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5.2染色体变异 学案
【学习目标】
（一）学习目标
1.认同染色体变异的原理，形成进化与适应的观点。(生命观念)
2.通过归纳与概括，比较染色体结构变异与数目变异；阐明染色体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。(科学思维)
3.通过低温诱导染色体数目加倍的实验，阐释低温可引起可遗传变异。(科学探究)
4.根据染色体变异原理，结合案例，分析染色体变异在育种上的应用，设计育种方案，指导农业生产。(社会责任)
【学习重难点】
（一）学习重难点
1、教学重点
（1）染色体数目变异的类型
（2）染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的判断
（3）三倍体香蕉的培育过程
2、教学难点
（1）染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的判断
（2）三倍体香蕉的培育过程
【预习新知】
（一）染色体数目的变异
1．类型
(1)细胞内________的增加或减少。实例：21三体综合征。
(2)细胞内染色体数目以________的形式成倍增加或减少。实例：雄蜂的形成。
2．染色体组
(1)概念：细胞中的一组____________，在形态和功能上各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、________和________的一组染色体。
(2)写出图中的染色体组：______________。
3.二倍体、多倍体
(1)概念辨析
项目 起点 体细胞染色体组数 实例
二倍体 ______ ______ 几乎全部______和过半数的______
多倍体 ______ 3个或3个以上 三倍体香蕉和四倍体马铃薯
(2)植株特点：与二倍体植株相比，多倍体植株常常是________，叶片、________都比较大；________等营养物质的含量都有所增加。
(3)人工诱导多倍体
①方法
②原理：秋水仙素能够抑制________的形成，导致染色体不分离，引起细胞内________________加倍。
4．单倍体
(1)概念：体细胞中含有__________染色体数目的个体。
(2)特点(以植物为例)：与正常植株相比，植株长得弱小，且__________。
(3)实践应用：利用单倍体植株培育新品种。
①方法
②优点：____________。
（一）染色体结构的变异
1.猫叫综合征：猫叫综合征是人的5号染色体部分 引起的遗传病，因为患儿哭声轻，音调高，很像猫叫而得名。猫叫综合征患者的生长发育迟缓，而且存在严重的 。
2.类型
（1）染色体某一片段 引起的变异（如：果蝇缺刻翅的形成）
（2）染色体中 某一片段引起的变异（如：果蝇棒状眼的形成）
（3）染色体 引起变异（如：果蝇花斑眼的形成）
（4）染色体的 引起的变异（如：果蝇卷翅的形成）
3.染色体结构变异的结果： 。
4.染色体结构变异对生物性状的影响：大多数染色体结构变异对生物体是 的，有的甚至会导致生物体 。
【易错提示】
（一）易错提示
关于单倍体的三个易错点
(1)单倍体的体细胞中并不一定只有一个染色体组；如四倍体的配子形成的单倍体的体细胞中含有两个染色体组。
(2)单倍体并非都不育；二倍体的配子发育成的单倍体，表现为高度不育；多倍体的配子如含有偶数个染色体组，则发育成的单倍体含有同源染色体及等位基因，可育并能产生后代。
(3)单倍体是生物个体，而不是配子；精子和卵细胞属于配子，但不是单倍体。
(1)单倍体育种一般应用于二倍体植物，因为若为四倍体植物，通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。
(2)单倍体育种和多倍体育种中都用到秋水仙素，但单倍体育种中是用秋水仙素处理单倍体幼苗，而多倍体育种中是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
【深化探究】
（一）深化探究
一、染色体数目的变异
归纳总结：
1．染色体组的理解
(1)果蝇染色体的组成
项目 性别 染色 体数目 同源 染色体 常染 色体 性染 色体 染色体组
甲 8 4对 Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ XY Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X和 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y
乙 ♀ 8 4对 Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ XX Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
(2)染色体组的特点
2．染色体组数的判断方法
(1)根据染色体形态判断
①依据：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
②实例：如下图所示的细胞中，形态相同的染色体a中有4条，b中有3条，c中两两相同，d中各不相同，则可判定它们分别含4个、3个、2个、1个染色体组。
(2)根据基因型判断
①依据：控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组(每个染色体组内不含等位或相同基因)。
②实例：据图可知，e～h中依次含4、2、3、1个染色体组。
(3)根据染色体数和形态数的比值判断
①依据：染色体数与形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态的染色体有几条，即含几个染色体组。
②实例：果蝇体内该比值为8条染色体/4种形态＝2，则果蝇含2个染色体组。
3．单倍体、二倍体和多倍体
(1)比较
项目 单倍体 二倍体 多倍体
染色体组 一个或多个 两个 三个或三个以上
来源 配子发育 受精卵发育 受精卵发育
特点 植株弱小，高度不育 正常 茎秆粗壮，叶、果实、种子较大，营养物质多，发育延迟，结实率低
实例 玉米、水稻的单倍体 几乎全部动物和过半数的高等植物 香蕉、普通水稻
(2)判断方法
①如果生物体由受精卵(或合子)发育而成，体细胞中含有几个染色体组，该生物就称为几倍体。
②如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。
二、染色体结构变异
[问题探究]
下图表示某种生物的部分染色体发生了两种变异的示意图，图中①和②、③和④互为同源染色体，这两种变异分别属于哪一种可遗传变异？
图a
图b
提示：图a发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组；图b发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异。
归纳总结：
1．染色体结构变异类型的比较
类型 具体变化 图解 实例
缺失 染色体某一片段缺失引起的变异 猫叫综合征　
重复 一条染色体的断裂片段接到其同源染色体的相应部位，结果后者就有一段重复基因 果蝇的棒状眼
倒位 一条染色体的断裂片段，位置倒过来后再接上去，造成这段染色体上的基因位置颠倒 果蝇3号染色体上猩红眼—桃色眼—三角翅脉
易位 染色体发生断裂，断裂片段接到非同源染色体上的现象 人慢性粒细胞白血病
2.结果
染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。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。
3．染色体缺失、重复与基因突变的区别
项目 基因突变 染色体缺失、重复
实质 碱基对的替换、缺失和增添 染色体上基因的增加或缺失
对象 碱基对 基因
结果 碱基对的数目或排列顺序改变 基因数目或排列顺序改变
是否可见 分子水平、光学显微镜下观察不到 光学显微镜下可观察到
4.染色体易位与交叉互换的区别
项目 染色体易位 交叉互换
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
可发生于有丝分裂和减数分裂过程中 只发生于减数分裂Ⅰ的四分体时期
三、单倍体育种和多倍体育种
[问题探究]
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，据图分析：
1．F1能产生几种雄配子？
提示：F1的基因型是DdTt，能产生四种雄配子：DT、dT、Dt、dt。
2．过程③是哪种处理？其原理是什么？
提示：过程③是花药离体培养；原理是细胞的全能性。
3．过程④是哪种处理？处理后符合要求的植株占的比例是多少？
提示：过程④是用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗。处理后基因型为ddTT的个体占的比例为1/4。
归纳总结：
1．单倍体育种
(1)原理：染色体数目变异。
(2)过程
用高秆抗病(DDTT)和矮秆不抗病(ddtt)小麦品种，培育矮秆抗病小麦的过程，如下图所示：
其中单倍体育种的核心步骤为①花药离体培养和②秋水仙素处理诱导染色体数目加倍。
(3)优点：与杂交育种相比，单倍体育种能明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程。
缺点：技术复杂且需与杂交技术结合使用。
2．多倍体育种
(1)原理：染色体数目变异。
(2)多倍体育种的过程：
正在萌发的种子或幼苗抑制纺锤体形成染色体不分离细胞中染色体数目加倍多倍体植株。
(3)优点：多倍体和二倍体相比，茎秆粗壮，叶片、果实和种子都较大，糖类和蛋白质含量都有所增加。
缺点：多倍体育种适用于植物，在动物方面难以开展，且多倍体植物往往发育迟缓，结实率低。
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育过程
①过程b传粉是为了杂交得到三倍体种子，过程c传粉是为了提供生长素刺激子房发育成果实。
②获取三倍体种子是在第一年四倍体植株上；获取三倍体无子果实则是在第二年的三倍体植株上。
③无子的原因：三倍体西瓜进行减数分裂时，由于同源染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
【巩固训练】
（一）巩固训练
1.豌豆为二倍体（2n=14）植物，某研究小组发现某豌豆的染色体组成如图所示，其中1、2为染色体编号，2上无对应于I的同源区段，Ⅱ为1、2染色体的同源区段，下列叙述正确的是( )
A.1、2是一对性染色体，1号是X染色体
B.I区段可能来自2号染色体片段的易位
C.若2号是正常染色体，则1发生了染色体片段重复
D.若1号是正常染色体，则2发生了染色体片段缺失
2.下图所示为利用玉米（2N=20）的幼苗芽尖细胞（基因型为BbTt）进行实验的流程示意图。下列分析不正确的是( )
A.基因重组发生在图中过程②，过程③中能够在显微镜下看到染色单体的时期是前期和中期
B.秋水仙素用于培育多倍体的原理是其能够抑制纺锤体的形成
C.植株A为二倍体，其体细胞内最多有4个染色体组，植株C属于单倍体，其发育起点为配子
D.利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株B纯合的概率为25%
3.蝴蝶被誉为“会飞的花朵”，是一类非常美丽的昆虫。蝴蝶的性别决定类型为ZW型，已知基因B使触角为棒状，基因b使触角为锤状。用X射线处理雌蝴蝶，实验流程如图所示，下列叙述错误的是( )
A.X射线可使蝴蝶发生基因突变或染色体变异
B.用丙与正常锤状触角雄蝴蝶杂交，后代为丁的概率是1/2
C.可通过显微镜观察丙发生的变异类型
D.用丁与正常锤状触角雄蝴蝶杂交，可根据子代性状区分性别
4.关于变异的叙述，正确的是( )
A.若基因突变使mRNA序列延长，则其编码的多肽链一定会延长
B.利用花药离体培养技术培育出的单倍体玉米可提高玉米产量
C.栽培香蕉与其祖先的染色体数目不同，二者的性状差异仅与染色体变异有关
D.血红蛋白基因中胞嘧啶脱氨基转化为尿嘧啶属于基因突变
5.下列对染色体组的叙述，正确的是( )
A. 染色体组在减数分裂过程中消失 B. 生殖细胞中只有一个染色体组
C. 染色体组内不存在同源染色体 D. 单倍体生物均只含一个染色体组
6.如图为栽培棉的培育过程，字母A、D、E均代表一个染色体组，每组有13条染色体。下列叙述错误的是( )
A.栽培棉为五倍体，含65条染色体
B.秋水仙素抑制染色体的着丝粒分裂
C.栽培棉减数分裂时可形成26个四分体
D.栽培棉有丝分裂时最多有10个染色体组
7.下列关于低温诱导植物细胞染色体数目的变化实验的叙述，正确的是( )
A.原理：低温抑制着丝粒分裂，使染色单体不能移向两极
B.解离：盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离
C.染色：甲紫溶液和醋酸洋红液都可以使染色体着色
D.观察：显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目加倍
8.下图表示细胞中所含的染色体，下列有关叙述正确的是( )
a b c d
A.图a细胞含有2个染色体组，图b细胞含有3个染色体组
B.如果图b表示体细胞，则图b代表的生物一定是三倍体
C.如果图c代表由受精卵发育成的生物的体细胞，则该生物一定是二倍体
D.图d代表的生物一定是由卵细胞发育而成的，是单倍体
9.下列有关单倍体、多倍体及染色体组的叙述，错误的是( )
A.体细胞中含有两个染色体组的个体可能是二倍体
B.含有一个染色体组的细胞中不含有同源染色体
C.体细胞中只有一个染色体组的个体才是单倍体
D.八倍体小黑麦的单倍体细胞中有四个染色体组
10.关于基因突变和染色体结构变异的叙述，正确的是( )
A.基因突变都会导致染色体结构的变异
B.基因突变与染色体结构变异都一定会导致个体表型的改变
C.基因突变与染色体结构变异都会导致碱基序列的改变
D.基因突变与染色体结构变异通常都可用光学显微镜观察到
参考答案
1.答案：D
解析：A、因为豌豆为雌雄同花，自花传粉植物，1、2染色体虽然有差异，但不是一对性染色体，A错误；
B、根据题意，1、2染色体中，2上无对应于I的同源区段，Ⅱ为1、2染色体的同源区段，说明1染色体的非同源染色体区段，可能是易位或2号染色体缺失所致，但肯定不是来自于2染色体，因为易位是非同源染色体间发生的，B错误；
C、若2号是正常染色体，则1可能发生了非同源染色体间的易位，C错误；
D、若1号是正常染色体，则2发生了染色体片段缺失，D正确。
故选D。
2.答案：D
解析：基因重组有自由组合和交叉互换两类。前者发生在减数第一次分裂的后期(非同源染色体的自由组合)，后者发生在减数第一次分裂的四分体(同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换)，则发生在图中②过程，有丝分裂过程中，间期染色体复制形成染色单体，后期着丝点分裂，染色单体消失，因此在显微镜下看到染色单体的时期是前期和中期，A正确；多倍体育种常用秋水仙素处理，原理是能够抑制纺锤体的形成，使得染色体数目加倍，B正确；玉米为二倍体，体细胞内含有2个染色体组，在有丝分裂后期着丝点分裂，含有4个染色体组，植株c发育起点为配子，属于单倍体，C正确；利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株b纯合的概率为100%，过程：植株A(基因型BbTt)减数分裂花粉(BT、Bt、bT、bt)花药的离体培养单倍体(BT、Bt、bT、bt)秋水仙素纯合的二倍体(BBTT、BBtt、bbTT、bbtt)，D错误。
3.答案：B
解析：分析题图可知，X射线处理之后，与甲相比，乙发生了基因突变，丙发生了缺失、易位，A叙述正确；假设用字母O表示缺失基因，用丙（bOZWB）与正常锤状触角雄蝴蝶（bbZZ）杂交，后代为丁（bbZWB）的概率为1/2×1/2=1/4，B叙述错误；丙发生了染色体结构变异，染色体变异在显微镜下可见，故可通过显微镜观察到丙发生的变异类型，C叙述正确；用丁（bbZWB）与正常锤状触角雄蝴蝶（bbZZ）杂交，子代雄蝴蝶的基因型为bbZZ，触角都表现为锤状，雌蝴蝶的基因型为bbZWB，触角都表现为棒状，故可根据子代性状区分性别，D叙述正确。
4.答案：D
解析：基因突变使mRNA序列延长，其编码的多肽链不一定会延长，如终止密码子提前出现，A错误；利用花药离体培养技术培育出的单倍体玉米高度不育，不能提高玉米产量，B错误；栽培香蕉与其祖先的染色体数目不同，二者的性状差异与染色体变异有关，也与基因突变有关，C错误；血红蛋白基因中胞嘧啶脱氨基转化为尿嘧啶，导致基因结构发生改变，属于基因突变，D正确。
5.答案：C
解析：A、染色体组在减数分裂过程中不会消失，A错误；
B、多倍体如四倍体的生殖细胞中含有2个染色体组，B错误；
C、同一个染色体组内没有同源染色体，C正确；
D、单倍体生物的体细胞中含有一个或几个染色体组，D错误。
故选C。
6.答案：B
解析：识图分析可知，图示是两个二倍体品种先杂交,后经秋水仙素加倍处理，因此属于多倍体育种，A错误;AADD与EE杂交,其中A、D、E各代表一个染色体组,所得F1染色体组成为ADE,秋水仙素处理得到的F2为AADDEE,F2与AADD杂交，最终得到的栽培棉染色体组成应为AADDE,A、D、E所代表的每一个染色体组中各含13条染色体,故栽培棉AADDE应含有5个染色体组,共65条染色体,B正确;秋水仙素的作用原理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体着丝粒分裂并未被抑制,C错误;根据以上分析可知,栽培棉染色体组成为AADDE,减数分裂时AA、DD可各自正常联会，共形成13+13=26个四分体,而E只有一个染色体组,减数分裂时无法联会,故栽培棉减数分裂时可形成26个四分体,D错误。
7.答案：C
解析：低温诱导植物细胞染色体数目加倍实验的实验原理是低温抑制纺锤体的形成，导致着丝粒分裂后染色体不分离，从而使染色体数目加倍，A错误；卡诺氏液能固定细胞的形态，盐酸酒精混合液可以使洋葱根尖细胞解离，B错误；甲紫溶液和醋酸洋红液都可以使染色体着色，C正确；洋葱根尖装片中的细胞大部分处于有丝分裂间期，因此在显微镜下能观察到染色体数目加倍的只是少数细胞，D错误。
8.答案：C
解析：A、图a含有4个染色体组，图b含有3个染色体组，A错误；B、体细胞中含有3个染色体组的生物不一定是三倍体，也可能是单倍体；如果由受精卵发育而来，则为三倍体；如果由配子发育而来，则为单倍体，B错误；C、由于图c中含有2个染色体组，且由受精卵发育成的生物的体细胞，所以该生物一定是二倍体，C正确；D、图d代表的生物是由精子或卵细胞发育而成的，是单倍体，D错误。故选：C。
9.答案：C
解析：体细胞中含有两个染色体组的个体不一定是二倍体，若该个体是由受精卵发育而来的，则为二倍体；若该个体是由配子直接发育而来的，则为单倍体，A正确。染色体组是细胞中的一组非同源染色体，故含有一个染色体组的细胞中不含有同源染色体，B正确。由配子直接发育而来的个体称为单倍体，体细胞中只有一个染色体组的个体是单倍体，但单倍体的体细胞中不一定只含一个染色体组，C错误。单倍体是由配子直接发育而来的，八倍体小黑麦的配子含有四个染色体组，所以由配子直接发育形成的单倍体也含有四个染色体组，D正确。
10.答案：C
解析：基因突变是基因中碱基的增添、缺失或重复，一般不会导致染色体结构的变异，A错误；基因突变不一定导致个体表型的改变，在光学显微镜下也观察不到，B、D错误。

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