5.2 染色体变异 学案 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

5．2 染色体变异 【知识目标】1．掌握染色体结构和数目变异相关知识 2．掌握单倍体、二倍体和多倍体相关知识 【能力目标】理解生物变异的种类 目标一：生物变异 【自主学习】 1．生物变异的类型 2．染色体变异 （1）概念：体细胞或生殖细胞内染色体________或__________的变化，称为染色体变异。 （2）类型：染色体数目变异、染色体结构变异。 目标二：染色体数目变异 【自主学习】 1．染色体数目变异类型： （1）细胞内个别染色体的增加或减少（减少：性腺发育不良-X0综合征；增加：21-三体综合征） 单体是减数分裂时，同源染色体不联会或不分离产生的不正常配子（n-1）和另一亲本产生的正常配子n结合，受精卵（2n-1）发育成的个体。可产生含_____或（n-1）个染色体的配子。 三体是减数分裂时，同源染色体不联会或不分离产生的不正常配子（n+1）和另一亲本产生的正常配子n结合，受精卵（2n+1）发育成的个体。可产生含n或_________个染色体的配子。 （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的增加或成套的减少 2．染色体组 （1） 概念：在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，即含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。 （2）染色体组数判断方法 ①染色体形态法：同一形态染色体有几条就有几个染色体组。下图①②③分别有3、2、1个染色体组 图①中，每个染色体组有___条染色体 图②中，每个染色体组有___条染色体 图③中，每个染色体组有___条染色体 ②等位基因个数法：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的个体中有3个染色体组，基因型为AaBB的个体中有2个染色体组，基因型为ABCD的个体中有1个染色体组。 ③公式法 　　　　　　　　　 　　如上图①中染色体组数为9÷3=3个。 ④细胞分裂图判断 先以生殖细胞中的染色体数为标准，判断所给细胞分裂图像中染色体组的数目（以二倍体生物为例）。 a．图①表示减数分裂I前期，有4条染色体，生殖细胞中有2条染色体，4÷2=2，故该细胞中有2个染色体组。 b．图②表示减数分裂II前期，有2条染色体，生殖细胞中有2条染色体，2÷2=1，故该细胞中有1个染色体组。 c．图③表示减数分裂I后期，有___条染色体，生殖细胞中有___条染色体，故该细胞中有___个染色体组。 d．图④表示有丝分裂后期，有___条染色体，生殖细胞中有___条染色体，故该细胞中有___个染色体组。 3．二倍体、多倍体和单倍体 （1）二倍体：由________发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫作二倍体，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。 （2）多倍体：体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，统称为多倍体。其中体细胞中含有三个染色体组的称作三倍体；体细胞中含有四个染色体组的称作四倍体。二倍体和多倍体是通过受精作用产生的。 以下为六倍体小麦和八倍体小黑麦的形成。 同源多倍体：同一物种经过染色体加倍形成的多倍体，称为同源多倍体。同源多倍体在植物界比较常见。如马铃薯是同源四倍体，香蕉是同源三倍体。 异源多倍体：异源多倍体是指不同物种杂交产生的杂种后代经过染色体加倍形成的多倍体。常见的多倍体植物大多数属于异源多倍体，例如，小麦、燕麦、棉、烟草、苹果、梨、樱桃、菊、水仙、郁金香等。 （3）单倍体：体细胞中______数目与本物种配子______数目相同的个体叫作单倍体，如雄蜂、雄蚁。与正常植株相比，单倍体植株长得弱小且高度不育（并非全部单倍体不育）。 4．单倍体、二倍体和多倍体的比较 项目 二倍体 多倍体 单倍体 发育起点 受精卵 受精卵 配子 特点 植株正常 ①茎秆粗壮 ②叶、果实、种子较大 ③营养物质含量丰富 ④发育迟缓，结实率低 ①植株弱小 ②高度不育 体细胞 染色体组数 2个 3个或3个以上 与配子中染色体 组数相同 实例 自然界中，几乎全部动物 和过半数的高等植物 植物中很常见，动物中少见。香蕉是三倍体， 马铃薯是四倍体，普通小麦是六倍体 蜜蜂中的雄蜂 注意：①二倍体、多倍体、单倍体等概念是针对个体提出的，单个细胞（精子、卵细胞）不能称为几倍体。 ②由未受精的配子直接发育的个体，无论含有几个染色体组，都叫单倍体。 【合作学习】 1．思考：单倍体的体细胞中是否只含一个染色体组？ 2．判断单倍体、二倍体和多倍体 【典型例题】 例1．下图所示细胞含三个染色体组的是（　　） 例2．下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，错误的是（　　） A．一个染色体组中不含同源染色体 B．由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体 C．含一个染色体组的个体是单倍体，单倍体不一定含一个染色体组 D．单倍体的染色体组都是奇数个 目标三：染色体变异在育种中的应用 1．人工诱导多倍体 （1）方法：低温处理、秋水仙素诱发（秋水仙素诱发是目前最常用且最有效的方法） （2）作用部位：萌发的种子或幼苗 （3）原理：_______或____________作用于正在分裂的细胞时，能够________________，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞中染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，就可能发育成多倍体植株。 （4）低温诱导染色体数目变化实验： ①实验原理 低温可抑制_______的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能正常分裂。 ②实验试剂 a．卡诺氏液（无水乙醇：冰醋酸=3:1）（固定细胞形态） b．质量浓度为0．01g/mL的甲紫溶液（染色体染色） c．质量分数为15%的盐酸（配制解离液） d．体积分数为95%的酒精（冲洗卡诺氏液、配制解离液） ③方法步骤 a．根尖培养：将蒜（或洋葱）在冰箱冷藏室内（4 ℃）放置一周。取出后将蒜等材料放在装满清水的容器上方，底部接触水面，置于室温（约25 ℃）进行培养，使之生根 b．低温诱导：等不定根长至1 cm时，将整个装置放入冰箱冷藏室内（4 ℃），诱导培养48～72 h c．材料固定：剪取根尖约0.5～1 cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h，固定其形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗两次 d．制作装片：解离→漂洗→染色→制片（同观察植物细胞的有丝分裂） e．观察：先用低倍镜观察，找到变异细胞，再换用高倍镜观察 ④实验现象：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。 注意：（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细胞死亡。 （2）选择材料不能随意：低温处理“分生组织细胞”≠“任何细胞”。因为染色体数目变化发生在细胞分裂时，处理其他细胞不会出现染色体加倍的情况。 （3）低温处理时间不是越长越好。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：“抑制纺锤体形成”≠“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。 2．多倍体育种——三倍体无子西瓜培育 （1）原理：染色体组成倍增加 （2）优点：操作简单 （3）缺点：适用于植物，动物难以操作 （4）常用方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 （5）实例： 思考： 1．为什么用一定浓度的秋水仙素溶液滴在二倍体西瓜的芽尖？ 2．获得的四倍体西瓜为何要与二倍体杂交？联系第1问，说出产生多倍体的基本途径。 3．有时可以看到三倍体西瓜中有少量发育并不成熟的种子，推测产生这些种子的原因。 4．三倍体西瓜为什么无子？ 5．两次传粉的目的是什么？ 6．为何不以二倍体西瓜为母本？ 注意：无子番茄的培育过程与无子西瓜不同，无子番茄是用一定浓度的生长素类似物处理番茄的未授粉的花，利用生长素类似物刺激番茄的子房壁膨大，形成果实，由于没有授粉，所以形成的是无子番茄果实。 3．单倍体育种——培育矮杆抗病（ddTT）小麦 （1）原理：染色体数目变异和基因重组花药离体培养：一般是离体培养花粉处于单核时期（小孢子）的花药。通过培养使它离开正常的发育途径（即形成成熟花粉最后产生精子的途径）而分化成为单倍体植株，这是获得单倍体植株的主要方法。 （2）过程与方法：花药离体培养后，人工诱导染色体数目加倍。 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： （3）优点：与杂交育种相比，在获得显性纯合子的育种过程中，可明显缩短育种年限。 （4）缺点：技术复杂，且必须和杂交育种技术结合使用。 （5）注意：①单倍体育种一般应用于二倍体植物，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单倍体育种和多倍体育种中都用到秋水仙素，但单倍体育种中是用秋水仙素处理单倍体幼苗，而多倍体育种中是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。 4.果实各部分基因型的分析 （1）果实各部分的发育来源 （2）正交与反交子代基因型分析 （3）结论 ①子房壁细胞与珠被细胞都是母本的体细胞，故果皮和种皮的基因型与母本一致。 ②胚和胚乳应为父本、母本杂交产生。胚中的核基因一半来自精子，一半来自卵细胞，无论正交还是反交，胚的基因型都相同；胚乳中的核基因1/3来自精子，2/3来自极核。 ③一个胚珠中卵细胞的基因型与每个极核的基因型完全相同，来自同一花粉粒的两个精子基因型一致。 ④需要注意的是，同样是F1的性状，胚(如子叶颜色、形状等)和胚乳(如胚乳颜色、味道等)的性状在当代植株(母本植株)的种子即可表现出来，而F1果皮或种皮的性状应在F1所长成的植株上表现出来。另外，子代发芽、开花和结果时才能表现出的性状(如植株高矮、花的颜色、叶的形状等)也是在F1所长成的植株上表现出来的。 目标四：几种常见育种方式比较 项目 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 原理 基因重组 基因突变 染色体变异 染色体变异 常用方式 ①选育纯种： 杂交→自交→选优→连续自交 ②选育杂种：杂交 辐射诱变、激光诱变、空间诱变、化学诱变 花药离体培养、再使染色体数目加倍 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 育种程序 优点 ①使不同个体的优良性状集中到一个个体上 ②操作简便 可以提高基因突变的频率、加速育种进程，且大幅度的改良了某些性状 ①明显缩短了育种年限 ②所得品种为纯合子 器官巨大，提高产量和营养成分 缺点 ①育种时间长 ②不能克服远缘杂交不亲和的障碍 有利变异少、需大量处理实验材料，有一定的盲目性 技术复杂且需要与杂交育种配合 ①只适用于植物 ②所得多倍体一般发育迟缓，结实率低 应用 用纯种高杆抗病小麦与矮杆不抗病小麦培育矮杆抗病小麦 青霉素高产菌株 用纯种高杆抗病小麦与矮杆不抗病小麦快速培育矮杆抗病小麦 三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦 操作最简便——杂交育种；目标最盲目——诱变育种；得到纯种最快——单倍体育种 【典型例题】 例3．将二倍体玉米的幼苗用秋水仙素处理，待其长成后用其花药进行离体培养得到了新的植株，下列有关新植株的叙述正确的一组是（　　） ①可能是纯合子也有可能是杂合子 ②植株矮小不育 ③产生的配子中含一个染色体组 　④能形成可育的配子 ⑤体细胞内可以有同源染色体 　 ⑥一定是二倍体 ⑦一定是单倍体 A．①③④⑤⑥ B．①④⑤⑥ C．②⑦ D．①③④⑤⑦ 目标五：染色体结构变异 【自主学习】 1．染色体结构变异的原因： 　染色体结构变异主要起因于染色体的断裂以及断裂后片段在同一染色体内或不同染色体之间的重新连接。 2．染色体结构变异的类型： 名称 概念 图解 变化 联会形状 举例 缺失 染色体某一片段缺失引起的变异 染色体b片段缺失 果蝇缺刻翅 猫叫综合征 重复 染色体中增加某一片段引起的变异 染色体b片段增加 果蝇棒状眼 易位 染色体发生断裂，断裂片段接到另一条非同源染色体上的现象 染色体断裂的片段 （d、g）移接到另一条非同源染色体上 果蝇花斑眼 倒位 一条染色体的断裂片段，位置倒过来后再接上去，造成这段染色体上的基因位置颠倒 同一条染色体上某一片段（a、b）位置颠倒 果蝇卷翅 3．结果： 　染色体结构的改变，会使排列在染色体上的_______________或________________发生改变，导致性状的变异。 4．影响： 　大多数染色体结构变异对生物是不利的，有时甚至会导致生物体的死亡。 【合作学习】 1．“三看法”判断染色体结构变异的类型 （1）看基因数目 看染色体上基因数目是否发生变化，如发生变化，则可能是重复、缺失或易位。 （2）看基因排列顺序 染色体上基因数不变，排列顺序发生变化则可能是倒位。 （3）看同源染色体联会形状 如出现一条染色体从某一部位凸出来，则发生了缺失、重复或易位。如出现两条染色体一起同向凸出来（倒位环），则发生的变异类型是倒位，如出现“十”字形结构则为易位。 2．易位与交叉互换 染色体片段交换发生在_________之间属于易位，发生在_____________的非姐妹染色单体之间属于交叉互换。 项目 易位 交叉互换 图解 区别 位置 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 原理 染色体结构变异 基因重组 【典型例题】 例4．下列情况引起的变异属于染色体变异的是（ ） A．非同源染色体上非等位基因的自由组合 B．一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上 C．同源染色体的非姐妹染色单体之间发生局部交换 D．DNA分子中发生碱基的增添缺失或替换 目标六：生物的变异 1．变异：生物的亲子代之间及同一亲代的各子代之间，均有或多或少的差异，这种差异就是变异。 2．类型： （1）不可遗传变异： 由环境变化引起的，遗传物质未发生改变。 特点：一般只在当代表现出来；不能遗传给后代。 （2）可遗传变异： 遗传物质发生改变（基因突变、基因重组、染色体变异）。 特点：可以在当代表现，也可以在后代中表现；变异一旦发生，就有可能遗传给后代。 3．三者的比较： 项目 基因重组 基因突变 染色体变异 实质 控制不同性状的基因重新组合 基因结构的改变 染色体结构或数目的变化 适用范围 真核生物进行有性生殖产生配子时 任何生物均可发生 真核生物核遗传中发生 产生结果 产生新的基因型，未发生基因的改变 产生新的基因，但基因数目不变 可引起基因数目或排列顺序的变化 类型 ①非同源染色体上的非等位基因的自由组合 ②同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换 ①自然突变 ②人工诱变 ①染色体结构的变异 ②染色体数目的变异 意义 是生物变异的来源之一，对生物进化有十分重要的意义 是生物变异的根本来源，提供生物进化的原材料 对生物进化有一定意义 实例 黄圆和绿皱豌豆杂交，后代产生黄皱和绿圆个体 镰状细胞贫血 八倍体小黑麦、无子西瓜 4．判断变异类型的方法 （1） 可遗传变异中的三个“唯一” ①唯一产生新基因的变异——基因突变 ②唯一可以通过光学显微镜观察到的变异——染色体变异 ③唯一属于正常发育的变异——基因重组 （2） 显微镜辅助法 光学显微镜下可见的属于染色体变异；不可见的属于基因突变或基因重组 （3） 辨别基因突变和染色体变异 ①看基因种类：若基因种类发生改变为基因突变 ②看基因位置：若基因种类和基因数目没有发生改变，但在染色体上的位置发生改变，应为染色体结构变异 ③看基因数目：若基因种类和位置均未改变，但基因的数目发生改变，则为染色体结构变异 【典型例题】 例5．下列有关遗传和变异的叙述，错误的是（ ） A．变异均是由于遗传物质改变而引起的 B．基因突变一定会改变基因的结构 C．染色体变异可以在有丝分裂和减数分裂过程中发生 D．三倍体西瓜植株所结的西瓜出现的无子现象属于可遗传变异 例6．下列关于生物变异的叙述，正确的是（　　） A．可遗传变异不一定会遗传给后代 B．基因突变是指基因片段的增添、缺失或替换 C．基因突变引起的疾病不能通过显微镜观察到 D．引起猫叫综合征的原因是五号染色体少一条 【当堂检测】 1．导致遗传物质变化的原因有很多，下图字母代表不同基因，其中变异类型①和②依次是（　　） A．突变和倒位　 B．重组和倒位 C．重组和易位 D．易位和倒位 2．在细胞分裂过程中出现了下图甲、乙、丙、丁4种变异类型，图甲中英文字母表示染色体片段。下列有关叙述正确的是（　　） A．图示中的生物变异都是染色体变异 B．图示中的变异类型都能用光学显微镜观察检验 C．图中所示的变异类型在减数分裂过程中均可能发生 D．如果图乙为一个精原细胞，则它一定不能产生正常的配子 3．下列变异中，不属于染色体结构变异的是（ ） 甲　　 乙　　 　 丙　 　 丁 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的一个碱基发生了改变 D．染色体某一片段位置颠倒了180° 4．将某种二倍体植物a（基因型为DDFF）、b（基因型为ddff）两个植株杂交，得到c，将c再做进一步处理，如图1所示。按要求完成下列的问题： (1)由c到f的育种过程依据的遗传学原理是 ，该变异可以产生一个以上的等位基因，体现了该变异的特点是 。 (2)D-d，F-f与性状均为一一对应的关系，且为完全显性，若两对基因位于一对同源染色体上，且①为自交，则n中能稳定遗传的个体占总数的 ；若两对基因位于两对同源染色体上，且①为自交，则n中能稳定遗传的个体占总数的 ；该育种方式选育的时间是从F2代开始，原因是 。 (3)单倍体育种中常用 处理萌发的幼苗，其作用原理是 。 (4)若c植株的一条染色体发生缺失突变，获得该缺失染色体的花粉不育，缺失染色体上具有红色显性基因B，正常染色体上具有白色隐性基因b（见图2）若该植株自交，则子代的表现型及比例为 。 读书不觉已春深，一寸光阴一寸金。第 1 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 $