5.2染色体变异课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

第2节　染色体变异 课标定位 1.染色体变异 概述染色体变异的概念;分析具体实例,概述染色体变异的类型及其在育种上的应用。 2.低温诱导植物细胞染色体数目的变化 学会低温诱导植物细胞染色体数目变化的方法;阐明低温诱导植物细胞染色体数目变化的作用机制。 素养阐释 1.通过归纳与概括,比较染色体数目变异与染色体结构变异的区别。 2.通过探究低温诱导染色体数目加倍的实验,阐释低温引起可遗传变异的机制,培养科学探究能力。 3.认同染色体变异的原理,形成进化与适应的观点。 自主预习·新知导学 合作探究·释疑解惑 素 养 提 升 课 堂 小 结 自主预习·新知导学 一、染色体变异的概念 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。 二、 染色体数目的变异 1.类型 (1)细胞内个别染色体的增加或减少。 (2)细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。 2.二倍体和多倍体 (1)染色体组:细胞中的一套非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同。 (2)二倍体和多倍体概念辨析 (3)多倍体的特点: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。 (4)诱导多倍体的方法和原理 ①方法:用秋水仙素诱发或低温处理。 ②原理:秋水仙素和低温都能抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞的两极,从而引起细胞内染色体数目加倍。 【思考】 三倍体能不能产生可育的配子?为什么? 提示:不能。三倍体的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。 3.单倍体 (1)概念: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。 (2)特点:植株长得弱小,而且高度不育。 (3)应用:单倍体育种。 ①过程 ②优点:明显缩短育种年限。 【思考】 含有两个染色体组的个体是否就是二倍体? 提示:不一定。如果某个体是四倍体,则由该个体的配子发育而来的个体,其体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同,应为单倍体。 三、染色体结构的变异 1.类型(连线)。 2.结果: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。 3.对生物体的影响:大多数染色体结构变异对生物体是不利的,有的甚至会导致生物体死亡。 【预习检测】 1.判断正误。 (1)猫叫综合征是由5号染色体部分片段重复引起的。(　　) (2)三倍体不能由受精卵发育而来,且同源染色体不能联会。 (　　) (3)染色体易位不改变基因的数量,对生物体的性状不会产生影响。(　　) (4)染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加。(　　) (5)单倍体体细胞中不一定只含有一个染色体组。(　　) × × × × √ (6)果蝇花斑眼形成的原因是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。(　　) √ 2.下列情况属于染色体变异的是(　　) ①21三体综合征患者体细胞中有3条21号染色体　 ②非同源染色体之间发生了互换　 ③染色体数目增加或减少　 ④花药离体培养后长成的植株　 ⑤非同源染色体之间自由组合　 ⑥染色体上的基因中碱基的增添、缺失或替换 A.②④⑤⑥　　 B.①③④⑤ C.②③④⑤ D.①②③④ 答案:D 解析:①21三体综合征患者体细胞中有3条21号染色体,属于染色体数目变异;②非同源染色体之间的互换属于染色体结构变异中的易位;③染色体数目增加或减少包括个别染色体的增加或减少和以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少;④花药离体培养获得的植株的体细胞中染色体数目减半,属于单倍体,原理是染色体数目变异;⑤在减数分裂Ⅰ的后期,非同源染色体之间的自由组合属于基因重组;⑥染色体上的基因中碱基的增添、缺失或替换属于基因突变。 3.已知某二倍体生物的体细胞中含有8条染色体,则下列可表示该生物一个染色体组的是(　　) A.①②　 B.③④ C.①③ D.②④ 答案:C 解析:由于该生物是二倍体生物,且体细胞中含有8条染色体,所以每个染色体组中含有4条染色体,且一定不含有同源染色体,①③均满足上述条件。 合作探究·释疑解惑 知识点一 知识点二 知识点三 染色体数目的变异 问题引领 1.下图为甲生物体细胞内染色体的示意图,乙生物的基因型为AaaaBBbb。甲、乙生物体细胞内分别有几个染色体组?判断依据是什么?   甲 提示:甲生物体细胞内有4个染色体组,因为细胞内同一种形态的染色体有4条;乙生物体细胞中有4个染色体组,因为在乙的基因型中,控制同一性状的基因出现了4次。 2.体细胞中有1个染色体组的个体是否一定是单倍体?单倍体的体细胞中可能含有2个染色体组吗? 提示:体细胞中有1个染色体组的个体一定是单倍体。单倍体细胞中也可能含有2个染色体组,例如,由四倍体的花粉培育成的单倍体中就含有2个染色体组。 3.下图表示2种育种方式,请据图回答下列问题。 (1)图甲和图乙分别表示哪种育种方式?它们的育种原理是否相同? 提示:图甲表示的是单倍体育种,图乙表示的是多倍体育种。它们的育种原理相同,都是染色体数目变异。 (2)图乙中获得无子西瓜至少需要几年?图中有2次传粉过程,它们的目的分别是什么? 提示:2年。第1次传粉的目的是得到三倍体种子,第2次传粉是为了刺激三倍体的子房发育成果实。 (3)体细胞中有1个染色体组或3个染色体组的个体都是不育的,其原因分别是什么? 提示:体细胞中只有1个染色体组的个体,进行减数分裂时无法联会,所以不能完成减数分裂,导致不能形成正常可育的配子;体细胞中有3个染色体组的个体,减数分裂过程中联会紊乱,不能形成可育的配子。 归纳提升 1.染色体组数目的判断方法 (1)同一形态的染色体有几条就有几个染色体组。下图细胞中有4个染色体组。 (2)控制同一性状的等位基因有几个就有几个染色体组。如基因型为AAabbb的个体体细胞中有3个染色体组。 (3)染色体组的数目=染色体数/染色体形态数,如上图细胞中的染色体组的数目为8/2=4(个)。 2.单倍体、二倍体和多倍体的判断方法 (1)如果生物体由受精卵发育而成,体细胞中含有几个染色体组,该生物就称为几倍体。 (2)如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成的,无论体细胞中含有几个染色体组,都称为单倍体。 3.单倍体育种和多倍体育种的比较 易错提醒 无子西瓜培育过程中的4个易错点 (1)2次传粉 ①第1次传粉是为了进行杂交获得三倍体种子。 ②第2次传粉是为了刺激三倍体的子房发育成果实。 (2)秋水仙素处理后,新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍,有4个染色体组,而未处理的根细胞中仍只有2个染色体组。 (3)四倍体植株上结的西瓜,种皮和瓜瓤有4个染色体组,而种子的胚有3个染色体组。 (4)三倍体西瓜无子的原因:三倍体西瓜的原始生殖细胞在减数分裂过程中,由于染色体联会紊乱,不能产生正常配子。 典型例题 下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述,错误的是 (　　) A.1个染色体组中不含同源染色体 B.体细胞中含有2个染色体组的个体叫二倍体 C.单倍体生物体细胞中不一定只含有1个染色体组 D.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 答案:D 解析:人工诱导多倍体的方法很多,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。染色体组是一组非同源染色体,单倍体生物体细胞中不一定只含有1个染色体组,如四倍体生物的配子发育成的单倍体个体的体细胞中含有2个染色体组。 【变式训练】 1.下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 答案:C 解析:秋水仙素抑制纺锤体的形成,纺锤体的形成发生在有丝分裂的前期。四倍体植株上所结的西瓜,其果皮是由子房壁发育而成的,来自母本,应含有4个染色体组。三倍体西瓜不能产生正常配子,所以无子西瓜不能形成受精卵,而种子的种皮来自母本,所以有种皮,没有胚。由于植株的地下部分没有经秋水仙素处理,四倍体西瓜的根细胞中仍含有2个染色体组。 2.下图中字母代表正常细胞中所含有的基因,下列说法正确的是(　　)   A.③为多倍体,通常茎秆粗壮,籽粒较大 B.④为单倍体,通常植株长得弱小,籽粒较小 C.若①和②杂交,后代基因型分离比为1∶5∶5∶1 D.①②③④细胞所代表的个体分别是四倍体、二倍体、三倍体和单倍体 答案:C 解析:如果①②③是由受精卵发育而成的个体内的正常细胞,则①②③细胞所代表的个体分别是四倍体、二倍体和三倍体;如果①②③是由配子发育而来的个体内的正常细胞,则①②③细胞所代表的个体都为单倍体。③含3个染色体组,减数分裂过程中联会紊乱,不能产生正常配子,不能结出籽粒。④为单倍体,通常植株长得弱小,高度不育,所以没有籽粒。①(AAaa)经减数分裂可产生3种配子,其基因型及比例为AA∶Aa∶aa=1∶4∶1,②(Aa)经减数分裂可产生2种配子,其基因型及比例为A∶a=1∶1,因此,它们杂交所得后代的基因型及比例为AAA∶AAa∶Aaa∶aaa=1∶5∶5∶1。 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 问题引领 1.实验中低温处理能诱导染色体数目加倍,其原理是什么? 提示:用低温处理植物的分生组织细胞,低温能够抑制纺锤体的形成,以致影响细胞有丝分裂过程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加倍。 2.完善下列实验操作流程。 4 卡诺氏液 95% 漂洗 染色 3.待蒜长出不定根时,为何要将整个装置放入冰箱内低温处理长达48~72 h?是否温度越低效果越显著? 提示:如果低温诱导蒜的根尖时间过短,细胞无法完成一个细胞周期,可能导致观察不到染色体数目加倍的细胞。并不是温度越低效果越显著,必须为“适当低温”,以防止温度过低对根尖细胞造成伤害。 4.观察时,是否所有细胞中的染色体数目均已加倍? 提示:不是,只有少部分细胞实现染色体数目加倍。 归纳提升 1.实验选材 (1)选材:必须选用能够进行正常有丝分裂的分生组织。 (2)原因:不分裂的细胞中染色体不复制,不会出现染色体数目加倍的情况。 2.实验中的主要试剂及其作用 典型例题 用质量分数为2%的秋水仙素处理植物分生组织5~6 h,能够诱导细胞内染色体数目加倍。某生物小组为了探究用一定时间的低温(如4 ℃)处理水培的洋葱根尖是否也能诱导细胞内染色体数目加倍,进行了相关实验设计。下列关于该实验的叙述,错误的是(　　) A.本实验的假设是用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖能够诱导细胞内染色体数目加倍 B.本实验可以在显微镜下观察和比较经过不同处理后根尖细胞内的染色体数目 C.本实验需要制作根尖细胞的临时装片,制作步骤是解离→漂洗→染色→制片 D.本实验可以在一个细胞中看到一个完整的染色体数目加倍的过程 答案:D 解析:该实验观察细胞的操作与观察根尖细胞的有丝分裂相似。由于在装片制作过程中解离液已经将细胞杀死,所以用显微镜观察时,在一个细胞中看不到一个完整的染色体数目加倍的过程。 【变式训练】 1.下列有关“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的叙述,正确的是(　　) A.甲紫溶液的作用是固定和染色 B.低温诱导能抑制细胞分裂时纺锤体的形成 C.固定和解离后的漂洗液都是体积分数为95%的酒精 D.该实验的目的是了解纺锤体的结构 答案:B 解析:甲紫溶液的作用是使染色体着色,固定细胞形态的试剂是卡诺氏液。固定后用体积分数为95%的酒精溶液冲洗,而解离后用清水漂洗。实验的主要目的是理解低温诱导植物细胞染色体数目变化的作用机制。 2.将洋葱(2n=16)放在装满清水的广口瓶上,让洋葱底部接触水面。待洋葱长出约1 cm长的不定根时,将整个装置放入4 ℃环境中继续培养48 h,然后取根尖制作成临时装片,在显微镜下观察。下列与此相关的叙述,正确的是(　　) A.卡诺氏液的作用是使洋葱根尖的组织细胞相互分离开来 B.显微镜视野中可以观察到含16条、32条或64条染色体的细胞 C.显微镜视野中可以观察到四分体和同源染色体分离现象 D.4 ℃的低温通过抑制着丝粒的分裂使细胞染色体数目加倍 答案:B 解析:卡诺氏液的作用是固定细胞形态,解离液的作用是使组织细胞相互分离开来。由于低温诱导,有的细胞中染色体数目加倍,有的仍为正常二倍体细胞,没有加倍的细胞中的染色体数目在有丝分裂后期为32条,加倍后细胞中的染色体数目为32条,加倍后细胞中的染色体数目在有丝分裂后期为64条,而正常细胞中的染色体数目为16条。同源染色体联会形成四分体及同源染色体分离是减数分裂Ⅰ的特征,有丝分裂过程中没有此现象。低温抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成,无纺锤体的牵引,染色体无法向两极移动而保留在一个细胞中,从而使染色体数目加倍。 染色体结构的变异 问题引领 观察下列甲、乙、丙三幅图,请分析并回答下列问题。 (1)图甲、图乙均发生了某些片段的交换,其交换对象分别是什么?它们属于何种类型的变异? 提示:图甲发生了非同源染色体间片段的交换,图乙发生的是同源染色体的非姐妹染色单体间相应片段的交换,前者属于染色体结构变异中的易位,后者则属于互换型基因重组。 (2)图丙①~④分别属于何种类型的变异?哪些是由染色体变异引起的?能在光学显微镜下观察到的是哪几个? 提示:图丙中,①是染色体片段的缺失,②是染色体片段的易位,③是基因突变,④是染色体中片段的倒位。①②④均属于染色体变异,可在光学显微镜下观察到;③属于基因突变,不能在显微镜下观察到。 (3)图丙中②和③相比,二者发生的变异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:②是易位,会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变;③是基因突变,只是改变基因的结构,不改变染色体上基因的数目或排列顺序。 归纳提升 1.从4个方面区分3种变异 (1)“互换”方面: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)“缺失”方面:DNA分子上若干基因的缺失属于染色体结构变异中的缺失;DNA分子的基因片段中若干碱基的缺失,属于基因突变。 (3)变异的水平方面:基因突变、基因重组属于分子水平的变化,在光学显微镜下观察不到;染色体变异属于细胞水平的变化,在光学显微镜下可以观察到。 (4)变异的“质”和“量”方面: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;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。 2.易位与互换的区别 典型例题 下图中,甲、乙分别表示2种果蝇的一个染色体组,丙表示果蝇的X染色体上携带的部分基因及其变异。下列有关叙述正确的是(　　) A.甲、乙杂交产生的F1能正常进行减数分裂 B.甲、乙果蝇的细胞中1号染色体上的基因排列顺序相同 C.丙中的①过程可能是发生在X染色体和Y染色体的非姐妹染色单体之间的易位 D.丙中①②所示变异都可归类于染色体结构变异 答案:D 解析:与甲相比,乙中的1号染色体发生了倒位,所以甲、乙杂交产生的F1的初级性母细胞中1号染色体不能正常联会,F1不能正常进行减数分裂。因为乙中的1号染色体发生了倒位,所以甲、乙的1号染色体上的基因排列顺序不完全相同。丙中的①过程,基因的位置发生颠倒,属于倒位,丙中的②过程,染色体片段发生改变,属于易位,①②都属于染色体结构变异。 【变式训练】 1.下图表示的是某种生物体细胞中的染色体及部分基因,下列选项中不属于染色体变异的是(　　) 答案:C 解析:A项中基因a、b、c所在的染色体和基因G、H所在的染色体之间发生了片段互换,这两条染色体为非同源染色体,该变异属于染色体结构变异中的易位。B项中的染色体应该是基因f、g、h所在的染色体缺失了基因h所在的片段,属于染色体结构变异中的缺失。C项中基因D应该是由基因A、B、C、d、e所在染色体中的基因d突变形成的,属于基因突变。D项中基因B、A、C、d、e应该是由基因A、B、C、d、e所在的染色体部分片段发生了颠倒形成的,属于染色体结构变异中的倒位。 2.下图①②③④分别表示不同的变异类型,a、a'基因仅有图③所示片段的差异。下列相关叙述正确的是(　　)   A.图中4种变异中能够遗传的变异是①②④ B.③中的变异属于染色体结构变异中的缺失 C.④中的变异可能是染色体结构变异中的缺失或重复 D.①②都表示同源染色体非姐妹染色单体的互换,都发生在减数分裂Ⅰ的前期 答案:C 解析:①表示同源染色体的非姐妹染色单体间的互换(发生在减数分裂Ⅰ的前期),属于基因重组;②表示非同源染色体互换片段,属于染色体结构变异;③表示基因突变,是由碱基的增添或缺失引起的;④表示染色体结构变异中的缺失或重复。可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异。 素 养 提 升 判断基因位置的实验探究题的解题思路 审题干,获取信息,明确实验目的;根据题干信息,作出假设;选取合适的杂交组合,按照假设的各种类型,写出杂交遗传图解;根据不同杂交组合的结果,确定基因的位置。 番茄是二倍体植物。某种三体番茄植株的体细胞内,6号染色体的同源染色体有3条。原始生殖细胞进行减数分裂过程中,染色体联会时,3条同源染色体中的任意2条随机配对,联会形成一个二价体,另1条同源染色体不能配对,形成一个单价体。减数分裂Ⅰ的后期,组成二价体的同源染色体正常分离,组成单价体的1条染色体随机地移向细胞的任何一极,而其他染色体正常配对、分离。请回答问题。 (1)从变异类型的角度分析,三体的形成属于　　　　　。 (2)若三体番茄的基因型为AABBb,则其产生的花粉的基因型及其比例为　　　　　　　　,其根尖分生区细胞连续分裂2次所得到的子细胞的基因型为　　　　　　　　。  (3)现以马铃薯叶型(dd)的二倍体番茄为父本,以正常叶型(DD或DDD)的三体纯合子番茄为母本,请设计杂交实验,判断D(或d)基因是否在第6号染色体上。最简单可行的实验方案是　　　　　　　　。  实验结果: ①若杂交子代　　　　,则　　　　　　　　;  ②若杂交子代　　　　,则　　　　　　　　。  答案:(1)染色体数目变异 (2)ABB∶ABb∶AB∶Ab=1∶2∶2∶1　AABBb (3)马铃薯叶型的二倍体番茄与正常叶型的三体番茄杂交,得F1,F1中的正常叶型三体植株与马铃薯叶型二倍体植株杂交,统计后代的表型　①正常叶∶马铃薯叶=1∶1　D(或d)基因不位于第6号染色体上　②正常叶∶马铃薯叶=5∶1　D(或d)基因位于第6号染色体上 解析:(1)由题意可知,正常番茄体细胞中的6号染色体是2条,三体番茄体细胞中的6号染色体是3条,故三体的形成属于染色体数目变异。 (2)三体番茄的基因型为AABBb,依题意分析,其产生的配子的基因型及比例是ABB∶ABb∶AB∶Ab=1∶2∶2∶1;根尖细胞进行有丝分裂,分裂后形成的子细胞的基因型与亲代细胞相同,都是AABBb。 (3)①如果D(或d)基因不位于6号染色体上,马铃薯叶型番茄的基因型是dd,正常叶型三体番茄的基因型是DD,杂交子代(F1)的基因型是Dd,F1与马铃薯叶型番茄进行测交,测交后代的基因型及比例是Dd∶dd=1∶1,即正常叶∶马铃薯叶=1∶1。②如果D(或d)基因位于第6号染色体上,则马铃薯叶型番茄的基因型是dd,正常叶型三体番茄的基因型是DDD,杂交子代(F1)的基因型是Dd、DDd, 其中DDd是三体植株;该三体植株产生的配子的基因型及比例是DD∶D∶Dd∶d=1∶2∶2∶1,故F1的三体植株与马铃薯叶型二倍体番茄测交,后代的基因型及比例是DDd∶Dd∶Ddd∶dd=1∶2∶2∶1,其中Dd、DDd、Ddd表现为正常叶,dd表现为马铃薯叶,即正常叶∶马铃薯叶=5∶1。 课 堂 小 结 项目 起点 体细胞染 色体组数目 实例 二倍体 受精卵 2个 几乎全部动物和过半数的 高等植物 多倍体 受精卵 3个或 3个以上 三倍体香蕉和四倍体马铃薯 比较 项目 单倍体育种 多倍体育种 原理 染色体组成套地减少,然后加倍得到纯合子(即每对染色体上成对的基因都是纯合的) 染色体组成倍地增加 常用 方法 花药离体培养后,人工诱导染色体数目加倍 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 优点 明显缩短育种年限 操作简单 缺点 技术较复杂,需与杂交育种配合 适用于植物,在动物方面难以操作 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 固定细胞的形态 体积分数为95%的酒精 冲洗用卡诺氏液处理的根尖 洗去卡诺氏液 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 浸泡解离后的根尖约10 min 洗去药液,防止解离过度 质量浓度为0.01 g/mL的甲紫溶液 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 比较项目 染色体易位 互换 图解 位置 发生于非同源染色体之间 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间 类型 属于染色体结构变异 属于基因重组 观察 可在显微镜下观察到 在显微镜下观察不到 $