内容正文:
第5章 基因突变及其他变异
第2节 染色体变异
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第5章 基因突变及其他变异
生物学•必修2 遗传与进化(配RJ版)
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第5章 基因突变及其他变异
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目
录
课前新知导学
01
02
CONTENTS
04
课堂互动探究
知能达标训练
03
随堂巩固演练
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第5章 基因突变及其他变异
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课前新知导学
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每套非同源染色体
两个
个体
受精卵
三个或三个以上染色体组
四倍体马铃薯
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第5章 基因突变及其他变异
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茎秆
增加
秋水仙素
低温
萌发
幼苗
纺锤体
加倍
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低温
染色体数目
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染色体数目
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缺失
增加
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非同源染色体
位置颠倒
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数目
排列顺序
性状
不利
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×
×
√
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课堂互动探究
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3
2
1
4
2
3
3
4
2
2
形态相同的染色体的条数
不同形态染色体的种类数
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控制同一性状的基因的个数
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染色体数/染色体形态数
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①
②
③
④
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知能达标训练
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第5章 基因突变及其他变异
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学习目标
1.说出染色体变异包括染色体数目的变异和染色体结构的变异
生命观念、科学思维
2.阐明二倍体、多倍体和单倍体的概念及其联系
生命观念
3.探究低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验
科学探究
一、染色体数目的变异
1.染色体变异
2.二倍体和多倍体
(1)染色体组: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,其中________________________称为一个染色体组。
(2)二倍体:由受精卵发育而来,体细胞中含有______染色体组的______。
(3)多倍体
①概念 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(起点:_________,染色体组数:_________________________________,实例:三倍体香蕉、__________________))
②特点:_____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_____。
③人工诱导(多倍体育种)
方法
用__________处理或用_____处理
处理对象
_____的种子或_____
原理
能够抑制________的形成,导致染色体不能移向细胞的两极,从而使染色体数目_____
④实例:三倍体无子西瓜培育过程。
3.单倍体
结果:植物细胞的_____________发生变化
二、低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1.实验原理
处理:用_____处理植物的分生组织细胞
2.实验步骤与现象
(1)实验步骤
(2)现象:视野中既有正常的二倍体细胞,也有_____________发生改变的细胞。
3.注意事项
(1)在显微镜下观察到的细胞已经死亡,不能观察到细胞中染色体数目的变化过程。
(2)选材只能是分生区细胞,不能进行细胞分裂的细胞不会出现染色体数目的变化。
三、染色体结构的变异
1.类型
图解
变化
名称
举例
染色体b片段_____
缺失
果蝇缺刻翅的形成
染色体b片段_____
重复
果蝇棒状眼的形成
染色体的某一片段(d、g)移接到另一条_______________上
易位
果蝇花斑眼的形成
同一条染色体上某一片段(a、b)__________
倒位
果蝇卷翅的形成
2.结果:染色体结构的改变,会使排列在染色体上的基因_____或__________发生改变,导致_____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_____的,有的甚至会导致生物体死亡。
四倍体草莓个头大,品相好,还特别甜。它是二倍体草莓诱导变异形成的,请对以下相关叙述进行判断:
(1)体细胞中有多个染色体组的个体一定是多倍体。( )
(2)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。( )
(3)一般情况下,多倍体水果的营养物质含量比较多。( )
探究点一 染色体数目的变异
1.如图为果蝇染色体的组成,据图回答问题:
(1)图甲和图乙中的染色体组分别是如何组成的?
(2)不含有同源染色体的一组染色体一定是一个染色体组吗?为什么?
提示:不一定;一个染色体组必须是含有本物种生长、发育、遗传和变异的全部遗传信息。
(3)请根据染色体的形态判断染色体组的数量,并完成表格的填写。
项目
染色体组数
___
___
___
___
___
每个染色体组内染色体数
___
___
___
___
___
规律:染色体组数=____________________________,一个染色体组中的染色体数=____________________________。
(4)请根据基因型判断染色体组数:
项目
染色体组数
___
___
___
___
规律:染色体组数=______________________________。
(5)根据公式计算。
①假如细胞中有N条染色体,共M种形态,则每种形态的染色体有几条?有几个染色体组?
提示:N/M条;N/M个染色体组。
②总结计算公式:染色体组数=____________________________。
2.在自然界,几乎全部动物和过半的高等植物都是二倍体,香蕉是三倍体,马铃薯是四倍体,蜜蜂的雄蜂是单倍体。
(1)二倍体物种所形成的单倍体中,其体细胞中只含有一个染色体组吗?
提示:二倍体的配子有一个染色体组,由配子形成的单倍体也有一个染色体组。
(2)如果细胞中含有两个或三个染色体组,可以称它为二倍体或三倍体,这种说法对吗?
提示:不对。细胞中含有两个或三个染色体组,可能是二倍体或三倍体,也可能是单倍体。
1.染色体组的理解
2.二倍体、多倍体与单倍体的比较
二倍体
多倍体
单倍体
来源
受精卵
受精卵
配子
概念
体细胞中含有两个染色体组的个体
体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体
发育
过程
单倍体、二倍体和多倍体的四点提醒
(1)单倍体、二倍体、多倍体都是指生物个体,而不是细胞中的染色体组数。
(2)判断单倍体、二倍体和多倍体分两步走:
先看发育起点是否为受精卵,判断出是否为单倍体,若不是单倍体再看染色体组数,有几个染色体组就称为几倍体。
(3)单倍体的体细胞中不一定含有一个染色体组,例如,四倍体形成的单倍体的体细胞中含有两个染色体组。
(4)单倍体不一定高度不育,如四倍体形成的单倍体,细胞中有2个染色体组,表现可育。
1.下图是细胞中所含染色体,相关叙述错误的是( )
A.甲代表的生物可能是二倍体,其每个染色体组含一条染色体
B.乙代表的生物可能是二倍体,其每个染色体组含三条染色体
C.丙代表的生物可能是二倍体,其每个染色体组含三条染色体
D.丁代表的生物可能是单倍体,其一个染色体组含四条染色体
解析 甲图代表的生物若是由受精卵发育形成的则为二倍体,若是由未受精的配子发育形成的则为单倍体,其有两个染色体组,每个染色体组中有一条染色体,A正确;乙图细胞中应含有三个染色体组,每个染色体组含有两条染色体,代表生物若是由受精卵发育形成的则为三倍体,若是由未受精的配子发育形成的则为单倍体,B错误;丙图细胞中应含有两个染色体组,每个染色体组含三条染色体,代表的生物可能是二倍体,也可能是单倍体,C正确;丁图细胞中四条染色体大小、形态各不相同,应属于一个染色体组,该细胞若是体细胞,则代表生物为单倍体,D正确。
答案 B
2.下列关于单倍体、二倍体、多倍体及染色体组的表述,正确的是( )
A.单倍体生物的体细胞中都没有同源染色体
B.唐氏综合征患者的体细胞中有三个染色体组
C.多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组
D.单倍体植株都不育,多倍体植株长得较粗壮
解析 多倍体生物形成的单倍体生物的体细胞中存在同源染色体,A错误;唐氏综合征患者的体细胞中有2个染色体组,B错误;多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组,C正确;单倍体植株一般不育,但用四倍体植株花粉培育成的单倍体植株可育,D错误。
答案 C
单倍体、二倍体、多倍体的判断方法
探究点二 染色体结构的变异
1.下图为显微镜观察的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。
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位置(填序号)。
3.图①~④的结果中哪些是由染色体变异引起的?它们分别属于哪类变异?能在光学显微镜下观察到的是哪几个?
提示:①②④。①属于缺失,②属于易位,④属于倒位,①②④均能在光学显微镜下观察到。
4.图甲、乙均发生了某些片段的交换,其交换对象分别是什么?它们分别属于哪类变异?
提示:图甲为非同源染色体之间片段的交换,属于染色体易位;图乙为同源染色体的非姐妹染色单体片段的交换,属于基因重组。
1.染色体易位与互换的比较
项目
染色体易位
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
可在光学显微镜下观察到
在光学显微镜下观察不到
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
碱基的排列顺序改变
基因数目或排列顺序改变
镜检
不可见
可见
3.图1、图2为某种生物的两种染色体行为示意图,其中①和②、③和④互为同源染色体,则下列有关两图的叙述,正确的是( )
A.均为染色体结构变异
B.均涉及DNA链的断开和重接
C.均发生在同源染色体之间
D.基因的数目和排列顺序均发生改变
解析 图1中发生的是同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换,属于基因重组,不属于染色体结构变异;图2中发生的是一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上,属于染色体结构变异中的易位,A、C错误;图1、图2所示的变异都涉及DNA链的断开和重接,B正确;图1互换的过程中基因的数目不发生改变,D错误。
答案 B
4.(2025·浙江温州期中)下列四种联会模式图中,没有发生染色体结构变异的是( )
解析 由联会后的图形可判断:A是由染色体片段的缺失或者重复引起的染色体结构变异;B是非同源染色体之间发生易位的结果,属于染色体结构变异;C是由染色体片段的颠倒引起的倒位,属于染色体结构变异;D是同源染色体上的非姐妹染色单体发生互换引起的基因重组,故选D。
答案 D
探究点三 染色体变异在育种中的应用
中国女科学家屠呦呦获2019年“共和国勋章”,她从黄花蒿(二倍体)中提取的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。多倍体黄花蒿中青蒿素的含量比二倍体高。
下图为青蒿育种的流程图,回答下列问题。
提示:用低温或秋水仙素处理二倍体黄花蒿萌发的种子或幼苗,抑制纺锤体形成,从而得到四倍体青蒿。
(1)①③④⑤育种过程最大的优点是什么?
(2)丁中,一个原始生殖细胞减数分裂产生Abb雄配子的原因是什么?
提示:减数分裂Ⅱ后期含有b的子染色体移向细胞的同一极。
(3)⑥过程常采用的方法是什么?该方法的原理是什么?
1.单倍体育种
(1)原理:染色体数目变异。
(2)过程
用高秆抗病( DDTT)和矮秆不抗病(ddtt)小麦品种,培育矮秆抗病小麦的过程,如图所示:
其中单倍体育种的核心步骤为①花药离体培养、②秋水仙素处理诱导染色体数目加倍。
(3)①优点:与杂交育种相比,单倍体育种能明显缩短育种年限,子代均为纯合子,加速育种进程。
②缺点:技术复杂且需与杂交技术结合使用。
2.多倍体育种
(1)原理:染色体数目变异。
(2)多倍体育种的过程:
(3)①优点:多倍体和二倍体相比,常常茎秆粗壮,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。
②缺点:多倍体植物往往发育迟缓,结实率低。
5.(2025·深圳期末)某植株的基因型为AaBb,其中A和b基因控制的性状对提高产量是有利的。利用其花粉进行单倍体育种,过程如图所示,下列相关分析不正确的是( )
花粉 eq \o(―――→,\s\up17(①),\s\do15( ))植株A eq \o(―――→,\s\up17(②),\s\do15( ))植株B
A.图示育种方法的原理是染色体数目变异
B.过程②可用适当的低温处理,低温作用时期为有丝分裂前的间期
C.若未对植株A进行筛选,则植株B中符合要求的类型约占1/4
D.单倍体育种的优点是缩短育种年限
解析 该植株的基因型为AaBb,利用其花粉通过过程①得到单倍体植株A,其基因型有AB、Ab、aB、ab四种,比例为1∶1∶1∶1;经过过程②染色体数目加倍,获得植株B,其基因型有AABB、AAbb、aaBB、aabb四种,比例为1∶1∶1∶1。过程②可用适当的低温处理,使染色体数目加倍,作用时期为有丝分裂前期,作用机理是抑制纺锤体的形成,B错误;若未对植株A进行筛选,则植株B中符合要求的类型(AAbb)约占1/4,C正确;利用单倍体植株培育新品种,能明显缩短育种年限,D正确。
答案 B
6.如图是三倍体无子西瓜的培育过程,下列说法不正确的是( )
A.四倍体母本与二倍体父本杂交得到的种子细胞中含有三个染色体组
B.秋水仙素处理使染色体数目加倍的原理是抑制纺锤体的形成使着丝粒不能分裂
C.通过这种方法得到的无子西瓜可能含有少量种子
D.第二次授粉的目的是刺激子房膨大形成果实
解析 四倍体母本产生的卵细胞有两个染色体组,二倍体父本产生含有一个染色体组的精子,形成的受精卵含有三个染色体组,A正确;着丝粒的分裂与纺锤体无关,无纺锤体着丝粒也能分裂,B错误;三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞,因此不能形成种子,但并不是绝对的,原因是三倍体植株在进行减数分裂时,有可能形成正常的卵细胞,受精后产生种子,C正确。
答案 B
[构建课堂要点]
[检测学习效果]
1.(2025·成都高一期末)下列关于染色体组、单倍体、二倍体和多倍体的叙述,正确的是( )
A.用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体
B.一个染色体组中不含同源染色体,但能共同控制生物的生长、发育、遗传和变异
C.二倍体的所有细胞都含有两个染色体组
D.人工诱导多倍体唯一的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
解析 用秋水仙素处理单倍体植株得到的后代可能是二倍体,也可能是多倍体,取决于单倍体植株中的染色体组数,A错误;染色体组是指细胞中的一组非同源染色体,它们在形态和功能上各不相同,但是携带着控制一种生物生长、发育、遗传和变异的全部信息,B正确;二倍体的正常精细胞或卵细胞中只含有一个染色体组,而处于有丝分裂后期的细胞中含有四个染色体组,C错误;可用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗来诱导多倍体,D错误。
答案 B
2.(2025·江苏卷)用秋水仙素处理大花葱(2n=16),将其根尖制成有丝分裂装片,图示2个细胞分裂相。下列相关叙述正确的是( )
A.解离时间越长,越有利于获得图甲所示的分裂相
B.取解离后的根尖,置于载玻片上,滴加清水并压片
C.图乙是有丝分裂后期的细胞分裂相
D.由于秋水仙素的诱导,图甲和图乙细胞的染色体数目都加倍
解析 解离时间过长会导致解离过度,使细胞结构被破坏,不利于观察到如图甲所示的清晰分裂相,A错误;解离后的根尖,应先进行漂洗,洗去解离液,然后置于载玻片上,滴加清水并压片,B错误;图乙中细胞的着丝粒分裂,姐妹染色单体分开成为两条子染色体,分别向细胞两极移动,符合有丝分裂后期的特征,C正确;图甲细胞不处于有丝分裂后期,且明显看出染色体数目多于16条,是秋水仙素诱导染色体数目加倍的结果,而图乙细胞处于正常的有丝分裂后期,着丝粒分裂导致其染色体数目加倍,并不是秋水仙素诱导的结果,D错误。
答案 C
3.下列变异中,不属于染色体结构变异的是( )
A.染色体缺失了某一片段
B.染色体增加了某一片段
C.染色体中DNA的一个碱基对发生了改变
D.染色体某一片段位置颠倒了180°
解析 DNA中一个碱基对发生改变,可能属于基因突变。选项A、B、D依次属于缺失、重复和倒位。
答案 C
4.(多选)下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述,正确的是( )
A.实验原理是低温抑制纺锤体的形成,使子染色体不能移向两极
B.解离后的洋葱根尖应漂洗后才能进行染色
C.甲紫溶液可以使细胞中的染色体着色
D.显微镜下可以看到大多数细胞处在分裂期且染色体数目发生了改变
解析 低温诱导染色体数目加倍实验的原理是低温能抑制细胞分裂前期纺锤体形成,导致细胞中染色体不能移向细胞两极;解离后要用清水漂洗根尖残留的盐酸以防止影响着色;甲紫溶液可将细胞中的染色体染成紫色;显微镜下可看到大多数细胞处于分裂间期,部分细胞染色体数目加倍。
答案 ABC
5.玉米籽粒黄色基因T与白色基因t是位于9号染色体上的一对等位基因,已知无正常9号染色体的花粉不能参与受精作用。现有基因型为Tt的黄色籽粒植株A,其细胞中9号染色体如图1。
(1)植株A的变异类型属于染色体结构变异中的______。
(2)为了确定植株A的T基因位于正常染色体还是异常染色体上,让其进行自交产生F1,若实验结果为F1表型及比例为____________,则说明T基因位于异常染色体上。
(3)以植株A为父本(T在异常染色体上),正常的白色籽粒植株为母本杂交产生的F1中,发现了一株黄色籽粒植株V,其染色体及基因组成如图2。分析该植株出现的原因是____________________________________________________
(填“父本”或“母本”)减数分裂过程中__________未分离。
(4)若(3)中得到的植株V在减数第一次分裂过程中3条9号染色体会随机移向细胞两极并最终形成含1条和2条9号染色体的配子,那么以植株V为父本进行测交,后代的表型及比例为________________,其中染色体异常的植株占________。
(5)近年来常用单倍体育种技术选育玉米新品种,由于单倍体玉米体细胞在减数分裂过程中会出现________________,导致配子高度不育,所以需在单倍体玉米幼苗期用秋水仙素处理。
解析 (1)图1中植株A的异常9号染色体比正常染色体少一段,说明异常9号染色体部分缺失,这种变异类型属于染色体结构变异中的缺失。(2)为了确定植株A的T基因位于正常染色体还是异常染色体上,让其进行自交产生F1,由于无正常9号染色体的花粉不能参与受精作用,若T基因位于异常染色体上,则F1表型及比例为黄色∶白色=1∶1。(3)由图2可知,植株V的基因型为Ttt,T在异常染色体上,由于母本(tt)不能产生含T的配子,无正常9号染色体的花粉不能参与受精作用,可知形成该植株的精子的基因型为Tt,则该植株出现的原因是父本减数分裂过程中同源染色体未分离。(4)以植株V为父本进行测交
(Ttt×tt),植株V产生的精子基因型及比例为Tt∶t∶tt∶T=2∶2∶1∶1,其中只含T的花粉不参与受精作用,故后代的表型及比例为黄色∶白色=2∶3,其中染色体异常植株占3/5。
答案 (1)缺失 (2)黄色∶白色=1∶1 (3)父本
同源染色体 (4)黄色∶白色=2∶3 3/5
(5)联会紊乱
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