第5章 第2节 第2课时 低温诱导植物细胞染色体数目变化实验和染色体结构变异-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化 创新导学案word（人教版2019 单选版）

第2课时　低温诱导植物细胞染色体数目 变化实验和染色体结构变异 　　1.进行低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验。2.辨别不同类型的染色体结构变异。 知识点一　探究·实践　低温诱导植物细胞染色体数目的变化 1．实验目的 学习低温诱导植物细胞染色体数目变化的方法；理解低温诱导植物细胞染色体数目变化的作用机制。 2．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，植物细胞的染色体的数目发生变化。 3．实验材料用具 蒜或洋葱(均为二倍体，体细胞中的染色体数目为16)，培养皿，滤纸，纱布，烧杯，镊子，剪刀，显微镜，载玻片，盖玻片，冰箱，卡诺氏液，质量浓度为0.01 g/mL的甲紫(旧称龙胆紫)溶液，质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精。 4．实验步骤 (1)过程 (2)实验中几种溶液的作用 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%的盐酸溶液：与体积分数为95%的酒精1∶1混合，解离，使细胞分散开。 ④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，解离细胞。 5．实验结果 显微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。 知识点二　染色体结构的变异 1．类型 图解 变化 名称 举例 染色体的某一片段缺失引起变异 缺失 果蝇缺刻翅的形成 染色体中增加某一片段引起变异 重复 果蝇棒状眼的形成 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 易位 果蝇花斑眼的形成 染色体的某一片段位置颠倒引起变异 倒位 果蝇卷翅的形成 2.结果 (1)使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。 (2)大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有的甚至导致生物体死亡。 1.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。(课本P89) 练习1　(1)低温能够抑制分裂间期纺锤体的形成。(　　) (2)在诱导染色体数目变化方面，低温与秋水仙素诱导的原理相似。(　　) (3)秋水仙素能抑制纺锤体的形成，使着丝粒不能分裂，染色体数目加倍。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)× 2.染色体发生的结构变异主要有缺失、重复、易位、倒位4种类型。染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。(课本P90) 练习2　(1)染色体发生的结构变异会改变染色体上基因的排列顺序。(　　) (2)染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化。(　　) (3)易位只可以发生在同源染色体之间。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)× 重难一　“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验分析 实验的几点注意事项 (1)选材：材料应选用能进行分裂的分生组织细胞，否则不会出现染色体数目加倍的情况。 (2)温度不是越低越好：温度过低会对根尖细胞造成伤害，应选择适宜温度。 (3)并不是所有细胞中染色体数目均加倍：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。 (4)实验处理后细胞是死的而非活的。 (5)着丝粒分裂与纺锤体无关：着丝粒到有丝分裂后期即分裂，无纺锤丝牵引，着丝粒也分裂。 [例1]　某生物兴趣小组的同学将生长旺盛的大蒜不定根置于4 ℃的冰箱冷藏室中培养48～72 h后，剪取根尖制成临时装片，然后用显微镜观察细胞中染色体的分裂现象。下列叙述不正确的是(　　) A．实验原理是低温处理能阻断大蒜根尖细胞中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固定细胞形态 D．视野中只有少数细胞染色体数发生改变 解题分析：实验原理是低温处理能抑制大蒜根尖细胞中纺锤体的形成，A错误；视野中只有少数细胞染色体数发生改变，D正确。 答案：A [例2]　下列有关“低温诱导大蒜(2n＝16)根尖细胞染色体加倍”的实验，叙述不正确的是(　　) A．低温处理后的实验材料要先用卡诺氏液固定再用酒精冲洗 B．在显微镜视野内可能观察到染色体数为16、32和64的细胞 C．用高倍显微镜观察不到根尖细胞染色体加倍的过程 D．低温通过促进着丝粒分裂导致染色体数目加倍 解题分析：用卡诺氏液固定细胞形态后，要用体积分数为95%的酒精冲洗2次，A正确；染色体数目加倍前，大蒜(2n＝16)根尖细胞有丝分裂前、中期细胞内染色体数目为16条，后期着丝粒分裂，染色体数目加倍为32条，低温诱导大蒜(2n＝16)根尖细胞染色体数目加倍后，细胞中染色体数目为32条，有丝分裂后期时染色体数目为64，B正确；用卡诺氏液固定细胞形态时已经导致细胞死亡，因此用高倍显微镜观察不到某细胞染色体加倍的过程，C正确；低温通过抑制纺锤体形成导致染色体数目加倍，D错误。 答案：D 重难二　染色体结构变异类型分析 1．染色体易位与染色体互换的比较 项目 染色体易位 染色体互换 图解 区别 发生在非同源染色体之间 发生在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 2.染色体结构变异与基因突变的比较 项目 基因突变 染色体结构变异 变化实质 基因发生碱基的替换、缺失、增添 染色体上的基因片段缺失、重复、倒位及易位 对象 碱基 基因 结果 碱基排列顺序改变 基因数目或排列顺序改变 镜检 不可见 可见 3.通过联会的图像判断染色体变异类型 (1)可能发生了缺失或重复。 (2)可能发生了易位。 (3)可能发生了倒位。 [例3]　下列甲～丁图表示二倍体生物不同的变异类型，其中的字母表示染色体片段。下列叙述正确的是(　　) A．甲变异类型为基因重组，该过程只能发生在减数分裂过程中 B．乙变异类型中基因的种类、数量以及排列顺序均未发生改变 C．丙图所示时期为减数分裂Ⅰ前期，可代表染色体片段缺失或重复 D．丁图所示个体与正常个体杂交，子代中正常个体的概率约为1/4 解题分析：甲变异类型为易位，A错误；乙为倒位，基因的种类、数量没变，但是染色体上基因的排列顺序发生了改变，B错误；丙图为同源染色体配对图，多出一个环，可能是染色体片段缺失或重复导致，C正确；丁图所示个体为三体，产生的配子为1/2正常配子、1/2异常配子，与正常个体杂交，子代中正常个体的概率约为1/2，D错误。 答案：C [例4]　人类(2n＝46)14号与21号染色体二者的长臂在着丝粒处融合形成14/21平衡易位染色体，该染色体携带者具有正常的表型，但在产生生殖细胞的过程中会形成复杂的联会复合物(如图)，在进行减数分裂时，该联会复合物中任意配对的两条染色体分离时，另一条染色体随机移向细胞的任意一极。下列关于平衡易位染色体携带者的叙述，错误的是(　　) A．图中所示为染色体结构变异和染色体数目变异 B．观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞 C．女性携带者与正常男性婚配生出表现正常子女的概率为1/6 D．男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体 解题分析：根据题干信息可知，14/21平衡易位染色体是由14号和21号两条染色体融合成一条染色体，通过染色体易位和连接形成，发生了染色体结构变异和染色体数目变异，A正确；有丝分裂中期染色体形态稳定、数目清晰，故观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞，B正确；女性携带者的卵子可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)分别是：①含有14、21号染色体的正常卵细胞、②含有14/21平衡易位染色体的卵细胞、③含有14/21平衡易位染色体和21号染色体的卵细胞、④含有14号染色体的卵细胞、⑤14/21平衡易位染色体和14号染色体的卵细胞、⑥含有21号染色体的卵细胞。故女性携带者与正常男性婚配，当女性携带者的①②两种类型的卵细胞与精子受精后，子女表现均正常，即生出表现正常子女的概率为1/3，C错误；男性携带者含14号与21号染色体融合形成的14/21平衡易位染色体，所以其初级精母细胞含有45条染色体，D正确。 答案：C 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 题点 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 染色体结构变异 基因突变与染色体结构变异比较 变异类型判断 染色体结构变异 题号 8 9 10 11 12 13 难度 ★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★ 题点 染色体互换与染色体易位比较 细胞分裂与染色体变异 细胞分裂与染色体结构变异 染色体结构变异 染色体结构变异 变异类型判断 [基础对点] 知识点一　探究·实践　低温诱导植物细胞染色体数目变化 1.下列关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中各试剂及其作用的叙述，错误的是(　　) A．在该实验中先后两次用到酒精但使用目的不同 B．质量分数为15%的盐酸可用来配制解离液 C．甲紫溶液是碱性染料，可对染色体进行染色 D．清水的作用是洗去卡诺氏液和解离液 答案：D 解析：体积分数为95%的酒精在该实验中可以用于洗去卡诺氏液，也可以用于配制解离液，A正确；解离液由体积分数为95%的酒精和质量分数为15%的盐酸等体积混合而成，B正确；清水的作用是洗去解离液，防止解离过度，洗去卡诺氏液要用体积分数为95%的酒精，D错误。 2．关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”的实验(以洋葱为例)，下列叙述不正确的是(　　) A．观察到的细胞中处于分裂间期的细胞最多 B．在显微镜视野内可观察到二倍体细胞和四倍体细胞 C．在高倍显微镜下可以观察到细胞从二倍体变为四倍体的过程 D．在诱导染色体数目变化方面，低温处理与秋水仙素诱导的原理相似 答案：C 3．如图是某学生用二倍体植物(2N＝20)做低温诱导染色体加倍实验时，所拍摄的显微照片，下列说法正确的是(　　) A．该学生通过构建物理模型来研究低温诱导染色体加倍的过程 B．在图中N时期，一定有4个染色体组 C．低温发挥作用的时期是图中M所示的时期 D．低温处理与秋水仙素处理相比，具有操作简单、安全无毒等优点 答案：D 解析：图示为拍摄的显微照片，属于放大后的图像，故不属于物理模型，A错误；图中N时期为分裂中期图示，可能为诱导加倍前的细胞中期图(2个染色体组)，也可能为诱导加倍后的细胞中期图(4个染色体组)，故可能有2个或4个染色体组，B错误；低温抑制了纺锤体的形成，而纺锤体形成是在分裂前期，因此低温发挥作用的时期是分裂前期，而图中M所示的时期为分裂后期，C错误。 知识点二　染色体结构的变异 4.下列关于染色体结构变异的叙述中，错误的是(　　) A．外界因素可能提高染色体断裂的概率 B．染色体结构的改变，会使染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变 C．大多数染色体结构变异对生物体是有利的 D．用显微镜可以直接观察到染色体结构变异 答案：C 解析：大多数染色体结构变异对生物体是有害的，有的甚至会导致生物体死亡，C错误。 5．关于基因突变和染色体结构变异的叙述，正确的是(　　) A．基因突变都会导致染色体结构的变异 B．基因突变与染色体结构变异都一定会导致个体表型的改变 C．基因突变与染色体结构变异都会导致碱基序列的改变 D．基因突变与染色体结构变异通常都可用光学显微镜观察到 答案：C 解析：基因突变是基因中碱基的增添、缺失或重复，一般不会导致染色体结构的变异，A错误；基因突变不一定导致个体表型的改变，在光学显微镜下也观察不到，B、D错误。 6．如图为豌豆某条染色体部分基因的排布示意图。①②③④分别代表四个基因序列，最短的序列包括2000个碱基对。下列相关叙述正确的是(　　) A．如果①基因序列整体缺失，则最有可能发生了基因突变 B．如果在射线诱导下②与③发生了位置互换，则属于基因重组 C．②基因序列中的某个碱基发生替换，但未引起性状的改变，也属于基因突变 D．如果③基因序列中缺失了20个碱基对，则属于染色体结构变异 答案：C 解析：如果①基因序列整体缺失，最有可能发生了染色体结构变异，A错误；同一条染色体上的基因位置互换，属于染色体结构变异(倒位)，B错误；发生在基因内部的碱基排列顺序的改变都是基因突变，但由于密码子的简并性，基因突变不一定会引起生物性状的改变，C正确；基因内部碱基缺失属于基因突变，D错误。 7．某男孩的18号染色体中的一条染色体变成环状，环状染色体的形成如图所示。不考虑其他变异，下列说法错误的是(　　) A．该环状染色体可用显微镜进行观察 B．该男孩的染色体数目与正常人相同 C．染色体的环化必定伴随着基因突变 D．环状染色体可能由父方染色体形成 答案：C 解析：图示为18号染色体中的一条染色体变成环状，该过程中染色体末端有片段丢失，属于染色体结构变异，通过碱性染料染色可以在显微镜下观察到环状的染色体，A正确；图中只发生染色体结构变异，没有发生染色体数目变异，则该男孩的染色体数目与正常人相同，B正确；环状染色体的形成属于染色体结构变异，不一定伴随基因突变，C错误；环状染色体可能由来自父方或母方的染色体形成，D正确。 8．据图分析，下列关于染色体互换与染色体易位的叙述中，不正确的是(　　) A．图甲是染色体互换，图乙是染色体易位 B．染色体互换发生于同源染色体之间，染色体易位发生于非同源染色体之间 C．染色体互换属于基因重组，染色体易位属于染色体结构变异 D．染色体互换与染色体易位在显微镜下都观察不到 答案：D 解析：图甲中的变异发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于染色体互换，图乙中的染色体片段交换发生在非同源染色体之间，属于染色体易位，A、B正确；染色体互换发生在减数分裂Ⅰ前期，属于基因重组，染色体易位属于染色体结构变异，C正确；染色体互换在显微镜下观察不到，染色体易位能在显微镜下观察到，D错误。 [能力提升] 9．微核是染色体或缺少着丝粒的染色体片段在分裂过程中行动滞后，不能进入主核而形成的游离于细胞核之外的小核。我国科学家建立了一套蚕豆根尖微核测试系统，并首次用于监测水环境污染。下图是铅污染水体中蚕豆根尖细胞分裂部分时期图像，下列分析错误的是(　　) A．观察微核应选择处于分裂间期的细胞 B．根据微核的数目可判断发生变异的细胞数目 C．图乙和图丙细胞分裂过程中均发生了染色体变异 D．辐射和化学诱变剂均可能诱导微核的产生 答案：B 解析：有丝分裂的前期核膜逐渐消失，核仁逐渐解体，中期、后期时不能观察到细胞核，有丝分裂前的间期时间长，因此观察和计数微核的最佳时期应是细胞有丝分裂前的间期，A正确；根据微核的数目不能判断发生变异的细胞数目，只能根据有无微核判断细胞是否发生变异，B错误；结合题意分析图示可知，图乙中含有断裂的染色体片段，图丙中含有落后的染色体，所以图乙和图丙均发生了染色体变异，C正确；由题干和题图可知，铅污染造成了染色体片段的滞后继而造成微核的产生，而辐射和化学诱变剂均可以使染色体变异，进而造成微核的产生，D正确。 10．图中①、②和③为三个卵原细胞，①和②发生了染色体变异，③为正常细胞。②在减数分裂时三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，下列分析错误的是(　　) A．①在减数分裂Ⅰ前期两对同源染色体仍可联会 B．②经过减数分裂可产生染色体正常的卵细胞 C．③经一次减数分裂只能产生一种基因型的卵细胞 D．①的产生是同源染色体的非姐妹染色单体间片段互换的结果 答案：D 解析：分析图示，与③(正常细胞)相比，①中a、R所在的非同源染色体之间发生了片段的转移，属于染色体变异中的易位，但减数分裂Ⅰ前期两对同源染色体仍可联会，A正确，D错误；与正常细胞相比，②中多了一条含a基因的染色体，②在减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极，因此②经减数分裂形成的卵细胞可能含有两条染色体，也可能含有三条染色体，含两条染色体的为正常卵细胞，B正确；一个基因型为AaRr的卵原细胞经过一次减数分裂只能产生一个卵细胞，基因型可能为AR、aR、Ar或ar，C正确。 11．玉米(2N＝20)的第6号染色体上存在与植株颜色有关的一对等位基因A(决定紫色)和a(决定绿色)，基因型为Aa的玉米植株细胞中的一条染色体经诱变处理后发生如图所示的变化，并最终形成双着丝粒染色体，该染色体会在着丝粒间随机断裂，断裂形成的子染色体会分配到两个子细胞中，下列有关叙述错误的是(　　) A．该玉米植株的细胞经诱变处理后发生了染色体结构变异 B．双着丝粒染色体的形成和染色体的随机断裂均可能发生于有丝分裂后期 C．双着丝粒染色体会在着丝粒间随机断裂，导致产生的子细胞中染色体数目异常 D．由于双着丝粒染色体会在着丝粒间随机断裂，因此子细胞中会发生染色体片段的缺失还可能发生重复 答案：C 解析：由图可知，末端融合的姐妹染色单体在着丝粒分裂后形成双着丝粒染色体，而有丝分裂后期会发生着丝粒分裂，姐妹染色单体分开形成的子染色体移向细胞两极，因此双着丝粒染色体的形成和染色体的随机断裂均可能发生于有丝分裂后期，B正确；双着丝粒染色体会在着丝粒间随机断裂，断裂后形成两条染色体，不影响子细胞中染色体的数目，C错误；双着丝粒染色体在着丝粒间随机断裂过程中，会使子细胞中发生染色体片段的缺失(如缺少基因A所在片段)或重复(如基因A所在片段重复)，D正确。 12．果蝇的眼睛是复眼，即一个大眼睛由很多小眼睛组成。如果控制红眼(B＋)/白眼(b)基因所在的X染色体片段易位到果蝇的4号染色体某位置后，则该细胞中眼色基因不能表达，从而使基因型为XB＋Xb雌果蝇表现出“花斑眼”，即部分小眼表现为红眼，部分小眼表现为白眼。下列说法正确的是(　　) A．花斑眼果蝇的后代中雄性只可能是白眼果蝇 B．眼色基因片段易位的数量对“花斑眼”的表现无影响 C．表现为白眼的小眼是因为细胞B＋基因所在片段发生易位 D．未表现“花斑眼”的雌果蝇一定没有发生眼色基因所在染色体片段的易位 答案：C 解析：由于花斑眼雌果蝇的基因型为XB＋Xb，且部分小眼表现为红眼，所以花斑眼果蝇的后代中雄性可能是红眼，A错误；由于眼色基因片段易位到4号染色体某位置后，会使眼色基因不能表达，所以易位的数量对“花斑眼”的表现有影响，B错误；表现为白眼的小眼是因为细胞B＋基因所在片段发生易位，使眼色B＋基因不能表达，C正确；基因型为XB＋Xb的个体若只有b基因所在片段发生易位，不会表现“花斑眼”，D错误。 13．果蝇具有4对同源染色体，科学家发现红眼雄果蝇(XBY)和白眼雌果蝇(XbXb)杂交所产生的大量子一代中出现了一只白眼雌果蝇。有分析认为，该白眼雌果蝇出现的原因有三种：亲本果蝇在产生配子过程中发生了基因突变或染色体片段缺失，以及染色体数目异常(注：B和b基因都缺失时，胚胎致死；各类型配子活力相同。XXY的个体为雌果蝇，XO的个体为雄果蝇)。 (1)如果是染色体数目异常导致出现白眼雌果蝇，则该白眼雌果蝇的染色体数目是________。 (2)如果通过上述方法已经排除染色体数目异常，请设计通过一次杂交实验判断该白眼雌果蝇产生的原因。写出实验思路，并预测结果。 ①实验思路：____________________________________________________________________。 ②结果预测： Ⅰ.如果__________________，则为基因突变。 Ⅱ.如果__________________，则为染色体片段缺失。 答案：(1)9 (2)①让这只白眼雌果蝇与正常的雄果蝇交配，观察并记录子代中雌雄比例 ②Ⅰ.雌∶雄＝1∶1 Ⅱ.雌∶雄＝2∶1 解析：(1)红眼雄果蝇(XBY)和白眼雌果蝇(XbXb)杂交，F1基因型应该为XBXb、XbY，如果是染色体数目异常导致出现白眼雌果蝇，则该白眼雌果蝇的基因型为XbXbY，其染色体比正常体细胞多一条，即含有9条染色体。 (2)排除染色体数目变异的情况下，该白眼雌果蝇的基因型可能为XbXb(基因突变)或XOXb(染色体片段缺失)，要求通过一次杂交的方法来确定亲本果蝇在产生配子过程中发生了基因突变还是染色体片段缺失，则可以让这只白眼雌果蝇与正常的雄果蝇交配，观察并记录子代中雌雄比例。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$