高中生物 第5章 第2节 染色体变异学案 新人教版必修第二册.docx

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高中生物第5章第2节染色体变异学案新人教版必修第二册

第2节　染色体变异

1．阐明染色体数目和结构的变异导致遗传物质变化，可能导致生物性状的改变甚至死亡。

（生命观念）　2.比较二倍体、多倍体、单倍体的概念，比较多倍体、单倍体的不同特点。

（科学思维）

一、染色体变异

1．概念：

体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。

2．类型：

（1）染色体数目变异；

（2）染色体结构变异。

二、染色体数目的变异

1．类型

（1）个别染色体增加或减少。

（2）以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。

2．染色体组：

每套非同源染色体，其形态和功能各不相同。

3．二倍体：

体细胞中含有两个染色体组的个体。

4．多倍体

（1）概念：

体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。

（2）特点：

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。

（3）人工诱导（多倍体育种）

①方法：

用秋水仙素诱发或用低温处理。

②处理对象：

萌发的种子或幼苗。

③原理：

能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使染色体数目加倍。

5．单倍体

（1）概念：

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。

（2）特点

三、染色体结构的变异

1．类型

名称

图解

变化

举例

缺失

染色体b片段缺失

果蝇的缺刻翅

重复

染色体b片段增加

果蝇的棒状眼

易位

染色体断裂的片段（d、g）移接到另一条非同源染色体上

果蝇的花斑眼

倒位

同一条染色体上某一片段（a、b）位置颠倒

果蝇的卷翅

2.结果：

使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。

3．对生物体的影响：

大多数对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。

知识点一　染色体数目变异

1．染色体组

（1）概念

（2）图示分析

图中的雄果蝇体细胞染色体中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y就代表一个染色体组，与其精子中的染色体组成相同。

（3）生物体细胞中染色体组数目的判断

①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，该细胞中就含有几个染色体组。

如右图，每种形态的染色体都有2条，则该细胞中含有2个染色体组。

②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AAaBBB的细胞或生物体中含有3个染色体组。

③根据染色体数目和染色体形态种类数推算含有几个染色体组。

染色体组数＝

下图中共有8条染色体，染色体形态种类数（形态、大小不相同）为2，所以染色体组数为8÷2＝4。

2．“二看法”判断单倍体、二倍体和多倍体：

一看发育起点；二看体细胞中含有几个染色体组。

（1）配子

单倍体

（2）受精卵

　单倍体并不一定只含一个染色体组

（1）二倍体生物形成的单倍体只含一个染色体组。

（2）多倍体生物形成的单倍体中含有两个或两个以上染色体组。

1．下图所示细胞含三个染色体组的是（　　）

答案：

D

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．由六倍体普通小麦花药离体培育出来的个体是三倍体

解析：

选D。

染色体组是由一组非同源染色体组成的；由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体，而由配子发育而来的个体，体细胞中不管含有几个染色体组都是单倍体，所以由六倍体普通小麦花药离体培育出来的个体为单倍体。

3．下列有关多倍体的叙述，正确的是（　　）

A．体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体就是多倍体

B．人工诱导多倍体的方法很多，目前最常用最有效的方法是用低温处理植物分生组织细胞

C．人工诱导多倍体最常用的是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

D．秋水仙素诱导多倍体形成的原因是促使染色单体分离，从而使染色体数目加倍

解析：

选C。

体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体可能是单倍体，如六倍体对应的单倍体；人工诱导多倍体最有效的方法是用秋水仙素处理分生组织细胞；人工诱导多倍体最常用的是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗；秋水仙素抑制纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍。

知识点二　染色体数目变异与生物育种

1．多倍体育种

（1）育种原理：

染色体（数目）变异。

（2）处理材料：

萌发的种子或幼苗。

（3）处理方法：

用秋水仙素或低温处理。

分裂的细胞

抑制纺锤体形成

染色体不能移向细胞两极，使染色体数目加倍

（4）实例：

三倍体无子西瓜的培育。

培育过程：

①两次传粉

②三倍体西瓜无子的原因：

三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。

2．单倍体育种

（1）原理：

染色体（数目）变异。

（2）方法

（3）优点：

所得个体均为纯合子，明显缩短育种年限。

（4）缺点：

需和杂交育种配合使用，技术复杂。

（1）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，不能简单地认为花药离体培养就是单倍体育种的全部。

（2）“可遗传变异”≠“可育”：

三倍体无子西瓜、骡子、二倍体的单倍体等均表现“不育”，但它们均属于可遗传变异——其遗传物质已发生变化，若将其体细胞培养为个体，则可保持其变异性状——这与仅由环境引起的不可遗传变异有着本质区别。

4．下图表示无子西瓜的培育过程，下列相关叙述错误的是（　　）

―→

―→

A．无子西瓜比普通西瓜品质好，产量高

B．四倍体植株所结的西瓜种子即为三倍体种子

C．无子西瓜培育过程中，以二倍体西瓜作母本，四倍体西瓜作父本，可以得到同样的结果

D．培育无子西瓜通常需要年年制种，用植物组织培养技术可以快速进行无性繁殖

解析：

选C。

无子西瓜的培育过程中，如果以二倍体西瓜作母本、四倍体西瓜作父本，则得到的三倍体种子所结西瓜的珠被发育成厚硬的种皮，不能达到“无子”的目的。

因无子西瓜是三倍体，不能自己繁殖后代，因此需年年制种，但可以通过植物组织培养技术来快速繁殖。

5．下图表示用纯种的高秆（D）抗锈病（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，下列有关此育种方法的叙述错误的是（　　）

A．过程①可使育种所需的优良基因由亲本进入F1

B．过程②为减数分裂

C．过程③是利用组织培养技术获得单倍体幼苗

D．过程④必须使用秋水仙素处理

解析：

选D。

过程①是杂交，通过基因重组使优良的性状集中到同一个体上；过程②是通过减数分裂产生配子；过程③是对花药的离体培养；过程④为人工诱导染色体加倍，除秋水仙素外，低温也可达到诱导染色体加倍的目的。

多倍体育种和单倍体育种的比较

项目

多倍体育种

单倍体育种

原理

染色体组成倍增加

染色体组成套减少，再加倍后得到纯种（每对染色体上成对的基因都是纯合的）

常用方法

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

花药离体培养后，人工诱导染色体加倍

优点

操作简单

明显缩短育种年限

缺点

适用于植物，在动物方面难以操作

技术复杂一些，需与杂交育种配合

知识点三　染色体结构变异

1．染色体结构变异与基因突变

项目

染色体结构变异

基因突变

本质

染色体片段的缺失、重复、易位或倒位

碱基的替换、增添或缺失

发生变化的基因的数目

1个或多个

1个

变异水平

细胞

分子

光镜检测

可见

不可见

2.易位与互换的比较

项目

染色体易位

互换

图解

区别

发生于非同源染色体之间

发生于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

可在显微镜下观察到

在显微镜下观察不到

（1）DNA分子上若干基因的缺失或重复（增加），属于染色体结构变异。

（2）DNA分子上若干碱基的缺失、增添，属于基因突变。

6．（高考上海卷）下图显示了染色体及其部分基因，对①和②过程最恰当的表述分别是（　　）

A．交换、缺失　　　B．倒位、缺失

C．倒位、易位D．交换、易位

解析：

选C。

①过程中F与m位置相反，表示的是染色体结构变异中的倒位，②过程只有F，没有m，但多出了一段原来没有的染色体片段，表示的是染色体结构变异中的易位，故C正确。

7．（2019·郑州高一检测）下图①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。

下列有关说法正确的是（　　）

A．①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期

B．③中的变异属于染色体结构变异中的缺失

C．④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复

D．图中4种变异能够遗传的是①③

解析：

选C。

①表示基因重组中的互换，因为其发生在同源染色体之间；②表示染色体结构变异中的易位，因为其发生在非同源染色体之间；③表示基因突变中碱基的缺失；④表示染色体的缺失或重复。

图中4种变异都是可遗传变异。

知识点四　低温诱导植物细胞染色体数目的变化

1．实验原理

低温可抑制纺锤体的形成，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。

2．方法步骤

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

低温诱导：

等不定根长至1cm时，将整个装置放入冰箱冷藏室内（4℃），诱导培养48～72h

材料固定：

剪取根尖约0.5～1cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h，固定其形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次

制作装片：

解离→漂洗→染色→制片（同观察植物细胞的有丝分裂）

　观察：

先用低倍镜观察，找到变异细胞，再换用高倍镜观察

3．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。

　低温诱导染色体加倍实验中的理解误区

（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：

误将低温处理“分生组织细胞”等同于“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）低温处理的理解误区：

误认为低温处理时间越长越好。

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：

误将“抑制纺锤体形成”等同于“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。

8．下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，错误的是（　　）

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：

选D。

低温诱导染色体数目加倍实验的原理是低温能抑制有丝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。

9．（2019·大连二十四中期末）用秋水仙素处理某二倍体植物的愈伤组织，从获得的再生植株中筛选四倍体植株，预实验结果如表，正式实验时秋水仙素浓度设计最合理的是（　　）

秋水仙素浓度（g/L）

再生植株（棵）

四倍体植株（棵）

0

48

0

2

44

4

4

37

8

6

28

11

8

18

5

10

9

2

A.0、2、3、4、5、6　　　B．0、4、5、6、7、8

C．0、6、7、8、9、10D．0、3、6、9、12、15

解析：

选B。

预实验结果表明用浓度为6g/L的秋水仙素处理愈伤组织，诱导形成的四倍体植株数目最多，诱导率最高，所以正式实验时秋水仙素浓度设计最合理的是0、4、5、6、7、8g/L。

核心知识小结

[要点回眸]

[规范答题]

二倍体生物正常配子中的一套非同源染色体是一个染色体组。

由受精卵发育而来的个体，体细胞中含几个染色体组，就是几倍体。

单倍体并不一定只含一个染色体组。

单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等阶段，能明显缩短育种年限。

秋水仙素或低温能抑制纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍。

染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位等几种类型。

染色体结构变异可改变染色体上的基因的数目或排列顺序，可在显微镜下观察到。

[随堂检测]

1．以下二倍体生物的细胞中含有两个染色体组的是（　　）

①有丝分裂中期细胞　②有丝分裂后期细胞　③减数分裂Ⅰ中期细胞　④减数分裂Ⅱ中期细胞　⑤减数分裂Ⅰ后期细胞　⑥减数分裂Ⅱ后期细胞

A．①②③　　　　　B．①③⑤

C．①③⑤⑥D．①④⑤⑥

解析：

选C。

有丝分裂后期细胞中有四个染色体组。

减数分裂Ⅱ中期细胞中含一个染色体组。

2．下图表示某植物正常体细胞的染色体组成，Aa、Bb、Cc、Dd代表四对同源染色体。

下列各选项中，可能是该植物染色体组成的是（　　）

A．ABCdB．Aaaa

C．AaBbCcDdD．AaaBbb

解析：

选B。

由题图可以看出，同源染色体出现了四次，该植物属于四倍体，故染色体组成可能是Aaaa。

3．（2017·湖南学考真题）下列关于单倍体、二倍体、多倍体的叙述，正确的是（　　）

A．体细胞中含有两个染色体组的个体就是二倍体

B．用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体植株

C．多倍体的植株常常是茎秆粗壮，叶片、果实、种子都比较大，营养物质都有所增加

D．多倍体在动物中常见，在植物中很少见

解析：

选C。

体细胞中含有两个染色体组的个体如果是由配子发育而来，则是单倍体，A项错误；用秋水仙素处理单倍体植株后得到的可能是多倍体植株，B项错误；多倍体由于基因数量增加，所以表现为茎秆粗壮，叶片、果实、种子都比较大，营养物质含量增加，C项正确；多倍体在植物中较常见，在动物中很少见，D项错误。

4．下列有关单倍体的叙述中不正确的是（　　）

①由未受精的卵细胞发育成的植物，一定是单倍体　②含有两个染色体组的生物体，一定不是单倍体　③生物的精子或卵细胞一定都是单倍体　④基因型为aaaBBBccc的植株一定是单倍体　⑤基因型为Abcd的生物体一般是单倍体

A．③④⑤B．②③④

C．①③⑤D．②④⑤

解析：

选B。

由未受精的卵细胞发育而来的个体一定是单倍体，①正确；含有两个染色体组的生物体，可能是二倍体，也可能是四倍体生物的单倍体，②错误；生物的精子或卵细胞是生殖细胞，不是个体，所以不能称之为单倍体，③错误；基因型为aaaBBBccc的植株可能是单倍体，也可能是三倍体，④错误；基因型为Abcd的生物体细胞中只有一个染色体组，一般是单倍体，⑤正确。

5．下图为利用纯合高秆（D）抗病（E）小麦和纯合矮秆（d）染病（e）小麦快速培育纯合矮秆抗病小麦（ddEE）的示意图，下列有关此图叙述不正确的是（　　）

A．图中进行①过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起

B．②过程中发生了非同源染色体的自由组合

C．实施③过程依据的主要生物学原理是细胞分化

D．④过程的实施中通常用一定浓度的秋水仙素

解析：

选C。

题图表示单倍体育种的过程，其中①②③④分别表示杂交、减数分裂、花药离体培养（植物组织培养）、秋水仙素处理，其中杂交的目的是将位于不同亲本上的优良性状集中到同一个体上；减数分裂过程中存在非同源染色体的自由组合；花药离体培养过程的原理是植物细胞的全能性；诱导染色体加倍的常用方法是用秋水仙素处理。

6．导致遗传物质变化的原因有很多，图中字母代表不同基因，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

解析：

选D。

①中少了基因a和b，多了基因J，应是从非同源染色体上易位而来的；②中基因c与基因d、e位置发生了颠倒，属于倒位。

7．（2019·湖北重点中学联考）已知西瓜红色瓤（R）对黄色瓤（r）为显性。

图中A是由黄瓤瓜种子（rr）萌发而成的，B是由红瓤瓜种子（RR）长成的。

据图回答下列问题：

（1）秋水仙素的作用是________________________________________________________________________。

（2）G瓜瓤是____________色的，其中瓜子的胚的基因型是____________。

（3）H瓜瓤是____________色的，H中无子的原理是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）生产上培育无子西瓜的原理是________________________________________________________________________。

解析：

秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体的形成，阻碍细胞的有丝分裂，使着丝点分裂后形成的子染色体不能移向细胞两极，从而导致细胞染色体数目加倍。

用秋水仙素处理黄瓤西瓜（rr）的幼苗，使之形成四倍体的西瓜（rrrr），植株开花后产生的卵细胞的基因型为rr。

当它接受二倍体红瓤西瓜（RR）的花粉（R）后，子房壁发育成果皮（rrrr），瓜瓤为黄色，受精卵的基因型为Rrr，发育成的胚为三倍体（Rrr）。

第二年，三倍体的西瓜开花后，由于减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能产生正常的配子，所以当接受普通二倍体西瓜的花粉刺激后，发育成的三倍体西瓜中没有种子。

无子西瓜的培育原理是染色体数目变异。

答案：

（1）抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成，使染色体数目加倍　

（2）黄　Rrr　（3）红　三倍体植株减数分裂过程中，染色体联会紊乱，不能形成正常的生殖细胞

（4）染色体数目变异

[课时作业]

A级·合格考通关区

1．下列关于染色体组的表述，不正确的是（　　）

A．起源相同的一组完整的非同源染色体

B．通常指二倍体生物的一个配子中的染色体

C．人的体细胞中有两个染色体组

D．普通小麦的花粉细胞中有一个染色体组

答案：

D

2．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．①③④⑤⑥B．①④⑤⑥

C．②⑦D．①③④⑤⑦

解析：

选D。

据题意可知，玉米幼苗先用秋水仙素处理，使正常的二倍体变为四倍体，四倍体产生的配子中含有两个染色体组，发育成的单倍体植株中含有两个染色体组，所以此时的单倍体是可育的，产生的配子中只含有一个染色体组，该单倍体可能是纯合子也可能是杂合子。

3．将某马铃薯品种的花药进行离体培养获得幼苗，在幼苗细胞中发现了12对染色体，此幼苗个体属于几倍体，马铃薯的体细胞含染色体数是多少（　　）

A．单倍体，48B．二倍体，24

C．四倍体，48D．四倍体，24

解析：

选A。

花药中的花粉粒含有的染色体数只有体细胞中染色体数目的一半，花药离体培养获得的植株，无论细胞中含几个染色体组，都是单倍体；幼苗为单倍体，含12对（即24条）染色体，则马铃薯体细胞含48条染色体。

4．（2019·大连八中期中）果蝇的一条染色体上，正常染色体片段的排列为123－456789，中间的“－”代表着丝粒，下表表示由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（　　）

染色体

基因顺序变化

a

123－476589

b

123－4789

c

1654－32789

d

123－45676789

A.a是染色体某一片段位置颠倒引起的

B．b是染色体某一片段缺失引起的

C．c是染色体着丝粒改变引起的

D．d是染色体增加了某一片段引起的

解析：

选C。

正常基因的排列顺序为123－456789，a中5、6、7发生了倒位，即某一片段位置颠倒引起的，A正确；而b为123－4789，缺失了5、6片段，为染色体某一片段缺失引起的，B正确；c为1654－32789，2、3、4、5、6发生了倒位，即某一片段位置颠倒引起的，而不是着丝粒改变引起的，C错误；d为123－45676789，是增加了6、7片段引起的，属于染色体结构变异的重复，D正确。

5．（2019·山东博兴高一期中）下图中①和②表示某精原细胞中的一段DNA分子，分别位于一对同源染色体的两条非姐妹染色单体的相同位置上。

下列相关叙述中正确的是（　　）

A．①和②所在的染色体都来自父方

B．③和④的形成是由于染色体易位

C．③和④上的非等位基因可能会发生重新组合

D．③和④形成后，立即被平均分配到两个精细胞中

答案：

C

6．（2019·四川泸州高一期末）下列关于基因突变和染色体结构变异的叙述，正确的是（　　）

A．都可用光学显微镜观察检测

B．都会导致个体表型改变

C．都属于可遗传的变异

D．都会导致个体基因数目改变

解析：

选C。

用光学显微镜能直接观察到染色体数目变异和结构变异，但是不能观察到基因突变，A错误；由于密码子的简并性，基因突变不一定改变生物的表型，B错误；基因突变和染色体结构变异都导致遗传物质发生改变，所以都属于可遗传的变异，C正确；基因突变指的是基因结构的改变，一般不会导致基因数目改变，D错误。

7．（2019·山西太原高一期末）下图A中的甲表示细胞内的一条染色体片段中基因排列的顺序，B、C是该细胞有丝分裂的两个时期，请回答下列问题：

（1）与甲相比，乙、丙分别属于染色体结构变异中的________和________。

（2）B图含有________条染色体，C图中含有________个染色体组。

（3）与正常的植株相比，单倍体植株的特点是__________________________。

如果用试剂________处理萌发的种子或幼苗，能抑制________（填字母）图所示时期中纺锤体形成，最终使体细胞中染色体的数目________。

答案：

（1）缺失　重复（或增加）

（2）4　4

（3）植株矮小，高度不育　秋水仙素　B　加倍

8．以培育抗病高产（aaBB）品种为例，分析回答下列问题：

（1）①采用的方法是______________，②过程通常用________处理。

（2）单倍体育种共需________年，明显缩短育种年限。

答案：

（1）花药离体培养　秋水仙素　

（2）2

B级·等级考拟战区

9.（2019·信阳高级中学检测）在某基因型为AA的二倍体水稻根尖中，发现一个如图所示的细胞（图中Ⅰ、Ⅱ表示该细胞中部分染色体，其他染色体均正常），以下分析合理的是（　　）

A．a基因产生的原因可能是其亲代产生配子时发生了基因突变

B．该细胞一定发生了染色体变异，一定没有发生基因自由组合

C．该细胞产生的各项变异均可在光学显微