人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 染色体变异备课ppt课件

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目 标 素 养1.阐明染色体组的概念,通过比较二倍体、多倍体和单倍体的差异,提升归纳概括的能力。2.通过探究低温诱导植物细胞染色体数目的变化,提高实验操作能力。3.通过实例归纳单倍体、多倍体的概念及特点,理解相应育种方法利用了染色体数目变异的原理,认同单倍体育种可以明显缩短育种年限的优点。
4.对比分析,理解染色体缺失、重复、倒位和易位会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变,进而导致生物性状的变异甚至死亡,形成结构与功能观。
一、染色体变异的概念和类型1.概念:生物体的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.类型:染色体数目的变异和染色体结构的变异。
二、染色体数目的变异1.类型(1)个别染色体变化:细胞内个别染色体的增加或减少。(2)染色体成套变化: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。
2.二倍体和多倍体(1)染色体组:在大多数生物的体细胞中,染色体都是两两成对的,也就是说含有两套非同源染色体,其中每套非同源染色体称为一个染色体组。(2)二倍体:体细胞中含有两个染色体组的个体。(3)多倍体:体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。(4)人工诱导多倍体技术:人工诱导多倍体的方法很多,如低温处理、用秋水仙素诱发等。其中,用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗,是目前最常用且最有效的方法。
3.单倍体(1)单倍体是指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。(2)特点:与正常植株相比,单倍体植株长得弱小,而且高度不育。(3)应用:单倍体育种。①过程②优点:明显缩短育种年限。
微思考1单倍体育种就是花药离体培养吗?提示:不是。单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等过程;花药离体培养只能得到单倍体,只有再进行秋水仙素处理才能得到可育的纯合子。
微判断1根据染色体数目的变异相关内容,判断下列说法是否正确。(1)单倍体的体细胞中一定只含有一个染色体组。(　　)(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)含有三个染色体组的个体就是三倍体。(　　)(5)单倍体的体细胞中不存在同源染色体。(　　)
(6)单倍体育种中,可用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。(　　)(7)二倍体西瓜幼苗的基因型为Aa,则用秋水仙素处理后形成的四倍体为纯合子。(　　)(8)二倍体水稻和四倍体水稻杂交,可获得三倍体,稻穗和籽粒变小。(　　)
微训练普通小麦是六倍体,有42条染色体,科学家们用花药离体培养技术培育出的幼苗及其体细胞含有的染色体(组)分别是(　　)A.三倍体,21条染色体B.单倍体,21条染色体C.三倍体,3个染色体组D.单倍体,1个染色体组答案:B
解析:花药中的花粉是经过减数分裂发育而成的,由其培育出的幼苗比普通小麦的染色体数目减少了一半,含有3个染色体组;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作单倍体。
三、低温诱导植物细胞染色体数目的变化1.实验原理用低温处理植物的分生组织细胞,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。
微判断2基于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验,判断下列表述是否正确。(1)低温和秋水仙素都可用于诱导染色体数目加倍。(　　)(2)本实验中两次漂洗所用的试剂和目的均不相同。(　　)(3)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。(　　)(4)低温可抑制染色体的着丝粒分裂,使子染色体不能分别移向两极。(　　)(5)卡诺氏液用来固定细胞的形态。(　　)
(6)用高倍镜观察时,发现既有正常的二倍体细胞,也有正在发生染色体数目改变的细胞。(　　)
四、染色体结构的变异1.类型
微思考2染色体结构变异中的易位与互换型基因重组有什么不同?提示:染色体结构变异中的易位是发生在非同源染色体间的染色体片段的交换,而互换型基因重组是发生在同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段的交换。
微判断3根据染色体结构的变异相关内容,判断下列说法是否正确。(1)猫叫综合征是人的5号染色体数目减少引起的遗传病。(　　)(2)基因突变和染色体结构变异中的缺失是一样的,都是碱基的缺失。(　　)(3)染色体结构变异不改变染色体上基因的数目或排列顺序,可在光学显微镜下观察到。(　　)(4)染色体片段的倒位和易位必然导致基因排列顺序的变化。(　　)
一 染色体数目的变异重难归纳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。
一 染色体数目的变异问题探究体细胞内的染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或成套地减少就会形成多倍体或单倍体。图甲表示某生物体细胞内染色体的组成,图乙表示另一生物体细胞内的基因组成情况,请回答下列问题。
1.图甲所示生物体细胞内有几个染色体组?判断依据是什么?提示:两个。细胞内同一种形态的染色体有两条。2.图乙所示生物是几倍体?什么样的生物个体是多倍体?提示:图乙所示生物由受精卵发育而来,其体细胞中含有四个染色体组,为四倍体。由受精卵发育而来,体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的生物个体叫作多倍体。
3.归纳单倍体的概念。与正常植株相比,单倍体植株具有哪些特点?提示: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,叫作单倍体。与正常植株相比,单倍体植株长得弱小,而且高度不育。
4.若甲、乙两图分别代表不同植株,二者对比,图乙所示生物的优点有哪些?人们常常采用人工诱导多倍体的方法来获得多倍体植株,培育新品种。人工诱导的方法有哪些?其原理是什么?提示:与二倍体植株相比,多倍体植株常常茎秆粗壮,叶片、种子和果实都比较大,糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。诱导方法有用秋水仙素处理或用低温处理萌发的种子或幼苗。原理是抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞的两极,从而引起细胞内染色体数目加倍。
归纳总结1.染色体组概念的理解
2.染色体组数的判断方法
3.单倍体、二倍体和多倍体(1)比较
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,该生物就是几倍体。②如果生物体由生殖细胞直接发育而成,无论体细胞中含有几个染色体组,都是单倍体。
典例剖析【例1】 下图表示无子西瓜的培育过程。根据图解,结合学过的生物学知识判断,下列叙述错误的是(　　)A.用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的茎尖,主要是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成B.四倍体植株所结的西瓜,果皮细胞内含有4个染色体组C.无子西瓜既没有种皮,也没有胚D.四倍体西瓜的根细胞中含有2个染色体组
解析:秋水仙素能抑制纺锤体的形成,纺锤体的形成发生在有丝分裂的前期。四倍体植株上所结的西瓜,其果皮是由子房壁发育而成的,来自母本,应含有4个染色体组。三倍体西瓜不能产生正常配子,所以无子西瓜不能形成受精卵,而种子的种皮来自母本,所以无子西瓜有种皮,没有胚。由于植株的地下部分没有经秋水仙素处理,四倍体西瓜的根细胞中仍含有2个染色体组。
学以致用1.下图所示细胞含三个染色体组的是(　　)答案:D
二 低温诱导植物细胞染色体数目的变化问题探究用低温处理萌发的种子或幼苗可得到多倍体植株。请结合教材实验思考回答下列问题。1.与秋水仙素相比,低温诱导多倍体的形成有哪些优点?本实验是否温度越低效果越显著?提示:低温条件容易创造和控制,成本低,对人体无害。否,必须为“适当低温”,以防止温度过低对根尖细胞造成伤害。
2.能否只选择一个细胞,观察其染色体数目逐渐加倍的过程?观察时是否所有细胞中染色体数目均已加倍?提示:否,细胞经过固定已经被杀死了。否,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状态。3.经低温诱导处理后,观察到蒜(或洋葱)细胞内染色体数目是否一定加倍?能观察到细胞内的染色体组数目是多少?提示:否。染色体组数目可能是2个或4个或8个。
4.若要探究诱导植物细胞染色体数目加倍的最适温度,应如何设置自变量?提示:设置一系列梯度的温度为自变量。
归纳总结1.方法步骤2.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。
3.注意事项(1)低温和秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理:用低温或秋水仙素处理植物的分生组织细胞,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)两次漂(冲)洗的对比①时间不同:第一次冲洗在固定之后、解离之前,第二次漂洗在解离之后、染色之前。②试剂不同:第一次用体积分数为95%的酒精冲洗,第二次用清水漂洗。③目的不同:第一次是为了洗去多余的卡诺氏液,第二次是为了洗去多余的解离液。
(3)实验中所用溶液的作用①卡诺氏液:固定细胞的形态。②质量浓度为0.01 g/mL的甲紫溶液(旧称龙胆紫溶液):使染色体着色。③质量分数为15%的盐酸:与体积分数为95%的酒精1∶1混合,制成解离液,解离根尖,使细胞分离开。④清水:浸泡解离后的根尖(约10 min),作用是洗去药液,防止解离过度。
⑤体积分数为95%的酒精:可用于洗去附着在根尖表面的卡诺氏液,还可与质量分数为15%的盐酸溶液混合,解离根尖、分离细胞。
典例剖析【例2】 某生物兴趣小组的同学将生长旺盛的蒜不定根置于4 ℃的冰箱冷藏室中培养48~72 h后,剪取根尖制成临时装片,然后用显微镜观察染色体形态较好的分裂象。下列叙述正确的是(　　)A.低温处理能阻断蒜根尖细胞中DNA的复制B.用甲紫溶液处理根尖可使染色体着色C.制作临时装片前可用卡诺氏液维持细胞的活性D.视野中所有细胞的染色体数目都已发生改变
解析:低温作用于有丝分裂前期,能抑制蒜根尖细胞中纺锤体的形成,A项错误。甲紫溶液是碱性染料,可使根尖细胞中的染色体着色,B项正确。经卡诺氏液固定后细胞会死亡,C项错误。低温作用于细胞分裂前期,而细胞周期中间期时间最长,故视野中间期细胞数目应最多,大多数细胞的染色体数目未发生改变,D项错误。
学以致用2.用秋水仙素处理某二倍体植株的愈伤组织,从获得的再生植株中筛选四倍体植株,预实验结果如下表所示(单位:株),正式实验时秋水仙素质量浓度设计最合理的是(　　)
A.0、2、3、4、5、6　B.0、4、5、6、7、8C.0、6、7、8、9、10D.0、3、6、9、12、15答案:B解析:预实验结果表明用质量浓度为6 g/L的秋水仙素处理愈伤组织,诱导形成的四倍体植株最多,即诱导率最高,故最佳质量浓度应在6 g/L左右,因此正式实验时秋水仙素质量浓度设计最合理的是0、4、5、6、7、8 g/L。
三 染色体结构的变异问题探究观察下列细胞内染色体变化的图示,回答下列问题。
1.图甲、图乙均发生了某些片段的交换,其交换对象分别是什么?它们分别属于哪种变异?提示:图甲发生的是非同源染色体间片段的交换,图乙发生的是同源染色体非姐妹染色单体间相应片段的交换。图甲为染色体结构变异(易位),图乙为基因重组(互换)。
2.图丙①~④的结果中哪些是由染色体变异引起的?它们分别属于何种变异?能在光学显微镜下观察到的是哪些?提示:①②④均为染色体结构变异。①属于缺失,②属于易位,③属于基因突变,④属于倒位。①②④可在光学显微镜下观察到,③不能在光学显微镜下观察到。
3.图丙①~④中哪种变异没有改变染色体上基因的数量和排列顺序?提示:③。③基因突变只是产生了新基因,即改变了基因的结构,基因的数量和排列顺序均未发生改变。
归纳总结1.染色体缺失、重复与基因突变的区别
2.易位与互换的区别
典例剖析【例3】 下图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。下列有关说法正确的是(　　)
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
解析:图①表示基因重组中的互换,因为其发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间;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。
学以致用3.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,如下图所示。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,下列关于该细胞的说法,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.若该细胞的基因型为Aa,可能会产生基因型为Aaa的子细胞答案:C
解析:由题干信息可知,着丝粒分裂后向两极移动时出现“染色体桥”结构,故可以在有丝分裂后期观察到“染色体桥”结构,A项正确。出现“染色体桥”后,在两个着丝粒间任意位置发生断裂,形成的两条子染色体分别移到细胞两极,因此其子细胞中染色体数目不会发生改变,B项正确。“染色体桥”现象使姐妹染色单体之间发生了片段的转接,不会出现非同源染色体片段,C项错误。若该细胞的基因型为Aa,出现“染色体桥”后着丝粒间任意位置发生断裂时,一条姐妹染色单体上的a转接到了另一条姐妹染色体上,则会产生基因型为Aaa的子细胞,D项正确。
1.下图分别表示4个生物的体细胞,下列有关叙述正确的是(　　)
A.图中属于单倍体体细胞的有3个B.图中的丁一定是单倍体的体细胞C.每个染色体组中含有3条染色体的是甲、乙、丁D.与乙相对应的基因型可以是aaa、abc、AaaBBBcccDDd、aabbcc等
解析:可根据相同形态染色体的个数判断染色体组数,甲、乙、丙、丁中分别含有3、3、2、1个染色体组,其中丁一定是单倍体。而甲、乙、丙可能分别是三倍体、三倍体、二倍体,也可能都是单倍体。与乙对应的基因型应包含3个等位基因,所以abc、aabbcc这两种基因型不能对应乙。
2.下列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。一个染色体组中无同源染色体,其形态和功能各不相同,均为非同源染色体,B项正确。雌雄同株的植物细胞内没有性染色体,故其中一个染色体组内也没有性染色体,C项错误。每个染色体组中各染色体互为非同源染色体,其DNA的碱基序列不同,D项正确。
3.下图中①②③为3个精原细胞,①和②发生了染色体变异,③为正常细胞。②减数分裂时3条同源染色体中任意两条正常分离,另一条随机移向一极。不考虑其他变异,下列叙述错误的是(　　)A.①减数分裂Ⅰ前期两对同源染色体联会B.②经减数分裂形成的配子有一半正常C.③减数分裂Ⅰ后期非同源染色体自由组合,最终产生4种基因型的配子D.①和②的变异类型理论上均可以在减数分裂过程中通过光学显微镜观察到
解析:①细胞中有4条染色体,为两对同源染色体,在减数分裂Ⅰ前期两对同源染色体联会,A项正确。②细胞减数分裂时3条同源染色体中任意两条正常分离,另一条随机移向一极,最终产生的配子为1/12AR、1/12Ar、1/12aar、1/12aaR、1/6AaR、1/6Aar、1/6ar、1/6aR,其中正常配子为1/12AR、1/12Ar、1/6ar、1/6aR,占所有配子的一半,B项正确。③细胞减数分裂Ⅰ后期非同源染色体自由组合,最终产生4个配子,2种基因型,即AR、AR、ar、ar或Ar、Ar、aR、aR,C项错误。①发生了染色体结构变异中的易位,②发生了染色体数目变异,理论上可通过光学显微镜观察到,D项正确。
4.下列关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的叙述,正确的是(　　)A.低温抑制染色体的着丝粒分裂,使子染色体不能分别移向两极B.盐酸和酒精的混合液及卡诺氏液都可以固定细胞形态C.甲紫溶液和醋酸洋红液都可以使染色体着色D.显微镜下可以看到细胞的染色体数目都发生了改变答案:C