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第二节 染色体变异的学案
【学习目标】
1.生命观念——利用结构与功能观，理解染色体缺失、重复、倒位和易位可以引起染色体上基因的数目或排列顺序的改变，进而导致生物性状的改变甚至死亡。
2.科学思维——准确理解染色体组的概念，并能运用染色体组的概念结合发育的起点区别单倍体与二（多）倍体。
3.社会责任——理解单倍体育种和多倍体：育种利用了染色体数目变异的原理，并通过与杂交育种的比较，认同单倍体育种可以明显缩短育种的年限。
【学习重难点】
1.教学重点
染色体数目的变异。
2.教学难点
(1)染色体组和单倍体的概念。
(2)低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验。
【预习新知】
染色体数目的变异
1．变异类型和实例
(1)个别染色体的增减，如21三体综合征。
(2)以染色体组形式成倍增减，如三倍体无子西瓜。
2.二倍体
3．多倍体
(1)
(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：用秋水仙素处理或用低温处理。
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。
4．单倍体
(1)概念：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
(2)
染色体结构的变异
1.类型
图解 变化 名称 举例
染色体b片段丢失 缺失 猫叫综合征；果蝇缺刻翅的形成
染色体b片段增加 重复 果蝇棒状眼的形成
染色体的某一片段（d、g）移接到另条非同源染色体上 易位 果蝇花斑眼的形成
同一条染色体上某片段（a、b）位置颠倒 倒位 果蝇卷翅的形成
2.结果
染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数且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。
【易错提示】
（1）染色体之间发生的片段交换属于染色体结构变异（ ）
（2）X射线可引起基因突变，也可引起染色体变异（ ）
（3）染色体增加某一片段可提高基因表达水平，是有利变异（ ）
答案：（1）×（2）√（3）×
解析：（1）非同源染色体之间发生的片段交换属于染色体结构变异，而同源染色体之间发生的片段交换属于基因重组。
（3）染色体结构变异大多数对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。
【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】
1.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
2.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
3.下列有关生物变异的叙述中，正确的是( )
A.基因重组导致杂合子Aa自交后代出现性状分离
B.三倍体西瓜、四倍体西瓜的培育原理是染色体变异，它们均可以产生后代
C.基因重组和染色体结构变异都可能引起DNA碱基序列的改变
D.花药离体培养过程中，基因重组、基因突变和染色体变异均有可能发生
4.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
5.图中①、②和③为三个卵原细胞，①和②发生了染色体变异，③为正常细胞。②在减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极。不考虑其他变异，下列分析错误的是( )
A.①在减数第一次分裂前期两对同源染色体仍可联会
B.②经过减数分裂可产生染色体正常的卵细胞
C.③经一次减数分裂只能产生一种基因型的卵细胞
D.①的产生是同源染色体的非姐妹染色单体间片段互换的结果
6.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
参考答案
1.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。
2.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。
3.答案：C
解析:A、杂合子Aa只有一对等位基因，基因重组至少要有两对等位基因，Aa自交后代出现性状分离，但不会有基因重组，A错误;B、三倍体西瓜、四倍体西瓜的培育原理是染色体畸变，它们与二倍体西瓜不属同一物种，因为存在生殖隔离，B错误;C、减数第一次分裂前期同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换，可以实现基因重组，引起DNA碱基序列的改变;染色体结构变异中的易位、颠倒等类型也可引起DNA碱基序列的改变，C正确;D、花药离体培养过程中,细胞的增殖方式是有丝分裂，基因突变和染色体畸变均有可能发生，基因重组发生在有性生殖过程中，D错误。
4.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。
5.答案：D
解析：分析图示：与③（正常细胞）相比，①中a、R所在的非同源染色体之间发生了片段的转移，属于染色体变异中的易位；与正常细胞相比，②中多了一条含a基因的染色体。①中存在两对同源染色体，虽然发生了易位，但减数第一次分裂前期两对同源染色体仍可联会，A正确；②在减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极，因此②经减数分裂形成的卵细胞可能含有两条染色体，也可能含有三条染色体，含两条染色体的为正常卵细胞，B正确；一个基因型为AaRr的卵原细胞经过一次减数分裂只能产生一个卵细胞，基因型可能为AR、aR、Ar或ar,C正确；①中非同源染色体之间发生了片段的转移，属于染色体变异中的易位，D错误。
6.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。

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