5.2 染色体变异-2025-2026学年高一下学期必修2生物人教版

第五章 基因突变及其他变异 第2节 染色体变异 人教版 高一生物 必修2 1 染色体的结构变异 课堂小结 实战训练 02 03 04 染色体的数目变异 01 01 02 03 学习目标 结合染色体结构变异的示意图，了解染色体结构变异的常见类型。（科学思维） 通过低温诱导染色体的实验，理解染色体数目变化的机制。 （科学探究） 通过分析染色体组的概念，理解二倍体、多倍体和单倍体的特点和生产中的应用。（生命观念、社会责任） 情景一： 1. 作为野生植物的后代，栽培品种马铃薯和香蕉与它们的祖先颜色等大不相同，这是为什么呢？ 2. 野生品种是如何演化成栽培品种的？ 野生祖先种马铃薯 （多种颜色） 栽培品种马铃薯 （一般都为黄色） 野生祖先种 栽培品种（马铃薯） 野生祖先种香蕉 （有籽） 栽培品种香蕉 （无籽） 野生祖先种 栽培品种（香蕉） 情景一： 生物种类 体细胞染色体总数/条 体细胞非同源染色体/套 配子染色体数/条 马铃薯 野生祖先种 24 2 栽培品种 48 4 香蕉 野生祖先种 22 2 栽培品种 33 3 12 24 11 异常 栽培种香蕉的染色体 3n=33 根据前面所学减数分裂的知识，试着完成该表格。 3.减数分裂和受精作用，能够使生物体亲子代间的染色体数目保持稳定。然而，马铃薯和香蕉的染色体数目为什么与它们的野生袓先有很大差别？ 细胞内发生了染色体数目变异 01 染色体变异 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。 染色体变异 结构变异 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 染色体显微图 【提醒】①只有真核生物才发生染色体变异；原核生物、病毒无染色体不发生； ②染色体变异光学显微镜下可观察（细胞水平变异）； ③基因突变和基因重组光学显微镜下不可观察（分子水平变异）。 合作探究一：请同学们自主阅读教材P87-88，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.个别染色体的增加或减少是什么原因呢？ 2.什么是染色体组？有什么特征？判断染色体组的方法有哪些？ 3.什么是二倍体？有几个染色体组？ 4.什么是三倍体？有几个染色体组？三倍体可育吗？ 5.“多倍体”成因是什么？多倍体植株的特点是什么？ 01 染色体的数目变异 01 染色体的数目变异 类型一：个别染色体数目的增加或减少 21三体综合征/唐氏综合征 响誉世界的音乐指挥家 舟舟 形成个别染色体的增加或减少的原因是什么呢？ 01 染色体的数目变异 原因一：减Ⅰ后期同源染色体未分离 原因二：减Ⅱ后期姐妹染色单体未分离 01 染色体的数目变异 类型二：以染色体组的形式成倍地增加或减少 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，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。 显微摄影 凡是大小形态相同的分开（同源染色体分开） 大小形态不同的分到一组（非同源染色体） X Ⅱ Ⅲ Ⅳ Y Ⅱ Ⅲ Ⅳ X Y Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅱ Ⅲ 雄果蝇染色体组成 一个染色体组 一个染色体组 01 染色体的数目变异 染色体组的特征： 特征 本质上 1 形态上 2 功能上 3 一个染色体组不含同源染色体，不含等位基因。 各不相同 各不相同，但携带生物生长、发育、遗传和变异的一整套遗传信息。 01 染色体的数目变异 染色体组数的判断方法： ①看染色体的形态： 细胞内同一形态的染色体有几条，则含有几个染色体组。 项目 染色体组数 每个染色体组中染色体数 3 3 2 3 1 4 4 2 2 2 01 染色体的数目变异 染色体组数的判断方法： ②根据基因型判断： 看同一字母出现的次数同一字母（不分大小写）重复出现几次，则含有几个染色体组。 项目 染色体组数 2 3 1 4 实战训练 3个；3条 1个；4条 2个；4条 3个；2条 4个；3条 4个；2条 1个；4条 2个；2条 1.判断细胞含几个染色体组？每组有几条染色体？ 01 染色体的数目变异 二倍体： 由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体。 配子 亲代 × 2N 2N N N 受精卵 2N 子代 2N ♀ ♂ 果蝇体细胞 2N=8 在自然界中，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体，记作2N。 N代表： 某物种的一个染色体组。 01 染色体的数目变异 一般情况下，二倍体通过减数分裂形成的配子只有一个染色体组。 二倍体减数分裂时会出现错误，形成含两个染色体组的配子吗？ 配子 01 染色体的数目变异 二倍体的减数分裂出现错误，形成含两个染色体组的配子，这样的配子与含有一个染色体组的配子结合，发育成的个体的体细胞中就含有三个染色体组，称作三倍体。 减数分裂Ⅰ出现错误 01 染色体的数目变异 三倍体的形成： 减数分裂Ⅱ出现错误 01 染色体的数目变异 三倍体： 由于原始生殖细胞中有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。所以三倍体的生物一般不可育。 无子西瓜 香蕉 01 染色体的数目变异 四倍体： 如果两个含有两个染色体组的配子结合，发育成的个体的体细胞中就含有四个染色体组，称作四倍体。 减数分裂出现错误 有丝分裂出现错误 01 染色体的数目变异 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，统称为多倍体。（有几个染色体组就叫几倍体） 普通小麦 六倍体 马铃薯 四倍体 栽培香蕉 三倍体 无子西瓜 三倍体 01 染色体的数目变异 四倍体番茄的维生素C含量比二倍体的几乎增加了一倍 四倍体水稻平均粒重10克 二倍体平均粒重6克 多倍体的特点： 优点 缺点 ①茎秆粗壮； ②叶片、果实和种子都比较大； ③糖类和蛋白质等营养物质的 含量都有所增加。 ①结实率低， ②晚熟 01 染色体的数目变异 多倍体育种： 原理： 方法： 染色体（数目）变异 用 秋水仙素或低温 处理 萌发的种子或幼苗。 1、秋水仙素： 抑制纺锤体形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使细胞内染色体数目加倍。 2、低温： 抑制纺锤体形成，导致有丝分裂受阻，使细胞内染色体数目加倍。 01 染色体的数目变异 实例：三倍体无子西瓜的培育 二倍体 授粉 二倍体 （父本） 四倍体 （母本） 三倍体 联会紊乱 无子西瓜 秋水仙素 授粉 第一年 第二年 2.为什么要进行两次传粉？ 第一次： 杂交获得三倍体植株的种子 第二次： 刺激子房发育成果实 1.为什么用四倍体作母本？ 3.无子西瓜一定没有种子吗？ 01 染色体的数目变异 实例：三倍体无子西瓜的培育 01 染色体的数目变异 单倍体： 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，叫作单倍体。 体细胞：2N=32 配　子： 减数分裂 单倍体： 发育 N=16 16（N） N=16（N） 染色体数相等 与正常植株相比， 植株弱小，且高度不育。 特 点 01 染色体的数目变异 卵 幼虫 受精卵 受精卵 持续获得蜂王浆 未受精的卵 2n=32 2n=32 n=16 n=16 2n=32 蜂王 工蜂 雄蜂 01 染色体的数目变异 单倍体育种： 单倍体植株特点 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 1.过程： 二倍体植株 花药离体培养 单倍体植株 秋水仙素处理 二倍体植株（纯合子） 注意：秋水仙素只能处理萌发的幼苗 01 染色体的数目变异 2.原理： 染色体数目变异 3.优点： （1）明显缩短育种年限； 技术复杂，需与杂交育种配合。 4.缺点： （2）纯合体，自交后代不会发生性状分离。 单倍体育种：花药离体培养 现有纯合的高秆抗病的小麦（DDTT）和矮秆不抗病的小麦（ddtt），怎样得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？ 01 染色体的数目变异 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 01 染色体的数目变异 注意 花药离体培养≠单倍体育种 单倍体育种一般包括：杂交、花药离体培养、秋水仙素处理和筛选4个过程。 单倍体育种的选择时机 不能选择特定基因型的花粉，因为花粉不能表现出相关性状，应在秋水仙素处理后获得的纯合子中选择具有所需性状的个体。 单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同 ①由于单倍体往往高度不育，育种操作的对象一般是单倍体幼苗，通过组织培养得到纯合子植株。 ②多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。 1 2 3 01 染色体的数目变异 项目 单倍体 二倍体 多倍体 概念 发育起点 染色体组的数目 性状表现 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 由受精卵发育而来，体细胞中含有2个染色体组的个体 由受精卵发育而来，体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体 未受精的配子 受精卵 受精卵 不确定（是正常体细胞染色体组数目的一半） 2个 3个或3个以上 植株矮小，且高度不育 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 正常（作为单倍体、多倍体的参照物） 实战训练 1.下列关于染色体组的叙述，正确的是(　　) A．染色体组内不存在同源染色体 B．体细胞中的一半染色体是一个染色体组 C．配子中的全部染色体是一个染色体组 D．染色体组在减数分裂过程中消失 2.下列关于单倍体的叙述正确的是（ ） ①单倍体在植株中只含有一个染色体组 ②单倍体细胞中含有一个染色体 ③单倍体是体细胞中只含有本物种配子染色体数的个体 ④单倍体细胞中只含有二个染色体 ⑤未受精的配子直接发育成的个体都是单倍体 A．③⑤　　B．②④⑤　　C．①②③　　　D．①③⑤　　　 实战训练 3.二倍体西瓜幼苗（Aa）经低温处理后得到四倍体西瓜，下列有关此四倍体西瓜的说法正确的是（　　） A．四倍体西瓜在减数分裂过程中，细胞里最多含有八个染色体组 B．将四倍体西瓜产生的花粉进行离体培养，获得的植株都是纯合子 C．低温与秋水仙素作用原理相同，都能使细胞中的染色体数目加倍 D．此四倍体西瓜自交后代不发生性状分离，不能为进化提供原材料 实战训练 A.西瓜细胞一个染色体组 含有11条同源染色体 B.①②③表示杂交过程，杂交过程发生基因重组 C.四倍体(♀)提供的生殖细胞含有两个染色体组 D.三倍体(♀)因不能进行减数分裂而不能结出种子 实战训练 4.二倍体西瓜的染色体组成是2n＝22，如图是培育三倍体无子西瓜的流程图。下列分析正确的是（ ） 01 染色体的数目变异 类型 杂交育种 人工诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 原理 常用 方法 优点 缺点 杂交→自交→选优→连续自交，选纯种 用物理或化学 方法处理萌发的种子或幼苗 花药离体培养；秋水仙素处理诱导染色体加倍 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 ①使不同个体的优良性状集中到一个个体;②操作简便 提高变异频率，创造新品种 明显缩短育种年限，获得品种为纯合子 器官大型，提高产量和营养成分 育种时间长，不能克服远缘杂交不亲和的障碍 有利变异少，需要大量处理实验材料，有很大盲目性 技术复杂，需与杂交育种和多倍体育种配合 只适用于植物，所得多倍体一般发育迟缓，结实率低 基因突变 染色体变异 （染色体组成倍减少） 染色体变异 （染色体组成倍增加） 基因重组 合作探究二：请同学们自主阅读教材P90，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.染色体结构变异中的缺失现象与基因突变中的碱基对的缺失现象很相似，他们对生物的影响一样吗？ 2.染色体结构变异中的易位现象与基因重组中的交叉互换很相似，有何不同？ 3.染色体的结构变异的结果是什么？对生物的生存有何影响？ 4.请列表比较基因突变、基因重组、染色体变异的异同。 02 染色体的结构变异 02 染色体的结构变异 类型一： 缺失 果蝇缺刻翅 果蝇正常翅 实例：果蝇缺刻翅的形成 基因数目减少 结果 ： 02 染色体的结构变异 项目 染色体变异：缺失 基因突变：缺失 图解 实质 结果 观察 染色体上基因的缺失 基因中碱基对的缺失 基因的数目减少 碱基对的数目减少 在光学显微镜下能观察到 在光学显微镜下观察不到 02 染色体的结构变异 类型二： 重复 棒状眼 正常眼 果蝇棒状眼的形成 基因数目增加 结果 ： 结果：基因的 改变 02 染色体的结构变异 类型三： 易位 正常眼 花斑眼 排列顺序 02 染色体的结构变异 项目 染色体易位 染色体互换 图解 区别 位置 原理 观察 非同源染色体之间 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 在显微镜下观察到 在显微镜下观察不到 02 染色体的结构变异 类型四： 倒位 正常翅 卷翅 结果：基因的 改变 排列顺序 02 染色体的结构变异 缺失 重复 倒位 类型 易位 基因数目增加 结果 ： 基因数目减少 结果 ： 基因排列顺序改变 结果 ： 基因排列顺序改变 结果 ： 02 染色体的结构变异 结果： 染色体结构上的缺失、重复、易位和倒位 基因 、 的改变 生物 的改变（变异） 数量 排列顺序 性状 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。 02 课堂小结 表型 （改变） 基因型 （改变） 环境 （改变） 来源 可遗传的变异 不可遗传的变异 基因突变 基因重组 染色体变异 由亲代生殖细胞内 遗传物质的改变引起 仅由环境的影响造成 变异：亲代与子代间或群体内不同个体间基因型或表型的差异。 注意：表观遗传可遗传，基因碱基序列不变（基因型不变），表型改变。 02 三种可遗传变异的比较 类别 基因突变 基因重组 染色体变异 对象 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 碱基的增添、缺失、替换 互换型、自由组合型 （广义：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（产生了新基因或等位基因） 产生了新基因型和性状组合 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 新基因产生的唯一途径； 生物变异的根本来源； 为生物的进化提供丰富的原材料； 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 生物变异的来源之一，对生物进化具有重要的意义 1.生物体染色体上的等位基因部位可以进行配对联会，非等位基因部位不能配对。某二倍体生物细胞中分别出现图①至图④系列状况，则对图的解释正确的是（　　） A.①为基因突变，②为倒位 B.②可能是重复，④为染色体组加倍 C.①为易位，③可能是缺失 D.②为基因突变，①为染色体结构变异 实战训练 2.在植物体细胞有丝分裂的过程中，可能引起的可遗传变异是（　　） ①基因突变　 ②基因重组　 ③染色体变异 A．①② B．①③ C．②③ D．①②③ 实战训练 3.下列关于变异和育种的叙述，正确的是(　 ) A.改良某种缺乏抗病性的水稻品种可采用单倍体育种 B.用秋水仙素处理植物的叶肉细胞即可获得多倍体植株 C.茎尖分生区细胞经植物组织培养可获得抗病毒植物 D.杂交育种获得的优良品种可能是纯合子也可能是杂合子 实战训练 03 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 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。 03 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 03 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 实验过程：①诱导培养和固定细胞 待洋葱长出1cm长的不定根时，将整个装置放入冰箱冷藏室内，诱导培养48-72h。 将蒜（或洋葱）放在装满清水的容器上，让洋葱底部接触水面，室温培养。 培养方法 低温诱导 放入卡诺氏液中浸泡0.5-1h，以固定细胞形态 剪取诱导处理的根尖0.5-1cm 取材 固定 用体积分数为95%的酒精冲洗2次 冲洗 诱导培养 固定细胞 03 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 实验过程：②制作装片 包括：解离、漂洗、染色和制片4个步骤，具体操作方法与观察植物细胞有丝分裂的实验相同。 制片 染色 漂洗 解离 取材 03 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 实验过程：③观察装片 先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂象。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。确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察。 实验结果： 03 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 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 体积分数为 95%的酒精 冲洗卡诺氏液处理过的根尖 与质量分数为15%的盐酸等体积混合，浸泡经固定处理的根尖 清水 漂洗解离后的根尖约10 min 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 固定细胞形态 洗去卡诺氏液 解离根尖细胞，使细胞分散开来 洗去解离液， 防止解离过度 使染色体着色 1.洋葱是二倍体植物，体细胞中有16条染色体，某同学用低温诱导洋葱根尖细胞染色体加倍获得成功。下列相关叙述不正确的是（　　） A．该同学不会观察到染色体加倍的过程 B．低温诱导细胞染色体加倍时不可能发生基因重组 C．分生组织同时存在染色体数为8、16、32、64的细胞 D．低温诱导染色体加倍的原理是抑制纺锤体的形成 实战训练 2.下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验不正确的是( ) A.用低温处理植物分生组织细胞，能抑制纺锤体的形成 B.洋葱根尖长出约1cm时，剪下，置于4℃冰箱中，诱导36h C.卡诺氏液浸泡根尖，固定细胞的形态. D.装片制作包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤 实战训练 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $