2020高中生物 第3章 遗传和染色体 第3节 染色体变异及其应用学案 苏教版必修2

2020高中生物 第3章 遗传和染色体 第3节 染色体变异及其应用学案 苏教版必修2

第三节　染色体变异及其应用 学习目标 知识概览(教师用书独具)‎ ‎1．简述染色体的结构变异和数目变异。(重难点)‎ ‎2．了解染色体变异在育种上的应用，收集染色体变异在育种上的应用实例。(重点)‎ ‎3．单倍体育种和多倍体育种在方法、原理上的异同，比较它们的优缺点，了解三倍体无子西瓜的培育过程。(难点)‎ 染色体变异及应用染色体结构变异缺失重复易位倒位染色体变异在育种上的应用单倍体育种多倍体育种染色体数目变异非整倍性变异整倍性变异 ‎[自 主 预 习·探 新 知]‎ 一、染色体结构的变异 ‎1．主要起因 染色体断裂以及断裂后的片段不正常的重新连接。‎ ‎2．类型(连线)‎ ‎3．遗传效应 染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。‎ ‎4．影响因素 电离辐射、病毒感染或一些化学物质诱导。‎ ‎5．对生物影响 大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有时甚至会导致生物体死亡。‎ 二、染色体数目变异 ‎1．染色体组 细胞中形态和功能各不相同，但互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体，称为一个染色体组。‎ ‎2．染色体数目变异 ‎(1)概念：染色体数目以染色体组的方式成倍地增加或减少，或者以个别染色体 13‎ 的方式增加或减少。‎ ‎(2)类型 ‎①单倍体：由配子发育而成，体细胞中含有配子染色体数的个体。‎ ‎②二倍体和多倍体：由受精卵发育而成，体细胞中含有两个染色体组的个体称为二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体称为多倍体。‎ ‎3．染色体变异在育种上的应用 ‎(1)单倍体育种 ‎①过程图 ‎②优点：a.后代是纯合体，自交产生的后代不发生性状分离。b.能明显缩短育种年限。‎ ‎(2)多倍体育种 ‎①原理 ‎②方法：用低温处理或用秋水仙素处理。‎ ‎③处理对象：萌发的种子或幼苗。‎ ‎④实例：三倍体无子西瓜的培育。‎ ‎⑤优点：茎秆粗壮，果实、叶片、种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质含量有所提高。‎ ‎4．低温诱导植物染色体数目的变化 ‎(1)实验原理 ‎①进行正常有丝分裂的植物分生组织细胞，在有丝分裂后期，染色体的着丝点分裂，子染色体在纺锤丝的作用下分别移向两极，最终平均分配到两个子细胞中去。‎ 13‎ ‎②用低温处理植物分生组织细胞，使纺锤体的形成受到抑制，以致影响染色体被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目发生变化。‎ ‎(2)方法步骤：蚕豆根尖培养→取材→制片(解离→漂洗→染色→制片)→观察。‎ ‎(3)结论：适当的低温可诱导细胞中的染色体加倍。‎ ‎[基础自测]‎ ‎1．判断对错 ‎(1)染色体结构变异和数目变异一般通过光学显微镜能直接观察。 (　　)‎ ‎(2)染色体结构变异会改变染色体上的基因数目或排列顺序。 (　　)‎ ‎(3)二倍体生物正常配子中的一组染色体是一个染色体组。 (　　)‎ ‎(4)单倍体的体细胞含有一个染色体组。 (　　)‎ ‎(5)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。‎ ‎ (　　)‎ ‎(6)本课时制作临时装片的程序是：解离→染色→漂洗→制片。 (　　)‎ 提示：(1)√　(2)√　(3)√‎ ‎(4)×　单倍体是由配子发育而来的个体，可能含有多个染色体组。‎ ‎(5)√‎ ‎(6)×　本课时制作临时装片的程序是：解离→漂洗→染色→制片。‎ ‎2．果蝇的一条染色体上，正常基因的排列顺序为123—456789，“—”代表着丝点，表中表示了由该正常染色体发生变异后基因顺序变化的情况。下列有关叙述错误的是(　　)‎ ‎ 【导学号：01632095】‎ 染色体 基因顺序变化 a ‎123—476589‎ b ‎123—4789‎ c ‎1654—32789‎ d ‎123—45676789‎ A．a是染色体某一片段位置颠倒引起的 B．b是染色体某一片段缺失引起的 C．c是染色体着丝点改变引起的 D．d是染色体增加了某一片段引起的 C　[a中5、6、7基因颠倒形成7、6、5；b缺失了5、6基因；c由原来的23—456变成了654—32，发生了颠倒，不是由着丝点改变引起的；d中增了6和7两个基因。]‎ ‎3．如图所示细胞中所含的染色体，下列叙述不正确的是(　　)‎ 13‎ A．①代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含4条染色体 B．②代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含3条染色体 C．③代表的生物可能是四倍体，其每个染色体组含2条染色体 D．④代表的生物可能是单倍体，其每个染色体组含4条染色体 B　[因题干中未涉及细胞的发育起点，所以一般说“可能是”几倍体，①～④的染色体组数分别是2、3、4、1，所以其代表的生物依次可能是二倍体、三倍体、四倍体、单倍体，当然①②③代表的生物也可能是单倍体。]‎ ‎[合 作 探 究·攻 重 难]‎ 染色体结构变异 背景材料 下图是染色体之间发生的变化，分析图片探究下面的问题：‎ ‎[思考交流]‎ ‎1．图甲中的两条染色体是什么关系？‎ 提示：非同源染色体。‎ ‎2．图乙中交换片段后染色体的结构是否发生改变？‎ 提示：图乙是同源染色体，交换片段后染色体结构没有改变。‎ ‎3．图甲、图乙的变异分别属于何种类型的变异？‎ 提示：甲是染色体结构变异中的易位，乙是交叉互换属于基因重组。‎ ‎1．染色体结构变异中易位与交叉互换的比较 易位 交叉互换 图解 区别 发生在有丝分裂或减数分裂过程中非同源染色体之间 发生在减数第一次分裂过程中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 13‎ 可在显微镜下观察到 在显微镜下观察不到 ‎2.染色体结构变异对染色体上基因的影响 图例 染色体上的基因 缺失 数目和排列顺序均改变 重复 倒位 数目不变，排列顺序改变 易位 数目和排列顺序均改变，但细胞中基因数目不变 特别提醒：染色体结构变异的两个认识误区 ‎(1)误认为染色体结构变异对生物体都是有害的：染色体结构变异有的是中性的，极少数是有利的。‎ ‎(2)误认为染色体结构变异属于分子层次的变异：染色体结构变异是细胞中染色体的结构发生改变，属于细胞层次。‎ ‎[典例通关]‎ 染色体之间的交叉互换可能导致染色体的结构或基因序列的变化。下列图中甲、乙两图分别表示两种染色体之间的交叉互换模式，丙、丁、戊图表示某染色体变化后的三种情形。则下列有关叙述正确的是(　　)‎ 13‎ A．甲可以导致戊的形成 B．乙可以导致丙的形成 C．甲可以导致丁或戊两种情形的产生 D．乙可以导致戊的形成 ‎[技巧点拨]　明确甲、乙、丙、丁、戊五图的变异名称是解题关键。‎ D　[由图可知，甲表示同源染色体的非姐妹染色单体之间发生的交叉互换，乙表示非同源染色体之间的易位。前者的变异类型属于基因重组，发生交叉互换后在原来的位置可能会换为原基因的等位基因，可导致丁的形成；后者属于染色体结构变异，由于是与非同源染色体之间发生的交换，因此易位后原位置的基因被换成控制其他性状的基因，可导致戊的形成。丙属于染色体结构变异中的“重复”。]‎ ‎　(1)甲、乙两图的交叉互换模式中，哪种情况下可以改变基因的数目？‎ 提示：乙。‎ ‎(2)丁戊与甲乙的对应关系如何？‎ 提示：甲与丁对应，乙与戊对应。‎ ‎[活学活用]‎ ‎1．如图显示了染色体及其部分基因，对①和②过程最恰当的表述分别是(　　)‎ A．交换、缺失 B．倒位、缺失 C．倒位、易位 D．交换、易位 C　[①过程使该染色体上的基因F与m所在的染色体片段发生了倒转，因此①过程为倒位；②过程使染色体缺少了基因m所在的片段，但获得了一段新非同源片段，因此②过程为易位，C项正确。]‎ ‎2．如图表示某生物细胞中两条染色体及其部分基因。下列四种情况的产生不属于该细胞染色体结构变异的是(　　) ‎ ‎【导学号：01632096】‎ C 13‎ ‎　[染色体结构变异指的是染色体某一片段的缺失①重复、④倒位和②易位等。③是基因突变或减数分裂四分体时期发生交叉互换所致。]‎ 题后反思：同源染色体的非姐妹染色单体之间的片段交换属于基因重组，非同源染色体之间的片段交换属于染色体结构变异中的易位；染色体变异可以在光学显微镜下观察到，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变。‎ 染色体数目变异及其应用 背景材料 无子西瓜是三倍体，在减数分裂形成配子过程中，因联会紊乱不能产生正常的生殖细胞，导致无法受精形成正常种子。给三倍体植株授予二倍体的花粉只是刺激其子房合成大量生长素，促进子房发育成无子果实。‎ ‎[思考交流]‎ ‎1．三倍体无子西瓜是如何得到的？‎ 提示：用二倍体和四倍体植株杂交得到。‎ ‎2．培育无子西瓜时如何获得四倍体西瓜？‎ 提示：利用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗。‎ ‎3．培育三倍体无子西瓜的方法是什么育种方法？‎ 提示：多倍体育种。‎ ‎1．染色体组的判断 ‎(1)“三要件”界定染色体组 ‎①不含有同源染色体；‎ ‎②是一组非同源染色体，染色体形态、大小和功能各不相同；‎ ‎③含有一整套控制该生物的性状的基因(不遗漏，不重复)。‎ ‎(2)“三法”确定染色体组的数量 ‎①染色体形态法 细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。如图所示的细胞中，形态相同的染色体在a中有3条、b中两两相同、c中各不相同，则可判定它们分别含三、二、一个染色体组。‎ ‎②基因型法 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，如图所示：(d～g中依次含四、二、三、一个染色体组)‎ 13‎ ‎③染色体数/形态数的比值法 染色体数/形态数的比值意味着每种形态染色体数目有多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组。如果果蝇该比值为8条/4种形态＝2，则果蝇含两个染色体组。‎ ‎2．二倍体、多倍体和单倍体的比较 二倍体 多倍体 单倍体 概念 体细胞中含2个染色体组的个体 体细胞中含3个或3个以上染色体组的个体 体细胞中含本物种配子染色体数的个体 染色体组 ‎2‎ ‎3个或3个以上 ‎1至多个 来源 受精卵发育 受精卵发育 配子发育 自然成因 正常有性生殖 未减数分裂的配子受精；合子染色体数目加倍 单性生殖(孤雌生殖或孤雄生殖)‎ 植株特点 正常 果实、种子较大，生长发育延迟，结实率低 植株弱小，高度不育 举例 几乎全部动物、过半数高等植物 香蕉(三倍体)、普通小麦(四倍体)‎ 玉米、小麦的单倍体 ‎3.单倍体育种和多倍体育种比较 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 花粉离体培养后，人工诱导染色体加倍 优点 操作简单 明显缩短育种年限 缺点 适用于植物，在动物方面难以开展 技术复杂一些，须与杂交育种配合 ‎4.低温诱导染色体加倍实验的操作步骤 ‎(1)材料培养：将一些蚕豆或豌豆种子放入培养皿，加入适量的清水浸泡，在培养皿上覆盖2～3层潮湿的纱布。‎ ‎(2)低温处理：当蚕豆根长至1.0～‎1.5 cm时，将其中的两个培养皿放入冰箱的低温室内，‎4 ℃‎下诱导培养36 h。‎ ‎(3)固定：剪取诱导处理的根尖‎5 mm左右，放入卡诺氏固定液中浸泡0.5～1 h，固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的乙醇溶液冲洗2～3次。‎ ‎(4)制作装片：具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同。‎ 13‎ ‎(5)观察：先用低倍镜观察，找到视野中染色体形态较好的分裂相，注意视野中有染色体数目发生改变的细胞，再换高倍镜继续观察。‎ 方法规律：“两看”区分单倍体、二倍体和多倍体 ‎[典例通关]‎ 如图是利用野生猕猴桃种子(aa,2n＝58)为材料培育无子猕猴桃新品种(AAA)的过程，下列叙述错误的是(　　)‎ A．③和⑥都可用秋水仙素处理来实现 B．若④是自交，则产生AAAA的概率为1/16‎ C．新品种AAA为三倍体 D．若⑤是杂交，产生的AAA植株的体细胞中染色体数目为87‎ ‎[技巧点拨]　准确判断①—⑤过程的具体过程是解题关键。‎ B　[③和⑥都可用秋水仙素处理来完成染色体数目加倍，A正确；植株AAaa减数分裂产生的配子种类及比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，所以AAaa自交产生AAAA的概率＝1/6×1/6＝1/36，B错误；二倍体AA与四倍体AAAA杂交产生的AAA为不育的三倍体，C正确；该生物一个染色体组含有染色体58÷2＝29(条)，所以三倍体植株的体细胞中染色体为29×3＝87(条)，D正确。]‎ ‎[活学活用]‎ ‎1．如图表示无子西瓜的培育过程：‎ 根据图解，结合你学过的生物学知识，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 C　[秋水仙素抑制纺锤体的形成，是在有丝分裂的前期；四倍体西瓜的果皮是由子房壁发育而成的，来自母本，细胞内含有4个染色体组；无子西瓜是由于不能产生正常配子，所以不能形成受精卵，而种皮来自于母本，所以有种皮，而没有胚；由于植株的地下部分没有经秋水仙素处理，细胞中仍含有2个染色体组。]‎ 13‎ ‎2．下图表示培育高品质小麦的几种方法，下列叙述正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：01632097】‎ YYRR×yyrr―→YyRr A．图中涉及的育种方法分别是杂交育种、单倍体育种和多倍体育种 B．a过程只能用秋水仙素处理 C．a、c过程都需要用秋水仙素处理萌发的种子 D．要获得yyRR，b过程需要进行不断自交来提高纯合率 D　[图中涉及的育种方法分别是单倍体育种、杂交育种和多倍体育种，A错误；a过程可用秋水仙素或低温处理诱导染色体加倍，B错误；单倍体yR不结种子，a过程只能处理单倍体幼苗而c过程可以处理萌发的种子或幼苗，C错误。]‎ ‎1．用杂合体种子尽快获得纯合体植株的方法是(　　)‎ A．种植→F2→选不性状分离者→纯合体 B．种植→秋水仙素处理→纯合体 C．种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合体 D．种植→秋水仙素处理→花药离体培养→纯合体 C　[单倍体育种能明显缩短育种年限。C选项中先花药离体培养再秋水仙素处理，为单体育种。]‎ ‎2．基因型为Aa的幼苗经秋水仙素处理后长成植株，该植株细胞减数分裂产生的配子的种类及其比例是(　　)‎ A．AA∶aa＝1∶1　　　　 B．AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1‎ C．AA∶Aa＝1∶1 D．AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1‎ D　[基因型为Aa的幼苗经秋水仙素处理后长成的植株的基因型为AAaa，减数分裂时，A和A组合为AA，A和a组合为Aa，a和a组合为aa，结果AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1。]‎ 题后反思：判断单倍体育种和多倍体育种的方法 (1)通过秋水仙素的作用对象判断。如果处理的是单倍体则是单倍体育种，如果处理的是受精卵发育成的个体则是多倍体育种。‎ (2)通过过程中所用技术判断。如果用到花药离体培养，则是单倍体育种，如果用到秋水仙素处理，但没有花药离体培养，则是多倍体育种。‎ (3)通过染色体组数判断。单倍体育种多为二倍体生物，最后获得的个体体细胞中有两个染色体组，多倍体育种通常要获得染色体组数较多的个体。‎ ‎[当 堂 达 标·固 双 基]‎ ‎1．下列变异中，不属于染色体结构变异的是(　　)‎ A．染色体缺失了某一片段 13‎ B．染色体增加了某一片段 C．某染色体增加了一条 D．染色体某一片段位置颠倒了180°‎ C　[某染色体增加一条属于染色体数目变异。]‎ ‎2．下图表示某生物细胞中两条染色体及其上面的部分基因，下列选项的结果中，不属于染色体变异引起的是(　　)‎ ‎ 【导学号：01632098】‎ C　[A项是缺失；B项是易位；D项是重复。C项中染色体上的基因的数目和排列顺序没有发生变化，故不属于染色体变异。]‎ ‎3.如图为某植物的体细胞中染色体数示意图，将其花粉经离体培养得到植株的基因型最可能是(　　)‎ A．AB　　　 B．AaBb C．ab D．AAaaBBbb B　[从题图可以看出，该植物体细胞中有4个染色体组，是四倍体生物，经过减数分裂后染色体数目减半，形成的花粉中含有2个染色体组，所以单倍体植株应含2个染色体组，B项正确。AB和ab只能表示1个染色体组，AAaaBBbb表示4个染色体组，因此A、C、D项错误。]‎ ‎4．普通小麦为六倍体，有42条染色体，科学家用其花药经离体培养出的小麦幼苗是(　　)‎ A．三倍体，含3个染色体组，21条染色体 B．单倍体，含3个染色体组，21条染色体 C．六倍体，含6个染色体组，42条染色体 D．单倍体，含1个染色体组，21条染色体 B　[花粉是普通的六倍体小麦的雄性生殖细胞，其含有体细胞一半的染色体，即为21条，3个染色体组。由花药离体培养出的小麦为单倍体。]‎ ‎5．将杂合的二倍体植株的花粉培育成一株幼苗，然后用秋水仙素处理，使其能正常开花结果。该幼苗发育成的植株具有的特征是(　　)‎ ‎ 【导学号：01632099】‎ A．单倍体 B．能稳定遗传 13‎ C．高度不育 D．含四个染色体组 B　[将杂合的二倍体植株的花粉培育成单倍体植株，用秋水仙素处理后成为纯合的二倍体，A错误；杂合的二倍体植株有两个染色体组，花粉中含有一个染色体组，花药离体培养后得到单倍体植株，再用秋水仙素处理，染色体数目加倍后基因型为纯合子，自交后代不发生性状分离，即能稳定遗传，B正确；该植株为纯合二倍体，能正常开花结果，C错误；得到的纯合子植株含有两个染色体组，D错误。]‎ ‎6．下图为某农科所培育高品质小麦的过程，其中①③④⑤代表具体操作过程。‎ ‎(1)具有①④⑤操作的育种方法是________，依据的原理是________。‎ ‎(2)具有①③操作的育种方法是________，依据的原理是________。‎ ‎(3)操作③是________，其目的是________________________。‎ 操作⑤常用的方法有____________________________________‎ ‎___________________________________________________________，‎ 原理是______________________________________________________‎ ‎__________________________________________________。‎ ‎(4)操作①表示杂交，其目的是将两个纯合亲本的______通过杂交集中在一起，再经过选择和培育获得新品种。‎ ‎[解析]　由图可知，①表示杂交，②表示减数分裂，③表示连续自交，④表示花药离体培养，⑤表示用秋水仙素或低温处理幼苗。具有①④⑤操作的育种方法是单倍体育种，依据的原理是染色体变异。具有①③操作的育种方法是杂交育种，依据的原理是基因重组。③可以提高纯合子的比例。⑤原理是低温或秋水仙素在细胞分裂前期抑制纺锤体的形成，导致染色体数目加倍。①目的是将纯合亲本的优良性状(或基因)通过杂交集中在一起。‎ ‎[答案]　(1)单倍体育种　染色体变异 ‎(2)杂交育种　基因重组 ‎(3)连续自交　提高纯合子的比例(选出符合要求的个体)　低温诱导或秋水仙素处理　低温或秋水仙素处理　抑制纺锤体形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而使细胞内的染色体数目加倍 ‎(4)优良性状(基因)‎ ‎[核心语句归纳]‎ ‎1．染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位4种类型。‎ 13‎ ‎2．一个染色体组内的染色体形态和功能各不相同。‎ ‎3．由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体。‎ ‎4．单倍体并不一定只含一个染色体组。‎ ‎5．单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等阶段，能明显缩短育种年限。‎ 13‎