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第2节 染色体变异
第五章 基因突变及其他变异
4.单倍体
一、染色体数目的变异
在生物的体细胞中，染色体数目不仅可以成倍地增加，还可以成套地减少。
蜂王
雄蜂
工蜂
4.单倍体
体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体
一、染色体数目的变异
在自然条件下，玉米、高粱、水稻、番茄等二倍体植物，偶尔也会出现单倍体植株。与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
注：
①精子和卵细胞不是单倍体。
单倍体是生物体而不是配子，精子和卵细胞属于配子，不是单倍体。
②单倍体细胞中不一定含有1个染色体组。二倍体植物的单倍体含有1个染色体组，由多倍体的配子发育成的单倍体不是，如四倍体和六倍体植物的配子发育成的单倍体分别含有2个和3个染色体组。
4.单倍体
一、染色体数目的变异
生物几倍体判别不能只看细胞内含有多少个染色体组，还要考虑生物个体发育的直接来源。
A、如果生物体由受精卵发育而成，生物体细胞内有几个染色体组就叫几倍体。
B、如果生物体是由配子——卵细胞或花粉直接发育而成，无论细胞内含有几个染色体组，都叫单倍体。
体细胞中含一个染色体组的个体一定是单倍体。
单倍体的体细胞中不一定含一个染色体组。
体细胞中含有两个或三个染色体组的个体不一定就是二倍体或三倍体，也可能是单倍体。
一、染色体数目的变异
5.单倍体育种
①方法：花药离体培养
②过程
花药离体培养
恢复正常植株
单倍体植株
秋水仙素
能明显缩短育种年限；得到的植株都是纯合体
③优点：
技术复杂
④缺点：
单倍体育种与多倍体育种中秋水仙素处理的对象有何不同？
单倍体育种和多倍体育种都可用秋水仙素处理使染色体数目加倍，若操作对象是单倍体植株，属于单倍体育种；若操作对象为正常植株，属于多倍体育种。
利用高茎皱粒豌豆和矮茎圆粒豌豆培育高茎圆粒豌豆为例说明单倍体育种方法：
高皱
DDtt
杂合高圆DdTt
矮圆ddTT
花药离体培养
高圆DT
矮皱dt
高皱Dt
矮圆dT
纯合高圆DDTT
纯合矮皱ddtt
纯合高皱DDtt
纯合矮圆ddTT
单倍体植株
单倍体植株
单倍体植株
单倍体植株
染色体数目加倍
秋水仙素处理
染色体数目加倍
秋水仙素处理
染色体数目加倍
秋水仙素处理
染色体数目加倍
秋水仙素处理
花药离体培养≠单倍体育种：单倍体育种一般包括杂交、花药离体培养、秋水仙素处理和筛选4个过程，不能简单地认为花药离体培养就是单倍体育种的全部。
一、染色体数目的变异
单倍体育种 多倍体育种
原理
常用方法
优势
缺点
多倍体育种和单倍体育种的比较
染色体组成倍增加
染色体数目变异
染色体数目变异
染色体组成倍减少
花药离体培养后
人工诱导染色体数目加倍
秋水仙素处理萌发的种子、幼苗
明显缩短育种年限
得到的植株是纯合子
操作简单；多倍体植株器官大，营养物质含量高
技术复杂一些，需与杂交育种配合；成活率较低且高度不育
适用于植物，在动物方面难以操作；发育迟缓，结实率低
类别 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种
原理
常用 方法
优点
缺点
基因重组
杂交→自交→选优→自交
将不同品种的优良性状集中于同一个体上
不能产生新基因；育种进程缓慢、过程复杂
基因突变
用物理或化学方法处理生物
提高突变率，可以在较短的时间内获得更多的优良变异类型
有利变异少，需大量处理实验材料（具有不定向性、低频性）
染色体变异
花药离体培养;秋水仙素处理幼苗;选择
明显缩短育种年限；得到的植株都是纯合子
染色体变异
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
不同育种方法的比较
技术复杂一些，需与杂交育种配合
适用于植物，在动物方面难以操作
操作简单
探究·实践——低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1.原理
________处理植物的___________细胞，能够___________________，以致影响细胞__________中染色体_____________ ，导致 ___________________________ ，于是植物细胞中的染色体数目发生变化（加倍）。
低温
分生组织
抑制纺锤体的形成
有丝分裂
被拉向两极
细胞不能分裂成两个子细胞
2.方法步骤
诱导培养→固定→制片→观察。
（1）诱导培养
将蒜（或洋葱）在冰箱冷藏室内（____℃）放置一周；取出后，将蒜放在装满清水的容器上方，让蒜的底部接触水面，于室温（约____℃）进行培养；待蒜长出约___cm长的不定根时，将_________放入冰箱冷藏室内，诱导培养________h；
4
25
1
整个装置
48-72
探究·实践——低温诱导植物细胞染色体数目的变化
（2）固定
剪取诱导处理的根尖_____cm，放入________中浸泡______h，以_____________，然后用_____________________冲洗____次；
0.5-1
卡诺氏液
0.5-1
体积分数为95%的酒精
2
固定细胞形态
取材、固定及冲洗
选材只能是分生区细胞，不能进行细胞分裂的细胞不会出现染色体数目的变化
包括______、______、______、_______4个步骤；
解离
漂洗
染色
制片
解离目的：
漂洗目的：
染色目的：
制片目的：
用药液使组织中的细胞相互分离开来
洗去药液，防止解离过度
甲紫溶液或醋酸洋红液能使染色体着色
使细胞分散开来，有利于观察
2.方法步骤
诱导培养→固定→制片→观察。
（3）制片
（4）观察
先用______寻找染色体形态好的分裂图象；视野中既有__________________，也有_______ _______；确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用______观察。
低倍镜
正常的二倍体细胞
染色体数目发生改变的细胞
高倍镜
探究·实践——低温诱导植物细胞染色体数目的变化
探究·实践——低温诱导植物细胞染色体数目的变化
注意：
在进行实验的过程中，所观察的细胞已经被卡诺氏液等杀死，看到的是死细胞。因此不能观察到连续的变化。
视野中既有正常的二倍体细胞（多），也有染色体数目发生改变的细胞（少）。
3.结果
低温可以诱导植物细胞染色体数目发生变化
4.结论
探究·实践——低温诱导植物细胞染色体数目的变化
5.实验试剂及其作用
试剂 使用方法 作用
卡诺氏液
将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5~1h
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
质量分数为15%的盐酸
与体积分数为95%的酒精混合，作为解离液
解离根尖细胞
蒸馏水
浸泡解离后的根尖约10min
漂洗根尖，洗去解离液
甲紫溶液
把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶液的
玻璃皿中染色3~5min
使染色体着色
探究·实践——低温诱导植物细胞染色体数目的变化
二、染色体结构的变异
猫叫综合征
人类的许多疾病是由染色体结构改变引起的
猫叫综合征是人的5号染色体部分缺失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，而且存在严重的智力障碍。
染色体结构的变异还有哪些类型呢？
①缺失：染色体的某一片段缺失引起变异。例如，果蝇缺刻翅的形成
丢失
a
b
c
d
e
f
b
a
c
d
e
f
二、染色体结构的变异
1.类型
正常翅
缺刻翅
基因数目减少
结果 ：
②重复：染色体中增加某一片段引起变异，例如，果蝇棒状眼的形成。
重复
a
b
c
d
e
f
b
b
a
b
c
d
e
f
b
1.类型
正常眼
棒状眼
基因数目增加
结果 ：
二、染色体结构的变异
③易位：一条染色体某一片段，移接到另一条非同源染色体上引起变异。
例如：果蝇花斑眼的形成
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
g
h
i
j
k
l
a
b
c
e
f
d
a
b
c
k
l
g
h
d
e
f
j
i
移接
正常眼
花斑眼
1.类型
基因排列顺序变化
结果 ：
二、染色体结构的变异
④倒位：染色体的某一片段位置颠倒也可引起变异。例如，果蝇卷翅的形成。
正常翅
卷翅
a
b
c
d
e
f
a
b
c
d
e
f
b
c
d
e
a
f
颠倒
1.类型
基因排列顺序变化
结果 ：
二、染色体结构的变异
缺失 重复 易位 倒位
染色体上基因数目、排列顺序发生改变
结果：性状变异（改变）
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。
2.结果
3.对生物体的影响
二、染色体结构的变异
4.染色体的缺失、重复、倒位与基因突变的区别
均可在显微镜下观察到
（均未产生新基因，但却发生了基因数目或排列顺序的变化）
显微镜下不能观察到
（产生新基因，但基因数目和排列顺序均未变化）
二、染色体结构的变异
5.染色体的易位与交叉互换的比较
染色体易位 交叉互换
图解
区别
发生在非同源染色体之间
发生在同源染色体之间
属于染色体变异
属于基因重组
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
二、染色体结构的变异
表现型
基因型
+ 环境条件
不能遗传的变异（如：晒黑的脸色）
（改变）
可遗传的变异
（如：色盲）
来源
基因突变
染色体变异
基因重组
诱因
（改变）
（改变）
类别 基因突变 基因重组 染色体变异
适用范围
类型
发生时期
结果
光学显微镜观察
意义
育种应用
所有生物（包括病毒）
自然状态下，发生在真核生物的有性生殖过程中
真核生物
诱发突变、自发突变（显性突变、隐性突变）
交叉互换型、自由组合型（基因工程、转化实验）
染色体结构变异、染色体数目变异
任何时期，主要发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
减数第一次分裂前期、减数第一次分裂后期
任何时期，主要发生在细胞分裂时
引起基因碱基序列的改变（产生了新基因）
产生了新基因型和性状组成、不能产生新的基因和性状
使排列在染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，不产生新的基因
不能观察到，
属于分子水平
不能观察到，
属于分子水平
能观察到，
属于细胞水平
新基因产生的途径；
生物变异的根本来源；
为生物进化提供丰富原材料
生物变异的来源之一，对生物进化具有重要的意义
诱变育种
杂交育种
单倍体育种、多倍体育种
三种可遗传变异比较
生物变异的来源之一，对生物进化具有重要的意义
练习与应用
一、概念检测
1.判断下列相关表述是否正确。
(1)只有生殖细胞中的染色体数目或结构的变化才属于染色体变异。（ ）
(2)体细胞中含有两个染色体组的个体就是二倍体。（ ）
(3)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的定是二倍体。（ ）
×
×
×
2.秋水仙素能诱导多倍体形成的原因是（ ）
A.促进细胞融合 B.诱导染色体多次复制
C.促进染色单体分开，形成染色体 D.抑制细胞有丝分裂时纺锤体的形成
D
3.慢性髓细胞性白血病是一种恶性疾病，患者骨髓内会出现大量恶性增殖的白细胞。该病是由于9号染色体和22号染色体互换片段所致。这种变异属于（ ）
A.基因突变 B.基因重组 C.染色体结构变异 D.染色体数目变异
C
4.填表比较豌豆、普通小麦、小黑麦的体细胞和配子中的染色体数目、染色体组数目，并且注明它们分别属于几倍体生物。
生物种类 豌豆 普通小麦 小黑麦
体细胞中的染色体数/条
配子中的染色体数/条 7 28
体细胞中的染色体组数 2
配子中的染色体组数 3
属于几倍体生物 八倍体
21
14
1
二倍体
六倍体
42
6
56
8
4
练习与应用
二、拓展应用
在二倍体的高等植物中，偶然会长出些植株弱小的单倍体，这些单倍体一般不能通过有性生殖繁殖后代。单倍体是如何形成的 为什么不能繁殖后代
可能的原因是，二倍体植株经减数分裂形成配子后，一些配子可以在离体条件下发育成单倍体。这些单倍体一般不能通过有性生殖繁殖后代，是因为它们的体细胞中只含有一个染色体组，减数分裂时没有同源染色体的联会，就会造成染色体分别移向细胞两极的紊乱，不能形成正常的配子，因此，就不能繁殖后代。
练习与应用

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