2018-2019高中生物 第3章 遺傳和染色體 第3節(jié) 染色體變異及其應用學案 蘇教版必修2.doc

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第三節(jié)　染色體變異及其應用 學習目標 知識概覽(教師用書獨具) 1．簡述染色體的結構變異和數目變異。(重難點) 2．了解染色體變異在育種上的應用，收集染色體變異在育種上的應用實例。(重點) 3．單倍體育種和多倍體育種在方法、原理上的異同，比較它們的優(yōu)缺點，了解三倍體無子西瓜的培育過程。(難點) 染色體變異及應用染色體結構變異缺失重復易位倒位染色體變異在育種上的應用單倍體育種多倍體育種染色體數目變異非整倍性變異整倍性變異 [自 主 預 習探 新 知] 一、染色體結構的變異 1．主要起因 染色體斷裂以及斷裂后的片段不正常的重新連接。 2．類型(連線) 3．遺傳效應 染色體上基因的數目或排列順序發(fā)生改變，從而導致性狀的變異。 4．影響因素 電離輻射、病毒感染或一些化學物質誘導。 5．對生物影響 大多數染色體結構變異對生物體是不利的，有時甚至會導致生物體死亡。 二、染色體數目變異 1．染色體組 細胞中形態(tài)和功能各不相同，但互相協調，共同控制生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異的一組非同源染色體，稱為一個染色體組。 2．染色體數目變異 (1)概念：染色體數目以染色體組的方式成倍地增加或減少，或者以個別染色體的方式增加或減少。 (2)類型 ①單倍體：由配子發(fā)育而成，體細胞中含有配子染色體數的個體。 ②二倍體和多倍體：由受精卵發(fā)育而成，體細胞中含有兩個染色體組的個體稱為二倍體，含有三個或三個以上染色體組的個體稱為多倍體。 3．染色體變異在育種上的應用 (1)單倍體育種 ①過程圖 ②優(yōu)點：a.后代是純合體，自交產生的后代不發(fā)生性狀分離。b.能明顯縮短育種年限。 (2)多倍體育種 ①原理 ②方法：用低溫處理或用秋水仙素處理。 ③處理對象：萌發(fā)的種子或幼苗。 ④實例：三倍體無子西瓜的培育。 ⑤優(yōu)點：莖稈粗壯，果實、葉片、種子都比較大，糖類和蛋白質等營養(yǎng)物質含量有所提高。 4．低溫誘導植物染色體數目的變化 (1)實驗原理 ①進行正常有絲分裂的植物分生組織細胞，在有絲分裂后期，染色體的著絲點分裂，子染色體在紡錘絲的作用下分別移向兩極，最終平均分配到兩個子細胞中去。 ②用低溫處理植物分生組織細胞，使紡錘體的形成受到抑制，以致影響染色體被拉向兩極，細胞也不能分裂成兩個子細胞，于是，植物細胞染色體數目發(fā)生變化。 (2)方法步驟：蠶豆根尖培養(yǎng)→取材→制片(解離→漂洗→染色→制片)→觀察。 (3)結論：適當的低溫可誘導細胞中的染色體加倍。 [基礎自測] 1．判斷對錯 (1)染色體結構變異和數目變異一般通過光學顯微鏡能直接觀察。 (　　) (2)染色體結構變異會改變染色體上的基因數目或排列順序。 (　　) (3)二倍體生物正常配子中的一組染色體是一個染色體組。 (　　) (4)單倍體的體細胞含有一個染色體組。 (　　) (5)秋水仙素或低溫能抑制紡錘體的形成，從而導致染色體數目加倍。 (　　) (6)本課時制作臨時裝片的程序是：解離→染色→漂洗→制片。 (　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)√ (4)　單倍體是由配子發(fā)育而來的個體，可能含有多個染色體組。 (5)√ (6)　本課時制作臨時裝片的程序是：解離→漂洗→染色→制片。 2．果蠅的一條染色體上，正?；虻呐帕许樞驗?23—456789，“—”代表著絲點，表中表示了由該正常染色體發(fā)生變異后基因順序變化的情況。下列有關敘述錯誤的是(　　) 【導學號：01632095】 染色體 基因順序變化 a 123—476589 b 123—4789 c 1654—32789 d 123—45676789 A．a是染色體某一片段位置顛倒引起的 B．b是染色體某一片段缺失引起的 C．c是染色體著絲點改變引起的 D．d是染色體增加了某一片段引起的 C　[a中5、6、7基因顛倒形成7、6、5；b缺失了5、6基因；c由原來的23—456變成了654—32，發(fā)生了顛倒，不是由著絲點改變引起的；d中增了6和7兩個基因。] 3．如圖所示細胞中所含的染色體，下列敘述不正確的是(　　) A．①代表的生物可能是二倍體，其每個染色體組含4條染色體 B．②代表的生物可能是二倍體，其每個染色體組含3條染色體 C．③代表的生物可能是四倍體，其每個染色體組含2條染色體 D．④代表的生物可能是單倍體，其每個染色體組含4條染色體 B　[因題干中未涉及細胞的發(fā)育起點，所以一般說“可能是”幾倍體，①～④的染色體組數分別是2、3、4、1，所以其代表的生物依次可能是二倍體、三倍體、四倍體、單倍體，當然①②③代表的生物也可能是單倍體。] [合 作 探 究攻 重 難] 染色體結構變異 背景材料 下圖是染色體之間發(fā)生的變化，分析圖片探究下面的問題： [思考交流] 1．圖甲中的兩條染色體是什么關系？ 提示：非同源染色體。 2．圖乙中交換片段后染色體的結構是否發(fā)生改變？ 提示：圖乙是同源染色體，交換片段后染色體結構沒有改變。 3．圖甲、圖乙的變異分別屬于何種類型的變異？ 提示：甲是染色體結構變異中的易位，乙是交叉互換屬于基因重組。 1．染色體結構變異中易位與交叉互換的比較 易位 交叉互換 圖解 區(qū)別 發(fā)生在有絲分裂或減數分裂過程中非同源染色體之間 發(fā)生在減數第一次分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體之間 屬于染色體結構變異 屬于基因重組 可在顯微鏡下觀察到 在顯微鏡下觀察不到 2.染色體結構變異對染色體上基因的影響 圖例 染色體上的基因 缺失 數目和排列順序均改變 重復 倒位 數目不變，排列順序改變 易位 數目和排列順序均改變，但細胞中基因數目不變 特別提醒：染色體結構變異的兩個認識誤區(qū) (1)誤認為染色體結構變異對生物體都是有害的：染色體結構變異有的是中性的，極少數是有利的。 (2)誤認為染色體結構變異屬于分子層次的變異：染色體結構變異是細胞中染色體的結構發(fā)生改變，屬于細胞層次。 [典例通關] 染色體之間的交叉互換可能導致染色體的結構或基因序列的變化。下列圖中甲、乙兩圖分別表示兩種染色體之間的交叉互換模式，丙、丁、戊圖表示某染色體變化后的三種情形。則下列有關敘述正確的是(　　) A．甲可以導致戊的形成 B．乙可以導致丙的形成 C．甲可以導致丁或戊兩種情形的產生 D．乙可以導致戊的形成 [技巧點撥]　明確甲、乙、丙、丁、戊五圖的變異名稱是解題關鍵。 D　[由圖可知，甲表示同源染色體的非姐妹染色單體之間發(fā)生的交叉互換，乙表示非同源染色體之間的易位。前者的變異類型屬于基因重組，發(fā)生交叉互換后在原來的位置可能會換為原基因的等位基因，可導致丁的形成；后者屬于染色體結構變異，由于是與非同源染色體之間發(fā)生的交換，因此易位后原位置的基因被換成控制其他性狀的基因，可導致戊的形成。丙屬于染色體結構變異中的“重復”。] 　(1)甲、乙兩圖的交叉互換模式中，哪種情況下可以改變基因的數目？ 提示：乙。 (2)丁戊與甲乙的對應關系如何？ 提示：甲與丁對應，乙與戊對應。 [活學活用] 1．如圖顯示了染色體及其部分基因，對①和②過程最恰當的表述分別是(　　) A．交換、缺失 B．倒位、缺失 C．倒位、易位 D．交換、易位 C　[①過程使該染色體上的基因F與m所在的染色體片段發(fā)生了倒轉，因此①過程為倒位；②過程使染色體缺少了基因m所在的片段，但獲得了一段新非同源片段，因此②過程為易位，C項正確。] 2．如圖表示某生物細胞中兩條染色體及其部分基因。下列四種情況的產生不屬于該細胞染色體結構變異的是(　　) 【導學號：01632096】 C　[染色體結構變異指的是染色體某一片段的缺失①重復、④倒位和②易位等。③是基因突變或減數分裂四分體時期發(fā)生交叉互換所致。] 題后反思：同源染色體的非姐妹染色單體之間的片段交換屬于基因重組，非同源染色體之間的片段交換屬于染色體結構變異中的易位；染色體變異可以在光學顯微鏡下觀察到，會使排列在染色體上的基因的數目或排列順序發(fā)生改變。 染色體數目變異及其應用 背景材料 無子西瓜是三倍體，在減數分裂形成配子過程中，因聯會紊亂不能產生正常的生殖細胞，導致無法受精形成正常種子。給三倍體植株授予二倍體的花粉只是刺激其子房合成大量生長素，促進子房發(fā)育成無子果實。 [思考交流] 1．三倍體無子西瓜是如何得到的？ 提示：用二倍體和四倍體植株雜交得到。 2．培育無子西瓜時如何獲得四倍體西瓜？ 提示：利用秋水仙素處理二倍體西瓜的幼苗。 3．培育三倍體無子西瓜的方法是什么育種方法？ 提示：多倍體育種。 1．染色體組的判斷 (1)“三要件”界定染色體組 ①不含有同源染色體； ②是一組非同源染色體，染色體形態(tài)、大小和功能各不相同； ③含有一整套控制該生物的性狀的基因(不遺漏，不重復)。 (2)“三法”確定染色體組的數量 ①染色體形態(tài)法 細胞內形態(tài)相同的染色體有幾條，則含有幾個染色體組。如圖所示的細胞中，形態(tài)相同的染色體在a中有3條、b中兩兩相同、c中各不相同，則可判定它們分別含三、二、一個染色體組。 ②基因型法 控制同一性狀的基因出現幾次，就含幾個染色體組，每個染色體組內不含等位基因或相同基因，如圖所示：(d～g中依次含四、二、三、一個染色體組) ③染色體數/形態(tài)數的比值法 染色體數/形態(tài)數的比值意味著每種形態(tài)染色體數目有多少，每種形態(tài)染色體有幾條，即含幾個染色體組。如果果蠅該比值為8條/4種形態(tài)＝2，則果蠅含兩個染色體組。 2．二倍體、多倍體和單倍體的比較 二倍體 多倍體 單倍體 概念 體細胞中含2個染色體組的個體 體細胞中含3個或3個以上染色體組的個體 體細胞中含本物種配子染色體數的個體 染色體組 2 3個或3個以上 1至多個 來源 受精卵發(fā)育 受精卵發(fā)育 配子發(fā)育 自然成因 正常有性生殖 未減數分裂的配子受精；合子染色體數目加倍 單性生殖(孤雌生殖或孤雄生殖) 植株特點 正常 果實、種子較大，生長發(fā)育延遲，結實率低 植株弱小，高度不育 舉例 幾乎全部動物、過半數高等植物 香蕉(三倍體)、普通小麥(四倍體) 玉米、小麥的單倍體 3.單倍體育種和多倍體育種比較 多倍體育種 單倍體育種 原理 染色體組成倍增加 染色體組成倍減少，再加倍后得到純種(指每對染色體上成對的基因都是純合的) 常用方法 秋水仙素處理萌發(fā)的種子、幼苗 花粉離體培養(yǎng)后，人工誘導染色體加倍 優(yōu)點 操作簡單 明顯縮短育種年限 缺點 適用于植物，在動物方面難以開展 技術復雜一些，須與雜交育種配合 4.低溫誘導染色體加倍實驗的操作步驟 (1)材料培養(yǎng)：將一些蠶豆或豌豆種子放入培養(yǎng)皿，加入適量的清水浸泡，在培養(yǎng)皿上覆蓋2～3層潮濕的紗布。 (2)低溫處理：當蠶豆根長至1.0～1.5 cm時，將其中的兩個培養(yǎng)皿放入冰箱的低溫室內，4 ℃下誘導培養(yǎng)36 h。 (3)固定：剪取誘導處理的根尖5 mm左右，放入卡諾氏固定液中浸泡0.5～1 h，固定細胞的形態(tài)，然后用體積分數為95%的乙醇溶液沖洗2～3次。 (4)制作裝片：具體操作方法與實驗“觀察植物細胞的有絲分裂”相同。 (5)觀察：先用低倍鏡觀察，找到視野中染色體形態(tài)較好的分裂相，注意視野中有染色體數目發(fā)生改變的細胞，再換高倍鏡繼續(xù)觀察。 方法規(guī)律：“兩看”區(qū)分單倍體、二倍體和多倍體 [典例通關] 如圖是利用野生獼猴桃種子(aa,2n＝58)為材料培育無子獼猴桃新品種(AAA)的過程，下列敘述錯誤的是(　　) A．③和⑥都可用秋水仙素處理來實現 B．若④是自交，則產生AAAA的概率為1/16 C．新品種AAA為三倍體 D．若⑤是雜交，產生的AAA植株的體細胞中染色體數目為87 [技巧點撥]　準確判斷①—⑤過程的具體過程是解題關鍵。 B　[③和⑥都可用秋水仙素處理來完成染色體數目加倍，A正確；植株AAaa減數分裂產生的配子種類及比例為AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，所以AAaa自交產生AAAA的概率＝1/61/6＝1/36，B錯誤；二倍體AA與四倍體AAAA雜交產生的AAA為不育的三倍體，C正確；該生物一個染色體組含有染色體582＝29(條)，所以三倍體植株的體細胞中染色體為293＝87(條)，D正確。] [活學活用] 1．如圖表示無子西瓜的培育過程： 根據圖解，結合你學過的生物學知識，判斷下列敘述錯誤的是(　　) A．用秋水仙素處理二倍體西瓜幼苗的莖尖，主要是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成 B．四倍體植株所結的西瓜，果皮細胞內含有4個染色體組 C．無子西瓜既沒有種皮，也沒有胚 D．四倍體西瓜的根細胞中含有2個染色體組 C　[秋水仙素抑制紡錘體的形成，是在有絲分裂的前期；四倍體西瓜的果皮是由子房壁發(fā)育而成的，來自母本，細胞內含有4個染色體組；無子西瓜是由于不能產生正常配子，所以不能形成受精卵，而種皮來自于母本，所以有種皮，而沒有胚；由于植株的地下部分沒有經秋水仙素處理，細胞中仍含有2個染色體組。] 2．下圖表示培育高品質小麥的幾種方法，下列敘述正確的是(　　) 【導學號：01632097】 YYRRyyrr―→YyRr A．圖中涉及的育種方法分別是雜交育種、單倍體育種和多倍體育種 B．a過程只能用秋水仙素處理 C．a、c過程都需要用秋水仙素處理萌發(fā)的種子 D．要獲得yyRR，b過程需要進行不斷自交來提高純合率 D　[圖中涉及的育種方法分別是單倍體育種、雜交育種和多倍體育種，A錯誤；a過程可用秋水仙素或低溫處理誘導染色體加倍，B錯誤；單倍體yR不結種子，a過程只能處理單倍體幼苗而c過程可以處理萌發(fā)的種子或幼苗，C錯誤。] 1．用雜合體種子盡快獲得純合體植株的方法是(　　) A．種植→F2→選不性狀分離者→純合體 B．種植→秋水仙素處理→純合體 C．種植→花藥離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合體 D．種植→秋水仙素處理→花藥離體培養(yǎng)→純合體 C　[單倍體育種能明顯縮短育種年限。C選項中先花藥離體培養(yǎng)再秋水仙素處理，為單體育種。] 2．基因型為Aa的幼苗經秋水仙素處理后長成植株，該植株細胞減數分裂產生的配子的種類及其比例是(　　) A．AA∶aa＝1∶1　　　　 B．AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1 C．AA∶Aa＝1∶1 D．AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1 D　[基因型為Aa的幼苗經秋水仙素處理后長成的植株的基因型為AAaa，減數分裂時，A和A組合為AA，A和a組合為Aa，a和a組合為aa，結果AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1。] 題后反思：判斷單倍體育種和多倍體育種的方法 (1)通過秋水仙素的作用對象判斷。如果處理的是單倍體則是單倍體育種，如果處理的是受精卵發(fā)育成的個體則是多倍體育種。 (2)通過過程中所用技術判斷。如果用到花藥離體培養(yǎng)，則是單倍體育種，如果用到秋水仙素處理，但沒有花藥離體培養(yǎng)，則是多倍體育種。 (3)通過染色體組數判斷。單倍體育種多為二倍體生物，最后獲得的個體體細胞中有兩個染色體組，多倍體育種通常要獲得染色體組數較多的個體。 [當 堂 達 標固 雙 基] 1．下列變異中，不屬于染色體結構變異的是(　　) A．染色體缺失了某一片段 B．染色體增加了某一片段 C．某染色體增加了一條 D．染色體某一片段位置顛倒了180 C　[某染色體增加一條屬于染色體數目變異。] 2．下圖表示某生物細胞中兩條染色體及其上面的部分基因，下列選項的結果中，不屬于染色體變異引起的是(　　) 【導學號：01632098】 C　[A項是缺失；B項是易位；D項是重復。C項中染色體上的基因的數目和排列順序沒有發(fā)生變化，故不屬于染色體變異。] 3.如圖為某植物的體細胞中染色體數示意圖，將其花粉經離體培養(yǎng)得到植株的基因型最可能是(　　) A．AB　　　 B．AaBb C．ab D．AAaaBBbb B　[從題圖可以看出，該植物體細胞中有4個染色體組，是四倍體生物，經過減數分裂后染色體數目減半，形成的花粉中含有2個染色體組，所以單倍體植株應含2個染色體組，B項正確。AB和ab只能表示1個染色體組，AAaaBBbb表示4個染色體組，因此A、C、D項錯誤。] 4．普通小麥為六倍體，有42條染色體，科學家用其花藥經離體培養(yǎng)出的小麥幼苗是(　　) A．三倍體，含3個染色體組，21條染色體 B．單倍體，含3個染色體組，21條染色體 C．六倍體，含6個染色體組，42條染色體 D．單倍體，含1個染色體組，21條染色體 B　[花粉是普通的六倍體小麥的雄性生殖細胞，其含有體細胞一半的染色體，即為21條，3個染色體組。由花藥離體培養(yǎng)出的小麥為單倍體。] 5．將雜合的二倍體植株的花粉培育成一株幼苗，然后用秋水仙素處理，使其能正常開花結果。該幼苗發(fā)育成的植株具有的特征是(　　) 【導學號：01632099】 A．單倍體 B．能穩(wěn)定遺傳 C．高度不育 D．含四個染色體組 B　[將雜合的二倍體植株的花粉培育成單倍體植株，用秋水仙素處理后成為純合的二倍體，A錯誤；雜合的二倍體植株有兩個染色體組，花粉中含有一個染色體組，花藥離體培養(yǎng)后得到單倍體植株，再用秋水仙素處理，染色體數目加倍后基因型為純合子，自交后代不發(fā)生性狀分離，即能穩(wěn)定遺傳，B正確；該植株為純合二倍體，能正常開花結果，C錯誤；得到的純合子植株含有兩個染色體組，D錯誤。] 6．下圖為某農科所培育高品質小麥的過程，其中①③④⑤代表具體操作過程。 (1)具有①④⑤操作的育種方法是________，依據的原理是________。 (2)具有①③操作的育種方法是________，依據的原理是________。 (3)操作③是________，其目的是________________________。 操作⑤常用的方法有____________________________________ ___________________________________________________________， 原理是______________________________________________________ __________________________________________________。 (4)操作①表示雜交，其目的是將兩個純合親本的______通過雜交集中在一起，再經過選擇和培育獲得新品種。 [解析]　由圖可知，①表示雜交，②表示減數分裂，③表示連續(xù)自交，④表示花藥離體培養(yǎng)，⑤表示用秋水仙素或低溫處理幼苗。具有①④⑤操作的育種方法是單倍體育種，依據的原理是染色體變異。具有①③操作的育種方法是雜交育種，依據的原理是基因重組。③可以提高純合子的比例。⑤原理是低溫或秋水仙素在細胞分裂前期抑制紡錘體的形成，導致染色體數目加倍。①目的是將純合親本的優(yōu)良性狀(或基因)通過雜交集中在一起。 [答案]　(1)單倍體育種　染色體變異 (2)雜交育種　基因重組 (3)連續(xù)自交　提高純合子的比例(選出符合要求的個體)　低溫誘導或秋水仙素處理　低溫或秋水仙素處理　抑制紡錘體形成，導致染色體不能移向細胞兩極，從而使細胞內的染色體數目加倍 (4)優(yōu)良性狀(基因) [核心語句歸納] 1．染色體結構變異包括缺失、重復、倒位和易位4種類型。 2．一個染色體組內的染色體形態(tài)和功能各不相同。 3．由受精卵發(fā)育而來的個體，體細胞中含有幾個染色體組就是幾倍體。 4．單倍體并不一定只含一個染色體組。 5．單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理幼苗等階段，能明顯縮短育種年限。