人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第2节 染色体变异第1课时教学设计及反思

第2节  染色体变异

●从容说课

本节内容包括“染色体结构的变异”和“染色体数目的变异”以及实验“低温诱导植物染色体数目的变化”。“染色体结构的变异”与人类遗传病有关，“染色体数目的变异”与单倍体、多倍体育种关系密切，染色体组是一个难点，学生不易掌握，但它是掌握单倍体、多倍体等有关知识的基础。本节中的实验“低温诱导植物染色体数目的变化”是课程标准中“活动建议”部分所列入的活动，旨在锻炼学生的动手能力。通过这个实验，学生能够用显微镜观察到细胞中染色体数目的增加，但增加的确切数目难以确定。

在复习基因突变的基础上，教师可以引导学生回忆基因和染色体的关系。基因能够发生突变，那么染色体能不能发生变化呢?如果染色体发生变化，它会发生什么样的变化呢?生物的性状又会发生什么样的变化呢?从而引出染色体变异包括染色体结构的变异和染色体数目的变异。

染色体结构的变异是学生了解的内容，教材通过4个示意图直观形象地说明了染色体结构变异的类型。但需要提醒学生的是，尽管大多数染色体结构的变异对生物是有害的，但也有少数变异是有利的，人们研究染色体结构的变异可以为生产实践服务，也可以为人类健康服务。

染色体组的概念较为复杂，如果直接讲述，学生是很难理解其实质的。教师从雌雄果蝇体细胞和生殖细胞的染色体的形态和数目分析入手，设置一系列的问题情境，通过联系以前所学的知识，帮助学生认识染色体组的概念。问题情境如下。

观察课本图5－8雌雄果蝇体细胞的染色体和图5－9雄果蝇的染色体组，回答下列问题。

（1）果蝇体细胞有几条染色体?几对常染色体?

（8条。3对）

（2）Ⅱ号和Ⅱ号染色体是什么关系?Ⅲ号和Ⅳ号染色体是什么关系?

（同源染色体。非同源染色体）

（3）雄果蝇的体细胞中共有哪几对同源染色体?

（Ⅱ和Ⅱ，Ⅲ和Ⅲ，Ⅳ和Ⅳ，X和Y）

（4）果蝇的精子中有哪几条染色体?这些染色体在形态、大小和功能上有什么特点?这些染色体之间是什么关系?它们是否携带着控制生物生长发育的全部遗传信息?

（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。这些染色体在形态、大小和功能上各不相同。它们是非同源染色体。它们携带着控制生物生长发育的全部遗传信息）

（5）如果将果蝇的精子中的染色体看成一组，那么果蝇的体细胞中有几组染色体?

（两组）

通过以上的问题情境，再加上教师的引导和总结，学生能够比较容易理解染色体组的概念，并能很好地理解二倍体和多倍体与染色体组之间的关系。

单倍体的概念是教学中的难点。教师可以采用教材中提供的蜜蜂的实例来分析蜂王、工蜂和雄蜂体内的染色体组数目，提出单倍体的概念，并设置一些问题情境，让学生区分单倍体与一倍体，单倍体、二倍体和多倍体之间的区别和联系。

学生很容易将单倍体与一倍体相混淆。一倍体只含有一个染色体组，肯定是单倍体，但单倍体不一定只含有一个染色体组，因此，不一定是一倍体。对于多倍体的配子所形成的单倍体，学生又容易与二倍体、三倍体和四倍体等相混淆。区分的关键是判断生物体是由受精卵还是由配子发育而成的。由受精卵发育而成的个体，含有几个染色体组就是几倍体；由配子直接发育而成的生物个体，不管含有几个染色体组，都只能称作单倍体。

之所以将多倍体和单倍体育种放在一起来学习，是因为二倍体、多倍体和单倍体具有可比性，有助于学生对概念的理解。同时，育种的学习是建立在这些概念的基础之上的。

对于多倍体和单倍体育种的教学可采用实例分析并结合流程图的方法，使学生非常清晰育种的过程和方法。最后列表让学生总结两种育种方法的原理、操作方法和优缺点，表中的内容由学生讨论填写。

在“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验中，教师在实验开始前，可以先复习染色体组、二倍体、多倍体和单倍体的概念，以及多倍体和单倍体育种的原理、操作方法和优点。同时复习“观察植物细胞的有丝分裂”的实验步骤，为本实验打好基础。

在低温诱导植物染色体数目的变化的实验中，低温的作用与秋水仙素的作用基本相似。与秋水仙素相比，低温条件容易创造和控制，成本低、对人体无害、易于操作。

●三维目标

1.知识与技能

（1）说出染色体结构变异的基本类型。

（2）说出染色体数目的变异。

（3）学习低温诱导植物染色体数目变化的方法。能够解释低温诱导染色体加倍的原理，评价不同作物、不同的温度对染色体加倍实验的影响效果。关注染色体加倍对人类未来的发展影响，进行低温诱导植物染色体数目的变化的实验。

2.过程与方法

（1）以辨图、设问、讨论和复习的方式理解染色体组的概念。

（2）通过对具体实例、概念的辨析和对比，认识单倍体、二倍体和多倍体之间的关系。

（3）用图解、事例和图表的形式引导学生学习多倍体和单倍体育种。

（4）以实验的方式认识低温对诱导染色体数目的变化的作用。

3.情感态度与价值观

（1）了解染色体数目变化原理在农业生产上的应用，激发学生学以致用的理想。

（2）通过实验，养成与他人合作、共享并能够欣赏别人的观点和创意的习惯。

（3）培养学生的动手能力，激发学生勇于探索的热情，使学生关注染色体加倍对人类未来的发展影响。

●教学重点

染色体数目的变异。

●教学难点

1.染色体组的概念。

2.二倍体、多倍体和单倍体的概念及其联系。

3.低温诱导植物染色体数目的变化的实验。

●教具准备

1.染色体变异实例图片。

2.雄果蝇染色体组图解动画。

●课时安排

2课时。第1课时完成理论教学部分，第2课时完成低温诱导植物染色体数目变化的实验。

第1课时

●教学过程

［课前准备］

1.制作教具。

2.学生根据课本P85“本节聚焦”预习课文，思考相应问题。

［情境创设］

学生：阅读课本P85“问题探讨”，然后分学习小组讨论：无子西瓜是怎样形成的？

（无子西瓜是三倍体植株，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）

［师生互动］

教师：基因突变是染色体的某一个位点上的改变，这种改变在光学显微镜下是无法直接观察到的。而染色体变异是可以用显微镜直接观察到的。染色体变异有结构变异和数目变异两种。不论哪一种变异，都会造成生物性状的改变，播放染色体变异实例图片。

教师：请同学们阅读课本P85～P86“染色体结构的变异”后，回答：染色体结构的变异有哪四种？

学生：染色体发生的结构变异主要有以下四种：（1）染色体中某一片段缺失引起变异。（2）染色体中增加某一片段引起变异。（3）染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异。（4）染色体中某一片段位置颠倒引起变异。

教师：请同学们思考：染色体结构变异对生物都是有害的吗？

学生：大多数染色体结构变异对生物是有害的，但也有少数变异是有利的。

教师：请同学们讨论：染色体变异与基因突变相比，哪一种变异引起的性状变化较大一些？

学生：每条染色体上含有许多基因，染色体变异会引起多个基因的变化，引起的性状变化较大一些。

教师：请同学们阅读课本P86“染色体数目的变异”后，回答：染色体数目的变异有哪两种？

学生：染色体数目的变异可以分为两类：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染色体组的形式成倍地增加或减少。

教师：请同学们观察课本P86图5－8雌雄果蝇体细胞的染色体图和P87图5－9雄果蝇的染色体组图，回答下列问题：

（1）果蝇体细胞有几条染色体?几对常染色体?

（8条。3对）

（2）Ⅱ号和Ⅱ号染色体是什么关系?Ⅲ号和Ⅳ号染色体是什么关系?

（同源染色体。非同源染色体）

（3）雄果蝇的体细胞中共有哪几对同源染色体?

（Ⅱ和Ⅱ，Ⅲ和Ⅲ，Ⅳ和Ⅳ，X和Y）

（4）果蝇的精子中有哪几条染色体?这些染色体在形态、大小和功能上有什么特点?这些染色体之间是什么关系?它们是否携带着控制生物生长发育的全部遗传信息?

（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。这些染色体在形态、大小和功能上各不相同。它们是非同源染色体。它们携带着控制生物生长发育的全部遗传信息）

（5）如果将果蝇的精子中的染色体看成一组，那么果蝇的体细胞中有几组染色体?

（两组）

教师：细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，携带着控制生物生长发育的全部遗传信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。（播放雄果蝇染色体组图解动画）这样的一个染色体组，具有怎样的特点？

学生：不含同源染色体，但含有每对同源染色体中的一条。

教师：请同学们阅读课本P87“二倍体和多倍体”，回答：（1）什么叫二倍体和多倍体？它们是根据什么命名的？

学生：体细胞中含有两个染色体组的个体叫做二倍体。细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫做多倍体。

教师：大家一定要注意这两个概念的前题条件：由受精卵发育而成的个体，否则就会与下面所学的单倍体混淆。（2）多倍体植株有什么特点？

学生：与二倍体植株相比，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。

教师：目前人工诱导多倍体的常用方法是什么？

学生：低温和秋水仙素法。

教师：秋水仙素法的具体做法是什么？原理是什么？

学生：方法：用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。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两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，将来就可能发育成多倍体植株。

教师：为什么要处理萌发的种子或幼苗，处理成熟的植株行吗？

学生：不行，秋水仙素作用的对象是正在有丝分裂的细胞，成熟的植株不一定进行有丝分裂。

教师：请同学们阅读课本P87～P88“单倍体”，回答下列问题：

（1）一倍体一定是单倍体吗?单倍体一定是一倍体吗?

（一倍体一定是单倍体；单倍体不一定是一倍体）

（2）二倍体物种所形成的单倍体中，其体细胞中只含有一个染色体组，这种说法对吗?为什么?

（对，因为在体细胞进行减数分裂形成配子时，同源染色体分开，导致染色体数目减半）

（3）如果是四倍体、六倍体物种形成的单倍体，其体细胞中就含有两个或三个染色体组，我们可以称它为二倍体或三倍体，这种说法对吗?

（不对，尽管其体细胞中含有两个或三个染色体组，但因为是正常的体细胞的配子所形成的物种，因此，只能称为单倍体）

（4）单倍体中可以只有一个染色体组，但也可以有多个染色体组，对吗?

（对，如果本物种是二倍体，则其配子所形成的单倍体中含有一个染色体组；如果本物种是四倍体、六倍体等多倍体，则其配子所形成的单倍体含有两个或两个以上的染色体组）

教师：对一个个体称单倍体还是几倍体，关键看什么？

学生：关键看它是由受精卵发育而成的个体，还是由配子发育而成的个体。由受精卵发育而成的个体叫几倍体，由受精卵发育而成的个体叫单倍体。

教师：单倍体植株有什么特点？

学生：单倍体植株长得弱小，而且高度不育。

教师：单倍体育种的措施和优点是什么？

学生：单倍体育种常常采用花药离体培养的方法来获得单倍体植株，然后经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。其优点是用这种方法培育得到的植株，不仅能够正常生殖，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。

［教师精讲］

1.染色体变异：是可以用显微镜直接观察到的变异。

（1）染色体结构变异

染色体结构的改变，都会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。染色体发生的结构变异主要有以下四种：①染色体中某一片段缺失引起变异。②染色体中增加某一片段引起变异。③染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异。④染色体中某一片段位置颠倒引起变异。

（2）染色体数目的变异

染色体数目的变异可以分为两类：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染色体组的形式成倍地增加或减少。

2.染色体组

细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，携带着控制生物生长发育的全部遗传信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。特点：

（1）在一个染色体组中，所有染色体在形状、大小方面各不相同，即不含同源染色体。

（2）不同的生物，其染色体组数和每个染色体组所包含的染色体的数目、形状、大小都是不同的。

3.二倍体和多倍体

二倍体是指体细胞中含有两个染色体组的个体，多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。

（1）多倍体成因

体细胞在有丝分裂的过程中，染色体完成复制，但是细胞受到外界环境条件（如温度骤变）或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，于是形成染色体数目加倍的细胞。

（2）多倍体植株特点

与二倍体植株相比，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。

（3）人工诱导多倍体在育种上的应用

用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。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两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，将来就可能发育成多倍体植株。

4.单倍体

体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。抓住重点词语“配子染色体数目”来理解。

对一个个体称单倍体还是几倍体，关键看它是由受精卵发育而成的个体，还是由配子发育而成的个体。由受精卵发育而成的个体叫几倍体，由配子发育而成的个体叫单倍体。

（1）单倍体植株的特点

单倍体植株长得弱小，而且高度不育。

（2）单倍体育种

单倍体育种常常采用花药离体培养的方法来获得单倍体植株，然后经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。其优点是用这种方法培育得到的植株，不仅能够正常生殖，而且是纯种，自交产生的后代不会发生性状分离，能明显缩短育种年限。

［评价反馈］

学生做课本P89练习题，教师检查评讲。

［课堂小结］

 ［课后拓展］

1.基因重组、基因突变和染色体变异三者的共同点是

A.都能产生可遗传的变异     B.都能产生新的基因

C.产生的变异均对生物不利     D.产生的变异均对生物有利

解析：基因重组、基因突变和染色体变异三者的共同点是都发生了遗传物质的变化，故产生的变异都是可遗传的。但产生的变异有的对生物不利，有的对生物有利，三者只有基因突变可产生新的基因。

答案：A

2.用杂合子种子尽快获得纯合子植株的方法是

A.种植F2选不分离者纯合子

B.种植秋水仙素处理纯合子

C.种植花药离体培养秋水仙素处理纯合子

D.种植秋水仙素处理花药离体培养纯合子

解析：利用花药离体培养获得单倍体，再经人工诱导使染色体加倍，可迅速获得纯系植株。

答案：C

3.四倍体水稻受精卵连续三次有丝分裂后，所生成的每个子细胞染色体数目是

A.12条    B.24条    C.36条    D.48条

解析：二倍体水稻细胞中有24条染色体，四倍体水稻细胞中有48条染色体，四倍体水稻受精卵卵有48条染色体，有丝分裂分裂前后染色体数目不变。

答案：D

4.用亲本基因型为DD和dd的植株进行杂交，对其子一代的幼苗用秋水仙素处理产生了多倍体，其基因型是

A.DDDD    B.DDdd    C.dddd    D.DDDd

解析：亲本基因型为DD和dd的植株进行杂交，其子一代幼苗的基因型是Dd，用秋水仙素处理后，染色体数目加倍，造成基因数目加倍，基因型是DDdd。

答案：B

5.蔷薇有多个品系，其中因减数分裂过程中同源染色体配对紊乱不能产生正常配子的是

A.2n=14    B.2n=21    C.2n=28    D.2n=42

解析：2n表示的是二倍体的染色体数目，当它为双数时，可以配对，单数时不能配对。

答案：B

●板书设计

第2节  染色体变异

1.染色体变异

2.染色体组

（1）概念

（2）特点

3.二倍体

（1）概念

（2）特点

4.多倍体

（1）概念

（2）成因

（3）特点

（4）应用

5.单倍体

（1）概念

（2）成因

（3）特点

（4）应用

●习题详解

一、练习（课本P89）

（一）基础题

1.（1）解析：如果是由受精卵发育而成的，含有两个染色体组的个体是二倍体；如果是由配子发育而成的，含有两个染色体组的个体是单倍体。

答案：×

（2）解析：单倍体植株不一定只含一个染色体组，所以用秋水仙素处理后得到的不一定是二倍体。

答案：×

2.解析：秋水仙素诱导多倍体形成的原因是：抑制纺锤体的形成，这样就造成染色体复制后不能分配到两个细胞中去，使染色体数目加倍，形成多倍体。

答案：B

3.解析：体细胞中的染色体数目与配子中的染色体数目关系是减半的关系，体细胞中的染色体组数目与配子中的染色体组数目的关系也是减半的关系，属于几倍体生物是看体细胞中的染色体组数目，有几组就是几倍体。

答案：

（二）拓展题

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。

2.杂交可以获得三倍体植株。多倍体产生的途径为：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

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。

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。

二、问题探讨（课本P85）

提示：参见练习中的拓展题，了解无子西瓜的形成过程。

三、本节聚焦（课本P85）

1.染色体发生的结构变异主要有以下四种类型：（1）染色体中某一片段缺失引起变异。（2）染色体中增加某一片段引起变异。（3）染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异。（4）染色体中某一片段位置颠倒引起变异。

2.二倍体是指体细胞中含有两个染色体组的个体，多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。

3.细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，携带着控制生物生长发育的全部遗传信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。

四、实验讨论（课本P88）

两者的相似之处是：抑制纺锤体的形成，这样就造成染色体复制后不能分配到两个细胞中去，使染色体数目加倍，形成多倍体。