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1、第三第三节染色体染色体变异及其异及其应用用一二三一、染色体结构变异 一二三二、染色体数目变异(一)染色体组:细胞中形态和功能各不相同,但互相协调、共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体,称为一个染色体组。(二)染色体数目变异:染色体数目以染色体组的方式成倍地增加或减少,个别染色体的增加或减少,都称为染色体数目的变异。1.非整倍性变异:在正常染色体组中,丢失或添加了一条或几条完整的染色体。一二三2.整倍性变异:细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。(1)单倍性变异:指体细胞含有的染色体数等于配子染色体数的变异。(2)多倍性变异概念:多倍性变异是指与同种的二倍体细胞相比
2、,具更多染色体组的变异。特点:具有偶数染色体组的多倍体植物,在减数分裂中染色体若能配对,一般可育;具有奇数染色体组的多倍体植物,在减数分裂中染色体不能配对,则是不可育的。自主思考染色体变异能通过显微镜观察吗?染色体变异与基因有什么关系?提示:染色体变异一般都能通过显微镜观察确认,染色体变异将会导致许多基因发生变化。一二三三、染色体变异在育种上的应用染色体结构和数目的改变统称为染色体变异,染色体变异在育种上有广泛的应用。1.单倍体育种(1)单倍体植株弱小,高度不育。(2)方法:花药离体培养单倍体幼苗纯合二倍体。(3)优点:明显缩短育种年限。一二三2.多倍体育种(1)多倍体植株:茎秆粗壮,叶片、果
3、实和种子较大,糖类、蛋白质等营养物质的含量也较高。(2)方法:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。(3)成因:秋水仙素抑制纺锤体的形成。(5)实例:三倍体无子西瓜的培育。自主思考无子西瓜没有种子而且很甜,它是几倍体?可育吗?提示:无子西瓜是三倍体,不可育,原因是减数分裂时同源染色体联会紊乱不能形成正常的生殖细胞。探究点一探究点二易错点排查实验设计探究点三当堂检测染色体变异染色体变异问题导引染色体结构变异是否产生了新基因?提示:染色体结构变异可引起基因数量的增加、减少或基因排列顺序的改变,并未产生新基因。探究点一探究点二易错点排查实验设计探究点三当堂检测名师精讲1.染色体变异探究点一探究点二易错点排
4、查实验设计探究点三当堂检测探究点一探究点二易错点排查实验设计探究点三当堂检测探究点一探究点二易错点排查实验设计探究点三当堂检测2.染色体结构变异的原因染色体结构的变异是内因和外因共同作用的结果。外因是指电离射线、化学物质、温度的骤变和病毒的感染等,内因是指生物体内代谢过程的失调、衰老等。在这些因素的作用下,染色体可能发生断裂,断裂端具有愈合与重接的能力。当染色体在不同区段发生断裂后,在同一条染色体内或不同的染色体之间以不同的方式重接时,就会导致各种结构变异的出现。探究点一探究点二易错点排查实验设计探究点三当堂检测典例剖析【例题1】果蝇的一条染色体上,正常基因的排列顺序为123-456789,中
5、间的“-”代表着丝点,下表表示由该正常染色体发生变异后基因顺序变化的四种情况。下列有关叙述错误的是()A.a是染色体某一段位置颠倒引起的B.b是染色体某一段缺失引起的C.c是染色体着丝点改变引起的D.d是染色体增加了某一片段引起的探究点一探究点二易错点排查实验设计探究点三当堂检测解析:将a、b、c、d分别与正常的基因排列顺序123-456789分别作比较,可知:a是5、6、7这三个基因所在片段的位置颠倒引起的;b是5、6这两个基因所在片段缺失引起的;c是2、3、4、5、6这五个基因所在的片段颠倒而引起的;d则是增加了6、7这两个基因所在的片段而引起的。答案:C探究点一探究点二易错点排查实验设计
6、探究点三当堂检测变式训练变式训练1某些类型的染色体结构和数目的变异,可通过对细胞有丝分裂中期或减数第一次分裂时期的观察来识别。a、b、c、d为某些生物(由受精卵发育而来)减数第一次分裂时期染色体变异的模式图,它们依次属于 ()A.三倍体、染色体片段增加、个别染色体数目变异、染色体片段缺失B.三倍体、染色体片段缺失、个别染色体数目变异、染色体片段增加C.个别染色体数目变异、染色体片段增加、三倍体、染色体片段缺失D.染色体片段缺失、个别染色体数目变异、染色体片段增加、三倍体探究点一探究点二易错点排查实验设计探究点三当堂检测解析:染色体数目的变异包括两种类型:一类是细胞内个别染色体的增加或减少,另一
7、类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少,显然a图属于前者,c图属于后者。染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位,b图属于染色体片段的增添造成的重复,d图属于染色体片段的缺失。答案:C探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测染色体组、单倍体、多倍体与二倍体的比较染色体组、单倍体、多倍体与二倍体的比较问题导引含有四个染色体组的个体一定是四倍体吗?单倍体一定是一倍体吗?提示:(1)不一定,如由八倍体生物的配子发育而来的单倍体就含有四个染色体组。(2)一倍体一定是单倍体,但单倍体不一定是一倍体。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测名师精讲染色体组、 单倍体、多倍
8、体与二倍体的比较1.染色体组的概念及确认条件、方法(1)概念细胞中形态和功能各不相同,但是互相协调、共同控制生物生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体,称为一个染色体组。(2)染色体组的判别要构成一个染色体组应具备以下几个条件:一个染色体组中不含有同源染色体;一个染色体组中所含有的染色体形态、大小和功能各不相同;一个染色体组中含有控制一种生物性状的一整套遗传信息(即含一整套基因,不能重复)。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测(3)某生物体细胞中染色体组数目的判断根据染色体形态判断:细胞内形态、大小相同的染色体有几条,则该细胞中就含有几个染色体组。如右图,每种形态的染色体有3条
9、,则该细胞中含有3个染色体组。根据基因型判断:在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的相同基因或等位基因出现几次,该细胞或生物体中就含有几个染色体组。例如,基因型为AAaaBBBB的细胞或生物体,含有4个染色体组。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测根据染色体数目和染色体形态推算含有几个染色体组。如下图,共有8条染色体,染色体形态数(形态、大小不相同)为2,所以染色体组数为82=4(个)。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测2.单倍体、多倍体、二倍体比较 探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测探究点一探究
10、点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测典型方法生物体属于几倍体的判别方法由于多倍体的生殖细胞内含有不止一个染色体组,而这样的生殖细胞直接发育成的个体是单倍体,所以不能根据细胞内染色体组的数目判断。生物是几倍体的判别不能只看细胞内含有多少个染色体组,还要考虑生物个体发育的直接来源。(1)如果生物体由受精卵或合子发育而成,生物体细胞内有几个染色体组就叫几倍体。(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,无论细胞内含有几个染色体组,都只能叫单倍体。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测典例剖析【例题2】下图表示一些细胞中所含的染色体,据图回答问题。(1)图A所示是含个染色体组
11、的体细胞,每个染色体组有条染色体。(2)图C所示细胞的生物若由受精卵发育而来,则是倍体,其中含有对同源染色体。(3)图D表示一个有性生殖细胞,它是由倍体生物经减数分裂产生的,含个染色体组。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测(4)若图B表示一个有性生殖细胞,它是由倍体生物经减数分裂产生的,由该生殖细胞直接发育成的个体是倍体,每个染色体组含条染色体。(5)图A处于有丝分裂后期时包括个染色体组。画出该时期的分裂示意图。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测解析:图A中染色体是两两相同的,故含有2个染色体组,并且每个染色体组有2条染色体;图B中染色体每三个是相同的,故含有3
12、个染色体组,但如果此生物个体是由配子直接发育成的,则为单倍体;图C中染色体两两相同,故有2个染色体组,每个染色体组有3条染色体,有3对同源染色体;图D中染色体形态、大小各不相同,则只有1个染色体组。答案:(1)22(2)二3(3)二1(4)六单3(5)4示意图如下探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测反思领悟正确分析图中各细胞所含有的染色体、同源染色体及染色体组数目是解答本题的关键,然后再结合单倍体、二倍体、多倍体的概念来解答本题。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测变式训练变式训练2下列有关水稻的叙述,错误的是()A.二倍体水稻的体细胞含有两个染色体组B.二倍体水稻
13、经秋水仙素处理,可得到四倍体水稻,稻穗、米粒变大C.二倍体水稻与四倍体水稻杂交,可得到三倍体水稻,含三个染色体组D.二倍体水稻的花粉经离体培养,可得到单倍体水稻,稻穗、米粒变小解析:单倍体植株弱小,且高度不育,故二倍体水稻的花粉经离体培养,所得到的单倍体植株不能结出米粒。答案:D探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测多倍体育种和单倍体育种的比较多倍体育种和单倍体育种的比较问题导引多倍体植物营养物质丰富的原因是什么?提示:多倍体植物与二倍体植物比较所含有的基因增多了,基因控制合成的糖类和蛋白质的量增加,使植株长得粗壮。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测名师精讲1.多倍
14、体育种2.单倍体育种 探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测3.比较 探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测特别提醒单倍体育种和多倍体育种均用到秋水仙素处理,若处理对象是单倍体植株,则为单倍体育种;若处理对象为正常植株,则为多倍体育种。单倍体育种不等于花药离体培养。单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体加倍两个过程,单倍体育种获得的几乎都是纯合子,且有几个染色体组就是几倍体,而花药离体培养得到的都是单倍体。多倍体所结果实的不同部分所含染色体组数可能不同,需依据父本和母本的染色体组数来确定。单倍体育种一般应用于二倍体植株,因为若为四倍体植株,通过单倍体育种形成的个体不
15、一定是纯合子。如四倍体植株AAaa产生的配子有三种类型:AA、Aa、aa。由配子Aa发育成的单倍体再经秋水仙素处理得到的植株基因型为AAaa,后代会发生性状分离。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测4.三倍体无子西瓜的培育过程 探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测(1)关于两次传粉:第一次传粉是杂交得到三倍体种子;第二次传粉是为了刺激子房发育成果实。(2)用秋水仙素处理二倍体西瓜使之成为四倍体,秋水仙素应处理萌发的种子或幼苗。因为萌发的种子或幼苗具有分生能力,细胞进行有丝分裂,秋水仙素处理后可达到使产生的新细胞染色体数目加倍的目的。(3)秋水仙素处理后,分生组织分裂
16、、分化形成的茎、叶、花等染色体数目加倍,而未处理的根部细胞等染色体数目不变。(4)四倍体上结的西瓜内的种子的胚含有3个染色体组;果皮、种皮均含有4个染色体组。三倍体西瓜的果皮、种皮分别由三倍体植株的子房壁和珠被发育来,故均含有3个染色体组。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测典例剖析【例题3】请据图回答下列问题。(1)过程的育种方法是,依据的遗传学原理是。(2)若C品种的基因型为AaBbdd,D植株中能稳定遗传的个体占总数的,D植株含个染色体组,是倍体,F植株为倍体。(3)过程使染色体数目加倍的方法是用处理或,这两种方法在原理上的相似之处是。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验
17、设计当堂检测解析:(1)为单倍体育种过程,其原理为染色体变异。(2)AaBbdd个体中dd这对基因是纯合的,而AaBb自交后代中有1/4是纯合的;D植株细胞含2个染色体组,是二倍体;F植株是由C的花药直接发育成的单倍体经秋水仙素处理后形成的二倍体。(3)低温诱导和秋水仙素处理的原理都是通过抑制纺锤体形成使染色体数目加倍。答案:(1)单倍体育种染色体变异(2)1/42二二(3)秋水仙素低温诱导抑制纺锤体的形成,影响染色体被拉向两极,使细胞不能分裂,染色体数目加倍探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测变式训练变式训练3四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交所得的子一代植株开花后,经适当处理,则()
18、A.能产生正常配子,结出种子形成果实B.结出的果实为五倍体C.能产生正常配子,可形成无子西瓜D.结出的果实为三倍体解析:四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交产生的子一代西瓜植株是三倍体,由于其染色体组数为奇数,在减数分裂时同源染色体联会紊乱,因而不能产生正常生殖细胞,所以不能结种子。若经适当处理,如用二倍体花粉刺激其子房,可结出三倍体无子西瓜,该西瓜的果皮由三倍体植株的子房壁发育而来,因此该果实为三倍体。答案:D探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测判断正误(正确的画“”,错误的画“”)。1.染色体结构变异中的缺失是碱基对的缺失。 ()提示:染色体结构变异中的缺失是染色体的某一片段缺失。2.
19、在正常情况下,每种生物的染色体数目都是恒定的,在不同物种之间,染色体数目往往差别很大。()提示:3.生物配子中所具有的全部染色体组成一个染色体组。()提示:染色体组是一组非同源染色体,配子中可含有多个染色体组。4.正常情况下,一个染色体组中一定不含同源染色体,也不存在等位基因。()提示:探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测5.一个染色体组内的染色体其形态、大小和功能两两相同。()提示:一个染色体组内的染色体互为非同源染色体,其形态、大小和功能各不相同。6.体细胞中含有一个染色体组的生物是单倍体,含有两个染色体组的生物一定是二倍体。()提示:由配子发育成的个体,不论体细胞内含有几个
20、染色体组,都是单倍体;由受精卵发育成的个体,其体细胞内含有几个染色体组,就是几倍体。故含有两个染色体组的生物可能是单倍体,也可能是二倍体。7.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,导致染色体不能分配到两个子细胞中,从而引起细胞内染色体数目加倍。()提示:探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测低温诱导植物染色体数目加倍【实验指导】【实验指导】1.实验原理(1)进行正常有丝分裂的植物分生组织细胞,在有丝分裂后期,染色体的着丝点分裂,子染色体在纺锤丝的作用下分别移向两极,最终被平均分配到两个子细胞中去。(2)用低温处理植物组织细胞,使纺锤体的形成受到抑制,导致染色体不能被
21、拉向两极,细胞也不能分裂成两个子细胞,于是,植物细胞染色体数目加倍。2.实验目的(1)学习低温诱导植物染色体数目加倍的方法。(2)理解低温诱导植物细胞染色体数目加倍的作用机制。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测3.实验过程低温诱导:培养蚕豆根,待蚕豆根长至1.01.5cm时,将培养装置放入冰箱的低温室内(4),诱导培养36h固定形态:剪取诱导处理的根尖约5mm,放入卡诺氏固定液中浸泡0.51h以固定细胞的形态,然后用体积分数为95%的乙醇溶液冲洗23次制作装片:解离漂洗染色制片观察:用显微镜观察,并寻找染色体数目发生了变化的细胞探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测
22、4.注意事项除低温诱导外,生产上还常用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗,诱导染色体数目加倍。其原理是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,导致染色体不能移向两极,从而使细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂,将来就可能发育成多倍体植株。探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测【设计体验】【设计体验】下列关于低温诱导染色体数目加倍实验的叙述,正确的是()A.原理:低温抑制染色体着丝点分裂,使子染色体不能分别移向两极B.解离:盐酸酒精混合液和卡诺氏固定液都可以使洋葱根尖解离C.染色:改良苯酚品红染液和醋酸洋红液都可以使染色体着色D.观察:显微镜下可以看
23、到大多数细胞的染色体数目发生改变解析:低温诱导染色体数目加倍的原理是低温抑制纺锤体的形成,使子染色体不能分别移向两极;卡诺氏固定液用于细胞的固定,盐酸酒精混合液为解离液;改良苯酚品红染液和醋酸洋红液都可以用于染色体的染色;低温诱导染色体加倍的时期是有丝分裂的前期,而大多数细胞处于间期。答案:C探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测1.若图甲中和为一对同源染色体,和为另一对同源染色体,图中字母表示基因,“”表示着丝点,则图乙图戊中染色体结构变异的类型依次是()A.缺失、重复、倒位、易位B.缺失、重复、易位、倒位C.重复、缺失、倒位、易位D.重复、缺失、易位、倒位答案:A探究点一探究点
24、二探究点三易错点排查实验设计当堂检测2.下列有关单倍体的叙述,正确的有()A.未经受精的卵细胞发育成的个体一定是单倍体B.含有2个染色体组的生物体一定不是单倍体C.生物的精子或卵细胞一定都是单倍体D.基因型是aaaBBBCcc的植物一定是单倍体解析:单倍体是指由配子发育而来,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,与染色体组数目无绝对的对应关系。答案:A3.用秋水仙素处理幼苗可诱导形成多倍体植物,秋水仙素的主要作用是()A.使染色体再次复制B.使染色体着丝点不分裂C.抑制纺锤体的形成D.使细胞稳定在间期阶段答案:C探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测4.根据学过的杂交育种知识,从
25、理论上分析,下列叙述错误的一项是()A.二倍体四倍体三倍体B.二倍体二倍体二倍体C.二倍体六倍体四倍体D.三倍体三倍体三倍体解析:三倍体在减数分裂产生配子时同源染色体联会紊乱,不能产生正常配子,所以不育。答案:D探究点一探究点二探究点三易错点排查实验设计当堂检测5.对下列细胞图中有关染色体变化的描述,不正确的是 ()A.图甲细胞中有3个染色体组,可能是体细胞,也可能是生殖细胞B.图甲所示的细胞如果是体细胞,该细胞可以进行有丝分裂C.图乙所示的细胞中含有1个染色体组D.图乙中含有4个DNA分子、4个着丝点、4个中心粒解析:图甲所示的细胞如果是体细胞,该细胞是三倍体生物的体细胞,可以进行有丝分裂产生子细胞;但是图甲也可以表示六倍体生物的生殖细胞。图乙所示细胞无同源染色体,只含一个染色体组;图乙中含有4个DNA分子、2个着丝点、4个中心粒。答案:D
