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第25讲　染色体变异与育种
素养目标
考点一 染色体数目的变异
夯实基础 精研教材
1.染色体数目变异
(1)类型及实例
个别染
非同源染色体
色体
(2)染色体组分析(根据果蝇染色体组成图归纳)
①从染色体来源看,一个染色体组中不含　　　　　　。
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。
同源染色体
各不相同
一整套基因
2.单倍体、二倍体和多倍体
配子
受精卵
教材深挖
1.(必修2 P87正文)所有生物都能发生染色体变异吗 细胞分裂时都可能发生染色体变异吗
2.(必修2 P88正文)单倍体一定不育吗 请说明理由。
不是,只有真核生物才有染色体,原核生物和病毒无染色体,不可能发生染色体变异。真核生物的有丝分裂和减数分裂过程中都有可能发生染色体变异,原核生物的二分裂不可能发生染色体变异
不一定。若单倍体体细胞中含有奇数个染色体组一般不可育,有偶数个染色体组一般可育
3.(必修2 P91拓展应用2)(1)二倍体西瓜与四倍体西瓜是同一物种吗 说明理由。
(2)“三体”和“三倍体”的区别是什么
不是。因为二者杂交产生的后代不可育
三体是二倍体(含两个染色体组),只是其中某形态的染色体“多出了一条”,其余染色体均为两两相同;三倍体则是指由受精卵发育而来的体细胞中含三个染色体组的个体,其每种形态的染色体为“三三相同”
易错排查
1.雄蜂精子中染色体数目是其体细胞的一半。(2022·北京卷)(　　)
2.体细胞中含有两个染色体组的个体就是二倍体。(　　)
3.一般情况下,二倍体通过减数分裂形成的配子只有一个染色体组。(　　)
4.单倍体含有的染色体组数都是奇数。(　　)
×
×
√
×
思维探究 考教衔接
同源四倍体(基因型为AAaa)产生配子时,同源染色体两两配对并以图示的情况排列在赤道板的两侧,从而形成不同基因型的配子。
根据上述推导过程,请思考回答下列问题。
(1)若同源四倍体的基因型为Aaaa,则产生的配子类型及比例:　　　　　　　　　　　。
(2)若同源四倍体的基因型为AAAa,则产生的配子类型及比例:　　　　　　　　。
Aa∶aa=1∶1　
AA∶Aa=1∶1
考法练透 素养提升
考法一　染色体组与染色体数目的变异
1.下列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两项正确;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项正确;雌雄同体的高等植物如水稻、豌豆等没有性染色体,C项错误。
2.(2024·河南平顶山模拟)下列是对a~h所示的生物体细胞中各含有几个染色体组的叙述,正确的是(　　)
A.细胞中含有一个染色体组的是图d、g,对应个体一定是由雄配子发育而来的单倍体
B.细胞中含有两个染色体组的是图f、h,对应个体是二倍体
C.细胞中含有三个染色体组的是图a、b,对应个体不一定是三倍体
D.细胞中含有四个染色体组的是图c、f,对应个体是四倍体
C
解析 细胞中含有一个染色体组的是图d、g,对应个体也可能是由雌配子发育而来的,A项错误;细胞中含有两个染色体组的是图c、h,对应个体可能是二倍体,B项错误;细胞中含有三个染色体组的是图a、b,对应个体如果是由受精卵发育形成的,则为三倍体,如果是由配子直接发育形成的,则为单倍体,C项正确;细胞中含有四个染色体组的是图e、f,对应个体不一定是四倍体,D项错误。
考法二　单体、三体等个别染色体数目变异类型
3.(2024·辽宁鞍山模拟)单体是指二倍体生物细胞中缺失1条染色体,而三体是指二倍体生物细胞中多了1条染色体。若某二倍体生物体细胞中的染色体数为2n,则下列相关叙述正确的是(　　)
A.二倍体生物的单体可用2n-1来表示
B.单倍体是指体细胞中含有一个染色体组的个体
C.二倍体生物中的三体可用2n+3来表示
D.可用基因诊断的方法检测21三体综合征
A
解析 单体是指控制相同性状的某对染色体缺失一条染色体的个体,即某一对同源染色体少了1条染色体,可用2n-1来表示,三体指某一对同源染色体多了1条染色体,可用2n+1来表示,A项正确,C项错误;单倍体是由配子直接发育成的个体,可能含有一个染色体组,也可能含有2个或多个染色体组,B项错误;21三体综合征形成的原因是染色体数目变异,可通过观察染色体数目来检测,D项错误。
4.(2024·山东潍坊期末)某生物基因组成及基因在染色体上的位置关系如右图所示。该生物性原细胞经减数分裂形成了如下图所示的几种配子。下列关于这几种配子形成过程中所发生的变异的说法,错误的是(　　)
A
解析 配子一形成过程中,在减数分裂Ⅰ后期,发生了非同源染色体上非等位基因的自由组合,属于基因重组,A项错误;配子二形成的原因是减数分裂Ⅱ后期,姐妹染色单体分开后形成的子染色体移向同一极,这属于染色体变异,B项正确;a和b是非同源染色体上的基因,而配子三中a和b位于同一条染色体上,原因可能是基因b转移到非同源染色体上,属于染色体结构变异中的易位,C项正确;配子四的变异属于染色体变异中的缺失,原因可能是染色体复制发生错误导致基因A或a缺失,D项正确。
考点二 低温诱导染色体数目的变化和染色体结构变异
夯实基础 精研教材
1.低温诱导染色体数目的变化
(1)实验原理:用低温处理植物分生组织细胞,能够抑制其　　　　　的形成,以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极,导致细胞不能分裂成两个子细胞,于是,植物细胞染色体数目发生变化。
纺锤体
(2)实验步骤
4 ℃
卡诺氏液
95%　
漂洗
(3)实验中的试剂及其作用
固定细胞形态
洗去卡诺氏液
解离液
使染色体着色
2.染色体结构的变异
(1)类型及实例
易位
倒位
(2)结果和影响
教材深挖
1.(必修2 P89探究·实践)秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍,这两种方法在原理上的相似之处是
　。
2.(必修2 P90正文)基因突变和染色体变异中的“缺失或增添”对生物性状的影响一样吗
秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍,可能都与抑制纺锤体的形成有关,着丝粒分裂后没有纺锤丝的牵引作用,因此不能将染色体拉向细胞的两极,导致细胞中的染色体数目加倍
DNA分子上若干基因的缺失或重复(增添),属于染色体结构变异,会改变基因的数量,一般对生物性状影响较大;DNA分子上某个基因内部碱基的缺失或增添,会改变基因的结构,不改变基因的数量和位置,属于基因突变
易错排查
1.果蝇棒状眼的形成是由染色体部分基因增加引起的基因突变。(　　)
2.染色体易位不改变基因数量,一般不会对个体性状产生影响。(　　)
3.染色体的倒位在光学显微镜下一般不能观察到。(　　)
4.卡诺氏液可使组织细胞互相分离开。(　　)
×
×
×
×
思维探究 考教衔接
如图1表示果蝇某细胞内的相关染色体行为,1、2代表两条未发生变异的染色体,3、4代表两条正在发生变异的染色体,图中字母表示染色体上的不同片段。
(1)正常情况下,1与2是非同源染色体,图1中A中发生碱基的增添、缺失或替换　　　　　(填“一定”或“不一定”)属于基因突变。
不一定
(2)请将图2联会过程补充完整。
如图所示
考法练透 素养提升
考法一　“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验分析
1.(2024·辽宁辽阳期末)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:低温和秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理相同,都是抑制染色体着丝粒分裂
B.解离:盐酸酒精混合液可以使蒜根尖细胞解离
C.冲洗:用卡诺氏液固定细胞形态后,用清水冲洗2次
D.观察:显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变,少数细胞染色体数目不变
B
解析 低温和秋水仙素都能抑制纺锤体的形成,从而使染色体数目加倍,A项错误;盐酸酒精混合液可以使蒜根尖细胞解离,B项正确;用卡诺氏液固定细胞形态后,用体积分数为95%的酒精冲洗2次,C项错误;显微镜下可以看到少数细胞的染色体数目发生改变,大多数细胞染色体数目不变,D项错误。
考法二　染色体结构变异的原理和类型
2.(2024·浙江卷)某精原细胞同源染色体中的一条发生倒位,如图甲。减数分裂过程中,由于染色体倒位,同源染色体联会时会形成倒位环,此时经常伴随同源染色体的互换,如图乙。完成分裂后,若配子中出现染色体片段缺失,染色体上增加某个相同片段,则不能存活,而出现倒位的配子能存活。下列叙述正确的是(　　)
甲
乙
A.图甲发生了①至③区段的倒位
B.图乙细胞中Ⅱ和Ⅲ发生互换
C.该精原细胞减数分裂时染色体有片段缺失
D.该精原细胞共产生了3种类型的可育雄配子
C
解析 由图甲可知,bcd发生了倒位,因此是①至④区段发生倒位,A项错误;由图乙可知,细胞中染色单体Ⅱ和Ⅳ发生了互换,B项错误;由题干可知,配子中出现染色体片段缺失或重复,则不能存活,出现倒位的配子能存活,经过倒位后互换,可能会形成4个配子,ABCDE(正常)、adcbe(倒位但能存活)、ABcda(缺失了e,不能存活)、ebCDE(缺失了A,不能存活),因此该精原细胞共产生了2种类型的可育雄配子,C项正确,D项错误。
3.(2024·山东菏泽模拟)研究发现,果蝇的Ⅱ号染色体长臂上有一个关键基因,不含该基因的配子没有受精能力,并且Ⅱ号染色体和Ⅲ号染色体之间会发生如图A所示的变异。现发现一只相关染色体组成如图B的雌果蝇,假如这三条染色体中,任意配对的两条染色体分离时,另一条染色体随机移向细胞任意一极。下列叙述正确的是(　　)
图A
图B
A.图B果蝇的这种变异属于染色体结构变异,体细胞中染色体的数目正常
B.理论上这只果蝇产生的可育配子共6种
C.该果蝇与染色体组成正常的纯合子杂交,子代中染色体组成正常的占1/5
D.这种变异的出现一定发生在减数分裂过程中
答案 C　
解析 Ⅱ号染色体和Ⅲ号染色体相互连接时,还丢失了一小段染色体,图B果蝇的这种变异属于染色体结构变异和染色体数目变异,体细胞中染色体的数目少一条,A项错误。减数分裂Ⅰ后期同源染色体发生分离时,图B中配对的三条染色体,任意配对的两条染色体分离时,另一条染色体随机移向细胞任一极,有三种可能的情况:①Ⅱ号染色体移向一极,异常染色体和Ⅲ号染色体同时移向另一极;②异常染色体移向一极,Ⅱ号染色体和Ⅲ号染色体同时移向另一极;
③Ⅲ号染色体移向一极,异常染色体和Ⅱ号染色体同时移向另一极,结果共产生6种精子,但由于Ⅱ号染色体长臂上有一个关键基因,不含该基因的配子没有受精能力,即当配子中只含Ⅲ号染色体时,没有受精能力,因此这只果蝇产生的可育配子共5种,配子的类型及比例为Ⅱ号∶异常和Ⅲ号∶异常和Ⅱ号∶异常∶Ⅱ号和Ⅲ号=1∶1∶1∶1∶1,B项错误。该果蝇与染色体组成正常的纯合子杂交,子代中染色体组成正常的占1/5,C项正确。这种变异的出现可能发生在减数分裂过程中,也可能发生在有丝分裂过程中,D项错误。
考点三 生物育种的原理及应用
夯实基础 精研教材
1.生物育种方法
(1)杂交育种(以培育显性纯合子植物品种为例)
自交
基因重组
优良
性状
长
(2)诱变育种
基因突变
突变频率
(3)单倍体育种与多倍体育种
染色体(数目)变异
花药离体
秋水仙素
明显缩短育种
年限
染色体(数目)变异　
萌发的种子或幼苗
2.据不同育种目标选择不同育种方案
教材深挖
1.(必修2 P88正文)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理,前者操作对象是　　　　　　　　;后者操作对象为　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(必修2 P89与社会的联系)单倍体育种能缩短育种年限,原因是
　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
单倍体幼苗
正常的幼苗或萌发期的种子
采用花药(或花粉)离体培养获得的单倍体植株,经人工诱导染色体数目加倍后,植株细胞内每对染色体上成对的基因一般是纯合的,自交后代不会发生性状分离
3.(必修2 P91拓展应用2)三倍体西瓜一般不能产生种子,但有时也可以看到三倍体西瓜中有少量发育不成熟的种子,原因是
　 　　　　　　　　。
三倍体植株一般不能进行正常的减数分裂形成正常的生殖细胞,因而不能产生种子,而果实能正常发育。但三倍体植株的果实中绝不是一粒种子都没有,其原因是在进行减数分裂时,有可能形成正常的生殖细胞,产生正常的受精卵,形成种子,但比例极低
易错排查
1.诱变育种可通过改变基因的碱基序列达到育种目的。(　　)
2.人工杂交选育优质金鱼的原理是基因重组。(　　)
3.相比于二倍体植株,多倍体植株常常茎秆粗壮,果实和种子的数量比较多。
(　　)
4.用二倍体西瓜给四倍体西瓜传粉,则四倍体植株所结的种子里面的胚有3个染色体组。(　　)
√
√
×
√
思维探究 考教衔接
1.(2020·全国卷节选)在诱变育种过程中,通过诱变获得的新性状一般不能稳定遗传,原因是　　　　　　　　　　　　　　　,若要使诱变获得的性状能够稳定遗传,需要采取的措施是　　　　　　　　 　　　　　　　　。
控制新性状的基因是杂合的
通过自交筛选性状能稳定遗传的子代
2.(2021·重庆卷)现有长穗、不抗稻瘟病(HHBB)和短穗、抗稻瘟病(hhbb)两种水稻种子,欲通过杂交育种方法选育长穗、抗稻瘟病的纯合水稻。请用遗传图解写出简要选育过程。
考法练透 素养提升
考法一　生物育种原理和过程分析
1.(2025·安徽开学考试)基因型为AA的二倍体西瓜植株经不同育种途径可获得植株甲、乙和丙。植株甲是三倍体,植株乙是二倍体,植株丙是单倍体,①~⑦表示各种处理方法。下列说法正确的是(　　)
A.过程①⑦可使用秋水仙素处理幼苗
B.植株甲、乙、丙的基因型均有两种可能
C.过程⑥形成花药时发生了基因重组
D.植株甲产生的种子发育形成的植株能结出无子西瓜
B
解析 过程①可用秋水仙素处理幼苗使染色体数目加倍,由题意知,经过程⑦所得个体为单倍体,故该过程是花药离体培养过程,不需要用秋水仙素处理,A项错误;植株甲为AAAA和Aa的杂交子代,基因型有AAA和AAa两种,植株乙是Aa和aa的杂交子代,基因型有Aa和aa两种,植株丙是Aa经花药离体培养的子代,基因型有A和a两种,B项正确;过程⑥只有一对等位基因,不会发生基因重组,C项错误;植株甲为三倍体无子西瓜,高度不育,无法正常产生种子,D项错误。
考法二　考查生物育种方案的选择和设计
2.(2024·安徽卷)甲是具有许多优良性状的纯合品种水稻,但不抗稻瘟病(rr),乙品种水稻抗稻瘟病(RR)。育种工作者欲将甲培育成抗稻瘟病并保留自身优良性状的纯合新品种,设计了下列育种方案,合理的是(　　)
①将甲与乙杂交,再自交多代,每代均选取抗稻瘟病植株　②将甲与乙杂交,F1与甲回交,选F2中的抗稻瘟病植株与甲再次回交,依次重复多代;再将选取的抗稻瘟病植株自交多代,每代均选取抗稻瘟病植株　③将甲与乙杂交,取F1的花药离体培养获得单倍体,再诱导染色体数目加倍为二倍体,从中选取抗稻瘟病植株　④向甲转入抗稻瘟病基因,筛选转入成功的抗稻瘟病植株自交多代,每代均选取抗稻瘟病植株
A.①②　　　B.①③ C.②④ D.③④
C
解析 甲是具有许多优良性状的纯合品种水稻,但不抗稻瘟病(rr),乙品种水稻抗稻瘟病(RR),两者杂交,子代为具有许多优良性状、抗稻瘟病的杂合子(Rr),若让其不断自交,每代均选取抗稻瘟病植株,则得到的子代为抗稻瘟病,但其他性状不一定是优良性状的纯合子,①不合理。将甲与乙杂交,所得F1均抗稻瘟病,F1与甲回交,选F2中的抗稻瘟病植株与甲再次回交,依次重复多代,可得到具有其他许多优良性状的纯合品种水稻,但抗稻瘟病植株可能为纯合子或杂合子,再将选取的抗稻瘟病植株自交多代,每代均选取抗稻瘟病植株,可得到抗稻瘟病并保留甲自身优良性状的纯合新品种,②合理。将甲与乙杂交,取F1的花药离体培养获得单倍体,再诱导染色体数目加倍为纯合二倍体,从中选取抗稻瘟病且具有其他许多优良性状的纯合植株,为所需新品种,但只选取抗稻瘟病植株,不能保留甲的所有优良性状,③不合理。甲是具有许多优良性状的纯合品种水稻,向甲转入抗稻瘟病基因,则抗稻瘟病性状相当于杂合,对转入成功的抗稻瘟病植株自交多代,每代均选取抗稻瘟病植株,可获得所需抗稻瘟病并保留自身优良性状的纯合新品种,④合理。
聚焦表达 回扣落实
1.(识记表达类)染色体变异是
　　　　　 　　　　。
2.(基础识记类)染色体组是指细胞中的一组　　　　　　　　,在
　　　和　　　上各不相同,携带着控制生物生长发育的全部遗传信息。
3.(原因分析类)三倍体不育的原因是
　　　　　　　　　。
4.(原因分析类)骡子不育的原因是
　　　　　 　　　　。
生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化
非同源染色体
形态
功能
三倍体个体在进行减数分裂时染色体联会紊乱,不能形成可育的配子
骡子细胞内无同源染色体,不能进行正常的减数分裂,不能形成可育的配子
5.(识记表达类)单倍体育种中的秋水仙素作用于　 　　 　　　　　,多倍体育种中的秋水仙素作用于　　　　　　　　　　　　　　　　。
6.(逻辑推理类)在实施杂交育种时,一定要经过不断自交、筛选过程吗
幼苗期的单倍体植株
萌发的种子或幼苗期的正常植株
不一定。若要培育杂合子品种,可将杂种子一代作为种子直接使用,但种子只能用一年;若要培育隐性纯合子品种,在F2中选出表型符合要求的个体种植并推广即可;若要培育显性纯合子,则往往需要不断自交、筛选。

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