5.2 染色体变异课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第2节 染色体变异 基因突变 分子水平的变异，光镜下不可见。 染色体变异 细胞水平的变异，光镜下可见。 基因重组 生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。 定 义 类 型 染色体变异 染色体结构变异 染色体数目变异 细胞内个别染色体增加或减少 细胞内染色体组成倍增加或成套减少 二倍体和多倍体 单 倍 体 一、染色体变异 3 果蝇 正常（8） 增加（8+1） 减少（8-1） 单体：2n-1 三体：2n+1 二、染色体数目的变异 （一）个别染色体的增加或减少 （2n=8） 个别染色体增加 21三体综合征（先天性愚型） 多了一条21号染色体 21三体综合征原因？ 3条21号染色体 精子 卵细胞 1条21号染色体 2条21号染色体 受精卵 + → + 1条21号染色体 2条21号染色体 3条21号染色体 母方减Ⅰ或减Ⅱ的问题 父方减Ⅰ或减Ⅱ的问题 6 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21三体综合征原因？ 减数分裂Ⅰ后期 减数分裂II后期 21号同源染色体未分离 姐妹染色单体分离后移向细胞的同一极 7 染色体数目成倍地增加或成套地减少 正常（8） 增加一套（12） 减少一套（4） 2n=8 3n=12 n=4 在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体。每套非同源染色体称为一个染色体组。 果蝇 1.染色体组： 野生马铃薯配子中染色体 两组 如果把配子中的染色体看作一组，野生马铃薯体细胞中有几组染色体？ （二）染色体数目成倍地增加或成套减少（以非同源染色体为基数） 一个染色体组的特点： ①不含同源染色体，不含等位基因。 ②所含的染色体大小、形态和功能各不相同，均为非同源染色体。 ③含有控制生物生长、发育、遗传和变异的全套遗传信息。 ④同种生物具有相同的染色体组，不同物种的染色体组不同。 1套 1套 =1个染色体组 =1个染色体组 例：雌雄果蝇体细胞的染色体图解 每一号染色体都有其特定的功能，所以染色体组中每一号染色体都要有一条，这样才能包含全套遗传信息！ 以人的染色体为例，人总共23对，46条，每号染色体都有其特定功能！ 感知“套” 所以染色体组中每一号染色体都要有一条，这样才能包含全套遗传信息！ 问题：假如给你一副牌（除去大小王），你会分成几组？ 感知“套” 2套 感知“套” 2套 感知“套” 方法一：根据形态判断 1个染色体组 1组3条染色体 3个染色体组 1组5条染色体 4个染色体组 1组2条染色体 4个染色体组 1组3条染色体 2.染色体组判断 细胞中同一形态的染色体有几条，则含有几个染色体组； 细胞中有几种形态的染色体，一个染色体组中就有几条染色体。 判断下图中分别有几个染色体组，每个染色体组有几条染色体？ 思考：分裂图染色体组数判断：判断下图中分别有几个染色体组？ 1 3 2个 2个 4个 2个 2个 2个 2个 1个 1个 方法二：根据基因型判断 YyRr AABBDD Aaa ABCD 2个染色体组 1组2条染色体 2个染色体组 1组3条染色体 3个染色体组 1组1条染色体 1个染色体组 1组4条染色体 同一英文字母（无论大小写）出现几次，就含有几个染色体组。 有几种字母出现，一个染色体组中就有几条染色体。 韭菜的体细胞中含有32条染色体，这32条染色体有8种形态结构，韭菜有（ ）个染色体组。 A 2 B 4 C 6 D 8 B 马铃薯体细胞中有4个染色体组，生殖细胞中有 个染色体组，体细胞有丝分裂后期有 个染色体组，减数分裂Ⅱ后期有 个染色体组。 2 8 4 补充：表示染色体数目n的系数即为染色体组的个数 练习巩固 染色体组和基因组的关系 二倍体生物，如果无性染色体，那么一个染色体组就等于该物种的基因组，即配子中的染色体既是染色体组又是基因组；如果有性染色体，那么一个染色体组不等于基因组，基因组等于一套非同源常染色体加两条性染色体，例如，人的基因组 22+X+Y，果蝇 3+X+Y。 练习与应用 4.填表比较豌豆、普通小麦、小黑麦的体细胞和配子中的染色体数目、染色体组数目，并且注明它们分别属于几倍体生物。 生物种类 豌豆 普通小麦 小黑麦 体细胞中的染色体数/条 配子中的染色体数/条 7 28 体细胞中的染色体组数 2 配子中的染色体组数 3 属于几倍体生物 八倍体 21 14 1 二倍体 六倍体 42 6 56 8 4 (1)二倍体 3.二倍体与多倍体 由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体。 几乎全部的动物和过半的高等植物都是二倍体。 (2)多倍体 由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 菊花 六倍体 葡萄 三/四倍体 四倍体番茄 例：四倍体葡萄的果实比二倍体的大得多；四倍体番茄的维生素C含量比二倍体的几乎增加了一倍。 普通小麦 六倍体 优点：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。 缺点：发育迟缓，结实率低。 二倍体与多倍体 多倍体在植物中广泛存在，而在动物中则较少见。 减数分裂Ⅰ后期出现错误 减数分裂Ⅱ后期出现错误 含有两个染色体组的异常配子 含有两个染色体组的异常配子 三倍体的形成的过程 减数分裂Ⅰ出现错误 异常配子 正常的配子 减数分裂Ⅱ出现错误 异常配子 正常的配子 三倍体形成原因：含有两个染色体组的异常配子与含有一个染色体组的正常配子结合发育成个体 三倍体的形成的过程 减数分裂出现错误 有丝分裂出现错误 ①两个含有两个染色体组的配子结合。 ②二倍体在胚或幼苗时期受某种因素影响，体细胞在进行有丝分裂时，染色体只复制未分离。 四倍体形成原因 四倍体可以通过减数分裂形成含有两个染色体组的配子。 三倍体因为原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，因此不能形成可育的配子。 香蕉、三倍体无子西瓜的果实中没有种子，原因就在于此。 多倍体的育性 偶数可育 奇数不可育 25 形成纺锤体 内外因素的影响下 不形成纺锤体 细胞分裂异常，导致子细胞染色体加倍 X X X X X X X X v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v 细胞分裂正常，染色体平均分配到两个子细胞中 多倍体形成的原因 温度、湿度等自然条件剧变，导致细胞分裂受阻，纺锤体的形成受到抑制，着丝粒分裂后，染色体不能拉向两极，细胞不能分裂为两个子细胞。 植物细胞进行有丝分裂时（染色体已完成复制） 多倍体细胞 （核内染色体加倍） 多倍体植物 正常分裂分化发育 （1）外因：温度等骤变是产生多倍体的主要诱因。 （2）内因：植物细胞分裂过程中，纺锤体的形成受抑制。 自然界多倍体植物产生的原因： 人工诱导多倍体 人工诱导多倍体—多倍体育种 （1）人工诱导多倍体的方法很多：目前最常用且最有效的方法是——用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。有时用低温诱导 （2）原理——秋水仙素（教材P88相关信息）的作用： 秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，导致着丝粒分裂后,染色体不能移向细胞的两级，从而导致细胞内染色体数目加倍。 ①秋水仙素作用的时期：有丝分裂前期。 ②在诱导染色体加倍时，秋水仙素对染色体的复制和着丝粒的分裂无影响。 ③使用方法：涂在萌发种子或幼苗 练习与应用 2.秋水仙素能诱导多倍体形成的原因是（ ） A.促进细胞融合 B.诱导染色体多次复制 C.促进染色单体分开，形成染色体 D.抑制细胞有丝分裂时纺锤体的形成 D 二倍体 秋水 仙素处理 四倍体 三倍体西瓜植株 多倍体育种—三倍体无子西瓜的培育 二倍体 自然 长成 二倍体 （父本） 一次传粉 （母本） 种子(三倍体) 1、为什么以一定浓度的秋水仙素滴在二倍体西瓜幼苗的芽尖？ 2、秋水仙素处理过芽尖之后，得到的四倍体植株，整个植株的所有细胞都是四个染色体组吗？ 6、 秋水仙素处理后，分生组织分裂产生的茎、叶、花的细胞中染色体数目加倍，变成四个染色体组；而未处理的如根部细胞中染色体数仍为两个染色体组。 芽尖细胞正在进行有丝分裂，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细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。 S z L w h S z L w h S z L w h 秋水仙素处理后，分生组织分裂产生的茎、叶、花的细胞中染色体数目加倍，变成四个染色体组；而未处理的如根部细胞中染色体数仍为两个染色体组。 30 二倍体 秋水 仙素处理 四倍体 三倍体西瓜植株 多倍体育种—三倍体无子西瓜的培育 二倍体 自然 长成 二倍体 （父本） 一次传粉 （母本） 种子(三倍体) 进行杂交得到三倍体种子 3、第一次传粉的目的是？ 4、四倍体植株结的西瓜，其瓜皮，瓜瓤，种皮，种子的胚分别含几个染色体组？ 瓜皮，瓜瓤，种皮都是直接由母本的细胞发育而来，都含4个染色体组； 胚由受精卵发育而来，含3个染色体组 只有胚由受精卵发育而来，含3个染色体组，其他都含4个。 S z L w h S z L w h S z L w h 31 二倍体 秋水 仙素处理 四倍体 三倍体西瓜植株 多倍体育种—三倍体无子西瓜的培育 二倍体 自然 长成 二倍体 （父本） 一次传粉 （母本） 种子(三倍体) 无子西瓜 二次传粉 二倍体 同源染色体联会紊乱 5、第二次传粉目的： 提供生长素刺激子房发育成果实 6、获取三倍体种子是在第几年什么植株上？获取无子果实是在第几年什么植株上？ 第一年四倍体植株上、 第二年三倍体植株上 第一年 第二年 7、三倍体西瓜为什么没有种子？ 真的一颗都没有吗？ 同源染色体联会紊乱，一般情况下不能形成配子，也有可能形成正常的配子。 8、每年都要制种，很麻烦，有没有别的替代方法？ 三倍体植株细胞进行植物组织培养 无性繁殖 理论上三倍体Aaa产生配子的种类及比例： A：aa：Aa：a=1：1：2：2 S z L w h S z L w h S z L w h 四倍体植株上结的四倍体西瓜含有三倍体种子（有子西瓜）。三倍体植株结的西瓜是无子西瓜。由于三倍体原始生殖细胞中有3套非同源染色体，减数分裂时会出现联会紊乱，不能形成可育的配子。 32 ⑤举例：三倍体无籽西瓜的培育 ③优点： 操作简便、易行 ②原理： 染色体数目变异 有丝分裂 秋水仙素 抑制纺锤体形成 细胞内染色体 数目加倍 多倍体植株 发育 ① 过程： ④缺点：适用于植物，动物难开展。 多倍体育种：总结 无子西瓜的培育 34 1. 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，于是植物细胞中的染色体数目发生变化。 【探究·实践】低温诱导植物细胞染色体数目的变化 解离→____→_____→制片 剪取0.5-1cm根尖→_________浸泡0.5~1h→ 用体积分数为___________冲洗2次。 培养不定根 低温诱导 卡诺氏液 95%的酒精 漂洗 染色 视野中大多数是正常的二倍体细胞，少部分是染色体数目加倍的细胞 先低倍镜 再高倍镜 将1cm长的不定根→冰箱(4℃)→ 培养48~72h→室温再培养12h以上 培养诱导 固定 制作装片 观察 2. 实验步骤 试剂 使用方法 作用 卡诺氏液 体积分数为 95%的酒精 质量分数为 15%的盐酸 蒸馏水 甲紫溶液 将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h 冲洗用卡诺氏液处理的根尖 与质量分数为15%的盐酸等体积混合，作为解离液 浸泡解离后的根尖约10 min 把漂洗过的根尖放进盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3～5 min 固定细胞形态 洗去卡诺氏液 漂洗根尖，洗去解离液 使染色体着色 解离根尖细胞， 使细胞分离 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 核心探讨 1.本实验是否温度越低效果越显著？为什么？ 提示　不是；必须为“适当低温”，以防止温度过低对根尖细胞造成伤害。 2.观察时是否所有细胞中染色体均已加倍？为什么？ 提示　不是；只有少部分细胞实现“染色体加倍”，大部分细胞仍为 二倍体分裂状况。 2.低温诱导染色体数目加倍实验中的理解误区 (1)显微镜下观察到的是死细胞，而不是活细胞：植物细胞经卡诺氏液固定后死亡。 (2)选择材料不能随意：误将低温处理“分生组织细胞”等同于“任何细胞”。因为染色体数目变化发生在细胞分裂时，处理其他细胞可能不会出现染色体加倍的情况。 (3)低温处理的理解误区：误认为低温处理时间越长越好。低温处理的目的只是抑制纺锤体形成，使染色体不能被拉向两极。如果低温持续时间过长，会影响细胞的各项功能，甚至死亡。 (4)着丝粒分裂不是纺锤丝牵引的结果：误将“抑制纺锤体形成”等同于“着丝粒不分裂”。着丝粒是自动分裂，不需要纺锤丝牵引。纺锤丝牵引的作用是将染色体拉向两极。 38 2.低温诱导染色体数目加倍实验中的理解误区 (1)显微镜下观察到的是死细胞，而不是活细胞：植物细胞经卡诺氏液固定后死亡。 (2)选择材料不能随意：误将低温处理“分生组织细胞”等同于“任何细胞”。因为染色体数目变化发生在细胞分裂时，处理其他细胞可能不会出现染色体加倍的情况。 (3)低温处理的理解误区：误认为低温处理时间越长越好。低温处理的目的只是抑制纺锤体形成，使染色体不能被拉向两极。如果低温持续时间过长，会影响细胞的各项功能，甚至死亡。 (4)着丝粒分裂不是纺锤丝牵引的结果：误将“抑制纺锤体形成”等同于“着丝粒不分裂”。着丝粒是自动分裂，不需要纺锤丝牵引。纺锤丝牵引的作用是将染色体拉向两极。 (1)低温诱导时温度越低效果越显著(　　) (2)用显微镜观察时发现所有细胞中染色体均已加倍(　　) (3)低温处理和利用秋水仙素处理材料的原理是相同的(　　) (4)固定细胞后所用的冲洗试剂与解离后所用的漂洗试剂是一样的(　　) (5)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(　　) 判断 实验注意事项 41 蜜蜂雄蜂和蜂王体细胞中染色体数相同吗 2N=32 N=16 2N=32 蜂王 雄蜂 工蜂 精子 卵细胞 受精卵 蜂王 工蜂 雄蜂 单倍体 2N=32 N=16 2N=32 像蜜蜂的雄蜂这样，由配子直接发育而成，体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。 ①由受精卵发育来的个体，细胞中含有几个染色体组，就叫几倍体； ②而由配子直接发育来的,不管含有几个染色体，都只能叫单倍体 。 总结 含有两个染色体组的是否都是二倍体？ 思考：单倍体是否都只有一个染色体组？ 4、单倍体 特点 植株长得弱小 一般高度不育 含偶数个染色体组：可育 含奇数个染色体组：高度不育 5.在二倍体的高等植物中，偶然会长出一 些植株弱小的单倍体。 这些单倍体一般不能通过有性生殖繁殖后代。单倍体是如何形成的？ 为什么不能繁殖后代？ 可能原因是，二倍体植株经减数分裂形成配子后，一些配子可以在离体条件下发育成单倍体。这些单倍体一般不能通过有性生殖繁殖后代，是因为它们的体细胞中只含有一个染色体组，减数分裂时没有同源染色体的联会，就会造成染色体分别移向细胞两极时的紊乱，不能形成正常的配子，因此，就不能繁殖后代。 44 单倍体育种 花药(或花粉）离体培养 二倍体植株 花药离体培养 单倍体幼苗 秋水仙素处理 恢复二倍体植株 （1）原理： 染色体数目变异 （2）方法： 与社会的联系 （P.89） （3）过程： 花药离体培养 P F1 配子 DDTT DDtt ddTT ddtt 正常植株（纯合） 秋水仙素 单倍体育种 P 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt F1 高杆抗病 DdTt F2 D_T_ D_tt ddT_ ddtt ddTT 杂交育种 矮抗 ⊗ 需要的纯合矮抗品种 连续⊗ 第1年 第2年 第3-6年 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt 高杆抗病 DdTt DT Dt dT dt 单倍体植株 第1年 第2年 DT Dt dT dt 需要的纯合矮抗品种 （4）优点： 明显缩短育种年限，所得个体均为纯合子 单倍体、二倍体和多倍体总结 项目 二倍体 多倍体 单倍体 概念 发育起点 染色体组的数目 性状表现 由受精卵发育而成，体细胞中含有2个染色体组的个体 由受精卵发育而成，体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体 由配子发育而来，体细胞的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体 受精卵 受精卵 未受精的配子 2个 3个或3个以上 不确定（是正常体细胞染色体组数目一半） 正常 茎秆粗壮，叶片、果实、种子较大，营养丰富，但发育迟缓，结实率低 植株矮小，且一般高度不育（雄蜂可育） 染色体的某一片段消失 a b c d e f 1.缺失 实例：果蝇缺刻翅的形成 人类猫叫综合征 5号染色体部分片段缺失 三、染色体结构的变异 (基因数目减少) 5号染色体缺失 猫叫综合症 染色体增加了某一片段 a b c d e f b 2.重复 棒状眼 正常眼 实例：果蝇棒状眼的形成 (基因数目增加) a b c d e f g h i j k 染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上 3.易位 正常眼 花斑眼 实例：果蝇花斑眼的形成 人慢性粒细胞白血病 （非等位基因的重排） 比较染色体易位与染色体互换 图解 区别 位置 原理 观察 发生于非同源染色之间 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间 染色体结构变异 基因重组 可在显微镜下观察到 在显微镜下观察不到 染色体易位 染色体互换 大本P.96 下图①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。据此分析： 深化探究 1.图①和图②的变异分别发生在哪种染色体之间？属于哪类变异？ 提示　图①发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组； 图②发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异中的易位。 2.图②和图③相比，二者对染色体上基因的数目或排列顺序的影响有什么不同？ 提示　图②是易位，排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变；图③是基因突变，只是改变基因的结构，不改变染色体上的基因的数目或排列顺序。 3.能确定图④中的变异具体属于哪种染色体结构变异吗？ 提示　不能。若染色体3正常，染色体4则发生染色体结构变异中的缺失；若染色体4正常，染色体3则发生染色体结构变异中的重复。 c d e f a b a f b c d e 染色体的某一片段位置颠倒引起的变异 4.倒位 c d e f a b a f b c d e 染色体的某一片段位置颠倒引起的变异 4.倒位 正常翅 卷翅 实例：果蝇卷翅的形成 女性9号染色体倒位后造成习惯性流产 （染色体上的基因位置颠倒） 染色体结构上的缺失、重复、易位和倒位 染色体上的基因数量、排列顺序的改变 生物性状的改变（变异） 大多数染色体结构变异对生物体是不利的，甚至导致生物体死亡。 影响 结果 　1.下图为显微镜观察的变异杂合子染色体联会异常现象，通过图示 辨析染色体结构变异的类型。 缺失 重复 易位 倒位 2.上述变异类型中，_____和_____改变了染色体上基因的数量，_____ 和_____改变了基因在染色体上的_________。 缺失 重复 易位 倒位 排列顺序 辨析染色体结构变异的类型 大本P.95 课堂小结 类别 基因突变 基因重组 染色体变异 适用范围 类型 发生时期 结果 光学显微镜观察 意义 育种中的应用 所有生物（包括病毒） 自然状态下，发生在真核生物的有性生殖过程中 真核生物 诱发突变、自发突变或（显性突变、隐性突变） 交叉互换型、自由组合型（基因工程、转化实验） 染色体结构变异、染色体数目变异 任何时期，主要发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 减数第一次分裂前期、减数第一次分裂后期 任何时期，主要发生在细胞分裂时 引起基因碱基序列的改变（产生了新基因） 产生了新基因型和性状组成、不能产生新的基因和性状 使排列在染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，不产生新的基因， 不能观察到，属于分子水平 不能观察到，属于分子水平 能观察到，属于细胞水平 新基因产生的途径； 生物变异的根本来源； 为生物的进化提供了丰富的原材料； 生物变异的来源之一，对生物进化具有重要的意义 诱变育种 杂交育种 单倍体育种、多倍体育种 三种可遗传变异比较表 生物变异的来源之一，对生物进化具有重要的意义 练习与应用(P91 ) 一、概念检测 1.判断下列表述正确的是： （1）只有生殖细胞中的染色体数目或结构的变化才属于染色体变异。 （2）体细胞中含有两个染色体组的个体就是二倍体。 （3）用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体。 × × × S z L w h S z L w h S z L w h 2．慢性髓细胞性白血病是一种恶性疾病，患者骨髓内会出现大量恶性增殖的白细胞。该病是由于9号染色体和22号染色体互换片段所导致。这种变异属于(　　) A. 基因突变 B. 基因重组 C. 染色体结构变异 D. 染色体数目变异 练习与应用(P91 ) S z L w h S z L w h S z L w h FormatFactory : www.pcfreetime.com $$