2025届高三生物一轮复习：染色体变异与生物育种 知识清单

第21讲 染色体变异与生物育种 考点一　染色体变异 一、类型 二、染色体结构变异的种类 (1)缺失：正常染色体断裂后丢失某一个片段，这个片段上的基因也随之失去； (2)重复：由于一条染色体的片段连接到同源的另一条染色体上，使另一条同源的染色体多出跟本身相同的某一片段； (3)倒位：染色体在断裂后，倒转1800后再连接起来，造成这段染色体上基因的顺序颠倒； (4)易位：由于一条染色体的片段连接到的另一条非同源染色体上； 3、染色体结构变异与基因突变的区别 (1)变异范围不同： ①基因突变：是分子水平上的变异，只涉及基因中一个或几个碱基的改变，这种变化在光学显微镜下观察不到。 ②染色体结构的变异：是在染色体水平上的变异，涉及染色体某一片段的改变，这一片段可能含有若干个基因，这种变化在光学显微镜下可观察到。 (2)变异的方式不同：基因突变包括基因中碱基对的增添、缺失和替换三种类型；染色体结构的变异包括染色体片段的缺失、重复、倒位和易位。它们的区别可用下图表示。 (3)变异的结果不同： ①染色体结构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，但未形成新的基因。 ②基因突变是基因结构的改变，包括DNA碱基对的替换、增添和缺失，基因突变导致新基因的产生，但基因数目不变，生物的性状不一定改变。 4、易位与交叉互换的区别 5、 三、染色体组： 1、概念：指细胞中的一组在形态和功能上各不相同，但携带着控制生物生长、发育全部遗传信息的非同源染色体； 2、组成：如图中雄果蝇体细胞染色体中的一个染色体组可表示为：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。 3、组成特点： ①形态上：细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同。 ②功能上：控制着生物生长、发育、遗传和变异的一组染色体。 4、“三法”判定染色体组。 (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。 (3) 根据染色体数和染色体的形态数推算：染色体组数=染色体数/染色体形态数。 如果玉米体细胞中有20条染色体,分为10种形态,则染色体组的数目为2。（注意雄性个体） 5、细胞分裂图像中染色体组数的判断方法。 以生殖细胞中的染色体数为标准,判断题目中所给图像中的染色体组数。如图所示: a　b　c　d (1)图a为处于减数第一次分裂前期的细胞,含染色体4条,生殖细胞中含染色体2条,该细胞中有2个染色体组,每个染色体组有2条染色体。 (2)图b为处于减数第二次分裂前期的细胞,含染色体2条,生殖细胞中含染色体2条,该细胞中有1个染色体组,染色体组中有2条染色体。 (3)图c为处于减数第一次分裂后期的细胞,含染色体4条,生殖细胞中含染色体2条,该细胞中有2个染色体组,每个染色体组有2条染色体。 (4)图d为处于有丝分裂后期的细胞,含染色体8条,生殖细胞中含染色体2条,该细胞中有4个染色体组,每个染色体组有2条染色体。 6、同源多倍体产生配子的种类及比例。 (1)若同源四倍体的基因型为Aaaa,其中A对a为完全显性,则产生的配子类型及比例:Aa∶aa=1∶1。 (2)若同源四倍体的基因型为AAAa,其中A对a为完全显性,则产生的配子类型及比例:AA∶Aa=1∶1。 (3)若同源四倍体的基因型为AAaa,其中A对a为完全显性,则产生的配子类型及比例: AA∶Aa∶aa=1∶4∶1。 例题： 1．(2021·济南模拟)下列图示为细胞中所含染色体分布情况，有关叙述正确的是(　　) A．图a所示细胞含有2个染色体组，图b所示细胞含有3个染色体组 B．如果图b表示体细胞，则图b代表的生物一定是三倍体 C．如果图c代表由受精卵发育成的生物的体细胞，则该生物一定是二倍体 D．图d代表的生物一定是由卵细胞发育而成的，是单倍体 解析：选C　图a为处于有丝分裂后期的细胞，含有4个染色体组，图b所示细胞有同源染色体，含有3个染色体组。如果图b代表的生物是由配子发育而成的，则该生物是单倍体；如果图b代表的生物是由受精卵发育而成的，则该生物是三倍体。图c所示细胞中有同源染色体，含有2个染色体组，若是由受精卵发育而成的，则该细胞所代表的生物一定是二倍体。图d所示细胞中只含1个染色体组，该细胞所代表的生物一定是单倍体，可能是由雄配子或雌配子发育而成的。 2．下列是对a～h所示的生物体细胞图中各含有几个染色体组的叙述，正确的是(　　) A．细胞中含有一个染色体组的是h图，该个体是单倍体 B．细胞中含有两个染色体组的是g、e图，该个体是二倍体 C．细胞中含有三个染色体组的是a、b图，但该个体未必是三倍体 D．细胞中含有四个染色体组的是f、c图，该个体一定是四倍体 解析：选C　形态、大小各不相同的染色体组成一个染色体组。由此可知，a、b图含有三个染色体组，c、h图含有两个染色体组，d、g图含有一个染色体组，e、f图含四个染色体组。确认单倍体、二倍体、多倍体必须先看发育起点，若由配子发育而来，无论含几个染色体组均是单倍体；若由受精卵发育而来，有几个染色体组即为几倍体。 四、染色体数目变异的种类 1、 种类： ①非整倍数变异：细胞内个别染色体的增加或减少； ②整倍数变异：细胞内的染色体数以染色体组的形式成倍的增加或减少，改变后的染色体数目是染色体组的整数倍； 2、 单倍体 （1） 概念 ：单倍体指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。 注意：单倍体是针对生物个体的体细胞而言，不包括生殖细胞，也就是说，生殖细胞不是单倍体； （2）发育起点：配子； （3）植株特点：高度不育，植株矮小瘦弱，成活率低。 （4）形成原因： ①在自然条件下：由未受精的生殖细胞直接发育而来; ②在人为条件下：采用花药离体培养也能得到； 3、 二倍体和多倍体 （1）概念： ①二倍体：由受精发育而来的个体，体细胞中含有二个染色体组。如人、果蝇、玉米。 自然界中，几乎全部的动物和过半数的高等植物都是二倍体的； ②多倍体：由受精发育而来的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组。如香蕉三倍体、马铃薯四倍体。 （2）发育起点：受精卵； （3）方法技巧：单倍体与二倍体、多倍体的判定 (1)三者的主要区别在于是由什么发育而来的,单倍体由配子发育而来,与染色体组无关。单倍体一般含一个染色体组(二倍体生物产生的单倍体),也可以含两个、三个甚至更多个染色体组,如普通小麦产生的单倍体,就有三个染色体组。 (2)二倍体、多倍体由受精卵发育而来,与染色体组数相关。体细胞含有两个染色体组的个体叫二倍体,含有三个或三个以上的个体可以统称为多倍体。 （4）多倍体植株的特点：植株大多是茎杆粗壮，叶片和果实都比较大，所含糖类、蛋白质营养物质都较多。 但生长缓慢，成熟比较迟，结实率低。 （5）多倍体植株的形成原因： 注意： (1)关于“互换”问题。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”问题。DNA分子上若干基因的缺失属于染色体变异；DNA分子上若干碱基对的缺失，属于基因突变。 (3)关于变异的水平问题。基因突变、基因重组属于分子水平的变化，光学显微镜下观察不到；染色体变异属于亚细胞水平的变化，光学显微镜下可以观察到。 (4)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。 (5)单倍体并非都不育。二倍体的配子发育成的单倍体，表现为高度不育；多倍体的配子如含有偶数个染色体组，则发育成的单倍体含有同源染色体及等位基因，可育并能产生后代。 (6)含有一个染色体组或奇数个染色体组的生物一般是高度不育的，原因是没有同源染色体或同源染色体联会紊乱。 (7)通过细胞融合也可获得多倍体，如二倍体体细胞和配子细胞融合可得到三倍体。 (8）单倍体中不一定只含一个染色体组。单倍体可以分成两大类：一类是二倍体物种产生的单倍体；另一类是多倍体物种产生的单倍体。因此单倍体细胞中也可能含有同源染色体和等位基因。如基因型为AAaa的四倍体生物产生的单倍体基因型就有3种：AA、Aa和aa。 4、情境创设 下图中甲是某二倍体生物体细胞染色体模式图，乙、丙、丁是发生变异后的不同个体的体细胞中的染色体组成模式图，据图回答： (1)若果蝇的某细胞在减数分裂Ⅰ后期X染色体和Y染色体没有分离，最终形成的精子中含有的是不是一个染色体组？ 提示：不是。 (2)上图中乙所示个体减数分裂产生的配子种类及比例如何？ 提示：b∶B∶ab∶aB＝1∶1∶1∶1。 (3)“三体”是“三倍体”吗？ 提示：不是，三体是二倍体(含两个染色体组)，只是其中某形态的染色体“多出了一条”，其余染色体均为两两相同(如题图丙)；三倍体则是指由受精卵发育而来的体细胞中含三个染色体组的个体，其每种形态的染色体为“三三相同”(如题图丁)。 考点二 生物育种的原理及应用 1、杂交育种 (1)原理：基因重组。 (2)过程 ①培育杂合子品种 选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。 ②培育隐性纯合子品种 选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。 ③培育显性纯合子品种 a．植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。 b．动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。 (3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。 (4)缺点：不产生新的基因，不出现新的性状；获得新品种的周期长。 2、诱变育种 (1)原理：基因突变。 (2)过程 (3)优点 ①可以提高突变频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。 ②大幅度地改良某些性状。 (4) 缺点：有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。 3、单倍体育种 （1）指利用花药离体培养等方法诱导产生单倍体，并使其单一的染色体各自加倍成对，成为有活力、能正常结实的纯合体，从而选育出新的品种。 （2）原理：染色体（数目）变异 （3）单倍体育种的优点：此方法与杂交育种相比,大大的缩短了育种的年限,一般只需要2年时间。 （4）方法： 先利用花药离体培养，得到单倍体植株，后将其幼苗用一定浓度的秋水仙素溶液处理；注意：不一定是纯合体，如：Aa → AAaa; （5）过程： （6） 实例：用纯种的烟叶品种甲:叶多(A)窄叶（b)和纯种品种乙：叶少（a)阔叶（B），培育出叶多阔叶的烟草品种； 4、 多倍体育种 (1)原理：染色体数目变异。 (2)方法：用秋水仙素或低温处理。 (3)处理材料：萌发的种子或幼苗。 (4)过程： (5) 实例： ①三倍体无子西瓜 注意：(1)三倍体无子西瓜培育过程中两次传粉目的不同:①第一次传粉:杂交获得三倍体种子;②第二次传粉:刺激子房发育成果实。 (2)三倍体西瓜无子的原因:三倍体西瓜在减数分裂过程中,由于染色体联会紊乱,不能产生正常配子。 ②异源八倍体的小黑麦的培育: 5、育种方法的选择。 提醒：　(1)单倍体育种一般应用于二倍体植物,因为若为四倍体植物,通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。 (2)用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,属于单倍体育种;若操作对象为正常植株,叫多倍体育种,不能看到育种过程中存在“染色体数目加倍”现象就认为该育种方式是多倍体育种。 (3)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理,使染色体数目加倍。单倍体育种在幼苗期处理,多倍体育种在种子萌发期或幼苗期处理。 6、长句表达 （1）根据三倍体无子西瓜培育过程回答有关问题。 ①三倍体无子西瓜培育时将一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体西瓜的芽尖的原因是什么？ 提示：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纺锤体的形成，从而培育成四倍体西瓜植株。 ②三倍体无子西瓜培育过程中两次传粉目的有什么不同？ 提示：第一次传粉：杂交获得三倍体种子；第二次传粉：刺激子房发育成果实。 ③三倍体西瓜无子的原因是什么？ 提示：三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。 (2)诱变育种一般不用于动物，请分析原因。 提示：诱变育种具有不定向性和低频性，需要处理大量材料，且发生在动物体细胞中的突变难以遗传给后代。 6、情境创设：下图为生物育种程序图，据图回答有关问题。 (1)识别图解中各字母表示的处理方法:A:杂交,D:自交,B:花药离体培养,C:秋水仙素(低温)处理,E:诱变处理,F:秋水仙素(低温)处理,G:DNA重组技术,H:脱分化,I:再分化,J:包裹人工种皮。 (2)识别图中育种方法 ① “亲本新品种”为杂交育种。 ② “亲本新品种”为单倍体育种。 ③ “种子或幼苗新品种”为诱变育种。 ④“种子或幼苗新品种”为多倍体育种。 ⑤ “植物细胞新品种”为基因工程育种。 例题： 1.如图表示培育多种花色的某种植物的流程,下列叙述正确的是 (　　) A.培育粉红花N运用的遗传学原理是基因突变 B.用X射线照射深红花S的种子后即可获得粉红花M植株 C.白花N的自交后代不会发生性状分离,能稳定遗传 D.深红花S与白花N杂交,产生深红花植株的概率为 解析　培育粉红花N运用的遗传学原理是染色体结构变异,A项错误;由于基因突变具有不定向性,因此用X射线照射深红花S的种子后不一定能获得粉红花M植株,B项错误;白花N为纯合子,能稳定遗传,其自交后代不会发生性状分离,C项正确;深红花S与白花N杂交,产生深红花植株的概率为1,D项错误。 答案　C 2.育种与农作物和家禽家畜品种改良密切相关。下列叙述正确的是 (　　) A.利用野生资源是杂交育种的重要手段 B.杂交亲本间遗传差异越小,杂种优势越大 C.与单倍体育种相比,杂交育种周期显著缩短 D.诱变育种所依据的主要遗传学原理是基因的定向突变 解析　杂交亲本间遗传差异越大,杂种优势越大;单倍体育种可明显缩短育种周期;诱变育种依据的主要原理是基因突变,基因突变是不定向的。 答案　A 考点三 低温诱导植物染色体数目的变化 1.实验原理。 用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.实验步骤。 (1)步骤。 (2)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、实验中的试剂及其作用。 试剂 使用方法 作用 卡诺氏液 将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5~1 h 固定细胞形态 体积分数为95%的酒精 冲洗用卡诺氏液处理过的根尖 洗去卡诺氏液 与质量分数为15%的盐酸等体积混合,浸泡经过固定的根尖 解离根尖细胞 质量分数为15%的盐酸 与体积分数为95%的酒精等体积混合,作为解离液 解离根尖细胞 蒸馏水 浸泡解离后的根尖细胞约10 min 漂洗根尖,去掉解离液 甲紫溶液 把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3~5 min 使染色体着色 4、低温诱导染色体加倍实验与观察细胞有丝分裂实验的比较。 项目 低温诱导植物染色体数目的变化 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 培养 待洋葱长出1 cm左右不定根时,低温(4 ℃)培养 适宜温度下培养 固定 解离前用卡诺氏液进行固定,然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次 不用固定 1.下列有关“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验条件和试剂使用的叙述,不正确的一组是 (　　) ①低温:与“多倍体育种”中“秋水仙素”的作用机理相同 ②酒精:与在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”中的使用方法相同 ③卡诺氏液:与“探究酵母菌细胞呼吸的方式”中“NaOH溶液”的作用相同 ④甲紫溶液:与“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”中“醋酸洋红液”的使用目的相同 A.①②　　B.①④ C.②③　　D.③④ 解析　低温和秋水仙素都可抑制纺锤体的形成,①正确;“检测生物组织中的脂肪”的实验中酒精的作用是洗去浮色,在“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验中,使用酒精的目的是冲洗残留的卡诺氏液及酒精与盐酸混合用于解离根尖细胞,②错误;卡诺氏液用于固定细胞的形态,在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中,NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2,③错误;甲紫溶液和醋酸洋红液的使用目的都是使染色体着色,④正确。 答案　C 2.低温诱导植物(洋葱根尖)染色体数目变化的实验,下列相关叙述正确的是 (　　) A.在低倍镜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 B.洋葱根尖在冰箱的低温室内诱导48 h,可抑制细胞分裂中染色体的着丝粒分裂 C.用卡诺氏液固定细胞的形态,用苏丹Ⅲ染液对染色体染色 D.低温处理洋葱根尖分生组织细胞,作用的时期是细胞有丝分裂中期 解析　低温能抑制细胞有丝分裂前期纺锤体的形成,使细胞染色体数目加倍,又因为大多数细胞处于分裂间期,因此多数细胞的染色体数目未加倍,少数细胞的染色体数目加倍,所以在低倍镜视野中既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目加倍的细胞,A项正确,D项错误;低温能够抑制纺锤体的形成,但不影响着丝粒分裂,B项错误;染色体的染色使用甲紫溶液或醋酸洋红液等碱性染料,C项错误。 答案　A 第 2 页 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$