2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块2第3单元第2讲　染色体变异与育种


第2讲　染色体变异与育种
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考纲要求
核心素养
1.举例说明染色体结构变异和数目变异。
2.生物变异在育种上的应用。
1.生命观念——通过对染色体变异基本原理及在生物学中意义的理解，建立起进化与适应的观点。
2.理性思维——通过三种可遗传变异的比较，培养归纳与概括能力。
3.科学探究——通过生物变异类型的判断与实验探究，培养实验设计及结果分析的能力。
考点一　染色体变异
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
基础梳理
1．染色体结构的变异
(1)类型(连线)

[答案]　(1)①－Ⅲ－D__②－Ⅳ－C__③－Ⅰ－B__④__－Ⅱ－A
(2)结果：使排列在染色体上的基因的数目或顺序发生改变，从而导致性状的变异。
2．染色体数目变异
(1)类型
类型
实例
个别染色体的增减
21三体综合征
以染色体组形式成倍增减
三倍体无子西瓜
(2)染色体组
①组成
如图中雄果蝇体细胞染色体中的一个染色体组可表示为：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。

②组成特点
a．形态上：细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同。
b．功能上：控制生物生长、发育、遗传和变异的一组染色体。
(3)单倍体、二倍体和多倍体的比较

单倍体
二倍体
多倍体
发育起点
配子
受精卵
受精卵
特点
植株弱小、高度不育
正常可育
茎秆粗壮，叶、果实、种子较大，营养物质含量丰富
体细胞染色体组数
1或多个
2个
≥3个
形成过程

形成原因
自然成因
单性生殖
正常的有性生殖
外界环境条件剧变(如低温)
人工诱导
花药离体培养
－
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
实例
蜜蜂的雄蜂
几乎全部动物和过半数的高等植物
香蕉(三倍体)，马铃薯(四倍体)
思维辨析
易错整合，判断正误。
(1)染色体上某个基因的丢失属于基因突变(　×　)
(2)DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异(　×　)
(3)染色体易位或倒位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响(　×　)
(4)非同源染色体某片段移接，仅发生在减数分裂过程中(　×　)
(5)染色体缺失有利于隐性基因表达，可提高个体的生存能力(　×　)
(6)体细胞中含有两个染色体组的个体是二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体(　×　)
(7)染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加(　×　)
(8)水稻(2n＝24)一个染色体组有12条染色体，水稻单倍体基因组有12条染色体(　√　)
(9)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体(　×　)
(10)单倍体含有的染色体组数都是奇数(　×　)
延伸探究
1．(教材必修2 P85)基因突变中碱基对的增添、缺失与染色体结构变异中的重复、缺失有何区别？
[提示]①基因突变中碱基对的增添、缺失是基因内部结构的变化，该基因还存在，只是变为原来的等位基因；而染色体结构变异中的重复、缺失是某个基因或染色体片段重复出现或减少。②基因突变中碱基对的增添、缺失属于分子水平的变化，在光学显微镜下观察不到；染色体结构变异中的重复、缺失属于细胞水平的变化，在光学显微镜下能观察到。
2．(教材必修2 P86中图5－8)若果蝇的某细胞在减数第一次分裂后期X染色体和Y染色体没有分离，最终形成的精子中含有的是不是一个染色体组？
[提示]不是。
3．(教材必修2 P89中拓展题)(1)为何将一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体西瓜的芽尖？
(2)与二倍体西瓜杂交后请依次写出当年四倍体母本植株上果皮、种皮、子叶、胚乳的染色体组数目：果皮4个、种皮4个、胚3个、胚乳5个。
(3)三倍体西瓜为什么无种子？真的一颗都没有吗？
(4)为减少连年制种的麻烦，是否有替代方法？
[提示](1)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。
(3)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。但并非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。
(4)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授粉的雌蕊，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，以避免授粉。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
重难精讲
1．染色体结构变异与基因突变、基因重组的辨析
(1)染色体易位与交叉互换

染色体易位
交叉互换
图解


区别
位置
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间
原理
染色体结构变异
基因重组
观察
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
(2)染色体结构变异与基因突变的判断

2．“四法”判定染色体组的数量
(1)据细胞分裂图像进行识别判断
以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目图示中的染色体组数。如下图所示：

①A为减数第一次分裂前期，染色体为4条，生殖细胞中染色体为2条，每个染色体组有2条染色体，该细胞中有2个染色体组。
②B为减数第二次分裂前期，染色体为2条，生殖细胞中染色体为2条，每个染色体组有2条染色体，该细胞中有1个染色体组。
③C为减数第一次分裂后期，染色体为4条，生殖细胞中染色体为2条，每个染色体组有2条染色体，该细胞中有2个染色体组。
④D为有丝分裂后期，染色体为8条，生殖细胞中染色体为2条，每个染色体组有2条染色体，该细胞中有4个染色体组。
(2)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。
如下图所示的细胞中，a中形态相同的染色体有3条，b中有2条，c中染色体各不相同，则可判定它们分别含3个、2个、1个染色体组。

(3)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——每个染色体组内不含等位基因或相同基因，如下图所示：d～g中依次含4、2、3、1个染色体组。

(4)据染色体数与染色体形态数的比值判断
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，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组。如果蝇该比值为8/4＝2，则果蝇含2个染色体组。
精准命题
考向一　对染色体变异类型的辨析
例1 (不定项选择题)(2020·山东潍坊统考)下列关于染色体变异的叙述，正确的是( AD )
A．猫叫综合征是人的5号染色体缺失某一片段引起的
B．染色体上不含致病基因的个体不可能患遗传病
C．染色体倒位不改变基因数量，对个体性状没有不利影响
D．通过诱导多倍体的方法可解决植物远缘杂交所得杂种不育的问题
[解析]　猫叫综合征是人的5号染色体缺失某一片段引起的，A正确；染色体上不含有致病基因，但是染色体数目增加或减少也可能导致个体患遗传病，B错误；染色体倒位可导致有些基因无法正常表达，生物的性状可能发生改变，C错误；多倍体育种可以用秋水仙素或低温诱导染色体加倍，使植物远缘杂交得到的不育品种染色体加倍，从而能够产生可育配子，D正确。

技巧点拨
“三看法”判断生物变异的类型
(1)DNA分子内的变异
—
↓
—
↓
—
(2)DNA分子间的变异
—
↓
—
↓
—
〔对应训练〕
1．(2019·贵阳调研)下图中，甲、乙分别表示两种果蝇的一个染色体组，丙表示果蝇的X染色体及其携带的部分基因。下列有关叙述正确的是(　D　)

A．甲、乙杂交产生的F1减数分裂都正常
B．甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同
C．丙中①过程，可能是发生在X和Y的非姐妹染色单体之间的易位
D．丙中①②所示变异都可归类于染色体结构变异
[解析]　与甲相比，乙中的1号染色体发生了倒位，所以甲、乙杂交产生的F1，减数分裂过程中1号染色体不能正常联会，不能产生正常配子，A项错误；因为乙中的1号染色体发生了倒位，所以甲、乙的l号染色体上的基因排列顺序不完全相同，B项错误；丙中①过程基因的位置发生颠倒，属于倒位，丙中②过程染色体片段发生改变，属于染色体结构变异中的易位，①②都属于染色体结构变异，C项错误，D项正确。
考向二　对染色体组的辨析
例2 (2019·云南省临沧市一中高三期末)下列关于染色体组的叙述，正确的是(　C　)
A．单倍体生物的体细胞中只含1个染色体组
B．雄果蝇1个染色体组由3条常染色体和X、Y染色体组成
C．1个染色体组中可存在或不存在姐妹染色单体
D．对于二倍体生物来说， 1个染色体组只含某种生物生长发育的部分遗传信息
[解析]　单倍体生物体细胞中含有本物种配子染色体组数，不一定只有一个染色体组，如四倍体产生的单倍体含有二个染色体组，A错误；果蝇1个染色体组中不存在同源染色体，因此染色体组中不可能同时出现X和Y，B错误；1个染色体组中可存在或不存在姐妹染色单体，C正确；对于二倍体生物来说，1个染色体组含有某种生物生长发育的全部遗传信息，D错误。
〔对应训练〕
2．(2019·湖南省怀化市高三期末)下列说法不正确的是(　C　)
A．含有基因AAaa的细胞不一定有四个染色体组
B．普通小麦(6N)的花药离体培养后，长成的植株细胞中含三个染色体组，但不是三倍体
C．水稻(2N＝24)中—个染色体组中有12条染色体，但若是研究水稻基因组，则应该研究13条染色体
D．马和驴杂交的后代骡是不育的二倍体，而蜂群中的雄蜂是可育的单倍体
[解析]　基因型为AAaa的细胞可能为处于分裂过程前、中期的细胞，含有基因AAaa细胞也可能含有2个染色体组，A正确；花药离体培养而成的植株中含有三个染色体组，但个体发育的起点是配子，因此属于单倍体，B正确；水稻是雌雄同株植物，没有性染色体，研究水稻基因组，则应该研究12条染色体，C错误；马和驴存在生殖隔离，杂交的后代骡是不育的二倍体，而雄蜂是未受精的卵细胞发育而来，可进行假减数分裂产生正常的精子，所以是可育的单倍体，D正确。
考向三　变异类型的实验探究
例3 遗传学上将染色体上某一区段及其带有的基因一起丢失的现象叫做缺失，若一对同源染色体中两条染色体在相同区域同时缺失叫做缺失纯合子，若仅一条染色体发生缺失而另一条正常叫做缺失杂合子。缺失杂合子的个体生活力降低但能存活，缺失纯合子常导致个体死亡。现有一红眼雄果蝇XAY与一白眼雌果蝇XaXa杂交，子代中出现一只白眼雌果蝇。请采用两种方法判断这只白眼雌果蝇的出现是由于缺失造成的，还是由于基因突变引起的。
方法一：_取该果蝇有分裂能力的细胞制成装片，在显微镜下观察染色体结构，若染色体正常，可能是基因突变引起的；反之可能是染色体缺失造成的。__
方法二：_选该白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交，若杂交子代中雌果蝇∶雄果蝇＝2∶1，则雌果蝇数与雄果蝇数之比为1∶1，则这只白眼雌果蝇的出现是由于基因突变引起的；若杂交子代中雌果蝇∶雄果蝇＝2∶1，则雌果蝇的出现是由于缺失造成的。__
[解析]　方法一：用显微镜观察该果蝇分裂的细胞中染色体结构是否发生改变，确定该变异是来自基因突变还是染色体缺失。方法二：利用题干信息“缺失纯合子导致个体死亡”这一现象，雌果蝇：雄果蝇＝2∶1，则可将该果蝇与红眼雄果蝇杂交，观察并统计子代雌雄个体数目的比例来确定该变异的来源。若为基因突变，则XaXa×XAY→XAXa、XaY ，子代雌雄比例为1∶1；若该变异为染色体缺失造成的，则XaX－×XAY→XAXa、XAX－、XaY、X－Y(致死)，子代雌雄比例为2∶1。
技巧点拨
变异类型实验探究的答题模板
〔对应训练〕
3．番茄是二倍体植物。有一种三体，其6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，组成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。请回答：
(1)从变异类型的角度分析，三体的形成属于染色体数目变异。
(2)若三体番茄的基因型为AABBb，则其产生的花粉的基因型及其比例为ABB∶ABb∶AB∶Ab＝1∶2∶2∶1，其根尖分生区一细胞连续分裂两次所得到的子细胞的基因型为AABBb。
(3)现以马铃薯叶型(dd)的二倍体番茄为父本，以正常叶型(DD或DDD)的三体纯合子番茄为母本，设计杂交实验，判断D(或d)基因是否在第6号染色体上，最简单可行的实验方案是F1的三体正常叶型个体与二倍体马铃薯叶型个体杂交。
实验结果：
①若杂交子代正常叶∶马铃薯叶＝1∶1，则D(或d)基因不在第6号染色体上。
②若杂交子代正常叶∶马铃薯叶＝5∶1__，则D(或d)基因在第6号染色体上。
[解析]　(1)由题意知，正常番茄中体细胞的6号染色体是2条，三体的6号染色体是3条，属于染色体数目变异。(2)三体番茄的基因型为AABBb，依题意分析其产生的配子的基因型及比例是ABB∶ABb∶AB∶Ab＝1∶2∶2∶1；根尖细胞进行有丝分裂，分裂后形成的子细胞的基因型与亲代细胞相同，都是AABBb。(3)①如果D(d)基因不在6号染色体上，则马铃薯叶型的基因型是dd，正常叶型的基因型是DD，杂交子代的基因型是Dd，与dd进行测交，测交后代的基因型及比例是Dd∶dd＝1∶1，前者是正常叶，后者是马铃薯叶。②如果D(d)基因位于6号染色体上，则马铃薯叶型的基因型是dd，正常叶型的基因型是DDD，杂交子代的基因型是Dd、DDd，其中DDd是三体植株，DDd与dd进行测交，DDd产生的配子的基因型及比例是DD∶D∶Dd∶d＝1∶2∶2∶1，测交后代的基因型是DDd∶Dd∶Ddd∶dd＝1∶2∶2∶1，其中Dd、DDd、Ddd表现为正常叶，dd表现为马铃薯叶。
考点二　生物变异在育种上的应用
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
基础梳理
1．生物育种方式的比较(见表)
名称
原理
方法
优点
缺点
应用
杂交育种
基因重组
①杂交→自交→筛选出符合要求的表现型，通过自交并逐代筛选至不发生性状分离为止
②培育杂合子品种：一般是选取纯合双亲子一代
使分散在同一物种或不同品种中的多个优良性状集中于同一个体上，即“集优”
①育种时间长
②局限于同一种或亲缘关系较近的个体
③年年制种(培育杂合子)
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、杂交水稻、玉米
诱变育种
基因突变
①物理：紫外线、α射线、微重力、激光等处理，再筛选
②化学：秋水仙素、硫酸二乙酯处理，再筛选
提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状
有利变异少，工作量大，需要大量处理供试材料
高产青霉菌、“黑农五号”大豆品种等的培育
单倍体育种
染色体变异
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
明显缩短育种年限，加快育种进程
技术复杂
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
多倍体育种
染色体变异
用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
植物茎秆粗壮，叶片、果实、种子均大，营养物质含量提高
技术复杂，发育延迟，结实率低，一般只适用于植物
三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦、四倍体水稻
基因工程育种
基因重组
提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定→筛选出符合要求的新品种
目的性强；育种周期短；克服了远缘杂交不亲和的障碍
技术复杂，安全性问题多
转基因“向日葵豆”；转基因抗虫棉

不同育种方法需注意的问题
(1)诱变育种：多用于植物和微生物。原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。
(2)杂交育种：不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状个体即可。
(3)花药离体培养≠单倍体育种：花药离体培养只是其中的一个程序，要想得到可育的品种，一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体数目加倍。
2．辨析染色体变异及育种过程
(1)染色体变异中的可育、不可育与可遗传的界定
①单倍体并非都不育。由二倍体的配子发育成的单倍体，表现为高度不育；多倍体的配子若含有偶数个染色体组，则其发育成的单倍体中含有同源染色体及等位基因，可育并能产生后代。
②“可遗传”≠可育。三倍体无子西瓜、骡子、二倍体的单倍体等均表现为“不育”，但它们均属可遗传变异。
(2)单倍体育种与多倍体育种分析
①单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程，花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。
②两种育种方式都出现了染色体加倍情况：单倍体育种操作对象是单倍体幼苗，通过培养得到的植株是纯合子；多倍体育种的操作对象是正常萌发的种子或幼苗。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
精准命题
例4 (2019·山东省菏泽市高三期末)我国科学家对“神舟”飞船专为西部大开发而搭载的红杉树种苗进行了研究比较，发现这些种苗具有抗旱、抗寒和速生性能，试分析红杉树种苗所发生的变化和下列选项相似的是(　B　)
A．利用基因工程获得各种抗逆性作物新品种
B．用X射线照射青霉菌使青霉菌的繁殖能力增强
C．用一定浓度的秋水仙素处理获得四倍体葡萄
D．用高产不抗病小麦与低产抗病小麦杂交得到高产抗病小麦
[解析]　红杉树种苗所发生的变化为基因突变，利用基因工程获得各种抗逆性作物新品种，其原理是基因重组，A错误。用X射线照射青霉菌使青霉菌的繁殖能力增强的原理是基因突变，B正确；用一定浓度的秋水仙素处理，获得四倍体葡萄的原理是染色体变异，C错误；杂交得到高产抗病小麦品种的方式是杂交育种，其原理是基因重组，D错误。
技巧点拨
育种方案的选取原则
育种目标
育种方案
集中双亲优良性状
单倍体育种(明显缩短育种年限)
杂交育种(耗时较长，但简便易行)
使原品系实施“定向”改造
基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种
让原品系产生新性状(无中生有)
诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)
使原品系营养器官“增大”或“加强”
多倍体育种
〔对应训练〕
4．(2020·云南省临沧市一中高三期末) 将二倍体玉米的幼苗用秋水仙素处理，待其长成植株后用其花药离体培养得到了新的植株，下列有关新植株的叙述，正确的是(　B　)
①可能是纯合子也可能是杂合子
②体细胞内没有同源染色体
③不能形成可育配子
④能形成可育配子
⑤体细胞内有同源染色体
⑥一定是纯合子
A．①⑤⑥　　　　 B．①④⑤
C．②⑤⑥ D．①③⑥
[解析]　二倍体含有2个染色体组，用秋水仙素处理后染色体数目加倍，此时细胞中含有4个染色体组，可能是纯合子也可能是杂合子。长成植株后的花药离体培养得到的是单倍体，但此时含有两个染色体组，可能是纯合子也可能是杂合子，①正确，⑥错误。此时细胞内含有同源染色体，②错误，⑤正确。因为有同源染色体，单倍体的植株可以产生可育的配子，③错误，④正确。因此B正确，A、C、D错误。
5．下列各图分别表示A、B、C、D、E、F几种不同的育种方法。请据图回答下列问题：
A．
B．普通小麦(AABBDD)×黑麦(RR)→不育杂种(ABDR)小黑麦(AABBDDRR)
C．高秆抗锈病(DDTT)×矮秆易染锈病(ddtt)→F1F2→能稳定遗传的矮秆抗锈病品种
D．高秆抗锈病(DDTT)×矮秆易染锈病(ddtt)→F1配子幼苗能稳定遗传的矮秆抗锈病品种
E．获取苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因→通过某种载体将该基因转入棉花植株→抗虫棉
F．人造卫星搭载种子→返回地面种植→发生多种变异→人工选择→新品种
(1)A所示过程称为克隆技术，新个体丙的性别取决于甲亲本。
(2)B所表示的育种方法叫多倍体育种，该方法最常用的做法是在①处用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，其作用原理为抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。
(3)C表示的育种方法是杂交育种，若要在F2中选出最符合生产要求的新品种，最简单的方法是选择表现型为矮秆抗锈病的植株连续自交，直到不发生性状分离为止。
(4)D中过程②常用的方法是花药离体培养。
(5)E得以实现的重要理论基础之一是所有生物在合成蛋白质的过程中，决定氨基酸的密码子是相同的。
(6)方法F中发生的变异一般是基因突变。
考点三　实验：低温诱导植物染色体数目变化
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自主学习·探究提升
基础梳理
1．实验原理
用低温处理植物分生组织细胞，如根尖分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，使植物细胞染色体数目加倍。
2．实验步骤
洋葱根尖培养→低温诱导→取材→制作装片(解离→漂洗→染色→制片)→观察。
3．实验结论
适当低温可以诱导染色体数目加倍。
思维辨析
易错整合，判断正误。
(1)显微镜下观察到的细胞是活细胞(　×　)
(2)选材时常用分生组织的细胞(　√　)
(3)卡诺氏液可使组织细胞互相分离开(　×　)
(4)低温诱导和利用秋水仙素都能使染色体加倍(　√　)
(5)该实验可观察到整个细胞分裂过程(　×　)
(6)观察时视野中处于分裂间期的细胞最多(　√　)
延伸探究
1．除低温诱导外，还有哪些常用的诱导染色体数目加倍的方法？试简述其原理。
[提示]除低温诱导外，生产上还常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗来诱导染色体数目加倍。其原理是：秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。
2．二倍体幼苗经秋水仙素处理后，长成四倍植株，所有的细胞中染色体数目是否都加倍？
[提示]只有部分细胞中染色体数目加倍。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
重难精讲
1．实验原理
(1)正常进行有丝分裂的组织细胞，在分裂后期着丝点分裂后，子染色体在纺锤体作用下分别移向两极，进而平均分配到两个子细胞中去。
(2)低温可抑制纺锤体形成，阻止细胞分裂，导致细胞染色体数目加倍。
2．实验流程
根尖培养：将洋葱等材料放在装满清水的广口瓶上，底部接触水面，置于适宜条件下，使之生根
低温诱导：待不定根长至1 cm时，将整个装置放入冰箱的低温室内(4 ℃)，诱导培养36 h
材料固定：剪取根尖约0.5～1 cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h固定其形态，然后用95%酒精冲洗2次
制作装片：解离→漂洗→染色→制片(同观察植物细胞的有丝分裂)
观察：先用低倍镜观察，找到变异细胞，再换用高倍镜观察
3．实验结论
低温能诱导植物染色体数目的变化。
4．试剂的使用方法及作用
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
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
同上
蒸馏水
浸泡解离后的根尖约10 min
漂洗根尖，去掉解离液
改良苯酚品红染液
把漂洗干净的根尖放进盛有改良苯酚品红染液的玻璃皿中染色3～5 min
使染色体着色

实验注意的五个问题
(1)为了观察到细胞在生活状态下的内部结构，必须先将细胞固定。
(2)在进行本实验的过程中，和观察植物细胞的有丝分裂一样，所观察的细胞已经被卡诺试液杀死了，最终在显微镜下看到的是死细胞。
(3)选材的时候必须选用能够进行分裂的分生组织细胞，不分裂的细胞染色体不复制，不会出现染色体加倍的情况。常用的观察材料有蚕豆(染色体较洋葱少故首选)、洋葱、大蒜等。
(4)着丝点分裂与纺锤体无关：误将“抑制纺锤体形成”等同于“着丝点不分裂”。着丝点是自动分裂，无纺锤丝牵引，着丝点也分裂。
(5)根尖培养
①培养不定根：要使材料湿润以利生根。
②低温诱导：应设常温、低温4 ℃、0 ℃三种，以作对照，否则实验设计不严密。
精准命题
例5 下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，正确的是(　C　)
A．原理：低温抑制染色体着丝点分裂，使子染色体不能分别移向两极
B．解离：盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离
C．染色：改良苯酚品红溶液和醋酸洋红溶液都可以使染色体着色
D．观察：显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变
[解析]　低温可抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向两极。盐酸酒精混合液可用于解离，卡诺氏液用于固定。显微镜可观察到少部分细胞发生了染色体变异。
〔对应训练〕
6．(2019·南宁测试)下列关于低温诱导染色体加倍的实验的叙述，错误的是 (　D　)
A．实验原理是低温抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向两极
B．解离后的洋葱根尖应漂洗后再进行染色
C．龙胆紫溶液可以使细胞中的染色体着色
D．显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变
[解析]　低温诱导染色体加倍的实验原理是低温能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向细胞的两极，细胞不能分裂成两个子细胞，A正确。在低温诱导染色体加倍的实验中，根尖解离后要先进行漂洗，这样才容易染色，通常使用的染色剂有龙胆紫溶液或醋酸洋红液等，B、C均正确。洋葱根尖装片中的细胞大多数处于有丝分裂间期，在显微镜下能观察到染色体数目发生改变的只有少数细胞，D错误。
课末总结
1．〔思维导图〕

2．〔简答题常考长句分析〕
1．图甲与图乙分别表示培育三倍体西瓜的两种方法，则：

(1)甲中的西瓜植株减数分裂形成花粉的过程中，着丝点分裂的时期是减数第二次分裂后期。
(2)乙所涉及的变异原理是染色体(数目)变异，四倍体西瓜植株群体是不同于二倍体西瓜的新物种，理由是与二倍体植株产生了生殖隔离，群体本身能自由交配产生可育后代。
(3)三倍体高度不育的原因是形成配子过程中，同源染色体联会紊乱。
2．在一块高秆(纯合)小麦田中，发现了一株矮秆小麦。请设计实验方案探究该性状出现的可能原因(简要写出所用方法，结果和结论)：取该小麦种子在其他小麦田种下，让其自交，若全是高秆，说明矮秆性状的出现是由环境引起的；若后代出现高秆、矮秆两种性状，则是基因突变引起的。
3．简述用基因型为AaBb(抗病卵形叶)的植株作材料，获得基因型为AABB的抗病卵形叶植株的过程：取AaBb植株的花药离体培养得单倍体幼苗，秋水仙素诱导染色体加倍，用相应病原体感染卵形叶植株，保留抗病植株。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2019·江苏卷，4)下列关于生物变异与育种的叙述，正确的是(　C　)
A．基因重组只是基因间的重新组合，不会导致生物性状变异
B．基因突变使DNA序列发生的变化，都能引起生物性状变异
C．弱小且高度不育的单倍体植株，进行加倍处理后可用于育种
D．多倍体植株染色体组数加倍，产生的配子数加倍，有利于育种
[解析]　生物的可遗传变异包括基因重组、基因突变和染色体变异，都可能导致生物性状变异，A项错误。基因突变使DNA序列发生变化，当发生隐性突变时，不一定会引起生物性状变异，B项错误。单倍体植株经染色体加倍处理后，不但能正常生殖，而且每对染色体上的成对基因都是纯合的，可用于育种，C项正确。多倍体植株染色体组数加倍，但产生的配子数正常，并不会加倍，D项错误。
2．(2017·江苏卷，19)一株同源四倍体玉米的基因型为Aaaa，其异常联会形成的部分配子也可受精形成子代。下列相关叙述正确的是(　B　)

A．上图表示的过程发生在减数第一次分裂后期
B．自交后代会出现染色体数目变异的个体
C．该玉米单穗上的籽粒基因型相同
D．该植株花药培养加倍后的个体均为纯合子
[解析]　图示的联会过程发生在减数第一次分裂前期，A项错误；由异常联会图示可知，同源染色体中的三条染色体可移到一个细胞中，而另一条染色体可移到另一个细胞中，因此，减数分裂后形成的配子中有的染色体数目异常，自交后代会出现染色体数目变异的个体，B项正确；该玉米单穗上的籽粒可由不同基因型的配子结合形成，因此基因型可能不同，C项错误；该植株形成的配子中有的基因型为Aa，含这种配子的花药培养加倍后形成的个体是杂合子，D项错误。
3．(上海卷)导致遗传物质变化的原因有很多，图中字母代表不同基因，其中变异类型①和②依次是(　D　)

A．突变和倒位　　　　 B．重组和倒位
C．重组和易位 D．易位和倒位
[解析]　由题图可知，变异类型①中a、b基因被j基因替换，变异类型①为易位；变异类型②中c、d、e基因发生颠倒，变异类型为倒位。
4．(2018·北京理综卷，30)水稻是我国最重要的粮食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌(Mp)侵染水稻引起的病害，严重危害我国粮食生产安全。与使用农药相比，抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和经济的措施。
(1)水稻对Mp表现出的抗病与感病为一对相对性状。为判断某抗病水稻是否为纯合子，可通过观察自交子代性状是否分离来确定。
(2)现有甲(R1R1r2r2r3r3)、乙(r1r1R2R2r3r3)、丙(r1r1r2r2R3R3)三个水稻抗病品种，抗病(R)对感病(r)为显性，三对抗病基因位于不同染色体上。根据基因的DNA序列设计特异性引物，用PCR方法可将样本中的R1、r1、R2、r2、R3、r3区分开。这种方法可用于抗病品种选育中基因型的鉴定。
①甲品种与感病品种杂交后，对F2不同植株的R1、r1进行PCR扩增。已知R1比r1片段短。从扩增结果(下图)推测可抗病的植株有1和3。

②为了在较短时间内将甲、乙、丙三个品种中的抗病基因整合，选育新的纯合抗病植株，下列育种步骤的正确排序是a、c、d、b。
a．甲×乙，得到F1
b．用PCR方法选出R1R1R2R2R3R3植株
c．R1r1R2r2r3r3植株×丙，得到不同基因型的子代
d．用PCR方法选出R1r1R2r2R3r3植株，然后自交得到不同基因型的子代
(3)研究发现，水稻的抗病表现不仅需要自身抗病基因(R1、R2、R3等)编码的蛋白，也需要Mp基因(A1、A2、A3等)编码的蛋白。只有R蛋白与相应的A蛋白结合，抗病反应才能被激活。若基因型为R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻，被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，推测这两种水稻的抗病性表现依次为感病、抗病。
(4)研究人员每年用Mp(A1A1a2a2a3a3)人工接种水稻品种甲(R1R1r2r2r3r3)，几年后甲品种丧失了抗病性，检测水稻的基因未发现变异。推测甲品种抗病性丧失的原因是Mp的A1基因发生了突变。
(5)水稻种植区的Mp是由不同基因型组成的群体。大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种，将会引起Mp种群(A类)基因(型)频率改变，使该品种抗病性逐渐减弱直至丧失，无法在生产中继续使用。
(6)根据本题所述水稻与Mp的关系，为避免水稻品种抗病性丧失过快，请从种植和育种两个方面给出建议将含有不同抗病基因的品种轮换/间隔种植；将多个不同抗病基因通过杂交整合到一个品种中。
[解析]　(1)水稻对Mp表现出的抗病与感病是同种生物同一种性状的不同表现类型，属于一对相对性状。抗病水稻若为杂合子，则其自交子代会出现性状分离，即出现感病水稻；若为纯合子，则其自交子代不会发生性状分离。(2)①已知R1比r1片段短，对照扩增结果，含200 bp(R1)的植株1和植株3可抗病。②甲与乙杂交所得F1基因型为R1r1R2r2r3r3；再用基因型为R1r1R2r2r3r3的个体与丙杂交，得到不同基因型的子代；用PCR的方法筛选出基因型为R1r1R2r2R3r3的植株，让其自交得到不同基因型的子代；最后通过PCR的方法筛选出基因型为R1R1R2R2R3R3的植株，即获得所需的纯合抗病植株。(3)若基因型为R1R1r2r2R3R3的水稻被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，因没有R蛋白与相应的A蛋白结合，故该基因型的水稻个体感病。若基因型为r1r1R2R2R3R3的水稻被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染，有R2蛋白与相应的A2蛋白结合，则该基因型的水稻抗病。(4)Mp(A1A1a2a2a3a3)中只有A1基因控制合成的A1蛋白，水稻品种甲(R1R1r2r2r3r3)中只有R1基因控制合成的R1蛋白，几年后甲品种丧失了抗病性，而水稻的基因未发现变异，即R1蛋白可正常合成，故可推测是Mp的A1基因发生了突变，从而使A1蛋白无法正常合成，导致甲品种抗病性丧失。(5)大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种，会使Mp种群中含有该抗病基因的个体被大量淘汰，从而使A类基因(型)频率发生改变，使该品种的抗病性逐渐减弱直至丧失。(6)结合以上分析可知：通过轮换或间隔种植含不同抗病基因的水稻品种，或将多个不同抗病基因通过杂交整合到一个品种中，都可以避免水稻品种抗病性丧失过快。