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5.2 染色体变异
（第一课时）
问题探讨
作为野生植物的后代，许多栽培植物的染色体数目却与它们的祖先大不相同，如马铃薯和香蕉（见下表）。
讨论
1. 根据前面所学减数分裂的知识，试着完成该表格
生物种类 体细胞染色体数/条 体细胞非同源染色体/套 配子染色体数/条
马铃薯 野生祖先种 24 2
栽培品种 48 4
香蕉 野生祖先种 22 2
栽培品种 33 3
12
24
11
异常
问题探讨
作为野生植物的后代，许多栽培植物的染色体数目却与它们的祖先大不相同，如马铃薯和香蕉（见下表）。
讨论
生物种类 体细胞染色体数/条 体细胞非同源染色体/套 配子染色体数/条
马铃薯 野生祖先种 24 2
栽培品种 48 4
香蕉 野生祖先种 22 2
栽培品种 33 3
12
24
11
异常
2. 为什么平时吃的香蕉是没有种子的？
因为香蕉栽培品种体细胞中的染色体数目是33条，减数分裂时染色体发生联会紊乱，不能形成正常的配子，因此无法形成受精卵，进而形成种子。
问题探讨
作为野生植物的后代，许多栽培植物的染色体数目却与它们的祖先大不相同，如马铃薯和香蕉（见下表）。
讨论
生物种类 体细胞染色体数/条 体细胞非同源染色体/套 配子染色体数/条
马铃薯 野生祖先种 24 2
栽培品种 48 4
香蕉 野生祖先种 22 2
栽培品种 33 3
12
24
11
异常
3. 分析表中数据，你还能提出什么问题吗？能否发挥想象力作出一些推测呢？
能形成种子的植物细胞中，染色体数目一定是偶数吗？香蕉体细胞中的染色体数目不是偶数的，它是怎样形成的呢？有事如何繁殖下一代的？
染色体变异
减数分裂和受精作用，能够使生物体亲子代间的染色体数目保持恒定。
2n
2n
减数分裂
减数分裂
精子
n
卵细胞
n
受精卵
2n
受精作用
发育
换个角度想，生物界如果只有稳定，而没有变化，又何来多样性和进化呢？
染色体变异
生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。
染色体
变异
发生在
体细胞
生殖细胞
染色体数目变异
染色体结构变异
包括
染色体数目变异
染色体数目变异
非整倍变异
包括
整倍变异
细胞内个别染色体的增加或减少
细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少
染色体数目变异
一、二倍体和多倍体
3对常染色体+XX
每对中的一条
在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
染色体组数的概念
Ⅳ
3条常染色体+X
染色体数目变异
野生马铃薯的染色体组成
（红色为荧光标记）
野生马铃薯体细胞中有两个染色体组，每个染色体组包括12条形态和功能不同的非同源染色体。
一个染色体组有什么特点？
染色体组数的概念
染色体数目变异
① 只含有一组非同源染色体
② 在形态和功能上各不相同
③ 它们携带着控制生物生长、发育
和繁殖的基本信息。
染色体组数的特点
X
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
染色体数目变异
染色体组数的判断
根据染色体形态判断：
细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
图1
图2
图3
3个
2个
1个
染色体数目变异
染色体组数的判断
根据基因型判断：
控制同一性状的基因出现几次，就含有几个染色体组（每个染色体组内不含等位或相同基因）。
图1
图2
图3
4个
2个
3个
Aaaa
AABBDD
AaaBBB
abcd
图4
1个
染色体数目变异
染色体组数的判断
根据染色体数和形态数判断：
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。
果蝇体内该比值为8条/4种形态 = 2，则果蝇含2个染色体组。
染色体数目变异
二倍体
通常可用2N来表示
体细胞中含有两个染色体组的个体叫作二倍体
其中，
2 表示含有两个染色体组；
N 表示每个染色体组中有N条染色体。
例如：人类的染色体可表示为2N =46
染色体数目变异
二倍体
二倍体生物有性生殖过程如下：
一般情况下，二倍体通过减数分裂形成的配子只有一个染色体组。
2N
二倍体(♀)
减数分裂
N
雌配子
2N
二倍体(♂)
减数分裂
N
雄配子
受精作用
2N
发育
2N
受精卵
二倍体
染色体数目变异
多倍体
三倍体生物形成过程如下：
2N
二倍体(♀)
减数分裂
2N
雌配子
2N
二倍体(♂)
减数分裂
N
雄配子
受精作用
3N
发育
3N
受精卵
三倍体
错误
个体的体细胞中含有三个染色体组的个体叫作三倍体
染色体数目变异
多倍体
四倍体生物形成过程如下：
2N
二倍体(♀)
减数分裂
2N
雌配子
2N
二倍体(♂)
减数分裂
2N
雄配子
受精作用
4N
发育
4N
受精卵
四倍体
错误
个体的体细胞中含有四个染色体组的个体叫作四倍体
错误
染色体数目变异
多倍体
四倍体生物形成过程如下：
2N
二倍体(♀)
减数分裂
N
雌配子
2N
二倍体(♂)
减数分裂
N
雄配子
受精作用
2N
发育
受精卵
二倍体胚或幼苗
体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的个体，统称为多倍体。
有丝分裂错误
2N
4N
染色体只复制未分离
四倍体
染色体数目变异
四倍体通过减数分裂形成含有两个染色体组的配子：
4N
四倍体(♀)
减数分裂
2N
配子
三倍体因为原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现紊乱，因此不能形成可育的配子。
香蕉、三倍体无子西瓜的果实中没有种子，原因就在于此。
染色体数目变异
多倍体
在自然界，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。多倍体在植物种很常见，在动物种极少见。
在被子植物中，约有33%的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等都是多倍体。某些品种的苹果、梨、葡萄也是多倍体。
马铃薯
四倍体
香蕉
三倍体
菊花
六倍体
葡萄
三/四倍体
染色体数目变异
多倍体的优点
与二倍体植株相比，多倍体植物常常是茎秆粗壮，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。
四倍体葡萄的果实比二倍体的大得多
四倍体番茄的维生素C含量比二倍体的几乎增加了一倍
染色体数目变异
因此，人们常常采用人工诱导多倍体的方法来获得多倍体植株，培育新品种。
1. 方法：
低温处理、秋水仙素诱发等
2. 处理对象：
萌发的种子或幼苗
3. 原理：
当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，就可能发育成多倍体植株。
染色体数目变异
3. 原理：
染色体复制
着丝点
分裂
进入下一个
周期
无纺锤体形成
无纺锤丝牵引
染色体加倍的体细胞
低温或
秋水仙素
抑制
纺锤体的形成
导致
染色体不能移向细胞的两极
导致
染色体
数目加倍
继续分裂
多倍体
染色体数目变异
4. 三倍体无子西瓜的培育
滴加秋水仙素
二倍体
杂交
四倍体
（母体）
二倍体
（父体）
三倍体
第一年
第二年
联会紊乱
二倍体
（父体）
二倍体
四倍体(♀)
二倍体(♂)
三倍体种子
三倍体
无籽西瓜
染色体数目变异
4. 三倍体无子西瓜的培育
滴加秋水仙素
二倍体
杂交
四倍体
（母体）
二倍体
（父体）
三倍体
第一年
第二年
联会紊乱
二倍体
（父体）
两次传粉：
第一次传粉目的：
杂交获得三倍体种子
第二次传粉目的：
刺激子房发育为果实
染色体数目变异
二、单倍体
在生物的体细胞种，染色体数目不仅可以成倍地增加，还可以成套地减少。
蜂王
2N=32
产卵
非受精的
卵细胞
雄峰
N=16
特殊的减数分裂
产生精子
受精卵
发育
2N=32
工峰
2N=32
染色体数目变异
二、单倍体
1. 定义
像蜜蜂的雄峰这样，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，叫作单倍体。
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。
2. 特点
与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
单倍体有什么应用价值呢？
染色体数目变异
二、单倍体
3. 应用——单倍体育种
(1) 方法：
花药（花粉）离体培养+人工诱导染色体加倍
(2) 流程：
花药
离体培养
单倍体
幼苗
秋水仙素处理
纯合体
筛选
优良性状
纯合体
染色体数目变异
(2) 流程：
以培育矮秆抗病水稻为例
高秆抗病
高秆染病
矮秆抗病
矮秆染病
9D_T_
3D_tt
3ddT_
1ddtt
选种
ddT_
连续
自交
选种
ddTT
高秆抗病
矮秆染病

DDTT
ddtt
高秆抗病
DdTt
杂交育种
P
高秆抗病
矮秆染病

DDTT
ddtt
高秆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
花药
离体
培养
选种
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
矮秆抗病
花粉
单倍体
纯合体
减数
分裂
DT
Dt
dT
dt
ddTT
F1
单倍体
育种
染色体数目变异
用这种方法培育得到得植株，不但能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合的，自交的后代不会发生性状分离。
(3) 优点：
单倍体植株培育新品种，能明显缩短育种年限。
染色体数目变异
思考：单倍体一定含有一个染色体组吗？
总结：单倍体、二倍体、多倍体的区别
发育来源
非配子
发育
配子
发育
染色体组数
2个染色体组
多个染色体组
二倍体
多倍体
单倍体
不一定，如四倍体的配子发育形成的单倍体含有两个染色体组。
染色体数目变异
注：用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍，若操作对象是单倍体植株，叫单倍体育种，若操作对象为正常植株，叫多倍体育种。
总结：单倍体育种与多倍体育种的比较
单倍体育种 多倍体育种
原理
常用方法
优势
缺点
染色体变异
染色体组成倍减少，在加倍后得到纯种
染色体变异
染色体组成倍增加
花药离体培养+人工诱导染色体加倍
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
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
染色体数目变异
三、非整倍变异
正常染色体组种，丢失或添加了一条或几条完整的染色体。
单体：2N-1
三体：2N+1
注意：单体和三体也是二倍体，均可进行减数分裂，产生配子，配
子育性情况，见具体实例。
染色体数目变异
唐氏综合征（21三体综合征），又称先天愚型，由于多了一条21号染色体而导致的疾病。存活者又明显的智能落后、特俗面容、生长发育障碍和多发畸形。
21单体综合征
染色体数目变异
21单体综合征
(1) 原因
① 减数第一次分裂后期21
号同源染色体未分离
②减数第二次分裂后期姐妹染色单体分离后移向细胞的同一极
染色体数目变异
性染色体数目异常
(1) XO单体
少一条性染色体，称为特纳综合征，很难生育。
形成原因
① 父方在MI时X和Y未分离，进入同一配子种，形成不含性染色
体的异常精子。
② 或母方在MI时X和X未分离，或MⅡ时两条X单体分离后进入同
一个配子中，形成不含性染色体的异常卵细胞。
染色体数目变异
性染色体数目异常
(2) XXY三体
具有XXY染色体的人通常表现为XY男性的生理特征，同时也能出现不同程度的女性化第二性征。
形成原因
① 父方在MⅠ时X和Y未分离，进入同一个配子中，形成XY的异
常精子。
② 或母方在MⅠ时X和X未分离，或MⅡ时两条X单体分离后进入
同一个配子中，形成XX的异常卵细胞。
染色体数目变异
性染色体数目异常
(3) XXX三体
大多数X三体个体表型正常，但发育较早，平均身高较正常女性高，平均智商比正常人群低10-15。
形成原因
① 父方在MⅡ时两条X染色单体分离后，进入同一个配子中，形、
成XX的异常精子。
② 母方在MⅠ时X和X未分离，或MⅡ时两条X单体分离后进入同
一个配子中，形成XX的异常卵细胞。
染色体数目变异
性染色体数目异常
(4) XYY三体
一种人类男性的性染色体疾病，比正常的男性多出一条Y染色体，所以又称“超雄综合征”。
形成原因
父方在MⅡ时两条Y染色单体分离后，进入同一个配子中，产生YY的异常精子。

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