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(共49张PPT)
第 四 章 生物的变异
第三节 染色体畸变可能引起性状改变
染色体数目变异能导致生物性状的改变
染色体数目变异能导致生物性状的改变
由配子不经受精，直接发育而来，其体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体称为单倍体。昆虫中的雄蜂、雄蚁等就是正常的单倍体生物，它们是由未受精的卵发育而成。相对于动物，植物的单倍体较为多见。对于二倍体生物，其单倍体的体细胞中含有一个染色体组，而对于多倍体生物，其单倍体的体细胞中含有多于一个的染色体组。
受精卵
2n=32
蜂王（雌性）
工蜂（雌性）
雄蜂 n=16
2n=32
蜂王
卵
n=16
减数分裂
受精作用
持续获得蜂王浆
获得普通蜂蜜
未受精的卵
染色体数目变异能导致生物性状的改变
个别染色体的增加或减少
果蝇
正常（8）
增加（8+1）
减少（8-1）
染色体数目变异能导致生物性状的改变
染色体数目变异能导致生物性状的改变
细胞内个别染色体的增加或减少，也会引起生物性状的改变。例如，人类的卵巢发育不全症，也称为特纳综合征，就是由于缺少一条性染色体引起的，组型为 XO，即 45 条染色体。个别染色体的增加或减少往往是减数分裂过程中染色体的不正常分离引发的。
21-三体综合征患者的染色体组成
染色体数目变异能导致生物性状的改变
21三体综合征原因？
3条21号染色体
精子
卵细胞
1条21号染色体
2条21号染色体
受精卵
+
→
+
1条21号染色体
2条21号染色体
3条21号染色体
母方减Ⅰ或减Ⅱ的问题
父方减Ⅰ或减Ⅱ的问题
染色体数目变异能导致生物性状的改变
21
21
21
21
21
21
21
21
21
21
21
21
21
21
21三体综合征原因？
染色体数目变异能导致生物性状的改变
性腺发育不良原因？
1条X染色体
精子
卵细胞
无性染色体
1条X染色体
受精卵
+
→
+
无性染色体
1条X染色体
1条X染色体
父方减Ⅰ或减Ⅱ的问题
母方减Ⅰ或减Ⅱ的问题
染色体数目变异能导致生物性状的改变
染色体数目变异能导致生物性状的改变
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
单倍体的植株小而弱，而且高度不育，因此单倍体本身在生产上没有任何经济价值。若诱导单倍体的染色体加倍，成为可育的纯合子，就可以成为选育新品种的原材料。这种利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法称为单倍体育种。
4N（四倍体）
配子
2N
（2个染色体组）
花药离体培养
某植物
个体
它是几倍体？
单倍体
原因：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
其主要特点有：
第一，缩短育种年限。运用杂交育种方法，要育成一个稳定的纯合品种至少需要5年，利用单倍体育种则可缩短为2年。
第二，能排除显隐性干扰，提高效率。当亲本杂交后，用 F1的花粉培养成单倍体，再诱导染色体加倍产生纯合子，它的基因型和表型一致，可直接通过表型来判断它们的基因型，其效率高于杂交育种。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
单倍体育种程序包括：
①用杂交方法获得杂种 F1。
②将 F1的花药放在人工培养基上进行离体培养，花粉细胞经多次分裂形成愈伤组织，诱导愈伤组织分化成幼苗。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
③用秋水仙素处理幼苗，染色体加倍后成为可育的纯合植株。我国运用单倍体育种技术，已在小麦、水稻、烟 草、茄子等作物上选育出了新品种，并在生产上取得了良好的经济效益。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
现有宽叶、不抗病 （AAbb） 和窄叶、抗病 （aaBB） 两个烟草品种，目标是培育出宽叶、抗病 （AABB） 的新品种。先将两个亲本进行杂交得F1，表现为宽叶、抗病，当F1开花时可产生4种类型的花粉粒。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
对这些花粉粒进行离体培养，发育成单倍体幼苗后经染色体加倍获得纯合子，再从中选出稳定遗传的宽叶、抗病植株。而杂交育种需对 F2的宽叶、抗病植株进行多代连续自交后才能获得稳定遗传的植株。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
多倍体主要存在于植物界。多倍体的细胞通常比二倍体的细胞大，细胞内有机物的含量高、抗逆性强，在生产上具有很高的经济价值。例如，四倍体番茄所含的维生素C比二倍体的多一倍；三倍体甜菜比较耐寒，含糖量和产量都较高，成熟也早；三倍体的西瓜、香蕉和葡萄与二倍体相比，不仅果实大、含糖量高，而且无籽，便于食用。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
在生产上，可通过人工诱导培育出新的优良的多倍体品种。人们利用物理、化学因素来诱导多倍体的产生，目前效果较好的方法是用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗等，使它们的染色体加倍。因为秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，因此染色体虽已复制，但不能分离，最终导致染色体数目加倍。
染色体数目加倍后的草莓（上）
野生状态下的草莓（下）
小资料 · 小麦的演化与染色体数目变异
关于小麦的演化有多种学说，但传统观点是，野生一粒小麦染色体组的组成为 AA，经驯化演变为栽培一粒小麦 （AA）。二倍体野生一粒小麦与染色体组组成为 BB 的二倍体拟斯卑尔脱山羊草发生天然杂交，其杂种经染色体自然加倍后，产生染色体组组成为AABB的野生二粒小麦，经驯化演变为栽培二粒小麦（AABB）。
小资料 · 小麦的演化与染色体数目变异
栽培二粒小麦再演化成为其他四倍体小麦。野生二粒小麦与染色体组组成为 DD的二倍体节节麦发生天然杂交，其杂种经染色体自然加倍后，产生了普通小麦 （AABBDD）。
为什么正常西瓜有子，三倍体无子西瓜无子呢？
如何获得？
多倍体育种实例——三倍体无子西瓜的培育：
二倍体幼苗
……
……
四倍体幼苗
长大
四倍体植株
……
第一年
加倍
二倍体幼苗
四倍体幼苗
长大
四倍体植株
第一年
1.为什么要用秋水仙素处理幼苗的芽尖？
芽尖有丝分裂旺盛，用秋水仙素处理可以抑制细胞有丝分裂形成纺锤体，导致细胞内染色体数目正常更容易使染色体数目加倍，从而得到四倍体植株。
2.处理后的植株，各个部位染色体数目是否都为4N？
不一定，地上部分为4N，地下部分还为2N
若处理种子呢？
四倍体植株
……
花粉
2N
卵细胞
……
2N
……
4N
四倍体植株
去雄
卵细胞
……
2N
……
4N
母本
四倍体植株
去雄
卵细胞
……
2N
母本
授粉
……
N
……
四倍体植株
去雄
……
母本
授粉
……
……
受精卵
（3N）
种子
（3N）
四倍体植株
去雄
……
母本
授粉
……
……
受精卵
（3N）
种子
（3N）
杂交获得三倍体
3.获得的四倍体西瓜为何要与二倍体杂交？
四倍体植株
去雄
……
母本
授粉
……
……
成熟后
……
第一年
第二年
三倍体植株
二倍体植株
假授粉
无子西瓜
联会紊乱
第二年
三倍体植株
二倍体植株
假授粉
无子西瓜
联会紊乱
4.三倍体西瓜为什么没有种子 ______
_。
同源染色体联会紊乱，不能产生正常的配子，所以没有种子。
三倍体西瓜在减数分裂过程中，
授粉产生生长素刺激子房发育成果实。
5.为什么要给三倍体西瓜授粉？
三倍体
三倍体植株一般不能进行正常的减数分裂形成配子，因此不能形成种子。但是也有可能在减数分裂时形成正常的卵细胞，从而形成正常的种子，但概率特别小。
6.三倍体西瓜一定没有种子吗？
第二年
三倍体植株
二倍体植株
假授粉
无子西瓜
联会紊乱
2年
7.按照一般流程，获得无籽西瓜需要几年？
①进行无性繁殖。将三倍体西瓜植株进行组织培养获取大量的组培苗，再进行移栽
8.每年都要制种，很麻烦，有没有替代方法？
②利用生长素或生长素类似物处理二倍体未受粉的雌蕊，以促进子房发育成无种子的果实
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
人工诱变多倍体是培育作物新品种的另一条重要途径，现以三倍体西
瓜——无籽西瓜的培育为例来说明。一般西瓜是二倍体，在二倍体西瓜的苗期用秋水仙素处理，使染色体加倍，得到四倍体西瓜。将四倍体作为母本，二倍体作为父本，杂交后在四倍体的植株上可结出三倍体的种子。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
种子种下后长成三倍体植株，但它高度不育，采用与二倍体西瓜间作栽培的方法，在开花时将二倍体的花粉传到三倍体植株的雌花上，可以刺激子房发育成无籽西瓜。
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
另外，中国农科院已成功培育出自然界没有的异源八倍体小黑麦，在高寒地区种植比当地的小麦品种产量高30%～40%，比黑麦高 20%，而且蛋白质含量高，抗逆性、抗病性更强。
活 动 · 收集生物变异在育种上应用的实例
基于对各种变异的理论学习，我们可以通过查阅资料来了解杂交育种、单倍体育种、多倍体育种、诱变育种等方法在农业上的广泛应用，实现学以致用。
目的要求
1. 收集生物变异在育种上应用的实例，比较不同育种方法的特点。
2. 学会收集和处理生物学信息的途径和方法。
活 动 · 收集生物变异在育种上应用的实例
活动提示
1. 有的育种实例可能利用了多种生物变异的原理。
2. 资料可来源于互联网、期刊 （如《作物学报》）、农业育种书籍等。进行资料整理时，要标明资料的来源。除了互联网外，还可以去学校图书馆或当地公共图书馆查阅相关资料，学会在图书馆检索、查阅资料的一般方法。
3. 采访高校相关专业教授或农业研究机构的工程师，把采访到的内容作为变异育种资料的来源之一。
活 动 · 收集生物变异在育种上应用的实例
活动提示
4. 可通过制作墙报、研讨会、分组讨论等形式对收集的资料进行交流。在老师和专家的指导下，以“生物育种”为主题，了解近年来的相关研究成果。
讨 论
1. 各种育种方法利用了哪些生物变异的原理？
2. 各种育种方法有哪些优、缺点？
多倍体育种 单倍体育种
原理 染色体组成倍增加 染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种
常用
方法 秋水仙素处理萌发的种子、幼苗 花药的离体培养后，人工诱导染色体加倍
优点 器官大，提高产量和营养成分 明显缩短育种年限
缺点 适适用于植物，在动物方面难以开展； 发育延迟，结实率低 技术复杂一些，须与杂交育种配合
举例 三倍体西瓜 抗病植株的快速育成
染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
生物的变异可分为不遗传的变异和可遗传的变异。引起生物变异的原因主要有三种：一是环境条件的改变引起的，不涉及遗传物质的变化，其变异只限当代的表型改变，属不遗传变异。例如，花生处在水肥充足的条件下会出现果实大且多的现象，但其后代不一定能保持这一特点。二是在强烈的物理、化学因素影响下发生的基因突变和染色体畸变。三是有性生殖过程中形成配子时，由于非同源染色体的自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换而引起的基因重组。后两种变异属可遗传的变异，只有这两种变异的产物才能成为生物进化和培育新品种的材料。
课外读 · 可移动的遗传元素
我们常见的玉米都是黄色的籽粒。然而，野生的玉米还有其他颜色。美国遗传学家麦克林托克是从研究染色体的断裂端行为开始步入这一研究领域的。她发现，在玉米细胞核中的9号染色体短臂上，有一特定位点经常发生断裂并导致一系列表型上的变化。这一发现极其重要。麦克林托克敏锐地看到，不同于其他事件引起的偶然断裂，该位点的断裂是一种高度非随机性的、可遗传的事件，这就表明该位点上存在一个控制因
子，能够导致染色体断裂。
课外读 · 可移动的遗传元素
她将其命名为Ds因子。当麦克林托克欲运用测交精确地测定Ds位点时，竟然发现Ds是不稳定的，它可以从染色体的一个位点跳到另一个位点。这就是“转座”概念的首次出现。麦克林托克通过深入地研究解密了“转座”现象的分子机制，并因此荣获1983年诺贝尔生理学或医学奖。
一、选择题
1. 基因型为 AAbb 和 aaBB 的植株杂交得 F1，对其幼苗用适宜浓度的秋水仙素处
理，得到的植株的基因型和染色体倍数分别是 （ ）
A. AAaaBBbb，二倍体
B. AaBb，二倍体
C. AAaaBBbb，四倍体
D. Aabb，二倍体
思考与练习
C
2. 有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、三体、染色体片段缺失
B. 三倍体、染色体片段缺失、三体、染色体片段增加
C. 三体、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、三体、染色体片段增加、三倍体
思考与练习
C
二、简答题 萝卜 （2n＝18） 常具有抗线虫病的性状，而在白菜 （2n＝38） 中却没有发现该性状。科学家为了培育抗线虫白菜，用抗虫萝卜和白菜杂交，并用秋水仙素处理子代幼苗。之后，用杂种植株连续多代与白菜杂交，筛选抗虫植株。请说明实验中杂种植株的染色体组成变化。
思考与练习
萝卜的染色体组成可表示为2n=18=AA，白菜的染色体组成可表示为2n=38=BB，二者杂交后得到杂种植株染色体组成可表示为2n=28=AB，这是一种异源二二倍体，因染色体无法配对而不育。经过秋水仙素加倍后可得到2n=56=AABB的异源四倍体植株，与白菜进行杂交后，得到3n=47=ABB的异源三倍体植株。该植株因存在BB组同源染色体，可以通过减数分裂产生配子，但A组染色体不能配对而随机分配给配子，因此会丢失一部分萝卜的遗传物质。在多代回交过程中，筛选仍然具有抗虫性状的子代，可以获得具有萝卜抗虫基因的白菜植株。
谢谢观看

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