2019-2020學年新教材高中生物 第5章 基因突變及其他變異 第2節(jié) 染色體變異教學案 新人教版必修第二冊

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1、第2節(jié)　染色體變異 學 習 目 標 核 心 素 養(yǎng) 1.理解染色體組、單倍體、二倍體和多倍體的概念及特點。(重、難點) 2.概述單倍體育種與多倍體育種的原理和過程。(重點) 3.概述染色體變異的類型。 1.列表比較二倍體、多倍體和單倍體。 2.結合案例，分析染色體變異在育種上的應用。 3.闡明染色體變異導致遺傳物質變化，可能導致生物性狀的改變甚至死亡。 一、染色體變異 指生物體的體細胞或生殖細胞內染色體數(shù)目或結構的變化。 二、染色體數(shù)目變異 1．變異類型和實例 類型 實例 個別染色體的增加或減小 21三體綜合征 以一套完整的非同源染色體為基數(shù)成倍地增加或成

2、套地減少 三倍體無子西瓜 2.染色體組的組成 細胞中的一套非同源染色體。 3．二倍體 4．多倍體 (1)概念 (2)特點：莖稈粗壯，葉片、果實和種子都比較大，糖類和蛋白質等營養(yǎng)物質的含量都有所增加。 (3)人工誘導多倍體(多倍體育種) 方法 用秋水仙素處理或用低溫處理 處理對象 萌發(fā)的種子或幼苗 原理 能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而引起細胞內染色體數(shù)目加倍 5.單倍體 (1)概念：體細胞中染色體數(shù)目與本物種配子染色體數(shù)目相同的個體。 (2)特點 (3)應用：單倍體育種。 ①方法： ②優(yōu)點：明顯縮短育種年限。 二、染色體結構

3、變異 1．染色體結構變異的類型[連線] 2．染色體結構變異的結果 (1)使排列在染色體上基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變，而導致性狀的變異。 (2)大多數(shù)染色體結構變異對生物體是不利的，有的甚至會導致生物體死亡。 三、低溫誘導植物染色體的數(shù)目變化 1．實驗原理 2．實驗流程及結論 ↓ ↓ ↓ 觀察：先用低倍鏡觀察，找到變異細胞，再換用高倍鏡觀察 ↓ 結論：低溫能誘導植物染色體數(shù)目加倍 判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”) 1．體細胞中含有兩個染色體組的個體是二倍體，含有三個或三個以上染色體組的個體是多倍體。(　　) 2．人工誘導多倍體最

4、常用、最有效的方法是用秋水仙素處理休眠的種子。(　　) 3．貓叫綜合征是人的第5號染色體部分缺失引起的。(　　) 4．基因突變、基因重組、染色體變異在光學顯微鏡下都可以觀察到。(　　) 5．染色體片段的缺失和增加必然導致基因種類的變化。(　　) 6．經低溫誘導后，在顯微鏡下可以看到大多數(shù)細胞的染色體數(shù)目發(fā)生改變。(　　) 提示：1.×　由配子發(fā)育而來的生物，無論含有幾個染色體組，都是單倍體。 2．×　秋水仙素可抑制細胞分裂過程中紡錘體的形成，誘導染色體加倍，但休眠種子細胞不進行細胞分裂。 3．√ 4．×　基因突變和基因重組在光學顯微鏡下觀察不到。 5．×　染色體片段的增加會導

5、致基因數(shù)目增加，基因種類不會變化；染色體片段缺失會導致基因數(shù)目減少，還有可能導致基因種類減少。 6．×　由于分裂間期較長，大多數(shù)細胞處于間期，看不到染色體。 染色體數(shù)目的變異 1．染色體組的理解 (1)果蠅染色體的組成 項目 性別 染色 體數(shù)目 同源 染色體 常染 色體 性染 色體 染色體組 甲 8 4對 Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ XY Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X和 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y 乙 ♀ 8 4對 Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ XX Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X (2)染色體組的特點 2．染色體組數(shù)的判斷方法 (1)根據(jù)染色體形態(tài)

6、判斷 ①依據(jù)：細胞內形態(tài)相同的染色體有幾條，則含有幾個染色體組。 ②實例：如下圖所示的細胞中，形態(tài)相同的染色體a中有4條，b中有3條，c中兩兩相同，d中各不相同，則可判定它們分別含4個、3個、2個、1個染色體組。 (2)根據(jù)基因型判斷 ①依據(jù)：控制同一性狀的基因出現(xiàn)幾次，就含幾個染色體組(每個染色體組內不含等位或相同基因)。 ②實例：據(jù)圖可知，e～h中依次含4、2、3、1個染色體組。 (3)根據(jù)染色體數(shù)和形態(tài)數(shù)的比值判斷 ①依據(jù)：染色體數(shù)與形態(tài)數(shù)的比值意味著每種形態(tài)染色體數(shù)目的多少，每種形態(tài)的染色體有幾條，即含幾個染色體組。 ②實例：果蠅體內該比值為8條染色體/4種形態(tài)

7、＝2，則果蠅含2個染色體組。 3．單倍體、二倍體和多倍體 (1)比較 項目 單倍體 二倍體 多倍體 染色體組 一個或多個 兩個 三個或三個以上 來源 配子發(fā)育 受精卵發(fā)育 受精卵發(fā)育 特點 植株弱小，高度不育 正常 莖稈粗壯，葉、果實、種子較大，營養(yǎng)物質多，發(fā)育延遲，結實率低 實例 玉米、水稻的單倍體 幾乎全部動物和過半數(shù)的高等植物 香蕉、普通水稻 (2)判斷方法 ①如果生物體由受精卵(或合子)發(fā)育而成，體細胞中含有幾個染色體組，該生物就稱為幾倍體。 ②如果生物體是由生殖細胞——卵細胞或花粉直接發(fā)育而成，無論體細胞中含有幾個染色體組，都稱為

8、單倍體。 易錯提醒：關于單倍體的三個易錯點 (1)單倍體的體細胞中并不一定只有一個染色體組，如四倍體的配子形成的單倍體的體細胞中含有兩個染色體組。 (2)單倍體并非都不育：二倍體的配子發(fā)育成的單倍體，表現(xiàn)為高度不育；多倍體的配子如含有偶數(shù)個染色體組，則發(fā)育成的單倍體含有同源染色體及等位基因，可育并能產生后代。 (3)單倍體是生物個體，而不是配子：精子和卵細胞屬于配子，但不是單倍體。 1．右圖所示為雄果蠅染色體圖，據(jù)圖能得到的結論是(　　) ①其配子的染色體組是X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ?、谟薪z分裂后期有4個染色體組，染色體有5種不同形態(tài)?、蹨p數(shù)分裂Ⅱ后期有2個染色體組，

9、染色體有5種不同形態(tài)?、茉撋镞M行基因測序應選擇5條染色體 A．①②③④　 B．①②③ C．①②④ D．②③④ C　[該圖為雄果蠅染色體圖，減數(shù)第一次分裂產生的子細胞含有4條形態(tài)不同的染色體(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y)。減數(shù)第二次分裂后期含有2個染色體組，染色體只有4種不同形態(tài)。] 2．下列有關單倍體的敘述，不正確的是(　　) ①由未受精的卵細胞發(fā)育成的植物，一定是單倍體 ②含有兩個染色體組的生物體，一定不是單倍體?、凵锏木踊蚵鸭毎欢ǘ际菃伪扼w?、芑蛐蜑閍aaBBBccc的植株一定是單倍體　⑤基因型為Abcd的生物體一般是單倍體 A．③④⑤　　 B．②③④ C

10、．①③⑤ D．②④⑤ B　[由未受精的卵細胞發(fā)育而來的個體一定是單倍體，①正確；含有兩個染色體組的生物體，可能是二倍體，也可能是四倍體生物的單倍體，②錯誤；生物的精子或卵細胞是生殖細胞，不是個體，所以不能稱為單倍體，③錯誤；基因型為aaaBBBccc的植株可能是單倍體，也可能是三倍體，④錯誤；基因型為Abcd的生物體細胞中只有一個染色體組，一般是單倍體，⑤正確。] 染色體結構變異 [問題探究] 下圖表示某種生物的部分染色體發(fā)生了兩種變異的示意圖，圖中①和②、③和④互為同源染色體，這兩種變異分別屬于哪一種可遺傳變異？ 圖a 圖b 提示：圖a發(fā)生在同源染色體的非姐妹染

11、色單體之間，屬于基因重組；圖b發(fā)生在非同源染色體之間，屬于染色體結構變異。 1．染色體結構變異類型的比較 類型 具體變化 圖解 實例 缺失 染色體某一片段缺失引起的變異 貓叫綜合征　 重復 一條染色體的斷裂片段接到其同源染色體的相應部位，結果后者就有一段重復基因 果蠅的棒狀眼 倒位 一條染色體的斷裂片段，位置倒過來后再接上去，造成這段染色體上的基因位置顛倒 果蠅3號染色體上猩紅眼—桃色眼—三角翅脈 易位 染色體發(fā)生斷裂，斷裂片段接到非同源染色體上的現(xiàn)象 人慢性粒細胞白血病 2.結果 染色體結構的改變，會使排列在染色體上的基因的數(shù)目或排列

12、順序發(fā)生改變，而導致性狀的變異。大多數(shù)染色體結構變異對生物體是不利的，有的甚至會導致生物體死亡。 3．染色體缺失、重復與基因突變的區(qū)別 項目 基因突變 染色體缺失、重復 實質 堿基對的替換、缺失和增添 染色體上基因的增加或缺失 對象 堿基對 基因 結果 堿基對的數(shù)目或排列順序改變 基因數(shù)目或排列順序改變 是否可見 分子水平、光學顯微鏡下觀察不到 光學顯微鏡下可觀察到 4.染色體易位與交叉互換的區(qū)別 項目 染色體易位 交叉互換 圖解 區(qū)別 發(fā)生于非同源染色體之間 發(fā)生于同源染色體的非姐妹染色單體之間 屬于染色體結構變異 屬于基因重組

13、可在顯微鏡下觀察到 在顯微鏡下觀察不到 可發(fā)生于有絲分裂和減數(shù)分裂過程中 只發(fā)生于減數(shù)分裂Ⅰ的四分體時期 1．下圖中甲、乙兩個體的一對同源染色體中各有一條發(fā)生變異(字母表示基因)。下列敘述正確的是(　　) A．個體甲的變異對表現(xiàn)型無影響 B．個體乙的細胞在減數(shù)分裂形成的四分體異常 C．個體甲自交的后代，性狀分離比為3∶1 D．個體乙染色體沒有基因缺失，表型無異常 B　[個體甲的變異為染色體結構變異中的缺失，缺失了e基因對表現(xiàn)型可能有影響，A項錯誤；個體乙的變異為染色體結構變異中的倒位，變異后個體乙的細胞在減數(shù)分裂時同源染色體聯(lián)會形成的四分體異常，B項正確；若E、e

14、基因與其他基因共同控制某種性狀，則個體甲自交的后代中性狀分離比不一定為3∶1，C項錯誤；個體乙雖然染色體沒有基因缺失，但是基因的排列順序發(fā)生改變，可能引起性狀的改變，D項錯誤。] 2．下圖①②③④分別表示不同的變異類型，其中圖③中的基因2由基因1變異而來。下列有關說法正確的是(　　) A．圖①②都表示易位，發(fā)生在減數(shù)分裂的四分體時期 B．圖③中的變異屬于染色體結構變異中的缺失 C．圖④中的變異屬于染色體結構變異中的缺失或重復 D．圖中4種變異能夠遺傳的是①③ C　[圖①表示基因重組中的交叉互換，因為其發(fā)生在同源染色體之間；圖②表示染色體結構變異中的易位，因為其發(fā)生在非同源染色體

15、之間；圖③表示基因突變中堿基對的缺失；圖④表示染色體的缺失或重復。圖中4種變異都是可遺傳的變異。綜上所述，C項正確。] 方法規(guī)律：“兩看法”判斷染色體結構的變異類型 一看：染色體上基因的數(shù)目是否變化，如發(fā)生變化，則可能是增添、缺失或易位。 二看：染色體上基因順序是否變化，如變化，則可能是倒位。染色體結構變異往往是多個基因的變化，如果是一個基因變成它的等位基因，則是基因突變。 單倍體育種和多倍體育種 [問題探究] 下圖表示用純種的高稈(D)抗銹病(T)小麥與矮稈(d)易染銹病(t)小麥培育矮稈抗銹病小麥新品種的方法，據(jù)圖分析： 1．F1能產生幾種雄配子？ 提示：F1的基因

16、型是DdTt，能產生四種雄配子：DT、dT、Dt、dt。 2．過程③是哪種處理？其原理是什么？ 提示：過程③是花藥離體培養(yǎng)；原理是細胞的全能性。 3．過程④是哪種處理？處理后符合要求的植株占的比例是多少？ 提示：過程④是用一定濃度的秋水仙素處理單倍體幼苗。處理后基因型為ddTT的個體占的比例為1/4。 1．單倍體育種 (1)原理：染色體數(shù)目變異。 (2)過程 用高稈抗病(DDTT)和矮稈不抗病(ddtt)小麥品種，培育矮稈抗病小麥的過程，如下圖所示： 其中單倍體育種的核心步驟為①花藥離體培養(yǎng)和②秋水仙素處理誘導染色體數(shù)目加倍。 (3)優(yōu)點：與雜交育種相比，單倍體育種

17、能明顯縮短育種年限，子代均為純合子，加速育種進程。 缺點：技術復雜且需與雜交技術結合使用。 2．多倍體育種 (1)原理：染色體數(shù)目變異。 (2)多倍體育種的過程： 正在萌發(fā)的種子或幼苗抑制紡錘體形成染色體不分離細胞中染色體數(shù)目加倍多倍體植株。 (3)優(yōu)點：多倍體和二倍體相比，莖稈粗壯，葉片、果實和種子都較大，糖類和蛋白質含量都有所增加。 缺點：多倍體育種適用于植物，在動物方面難以開展，且多倍體植物往往發(fā)育遲緩，結實率低。 (4)實例：三倍體無子西瓜的培育過程 ①過程b傳粉是為了雜交得到三倍體種子，過程c傳粉是為了提供生長素刺激子房發(fā)育成果實。 ②獲取三倍體種子是在第一年

18、四倍體植株上；獲取三倍體無子果實則是在第二年的三倍體植株上。 ③無子的原因：三倍體西瓜進行減數(shù)分裂時，由于同源染色體聯(lián)會紊亂，不能產生正常配子。 誤區(qū)警示：(1)單倍體育種一般應用于二倍體植物，因為若為四倍體植物，通過單倍體育種形成的個體不一定是純合子。 (2)單倍體育種和多倍體育種中都用到秋水仙素，但單倍體育種中是用秋水仙素處理單倍體幼苗，而多倍體育種中是用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。 1．用純種的高稈(D)抗銹病(T)小麥與矮稈(d)易染銹病(t)小麥培育矮稈抗銹病小麥新品種的方法如下圖所示。下列有關此育種方法的敘述，正確的是(　　) A．過程①的作用原理為染色體變

19、異 B．過程③必須經過受精作用 C．過程④必須使用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗 D．此育種方法選出的符合生產要求的品種占1/4 D　[過程①表示雜交，其原理為基因重組，A項錯誤；過程③常用的方法為花藥離體培養(yǎng)，B項錯誤；過程④使用秋水仙素或低溫處理幼苗，因為單倍體高度不育，所以不產生種子，C項錯誤。] 2．下列關于無子西瓜的培育的說法，錯誤的是(　　) A．用二倍體的花粉為四倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子 B．用二倍體的花粉為三倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子 C．秋水仙素與低溫使染色體數(shù)目加倍的原理相同 D．三倍體西瓜的產生是有性生殖的結果，但它本身一般不能進行有性生殖

20、 B　[用二倍體的花粉為四倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子，A項正確；三倍體的植株在減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂，不能產生正常的配子，因此該植株不會形成種子，用二倍體的花粉為三倍體的植株傳粉的目的是促進子房發(fā)育成果實，B項錯誤；秋水仙素與低溫使染色體數(shù)目加倍的原理都是抑制紡錘體的形成，使染色體數(shù)目加倍，C項正確；二倍體和四倍體雜交產生三倍體，即該三倍體是有性生殖的結果，而三倍體本身不可育，D項正確。] [課堂小結] 知 識 網 絡 構 建 核 心 語 句 歸 納 1.染色體組是一套非同源染色體。 2.由受精卵發(fā)育而來的個體，體細胞中含幾個染色體組，就是幾倍體。 3.秋水仙素或低溫能抑制紡

21、錘體的形成，從而導致染色體數(shù)目加倍。 4.單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理幼苗等階段，能明顯縮短育種年限。 5.染色體結構變異包括缺失、重復、倒位和易位等幾種類型。 6.染色體結構變異可改變染色體上的基因的數(shù)目或排列順序，可在顯微鏡下觀察到。 1．導致遺傳物質變化的原因有很多，下圖字母代表不同基因，其中變異類型①和②依次是(　　) A．突變和倒位　 B．重組和倒位 C．重組和易位 D．易位和倒位 D　[①中少了基因ab，多了基因J，是非同源染色體間發(fā)生了片段交換，屬于染色體結構變異中的易位；②cde基因位置發(fā)生了顛倒，屬于倒位。] 2．下列細胞分裂圖像中含有

22、2個染色體組的是(　　) A．①③ B．②④ C．①④ D．③ C　[圖中①④含有2個染色體組，②含有4個染色體組，③⑤含有1個染色體組。] 3．某二倍體生物的一個染色體組含有8條染色體，下列相關說法不正確的是(　　) A．此生物產生的生殖細胞中有8條染色體 B．此生物體細胞內一般有8種形態(tài)的染色體 C．這8條染色體在減數(shù)分裂中能構成4對同源染色體 D．這8條染色體包含該生物生長發(fā)育所需的全部遺傳信息 C　[二倍體生物的體細胞中有2個染色體組，產生的生殖細胞中一般有1個染色體組，即8條染色體。一般來說，一個染色體組中的每一條染色體都是獨特的，為一組非同源染色體，在

23、一個染色體組中，同源染色體的對數(shù)為0。一個染色體組包含了生物體生長發(fā)育所需的全部遺傳信息。綜上所述，C項錯誤。] 4．下圖是三倍體無子西瓜的培育過程流程圖(假設四倍體西瓜減數(shù)分裂過程中同源染色體兩兩分離)。下列有關敘述錯誤的是(　　) A．過程①涉及的變異是染色體變異 B．過程②中四倍體西瓜產生的配子基因型及比例是AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1 C．過程②獲得的三倍體植株中，aaa基因型個體占1/12 D．過程②獲得的三倍體植株是可育的 D　[圖中過程①表示用秋水仙素處理二倍體西瓜的幼苗，獲得四倍體植株，依據(jù)的原理是染色體變異，A項正確；四倍體植株的基因型為AAaa，其產生的配子

24、為1AA、1aa、1Aa、1Aa、1Aa、1Aa，即AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，B項正確；四倍體西瓜產生的配子中aa占1/6，二倍體Aa產生2種配子，且A∶a＝1∶1，a占1/2，故aaa基因型個體占1/12，C項正確；三倍體的同源染色體是3條，減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂，不能形成配子，導致高度不育，D項錯誤。] 5．已知西瓜的染色體數(shù)目為2n＝22，請根據(jù)下面的西瓜育種流程回答下列有關問題： (1)圖中過程①所用的試劑是________。 (2)培育無子西瓜A的育種方法稱為________。 (3)過程③中形成單倍體植株所采用的方法是________。該過程利用了植物細胞的______

25、__性。 (4)為確認某植株是否為單倍體，應在顯微鏡下觀察根尖分生區(qū)細胞的染色體，觀察的最佳時期為_______________。 [解析]　(1)從二倍體到四倍體，染色體數(shù)目加倍，最常用的試劑為秋水仙素，因為其能抑制紡錘體的形成，誘導染色體數(shù)目加倍。(2)無子西瓜A是三倍體，其培育過程應為多倍體育種。(3)題中要求得到單倍體植株，所以可用花藥離體培養(yǎng)的方法，該方法利用了植物細胞的全能性。(4)有絲分裂中期染色體數(shù)目最清晰，是計數(shù)染色體的最佳時期。 [答案]　(1)秋水仙素　(2)多倍體育種　(3)花藥離體培養(yǎng)　全能　(4)有絲分裂中期 教材課后練習與應用 教材P91 一、概念檢測

26、 1．(1)×　(2)×　(3)× 2．D　3.C 4．填表 比較項目 生物種類 體細胞中的染色體數(shù)(條) 配子中的染色體數(shù)(條) 體細胞中的染色體組數(shù) 配子中的染色體組數(shù) 屬于幾倍體生物 豌豆 14 1 二倍體 普通小麥 21 6 六倍體 小黑麥 56 8 4 二、拓展題 1．單倍體是由配子直接發(fā)育而來的。二倍體形成的單倍體無同源染色體，無法進行正常減數(shù)分裂產生可育配子。 2．(1)西瓜幼苗的芽尖是有絲分裂旺盛的地方，用秋水仙素處理有利于抑制細胞有絲分裂時形成紡錘體，從而形成四倍體西瓜植株。 (2)雜交可以獲得三倍體植株。多倍體產生的途徑為秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。 (3)三倍體植株不能進行正常的減數(shù)分裂形成生殖細胞，因此，不能形成種子。但并不是絕對一顆種子都沒有，其原因是在進行減數(shù)分裂時，有可能形成正常的卵細胞，該卵細胞可與精子結合形成種子。 (4)有其他的方法可以替代。方法一，進行無性繁殖。將三倍體西瓜植株進行組織培養(yǎng)獲取大量的組培苗，再進行移栽。方法二，利用生長素或生長素類似物處理二倍體未受粉的雌蕊，以促進子房發(fā)育成無種子的果實，在此過程中要進行套袋處理，以避免受粉。 - 14 -