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(共46张PPT)
染色体变异和生物育种
内容考情——知考向 核心素养——提考能 内容要求 1.举例说明染色体结构变异和数目变异 2.阐明生物变异在育种上的应用 3.实验：低温诱导染色体数目加倍 生命观念 染色体变异会影响生物性状，即结构与功能观
科学思维 通过三种可遗传变异的比较，培养归纳与概括能力
科学探究 低温诱导染色体数目变化，培养实验设计与结果分析的能力
一、染色体变异
染色体变异的产生原因：在某些自然或人为因素的作用下，染色体可能发生断裂，断裂端具有愈合和重接的能力。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。
1. 染色体结构变异
(1)缺失
(2)重复
缺失、重复的染色体在联会时如何表现？
(3)倒位
倒位的染色体在联会时如何表现？
(4)易位
A
B
C
D
F
E
易位的染色体在联会时如何表现？
1
5
2
3
4
1. 染色体结构变异
染色体易位 交叉互换
图解
区 别 位 置 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
原 理 染色体结构变异 基因重组
观 察 可在显微镜下观察到 在显微镜下观察不到
易位和交叉互换的比较：
染色体结构变异的结果：染色体结构变异会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的改变。
染色体结构变异 基因突变
区别 原因 _____________变化 _______________变化
结果
显微镜
联系 可观察
染色体片段
基因个别碱基对
改变基因的数量和顺序
基因数量和顺序不变，
产生新基因(等位基因)
不可观察
染色体结构的变异
两者统称为”突变”，连同基因重组，这三种可遗传变异都是进化的原材料。
a
c
d
e
f
基因突变
B
a
b
c
d
e
f
“三看法”判断基因突变和染色体变异
生物的某些变异可通过细胞分裂某一时期染色体的行为来识别。图1、图2、图3分别表示细胞减数分裂过程中出现的“环形圈”“十字形结构”“麻花”现象，图中字母表示染色体上的基因。下列有关叙述正确的是（ ）
A.图1、图2、图3的变异类型都属于染色体变异，且都含有4个DNA分子
B.图1是由于染色体的缺失导致染色体上基因数目减少
C.图2是由于四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体之间发生交叉互换的结果
D.图1、图2、图3可能出现在减数第一次分裂前期，染色体数与DNA数之比为1∶2
D
2.染色体数目的变异
异常一：减Ⅰ后某对同源染色体未分离，移向了细胞一级
异常二：减Ⅱ后某条染色体着丝点分裂，但两条子染色体未分离，移向了细胞的一级
2. 染色体数目的变异
——染色体组
①从染色体来源看，一个染色体组中_______________。
②从形态、大小和功能看，一个染色体组中所含的染色体_________。
③从所含的基因看，一个染色体组中含有控制本物种生物性状的____________，但不能重复。
不含同源染色体
各不相同
一整套基因
细胞中的一组非同源染色体，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、遗传和变异，这样的一组染色体，叫一个染色体组。
染色体组数目的判断方法
（1）根据染色体的形态判定
细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
如图，细胞中形状相同的染色体有4条，此细胞有4个染色体组
（2）根据基因型判定
控制同一性状的基因（同一种字母不分大小写）有几个，就有几个染色体组。
如基因型为AAaBBbCCc的细胞，有多少个染色体组
A
A
a
B
B
b
c
C
C
可以用右图表示。根据以上方法可知有3个染色体组。
（3）根据染色体总数和形态数推算：
染色体组数=细胞中染色体总数/染色体形态数
如果蝇体细胞中有8条染色体，分为4种形态，则染色体组的数目为2。
细胞分裂图像中染色体组数的判断方法
图示
以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目中所给图像中的染色体组数。如下图所示：
解读 (1)图a为减数第一次分裂的前期，染色体4条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。
(2)图b为减数第一次分裂的末期或减数第二次分裂前期，染色体2条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有1个染色体组，染色体组中有2条染色体。
(3)图c为减数第一次分裂的后期，染色体4条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。
(4)图d为有丝分裂后期，染色体8条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有4个染色体组，每个染色体组有2条染色体。
单倍体、二倍体和多倍体
配子
受精卵
受精卵
缺点：发育延迟，结实率低。
提示 单倍体不一定只含1个染色体组，可能含同源染色体，可能含等位基因，也可能可育并产生后代，如马铃薯产生的单倍体。
如何理解不育？
含有一个染色体组或奇数个染色体组的生物一般是高度不育的,原因是没有同源染色体或是同源染色体联会紊乱，不能产生正常的配子。
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。
单倍体一般高度不育，但是单倍体并非都不育。
单倍体、二倍体和多倍体三者判断方法：
先看发育来源
卵细胞、精子（花粉）
配子发育：
不论有几个染色体组
单倍体
受精卵发育：
再看染色体组的数目
两个
三个或三个以上
二倍体
多倍体
有几个染色体组就叫几倍体
P156
C
3.(2020·全国卷Ⅱ，4)关于高等植物细胞中染色体组的叙述，错误的是(　　)
A.二倍体植物的配子只含有一个染色体组
B.每个染色体组中的染色体均为非同源染色体
C.每个染色体组中都含有常染色体和性染色体
D.每个染色体组中各染色体DNA的碱基序列不同
C
解析　一个染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，它们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、遗传和变异，B、D正确；二倍体植物的配子是经减数分裂产生的，配子中只含有一个染色体组，A正确；雌雄同体的高等植物如水稻、豌豆等没有性染色体，C错误。
D
由图可知，A基因所在的染色体片段易位到了X染色体上，没有体现基因突变；该细胞处于减数第一次分裂中期，四分体为前期的特征，DNA分子除主要分布在染色体上外，细胞质中也含有DNA，所以该细胞中DNA分子数大于12；动物细胞的纺锤丝由中心体发出；据图可知，该细胞可分裂形成aBX、aBXA、AbY和bY 4种配子。
解析：选D　基因碱基对缺失，应属于基因突变，A错误；减数分裂四分体时期的交叉互换，发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，B错误；Ⅰ、Ⅱ是非基因序列，发生的碱基对的替换，不属于基因突变，C错误；一个基因可控制多个性状，一个性状也可受多个基因的控制，基因与性状之间并不都是一一对应关系，D正确。
D
6.(2015·海南卷，21)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变异
B.基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变
C.基因突变与染色体结构变异都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能用光学显微镜观察
解析　基因突变只是基因中碱基对的替换、增添、缺失，导致基因结构的改变，A错误；基因突变中若发生碱基对的替换，可能因为密码子的简并性，不会改变氨基酸的种类，进而表现型也不会改变，B错误；基因突变是染色体的某个位点上基因的改变，这种改变在光学显微镜下是无法直接观察到的，而染色体结构变异是可以用光学显微镜直接观察到的，D错误。
C
7.在细胞分裂过程中，末端缺失的染色体因失去端粒而不稳定，其姐妹染色单体可能会连接在一起，着丝点分裂后向两极移动时出现“染色体桥”结构，如图所示。若某细胞进行有丝分裂时，出现“染色体桥”并在两着丝点间任一位置发生断裂，形成的两条子染色体移到细胞两极。不考虑其他变异，关于该细胞的说法错误的是(　　)
A.可在分裂后期观察到“染色体桥”结构
B.其子细胞中染色体的数目不会发生改变
C.其子细胞中有的染色体上连接了非同源染色体片段
D.若该细胞基因型为Aa，可能会产生基因型为Aaa的
子细胞
C
二、实验:低温诱导植物染色体数目的变化
1.实验原理 ： 低温抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，于是染色体数目加倍。
2.实验步骤
卡诺氏液
95%的酒精
低
高
解离也不利于染色，因此要漂洗
3.实验现象
视野中既有______________细胞，也有_____________________的细胞。
正常的二倍体
染色体数目发生改变
4.实验中的试剂及其作用
试剂 使用方法 作用
卡诺氏液 将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h 固定细胞形态
体积分数为95%的酒精 冲洗用卡诺氏液处理的根尖 洗去卡诺氏液
与质量分数为15%的盐酸等体积混合，浸泡经固定的根尖 解离根尖细胞，使组织细胞分离
质量分数为15%的盐酸 与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液 解离根尖细胞，使组织细胞分离
清水 浸泡解离后的根尖约10 min 漂洗根尖，去掉解离液
改良苯酚品红染液 把漂洗干净的根尖放进盛有改良苯酚品红染液的玻璃皿中染色3～5 min 使染色体着色
（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已死亡。
5.注意事项
（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）着丝点分裂不是纺锤丝牵引的结果：误将“抑制纺锤体形成”等同于“着丝点不分裂”。着丝点是自动分裂，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。
6.低温诱导染色体加倍实验与观察细胞有丝分裂实验的操作步骤比较
项目 低温诱导植物染色体数目的变化 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
培养 待洋葱长出1 cm左右不定根时4 ℃低温培养 适宜温度下培养
固定 解离前用卡诺氏液进行固定，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次 不用固定
染色 用改良苯酚品红染液 用醋酸洋红液或龙胆紫溶液
自交
优良性状
长
三、 常用育种方法总结
1. 杂交育种
2. 诱变育种
基因突变
突变频率
改良某些性状
考点3 常用育种方法总结
3.单倍体育种
秋水仙素
染色体(数目)变异
明显缩短育种年限
纯合子
4.多倍体育种
二倍体
二倍体♂
秋水
四倍体♀
×
种子三倍体
植株三倍体
三倍体联会紊乱无配子，所以无籽
而子房壁在生长素刺激下可以发育成果实
① 两次传粉的目的？
第一次传粉——获得三倍体种子（受精作用）
第二次传粉——诱导合成生长素刺激子房发育果实
② 三倍体西瓜为什么没有种子？真的一颗都没有吗？
三倍体西瓜减数分裂过程中，染色体联会紊乱，不能产生正常配子
正常西瓜染色体数目为22条，三倍体西瓜的染色体数33条,则无子西瓜产生正常配子的概率是？2X(1/2)11=0.097656%
③ 每年制种比较麻烦，有何替代方法；父本、母本染色体组数可以交换吗？
三倍体西瓜（可遗传变异）组织培养；不可以。
类型 单倍体育种 多倍体育种 杂交育种 诱变育种
原理
育种方法
时期 — — — —
优点
缺点
应用实例
基因突变
染色体变异
基因重组
染色体变异
(细胞全能性)
杂交后连续自交和筛选
物理或化学的方法处理生物
花药离体培养→单倍体→秋水仙素→纯种
使优良性状集中，简单
产生新基因
明显缩短
育种年限
器官大型，
营养含量高
培育纯种矮杆抗绣小麦
培育青霉素高产菌株
培育纯种矮杆抗绣小麦
三倍体无子
西瓜的培育
用秋水仙素
处理萌发的
种子或幼苗
有利变异少，需大量材料
技术相对复杂
新品种发育迟缓
育种时间长
减Ⅰ前后期
主要间期
有丝前期
育种目标 育种方案
集中双亲优良性状
对原有品系进行定向改造
让原有品系产生新性状
使原有品系增大或增强
单倍体育种（明显缩短育种年限）
杂交育种（时间长，但是简单）
基因工程和植物细胞工程育种
诱变育种
多倍体育种
最简单：侧重技术操作简单——杂交育种
最快：侧重育种时间——单倍体育种
最准确（克服远缘杂交不亲和）：
侧重目的精确度——基因工程育种/细胞体细胞杂交
A
纯合高秆感病植株(DDrr)与纯合矮秆抗病植株(ddRR)杂交，F1基因型为DdRr，F1自交一代，产生的高秆抗病植株占总数的9/16，其中纯合子占1/9，A正确。二倍体经花药离体培养获得的单倍体没有种子，只能用秋水仙素处理幼苗，B错误。过程③应用的原理是植物细胞的全能性，C错误。过程④“航天育种”方法中主要的变异类型是基因突变，D错误。
A
C
B
B
(1)在普通小麦的形成过程中，杂种一是高度不育的，原因_____________________________________。
已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体，普通小麦体细胞中有______条染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是_____________________(答出2点即可)。
(2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍，可采用的方法有__________________(答出1点即可)。
(3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合体)，甲的表现型是抗病易倒伏，乙的表现型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种，请简要写出实验思路。
2．(2020·全国卷Ⅲ)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程，如图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上，人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题：
一粒小麦×斯氏麦草
　　　　(AA)　 　(BB)
　　　　　 　　↓
　　　　 　　杂种一
　　　　　 　　↓
　　　拟二粒小麦×滔氏麦草
　　　　　　(AABB)　 　(DD)
　　　　　　　　　　↓
　 　　　　　　　　杂种二
　 　　　　　　　　　↓
　 　 　 　　　　　普通小麦
　 　　　　 　　　(AABBDD)
无同源染色体，不能进行正常的减数分裂
42
营养物质含量高、茎秆粗壮
秋水仙素处理

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