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1、染色体变异【学习目标】1识记染色体变异的概念及种类。2识记染色体组的概念及其实例。3识记单倍体、二倍体、多倍体的概念。4识记单倍体、多倍体产生的原因及特点。5识记单倍体育种过程及优点。【基础知识精讲】课文全解：每种生物的染色体，无论结构或数目都是相对恒定的。但是，在自然条件或人为条件的影响下，染色体的结构和数目都可以发生变化，从而导致其上的基因数量、排列顺序发生改变从而引起生物的性状发生变异。1染色体变异的概念染色体变异是指生物细胞的染色体结构、数目等发生改变从而引起生物性状的变异。主要包括染色体结构的变异和染色体数目的变异两类。2基因突变和染色体变异的区别（1）由于染色体是基因的主要载体，基
2、因在染色体上呈直线排列，因此基因突变只是染色体上的某一位点上基因的改变，有可能产生新的基因，而染色体变异改变的是一些基因的数量、排列顺序。（2）基因突变是分子水平的变异，在光学显微镜下是观察不到的，而染色体变异是细胞水平的变异，在光学显微镜下是可以观察到的。3染色体结构的变异在自然条件或人工诱导下，染色体在某些部位可以发生断裂。绝大多数的断裂通过修复过程在原处愈合，也有少数断裂的重接出现差错，或者断裂端保持游离状态，结果产生染色体结构变异。（1）实例：猫叫综合征，是人的第五号染色体部分缺失而引起的遗传病。（2）概念：在自然条件或人为因素的影响下，染色体结构发生改变而引起的变异。（3）种类：缺失
3、：染色体中某一片段的缺失。重复：染色体中增加了某一片段。倒位：染色体中某一片段的位置颠倒了180。易位：染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上。（4）结果：使排列在染色体上的基因的数目和排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。4染色体数目的变异图6111（1）概念：染色体数目的改变而引起的变异。（2）种类个别染色体的增加或减少而引起的变异。染色体组成倍地增加或减少而引起的变异。（3）染色体组概念：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，这样的一组染色体叫一个染色体组。实例：雄果蝇的染色体组，如图6111。果蝇的体细胞中含有8
4、个染色体。这8个染色体，包括3对常染色体（、）和1对性染色体（雌果蝇为XX，雄果蝇为XY），因此共有4对，每对是一对同源染色体。这8个染色体可以分成两组。就雄果蝇来说，其中的一组包括X、，另一组包括Y、。在精子形成的过程中，经过减数分裂，染色体的数目减半，所以雄果蝇的精子中只含有一组染色体（X、或Y、），这一组染色体中的4个染色体，形状和大小各不相同。不同种的生物，每个染色体组所包括的染色体在数目、形态和大小方面是不同的。（4）二倍体由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的个体。（5）多倍体概念：由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。成因：多倍体产生的主要
5、原因，是体细胞在有丝分裂的过程中，染色体完成了复制，但是细胞受到外界环境条件剧烈变化或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成了染色体数目加倍的细胞。这种染色体加倍的细胞，继续进行正常的有丝分裂，就可以发育成染色体加倍的组织或个体。染色体数目加倍也可以发生在配子形成的减数分裂过程中，这样就会产生染色体加倍的配子，染色体加倍的配子在受精以后也会发育成多倍体。例如，帕米尔高原的高山植物，其中有65%是多倍体。特点：由于染色体数目的增加，多倍体植株与二倍体植株在性状上有很大的差别。多倍体植株一般表现为茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大
6、，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增高。例如，四倍体葡萄的果实比二倍体品种大得多，四倍体番茄的维生素C的含量比二倍体品种几乎增加了一倍。多倍体育种常用方法：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。育种原理：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，导致染色体不分离，从而引起染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，将来就可以发育成多倍体植株。实例：三倍体无籽西瓜培育过程（见发散迁移）。（6）单倍体概念：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。实例：蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来，体细胞含有32条染色体，而雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来，体细胞中含有16条染色体。特点：
7、单倍体的植株弱小，且高度不育。育种方法：常采用花药离体培养的方法获得单倍体植株，再用秋水仙素处理使染色体加倍为正常植株，用这种方法育种所得的后代都是纯合体。问题全解：68什么是染色体变异？有哪些类型？ 见“课文全解1”。69染色体变异与基因突变的区别是什么？见“课文全解2”。70染色体结构变异的种类有哪些？见“课文全解3（3）”。71什么是染色体数目变异？都包括哪些类型？分别见“课文全解4（1）（2）”。72什么是染色体组？染色体组定义的实质是什么？染色体组的概念见“课文全解4（3）”。染色体组定义的实质是，它携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息。73何为二倍体？何为多倍体？ 分别
8、见“课文全解4（4）（5）”。74多倍体产生的原因是什么？多倍体生物有何特点？有何应用？分别见“课文全解4（5）”。75什么样的多倍体能产生无籽果实？体细胞中染色体组数为奇数的多倍体，在减数分裂过程中会造成染色体配对紊乱，不能正常地形成生殖细胞，因此这样的多倍体是高度不育的。例如香蕉，由于不能正常地形成生殖细胞，因此香蕉是没有种子的，它只能依靠无性繁殖来繁殖后代。76为什么多倍体在动物界比较少见？多倍体在动物界比较少见，这是因为动物大多数是雌雄异体的，雌雄配子的染色体稍有不平衡就会导致不育，甚至使个体不能存活。少数多倍体动物，如甲壳类四倍体丰年虫，通常只能依靠无性繁殖产生后代。77什么是单倍体
9、？单倍体的体细胞中是否都含有一个染色体组？单倍体的概念见“课文全解4（6）”。单倍体的体细胞中不一定含有一个染色体组。单倍体是体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，与染色体组的数目无关。78单倍体生物产生的原因是什么？有何特点？其高度不育的原因是什么？自然界中的单倍体是由未受精的卵细胞发育而来的，人工诱导的单倍体往往是通过花药离体培养而来的。单倍体生物的特点见“课文全解4（6）”。单倍体高度不育的原因是减数分裂过程中染色体不能正常配对，从而不能正常地形成生殖细胞，导致不育。79单倍体育种常见的方法是什么？其意义是什么？在单倍体育种上，常采用花药离体培养的方法先获得单倍体，也就是通过花粉粒直接
10、培养出单倍体植株。培养出的单倍体植株再经过人工诱导，使它的染色体数目加倍。这样，它的体细胞中不仅含有正常植株体细胞中的染色体数，而且每对染色体上的成对的基因都是纯合的。这样的植株自交以后产生的后代，就不会发生性状分离。因此，利用单倍体植株培育新品种，可以明显地缩短育种年限。例如，通常的杂交育种，由于杂交后代不断地发生分离，需要几年的时间进行选择纯优、淘汰杂劣的工作，才能获得一个稳定的优良品种，而采用单倍体育种方法，只需要两年的时间就能育成合乎要求的新品种。80常见的育种方法有哪些？各自依据的原理是什么？见下表。杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种处理杂交用射线、激光、化学药品处理生物用秋水仙素
11、处理种子或幼苗花药离体培养，秋水仙素处理原理通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中用人工方法诱发基因突变，产生新性状，创造新品种或新类型抑制细胞分裂中纺锤体的形成，使染色体数加倍后不能形成两个细胞诱导花药直接发育成植株，再用秋水仙素加倍成纯合体优点方法较简便提高突变频率，创造需要的变异类型，选择、培育出优良品种器官较大，营养物质含量高缩短育种的年限例子高秆抗病与矮秆染病小麦杂交产生矮秆抗病品种高产量、高油量的“黑农5号”大豆的育成三倍体无籽西瓜和甜菜，八倍体小黑麦抗病植株的育成【学习方法指导】1联系实例理解染色体组的概念。染色体组的概念是学习二倍体、多倍体内容的基础和关键。学习时应联
12、系果蝇细胞中的染色体组充分理解概念，掌握这一概念的本质。染色体组所包括的染色体，实际上是在某物种的每种同源染色体之中任意选取一条组成的一组染色体；也就是说，在一个染色体组中，不存在大小和形状等方面都相同的同源染色体对。2从发育起点上理解单倍体的概念。一般地说，体细胞含一个染色体组的个体是单倍体，但单倍体个体的体细胞不一定都含有一个染色体组，实际上，它与染色体组数无关，主要看是否由配子直接发育来，由配子不经受精直接形成的个体不管体细胞中含有几个染色体组，均为单倍体。3从发育起点和染色体组数上正确区分二倍体、多倍体和单倍体。二倍体和多倍体发育的起点是受精卵，而单倍体发育的起点是配子。由受精卵发育而
13、来的、体细胞含有两个染色体组的个体为二倍体，体细胞含有三个以上染色体组的个体为多倍体。【知识拓展】1多倍体的类型及特点根据染色体组的起源不同，可以将多倍体分为同源多倍体和异源多倍体。若染色体来源于同一物种的称为同源多倍体，如三倍体无籽西瓜；马铃薯则是同源四倍体。天然的同源多倍体不仅在动物中极为罕见，就是在植物界中也不多见。若染色体组来源于不同的物种，则称为异源多倍体。这样的多倍体包含着若干个祖先种（基本种）的染色体组，即细胞中染色体的来源不同。祖先种（基本种）的染色体组称为基本染色体组，以X表示。相应地把包含若干祖先种的染色体组的物种称为异源多倍体物种，它的体细胞中的染色体组数为2n=2X。例
14、如，普通小麦的染色体组包含三个祖先种的基本染色体组，其体细胞中染色体组数为2n=2X1+2X2+2X3=6X。因此，普通小麦是异源六倍体植物。高等显花植物中约有一半为异源多倍体。与二倍体相比，同源多倍体有下列特点：（1）巨型性，即整个植株及其各种器官都有增大趋势。如四倍体水稻的千粒重比二倍体水稻大一倍。（2）生理代谢活性增强、糖类、蛋白质及其他产物的含量增高。（3）生长和开花一般延迟，如四倍体玉米可能为二年生或多年生（类似竹类）。（4）结实率一般降低，如一个二倍体番茄果实内平均种子数为100170粒，而四倍体番茄果实的平均种子数只有1030粒。（5）抗逆性强，如四倍体番茄抗立枯病。2三倍体无籽
15、西瓜人们平常食用的西瓜是二倍体，在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理，可以得到四倍体植株。然后，用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，进行杂交，在四倍体植株上结种子，得到的种子胚细胞中有三个染色体组。把这些种子种下去，就会得到三倍体的植株。由于三倍体的植株在减数分裂的过程中，染色体的联会发生紊乱，因而不能形成正常的生殖细胞。当三倍体的植株开花时，需要授给普通西瓜（二倍体）成熟的花粉，刺激子房发育而成为果实（西瓜）。因为胚珠并不发育成为种子，所以这种西瓜叫做无籽西瓜。3八倍体小黑麦八倍体小黑麦是普通小麦（六倍体）与黑麦（二倍体）杂交所产生的新种。黑麦和普通小麦在植物分类学上属于不同的属，二者的亲缘关系较远，它们的杂交后代完全不育。中国农业科学院的科学工作者，运用先进的育种方法和技术，使上述的杂种能够生育，并且对杂种的后代进行选育，从中培育出适于在高寒地区种植的良种。它的优点是：耐瘠薄的土壤和寒冷的气候，面粉白，蛋白质含量高，产量比在高寒地区种植的普通小麦和黑麦都高，茎秆可以作青饲料
