染色体上的非等位基因的自由组合
②同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换
①自然突变
②人工诱变
①染色体结构的变异
②染色体数目的变异
意义
是生物变异的来源之一，对生物进化有十分重要的意义
是生物变异的根本来源，提供生物进化的原材料
对生物进化有一定意义
实例
黄圆和绿皱豌豆杂交，后代产生黄皱和绿圆个体
镰状细胞贫血
八倍体小黑麦、无子西瓜
生物种类
体细胞染色体数/条
体细胞非同源染色体/套
配子染色体数/条
马铃薯
野生祖先种
24
2
12
栽培品种
48
4
24
香蕉
野生祖先种
22
2
11
栽培品种
33
3
无配子
生物种类
豌豆
普通小麦
小黑麦
体细胞中的染色体数/条
14
42
56
配子中的染色体数/条
7
21
28
体细胞中的染色体组数
2
6
8
配子中的染色体组数
1
3
4
属于几倍体生物
二倍体
六倍体
八倍体
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