专题21 染色体变异与育种（串讲）-备战2024年高考生物一轮复习串讲精练（新高考专用）（解析版）

专题21 染色体变异与育种

考点一　染色体变异

1．染色体变异包括染色体数目变异和染色体结构变异。

2.染色体结构变异包括缺失、重复、易位和倒位。

3.染色体结构的变异：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。

4．染色体数目的变异包括两种类型：

①细胞内个别染色体的增加或减少。

②细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。

5.染色体组(根据果蝇染色体组归纳)

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。

6．低温诱导植物染色体数目的变化

(1)实验原理：低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目加倍。

(2)实验步骤

(3)实验现象：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。

7.秋水仙素和低温诱导染色体数目加倍的原理：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。

1．染色体结构的变异

（1）类型

①缺失：染色体上基因数目减少；

②重复：同一条染色体上有了等位基因或相同的基因；

③易位：发生在同源染色体之间；

④倒位：基因数目没有变化，基因排列顺序发生改变。

（2）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.单倍体、二倍体和多倍体

3．三种可遗传变异的辨析

(1)染色体结构变异与基因突变的区别

(2)易位与交叉互换的区别

关于变异的“质”和“量”问题：基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量，但转基因技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。

4．染色体组数目的判定

(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。

5．低温诱导植物染色体数目变化的实验中的试剂及其作用

有关染色体变异的3点提醒

(1)单倍体所含染色体组的个数不定，可能含1个、2个或多个染色体组，也可能含同源染色体或等位基因。

(2)单倍体并非都不育。多倍体的配子中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就可育。

(3)“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”，但它们均属于可遗传变异。

利用三个“关于”区分三种变异

(1)关于“互换”：同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换，属于基因重组；非同源染色体之间的互换，属于染色体结构变异中的易位。

(2)关于“缺失或增加”：DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加)，属于染色体结构变异；DNA分子上若干碱基对的缺失、增添(增加)，属于基因突变。

(3)关于变异的水平：基因突变、基因重组属于分子水平的变异，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变异，在光学显微镜下可以观察到。

典例1.下列有关生物变异的说法，正确的是(　　)

A．某生物体内某条染色体上多了几个或少了几个基因，这种变化属于染色体数目的变异

B．黄圆豌豆×绿皱豌豆→绿圆豌豆，这种变异来源于基因突变

C．DNA分子中碱基对的增添、缺失和替换不一定都是基因突变

D．亲代与子代之间，子代与子代之间出现了各种差异，是因为受精过程中进行了基因重组

【答案】C

【解析】某生物体内某条染色体上多了几个或少了几个基因，这种变化属于染色体结构的变异，A错误；黄圆豌豆×绿皱豌豆→绿圆豌豆，这属于杂交育种，而杂交育种的原理是基因重组，B错误；DNA分子中碱基对的增添、缺失和替换不一定都是基因突变，如突变发生在没有遗传效应的DNA片段(基因以外的非编码序列)中，没有引起基因结构的改变，则不属于基因突变，C正确；亲代与子代之间，子代与子代之间出现了各种差异，是在产生配子的减数分裂过程中发生了基因重组，D错误。

典例2.下列关于单倍体、二倍体及染色体组的表述，正确的是(　　)

A．单倍体生物的体细胞中都没有同源染色体

B．21三体综合征患者的体细胞中有三个染色体组

C．人的初级卵母细胞中的一个染色体组中可能存在等位基因

D．用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的芽尖后，芽尖的细胞中都含有4个染色体组

【答案】C

【解析】同源四倍体的单倍体中含有两个染色体组，有同源染色体，A错误；21三体综合征患者的第21号染色体为三条，并不是三倍体，B错误；人的初级卵母细胞中的一个染色体组中由于在复制时可能出现基因突变或在减数第一次分裂前期发生交叉互换，从而出现等位基因，C正确；多倍体的获得通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体数目加倍，用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的芽尖后，芽尖细胞中染色体数目不一定都加倍，D错误。

考点二　生物变异在育种上的应用

1．单倍体育种的原理：染色体(数目)变异，优点是明显缩短育种年限。

2．多倍体育种的方法是用秋水仙素或低温处理，作用于萌发的种子或幼苗，原理是染色体(数目)变异。

1.单倍体育种过程

实例：三倍体无子西瓜的培育

①两次传粉

②用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数不变。

③三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。

典例1.利用基因型为Aa的二倍体植株培育三倍体幼苗，其途径如图所示。下列叙述正确的是（　　）

A．①过程需要秋水仙素处理，并在有丝分裂后期发挥作用

B．②过程为单倍体育种，能明显缩短育种期限

C．两条育种途径依据的生物学原理都主要是基因突变和染色体变异

D．两条育种途径中，只有通过途径一才能获得基因型为AAA的三倍体幼苗

【答案】D

【解析】①是人工诱导染色体数目加倍过程，该过程需要秋水仙素处理，而秋水仙素的作用原理是抑制纺锤体的形成，因此其在有丝分裂前期发挥作用，A错误；②过程是花药离体培养，属于单倍体育种的步骤之一，B错误；图中途径一为多倍体育种，途径二为植物体细胞杂交育种，两条育种途径的原理都是染色体变异，C错误；途径一得到的三倍体的基因型为AAA、AAa、Aaa或aaa，途径二得到的三倍体的基因型为AAa或Aaa，D正确。

典例2.芦笋是雌雄异株植物，雄株性染色体为XY，雌株为XX；其幼茎可食用，雄株产量高。以下为两种培育雄株的技术路线，有关叙述错误的是（　　）

A．形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导

B．幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程

C．雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XY、XX

D．与雄株甲不同，雄株丁培育过程中发生了基因重组

【答案】C

【解析】植物组织培养过程中，生长素与细胞分裂素用量的比例适中时，可促进愈伤组织的形成，A正确；由花粉培养形成幼苗利用的是植物组织培养技术，这一过程需要经过脱分化和再分化过程，B正确；雄株丁（XY）的亲本为乙、丙，乙、丙都是由花粉培育的幼苗经染色体加倍形成的，故雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XX、YY，C错误；植株乙、丙杂交产生植株丁的过程中发生了减数分裂，故会发生基因重组，D正确。

1.“单倍体育种”≠“花药离体培养”：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.单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，前者操作对象是幼苗期的单倍体植株；后者操作对象为萌发期的种子或幼苗期的正常植株。

1.（2023·浙江·统考高考真题）某动物（2n=4）的基因型为AaXBY，其精巢中两个细胞的染色体组成和基因分布如图所示，其中一个细胞处于有丝分裂某时期。下列叙述错误的是（　　）

A．甲细胞处于有丝分裂中期、乙细胞处于减数第二次分裂后期

B．甲细胞中每个染色体组的DNA分子数与乙细胞的相同

C．若甲细胞正常完成分裂则能形成两种基因型的子细胞

D．形成乙细胞过程中发生了基因重组和染色体变异

【答案】B

【解析】A、甲细胞含有同源染色体，且着丝粒整齐的排列在赤道板上，为有丝分裂中期，乙细胞不含有同源染色体，着丝粒分裂，为减数第二次分裂的后期，A正确；

B、甲细胞含有2个染色体组，每个染色体组含有4个DNA分子，乙细胞含有2个染色体组，每个染色体组含有2个DNA分子 ，B错误；

C、甲细胞分裂后产生AAXBY或AaXBY两种基因型的子细胞，C正确；

D、形成乙细胞的过程中发生了A基因所在的常染色体和Y染色体的组合，发生了基因重组，同时a基因所在的染色体片段转移到了Y染色体上，发生了染色体结构的变异，D正确。

故选B。

2.（2021·辽宁·统考高考真题）被子植物的无融合生殖是指卵细胞、助细胞和珠心胞等直接发育成胚的现象。助细胞与卵细胞染色体组成相同，珠心细胞是植物的体细胞。下列有关某二倍体被子植物无融合生殖的叙述，错误的是（　　）

A．由无融合生殖产生的植株有的是高度不育的

B．由卵细胞直接发育成完整个体体现了植物细胞的全能性

C．由助细胞无融合生殖产生的个体保持了亲本的全部遗传特性

D．由珠心细胞无融合生殖产生的植株体细胞中有两个染色体组

【答案】C

【解析】A、二倍体被子植物中卵细胞和助细胞不存在同源染色体，则它们直接发育成的植株是高度不育的，A正确；

B、一个细胞（如卵细胞）直接发育成一个完整的个体，这体现了细胞的全能性，B正确；

C、助细胞与卵细胞染色体组成相同，染色体数目减半，则由助细胞无融合生殖产生的个体与亲本的遗传特性不完全相同，C错误；

D、珠心细胞是植物的体细胞，发育成的植物为二倍体植株，体细胞中含有两个染色体组，D正确。

故选C。

3.（2021·广东·统考高考真题）人类（2n=46）14号与21号染色体二者的长臂在着丝点处融合形成14/21平衡易位染色体，该染色体携带者具有正常的表现型，但在产生生殖细胞的过程中，其细胞中形成复杂的联会复合物（如图），在进行减数分裂时，若该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律（不考虑交叉互换），下列关于平衡易位染色体携带者的叙述，错误的是（    ）

A．观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞

B．男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体

C．女性携带者的卵子最多含24种形态不同的染色体

D．女性携带者的卵子可能有6种类型（只考虑图中的3种染色体）

【答案】C

【解析】A、14/21平衡易位染色体，是通过染色体易位形成，属于染色体变异，可通过显微镜观察染色体形态观察14/21平衡易位染色体，而有丝分裂中期染色体形态固定，故观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞，A正确；

B、题干信息可知，14/21平衡易位染色体，由14号和21号两条染色体融合成一条染色体，故男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体，B正确；

C、由于发生14/21平衡易位染色体，该女性卵母细胞中含有45条染色体，经过减数分裂该女性携带者的卵子最多含23种形态不同的染色体，C错误；

D、女性携带者的卵子可能有6种类型（只考虑图6中的3种染色体）分别是：①含有14、21号染色体的正常卵细胞、②含有14/21平衡易位染色体的卵细胞、③含有14/21平衡易位染色体和21号染色体的卵细胞、④含有14号染色体的卵细胞、⑤14/21平衡易位染色体和14号染色体的卵细胞、⑥含有21号染色体的卵细胞，D正确。

故选C。

4.(2020·山东，6)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，着丝点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”并在两着丝点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

【答案】C

【解析】“染色体桥”是着丝点分裂后向两极移动时出现的，可在该细胞有丝分裂后期看到，A项正确；“染色体桥”会在两着丝点间任一位置发生断裂，形成两条子染色体，并移向细胞两极，不影响子细胞中染色体的数目，B项正确；由于“染色体桥”会在两着丝点间任一位置发生断裂，很可能会导致形成的两条染色体不对等，有的可能出现染色体片段的增加，有的可能出现减少，但增加的染色体片段来自其姐妹染色单体，而不是非同源染色体，C项错误，D项正确。

5.(2020·全国Ⅱ，4)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

【答案】C

【解析】二倍体植物的体细胞中含有两个染色体组，其配子中只含有一个染色体组，A项正确；每个染色体组中的染色体的形态、大小等均不相同，都是非同源染色体，每条染色体DNA的碱基序列均不同，B、D项正确；不含性染色体的生物，每个染色体组中都不含性染色体，如豌豆、玉米等，C项错误。

6.(2020·山东高考模拟)水稻的育性由一对等位基因M、m控制，基因型为MM和Mm的个体可产生正常的雌、雄配子，基因型为mm的个体只能产生正常的雌配子，表现为雄性不育，基因M可使雄性不育个体恢复育性。通过转基因技术将基因M与雄配子致死基因A、蓝色素生成基因D一起导入基因型为mm的个体中，并使其插入到一条不含基因m的染色体上，如图所示。基因D的表达可使种子呈现蓝色，无基因D的种子呈现白色。该方法可以利用转基因技术大量培育不含转基因成分的雄性不育个体。

(1)基因型为mm的个体在育种过程中作为__________(填“父本”或“母本”)，该个体与育性正常的非转基因个体杂交，子代可能出现的基因型为________。

(2)图示的转基因个体自交，F1的基因型及比例为____________________，其中雄性可育(能产生可育的雌、雄配子)的种子颜色为________。F1个体之间随机受粉，得到的种子中雄性不育种子所占比例为________，快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子的方法是

________________________________________________________________________。

(3)若转入的基因D由于突变而不能表达，将该种转基因植株和雄性不育植株间行种植，使其随机受粉也能挑选出雄性不育种子，挑选方法是______________________________________

________________________________________________________________________。

但该方法只能将部分雄性不育种子选出，原因是____________________________________

_____________________________________________________________________________。

因此生产中需利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育种子。

【答案】(1)母本　Mm、mm

(2)ADMmm∶mm＝1∶1　蓝色　3/4　根据种子颜色辨别(或雄性不育种子为白色、转基因雄性可育种子为蓝色)

(3)挑选雄性不育植株所结的种子　转基因植株上所结种子中既有雄性可育的也有雄性不育的，且均为白色，无法区分

【解析】(1)根据题意，基因型为mm的个体只能产生正常的雌配子，表现为雄性不育，故mm的个体在育种过程中作为母本，该个体与育性正常的非转基因个体即MM和Mm杂交，子代可能出现的基因型为Mm、mm。

(2)若转基因个体为ADMmm作为父本，产生的可育配子为m，作为母本，产生的可育配子为m、ADMm，故该转基因个体自交，F1的基因型为mm、ADMmm，比例为1∶1，其中mm为雄性不育，ADMmm为雄性可育，由于基因D的表达可使种子呈现蓝色，故雄性可育种子颜色为蓝色。F1的基因型为mm、ADMmm，mm为雄性不育，ADMmm为雄性可育，F1个体之间随机受粉，则杂交组合有mm(♀)×ADMmm(♂)、ADMmm(♀)×ADMmm(♂)，前者产生的子代都是mm(雄性不育)，后者产生的子代有mm(雄性不育)∶ADMmm(雄性可育)＝1∶1，故得到的种子中雄性不育种子所占比例为1/2＋1/2×1/2＝3/4，且雄性可育个体都含D，表现为蓝色，故若所结种子为蓝色则为转基因雄性可育，若为白色则为雄性不育，该方法可用于快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子。

(3)若转入的基因D由于突变而不能表达，将该种转基因植株ADMmm和雄性不育植株mm间行种植，随机受粉，则根据(2)题分析可知，mm上产生的种子都是mm(雄性不育)，ADMmm上产生的种子有mm(雄性不育)∶ADMmm(雄性可育)＝1∶1，故在雄性不育植株上结的都是雄性不育种子，但该方法只能将部分雄性不育种子选出，因为转基因植株上也能结出雄性不育的种子，因此生产中需利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育种子。

7.(2020·全国Ⅰ，32)遗传学理论可用于指导农业生产实践。回答下列问题：

(1)生物体进行有性生殖形成配子的过程中，在不发生染色体结构变异的情况下，产生基因重新组合的途径有两条，分别是____________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)在诱变育种过程中，通过诱变获得的新性状一般不能稳定遗传，原因是________________

_____________________________________________________________________________，

若要使诱变获得的性状能够稳定遗传，需要采取的措施是______________________________________________________________________________________________________________。

【答案】(1)在减数分裂过程中，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因自由组合；同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的交换而发生交换，导致染色单体上的基因重组

(2)控制新性状的基因是杂合的　通过自交筛选出性状能稳定遗传的子代

【解析】(1)生物体进行有性生殖过程中要通过减数分裂产生配子，在减数分裂过程中，会发生基因突变、基因重组和染色体变异等可遗传的变异，导致产生多种多样的配子，从而使后代具有多样性。减数分裂过程中发生的基因重组类型主要有两种，第一种是减数第一次分裂过程中，等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因随非同源染色体的自由组合而自由组合；第二种是减数第一次分裂的四分体时期，同源染色体上的非姐妹染色单体间交叉互换，其上的等位基因发生交换，导致基因重组。(2)诱变育种的主要原理是基因突变，而基因突变是随机的、不定向的，一般来说，基因突变可以产生一个以上的等位基因，这样形成的具有新性状的个体往往是杂合子，性状不能稳定遗传；要使性状能够稳定遗传需要形成纯合子，由杂合子形成纯合子的方法一般是连续自交，直至后代不发生性状分离。

8.(2020·全国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___________________________

_____________________________________________________________________________。

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(纯合子)，甲的表现型是抗病易倒伏，乙的表现型是易感病抗倒伏。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。

【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，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(或甲、乙杂交得F1，将F1的花药进行离体培养获得单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，最后经筛选可获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种)

【解析】(1)杂种一中的两个染色体组分别来自一粒小麦和斯氏麦草两个不同物种，无同源染色体，不能通过减数分裂产生正常的配子，因此杂种一是高度不育的。杂种二中含3个染色体组，经其染色体加倍形成的普通小麦中含有6个染色体组，每个染色体组均含7条染色体，故普通小麦体细胞中共含有42条染色体。与二倍体植株相比，多倍体植株的优点是茎秆粗壮，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。(2)人工诱导染色体加倍的方法有很多，如低温处理、用秋水仙素处理等。目前最常用且最有效的方法是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。(3)甲(抗病易倒伏)和乙(易感病抗倒伏)具有两对相对性状，且都是纯合子，可通过杂交育种或单倍体育种的方法将两者的优良性状集中在一个个体上。若采用杂交育种的方法，其实验思路是将甲、乙两个品种杂交得F1，F1自交得F2，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。若采用单倍体育种的方法，其实验思路是甲、乙杂交得F1，将F1的花药进行离体培养获得单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，最后经筛选可获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种。