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第三节　染色体畸变可能引起性状改变
学习目标
1.举例说明染色体结构和数量的改变导致的遗传影响。
2.利用染色体数目变异的原理,设计单倍体育种和多倍体育种的思路和方法。
3.区分不同的变异类型,根据生产实践需要,利用不同的变异原理选用适宜的育种方法来生产符合人类需要的产品。
一、染色体结构变异可能导致生物性状的改变
1.染色体畸变定义
指生物细胞中染色体在 和 上发生的变化。
2.类型
包括染色体数目变异和 变异。
3.染色体结构变异
(1)概念。
染色体发生 后,在断裂处发生错误连接而导致 不正常的变异。
(2)类型和结果。
(3)实例分析。
①人类第五条染色体的部分缺失可引起 。
②果蝇 染色体上某个区段发生重复时,果蝇的复眼由正常的椭圆形变成条形的“ ”。
(1)染色体之间发生交换一定属于染色体结构变异。( )
(2)染色体结构变异一定会使染色体上的基因数量或排列顺序发生改变。( )
(3)大多数染色体结构变异对生物是不利的,不能为进化提供原材料。( )
二、染色体数目变异能导致生物性状的改变
1.概念
生物细胞中 的增加或减少。
2.类型
3.单倍体、二倍体和多倍体
(1)染色体组:一般将二倍体生物的 中的全部染色体称为染色体组,其中包含了该种生物的 。
(2)二倍体:由 发育而来,具有 染色体组的个体。
(3)多倍体:通常把体细胞中所含染色体组数超过 个的生物称为多倍体。
(4)单倍体:由配子不经 ,直接发育而来,其体细胞中含有 染色体数目的个体。
4.非整倍体变异实例
(1)人类的卵巢发育不全症,也称为特纳综合征,致病原因是 。
(2)多一条21号染色体,导致 。
(1)染色体数目变异引起染色体上基因数目增加。( )
(2)单倍体都不可育,因其体细胞中只含有一个染色体组。( )
(3)含有多个染色体组的生物一定是多倍体。( )
(4)若某生物的体细胞含32条染色体,有8种形态,则该生物体细胞中含有8个染色体组。( )
三、染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
1.单倍体育种
(1)概念:利用 作为中间环节产生具有优良性状的 的育种方法。
(2)过程:用杂交方法获得杂种F1→F1的花粉经培养→ 体幼苗→用 处理幼苗→可育的纯合植株→新品种。
(3)特点:缩短 ;能排除 干扰,提高效率。
(4)单倍体植株特点:一般植株小而弱,而且高度不育。
2.多倍体育种
(1)方法:人们利用 因素来诱导多倍体的产生,目前效果较好的方法是用秋水仙素处理 等,使它们的染色体加倍。
(2)多倍体植株特点:细胞通常比二倍体的细胞 ,细胞内有机物的含量 、 性强等。
(3)实例:三倍体无籽西瓜的培育、异源八倍体小黑麦。
(1)单倍体植株一般比多倍体植株高大,细胞内有机物含量更高,抗逆性更强。( )
(2)多倍体育种和单倍体育种的最终目的分别是得到多倍体和单倍体。( )
(3)单倍体育种和多倍体育种得到的植株都是不可育的。( )
(4)不论是多倍体育种还是单倍体育种,处理的都可以是萌发的种子。( )
四、生物变异类型
比较 项目 可遗传的变异 不遗传的变异
来源 (1)在强烈的物理、化学因素影响下发生的基因突变和染色体畸变; (2)有性生殖过程中形成配子时,由于非同源染色体的自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换而引起的基因重组 环境条件改变引起的,不涉及遗传物质的变化
遗传 情况 能在后代中再次出现 只限当代的表型改变
联系
(1)生物可遗传的变异中有的并不是遗传信息改变引起的。( )
(2)通过可遗传的变异产生的变异个体都是可育的。( )
(3)在单倍体育种的过程中,可遗传的变异的三种类型都可能发生。( )
任务一　染色体结构变异的辨析
染色体结构变异的类型分析
项 目 图解 联会图像
缺 失
重 复
倒 位
易 位
结 果 ①染色体结构变异的机理是染色体上某一片段断裂后,发生了缺失或错误的连接,使位于染色体上的基因数目和排列顺序发生改变,进而改变生物的性状,其对生物体一般是不利的; ②在光学显微镜下可见,可进一步通过分析染色体组型来区别类型
[迁移应用]
[典例1] (浙江1月选考)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交叉互换,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( )
A.图甲发生了①至③区段的倒位
B.图乙细胞中Ⅱ和Ⅲ发生交叉互换
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
任务二　染色体数目变异的相关问题
1.染色体组数的判断
(1)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;有几种不同形态的染色体,则每个染色体组就含几条染色体(异型性染色体除外)。如图所示细胞中,a、b、c、d中染色体组数分别为3、4、2、1,每个染色体组含有的非同源染色体数目分别是3、3、4、4。
(2)根据基因型判断。
控制同一性状的基因包括同一字母的大小写(如A、a),其在正常体细胞中出现几次,该细胞就含有几个染色体组。如图所示细胞中,甲、乙、丙、丁分别含有3个、4个、1个、2个染色体组。
(3)根据染色体的数目和染色体的形态数来推断。
染色体组的数目=细胞内的染色体数/染色体形态数。如图所示细胞中,C1含有4个染色体组,每个染色体组含2条非同源染色体;C2含有2个染色体组,每个染色体组含2条非同源染色体。
(4)根据染色体数的表达来判断。
一般用aN=b来表示细胞内的染色体数情况,则a为染色体组数。如2N=46,则该细胞含2个染色体组,每个染色体组含23条非同源染色体。
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,但是携带着控制该生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息;而染色体组型是描述一个生物体内所有染色体的大小、形态、数量和排列等信息的图像,人们常用染色体组型分析方法,来判断生物的亲缘关系,也可用于遗传病的诊断。
2.单倍体、二倍体和多倍体的判断
3.染色体异常联会分析
构建染色体异常联会模型。
模型解读:以某位置含有3条染色体(①②③)为例,若减数分裂过程中能够联会,则会产生①②、③、①、②③、②、①③六种类型配子,若该个体基因型为AAa,则产生配子的情况为A∶AA∶Aa∶a=2∶1∶2∶1。
[迁移应用]
[典例2-1] (杭州期中)如图所示为某个高等动物体内三个不同时期的细胞模型,其中有一个细胞经历了一次变异。下列叙述正确的是( )
A.该动物性别为雄性,图示细胞均无染色单体
B.甲细胞可能是精原细胞,其子细胞一定进行减数分裂
C.甲、乙、丙细胞的染色体组数依次为4、2、1
D.甲、乙、丙细胞的同源染色体对数依次为4、0、1
[典例2-2] 生物体细胞中染色体以染色体组的形式成倍增加或减少会使染色体数目发生改变,由此,可以导致单倍体、二倍体、多倍体的出现。下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述,不正确的是( )
A.一个染色体组不含同源染色体
B.由受精卵发育成的,体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体
C.单倍体生物体细胞中不一定含有一个染色体组
D.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
[典例2-3] (浙江9+1高中联盟联考)某二倍体植物(2n=6)的A、a基因位于3号染色体上,该植株的正常个体和三种突变体甲、乙和丙的染色体组成如图所示。假设各种突变体均能正常进行减数分裂(同源染色体为3条时,其中2条正常联会,余下的1条随机分配),产生的各种配子可育且活性相同。下列有关叙述正确的是( )
A.三种突变体均为染色体变异,其中乙和丙均有3个染色体组
B.利用显微镜可以观察到突变体甲的染色体数目及其上分布的基因
C.正常个体与突变体乙杂交,所得子代中基因型为Aaa个体的比例为1/3
D.正常个体用秋水仙素处理得到四倍体植株再与正常个体杂交,得到突变体丙的比例为5/12
任务三　变异在育种中的应用
1.染色体畸变在单倍体育种中的应用
利用早熟不抗病(AAbb)与晚熟抗病(aaBB)植株培育早熟抗病(AABB)品种的单倍体育种过程如图。
2.染色体畸变在多倍体育种中的应用
以三倍体无籽西瓜的培育为例。
可遗传的变异的性状不一定能遗传给后代。无籽西瓜的形成利用的是多倍体育种,虽未产生种子,但无籽西瓜的变异属于染色体畸变(整倍体变异),属于可遗传的变异,不能通过有性生殖遗传给后代,但可通过无性生殖遗传给后代。
3.单倍体育种与多倍体育种操作中的易混点
(1)花药离体培养获得的是单倍体植株,而单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理,一般情况下获得可育纯合子。
(2)单倍体育种能够明显缩短育种年限是针对显性纯合子而言,若选育的对象为隐性个体,最简单和最快速的方法均为杂交育种。
(3)单倍体育种的原理是染色体数目变异和基因重组,其中基因重组发生的时期不是亲本杂交时,而是F1进行减数分裂产生配子时。
(4)单倍体育种时,若是进行花药离体培养,该过程为植物组织培养阶段,细胞只进行有丝分裂,不进行减数分裂,因此不能发生基因重组,可发生基因突变或染色体畸变等变异。
(5)二倍体的单倍体高度不育,因此,花药离体培养之后获得正常植株进行秋水仙素处理时,处理的是单倍体幼苗,不是萌发的种子。
4.不同育种方式的应用
(1)五种不同育种方式的比较。
名称 原理 优点 缺点
杂交 育种 基因 重组 使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体 育种时间长;局限于同一物种或亲缘关系较近的品种
诱变 育种 基因 突变 提高突变概率,加快育种进程;在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状;改良作物品质,增强抗逆性 有利变异少,需大量处理实验材料(有很大盲目性)
单倍体育种 染色体数 目变异、 基因重组 明显缩短育种年限;能排除显隐性干扰,提高效率 技术复杂且需与杂交育种结合
多倍体育种 染色体数 目变异 多倍体细胞通常比二倍体细胞大,细胞内有机物含量高、抗逆性强 所获品种发育延迟,结实率低,一般只适用于植物
转基因技术育种 基因 重组 目的性强,育种周期短,克服了远缘杂交不亲和的障碍 技术复杂,安全性问题多,有可能引起生态危机
(2)根据育种目的和要求选择育种方式。
[迁移应用]
[典例3-1] (浙江名校协作体开学考)单倍体育种的基本程序包括:杂交得到杂种F1,将F1的花药在人工培养基上进行离体培养,诱导成幼苗;用秋水仙素处理幼苗,产生染色体加倍的纯合植株。下列叙述正确的是( )
A.育种过程涉及植物组织培养技术
B.秋水仙素促进着丝粒分裂
C.育种原理为染色体数目变异
D.最终培育形成的植株为单倍体
[典例3-2] (丽水月考)某科研小组利用普通西瓜种子为材料培育三倍体无籽西瓜新品种的过程如图所示,图中字母代表有关基因。下列叙述错误的是( )
A.①过程一般用物理或化学因素处理,使二倍体西瓜发生基因突变
B.③⑥都可表示用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,以获得多倍体
C.若②④均为通过自交得到子代的过程,则②④得到图示子代的概率相同
D.无籽西瓜新品种(AAA)所结果实中可能会有少量种子
[典例3-3] (衢州期末)水稻(2n=24)是我国最重要的粮食作物之一。为获得高产、优质的水稻,科研人员通过多种育种途径得到新品种。①~⑤为育种过程,具体过程如图。下列叙述错误的是( )
A.①④育种过程的原理是基因重组
B.②过程为花药离体培养,体现了植物细胞的全能性
C.③过程可利用秋水仙素处理使同源染色体不分离而得到可育植株
D.⑤过程还可用化学诱变剂等方式处理第三节　染色体畸变可能引起性状改变
素养测练
基础达标练
题组一　染色体畸变的类型和结果
1.(宁波五校联盟期中)果蝇花斑眼的形成机制如图所示,这种变异属于(　D　)
A.缺失 B.倒位
C.重复 D.易位
解析:图示两条染色体为非同源染色体,非同源染色体之间交换片段属于染色体结构变异中的易位。
2.(嘉兴月考)21-三体综合征又叫唐氏综合征,是一种常见的染色体病。下列各图均为减数第一次分裂时期染色体变异的模式图,唐氏综合征的染色体异常情况与哪个图相符(　A　)
A B
C 　 D
解析:A图细胞中只有一组同源染色体为三条,其余皆为两条,为三体,唐氏综合征的染色体异常是第21号染色体为3条,与之相符;B图细胞中一条染色体上的某一基因重复出现,属于染色体片段重复;C图细胞中每种染色体都是三条,含有3个染色体组,是三倍体生物的体细胞中染色体组成或者是单倍体生物的体细胞中染色体组成;D图细胞中有一条染色体上缺失了2个基因,即片段3和4,为染色体变异中的缺失。
3.通过花药离体培养得到马铃薯植株,当该植株的细胞进行减数分裂时,观察到染色体正常联会,此时该细胞内共有12个四分体。据此现象可以推知,马铃薯正常个体细胞内共有多少个染色体组(　C　)
A.2个 B.3个
C.4个 D.6个
解析:配子中发生染色体配对,说明存在同源染色体,而同源染色体的形态一般相同,所以正常体细胞中含有配子中染色体2倍的染色体,所以正常个体细胞中含有4个染色体组。
4.将杂合的二倍体豌豆的花粉培育成一株幼苗,用秋水仙素处理该幼苗后使其能正常开花结种子。该幼苗处理后发育成的植株具有的特征为(　A　)
A.是纯合子
B.自交后代出现性状分离
C.含四个染色体组
D.有杂种优势
解析:杂合的二倍体植株有两个染色体组,花粉中含有一个染色体组,花药离体培养后得到单倍体植株,再用秋水仙素处理,染色体数目加倍后基因型为纯合子,自交后代不发生性状分离;得到的纯合子植株含有两个染色体组;单倍体育种获得纯合的二倍体,不具有杂种
优势。
题组二　基因突变、基因重组和染色体畸变
5.(浙江6月选考)野生型果蝇的复眼为椭圆形,当果蝇X染色体上的16A片段发生重复时,形成棒状的复眼(棒眼),如图所示。棒眼果蝇X染色体的这种变化属于(　C　)
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
解析:染色体结构的变异主要有缺失、重复、倒位、易位四种类型,果蝇X染色体上的16A片段发生重复时,复眼会由正常的椭圆形变成棒状,该变异属于染色体结构变异中的重复。
6.基因突变、基因重组和染色体畸变的共同点是(　C　)
A.产生了新的基因
B.产生了新的基因型
C.都属于可遗传的变异
D.改变了基因中的遗传信息
解析:只有基因突变才能产生新基因;基因重组和基因突变都能产生新的基因型,染色体畸变不一定产生新的基因型;基因突变、基因重组和染色体畸变都是遗传物质发生改变,都属于可遗传的变异;通常只有基因突变才会改变基因中的遗传信息。
7.生物存在着复杂多样的变异现象。下列情况属于不遗传的变异的是(　A　)
A.儿童因食物中严重缺乏维生素D而患上佝偻病
B.雄蜂体细胞的染色体数目只有其他蜜蜂的一半
C.朝天眼和水泡眼的金鱼杂交,得到朝天泡眼的金鱼
D.用辐射方法处理大豆,选育出含油量高的大豆品种
解析:儿童因食物中严重缺乏维生素D而患上佝偻病,是由食物引起的疾病,遗传物质并未发生改变,属于不遗传的变异;雄蜂体细胞的染色体数目只有其他蜜蜂的一半,属于染色体数目变异,是可遗传的变异;朝天眼和水泡眼的金鱼杂交,得到朝天泡眼的金鱼所依据的原理是基因重组,属于可遗传的变异;用辐射方法处理大豆,选育出含油量高的大豆品种原理是基因突变,属于可遗传的变异。
题组三　生物变异在育种上的应用
如图表示三倍体无籽西瓜的培育过程图。据图回答下面8~9小题。
8.培育无籽西瓜所利用的原理是(　D　)
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
解析:多倍体育种所依据的遗传学原理是染色体数目的变异。
9.据图分析,下列关于无籽西瓜的培育过程叙述不正确的是(　B　)
A.过程①通常使用秋水仙素
B.图示中四倍体西瓜为纯合子
C.过程②可用二倍体花粉刺激
D.三倍体西瓜联会紊乱高度不育
解析:过程①为染色体加倍过程,通常使用秋水仙素;题图中四倍体含有等位基因,为杂合子;过程②为获得三倍体过程,三倍体联会紊乱,高度不育,一般采用与二倍体西瓜间作栽培的方法,在开花时将二倍体的花粉传到三倍体植株的雌花上,刺激子房发育成无籽西瓜。
10.(杭州期末)科学家利用红鲫和鲤鱼进行种间远缘杂交,其中F1偶然产生含两个染色体组的异常配子,最终获得生长快、抗逆性强的湘云鲫2号,培育过程如图所示。下列叙述错误的是(　B　)
A.该过程属于多倍体育种
B.F1有丝分裂时会发生同源染色体联会
C.培育湘云鲫的原理主要是染色体畸变
D.湘云鲫2号属于三倍体生物
解析:利用二倍体红鲫和鲤鱼进行种间远缘杂交,最终获得三倍体湘云鲫2号,属于多倍体育种;F1有丝分裂时不会发生同源染色体联会现象;多倍体育种的原理是染色体畸变;由题图可知,湘云鲫2号含有三个染色体组,是三倍体生物。
11.如下A、B、C分别表示三种培育水稻新品种的方法(水稻体细胞染色体数2n=24)。请回答下列问题。
A.水稻幼苗新品种
B.高秆抗病DDTT×矮秆易染病ddtt→F1F2→……→能稳定遗传的矮秆抗病品种
C.高秆抗病DDTT×矮秆易染病ddtt→F1配子幼苗能稳定遗传的矮秆抗病
品种
(1)A所示的育种方法叫作　　　　育种,所依据的原理是　　　　　　　　。培育出的水稻新品种的体细胞含有　　　　条染色体。
(2)B所示的育种方法是　　　育种,所依据的原理是　　　　　　　　。在F2中选出符合要求的新品种,反复自交得到能稳定遗传的矮秆抗病品种的基因型是　　　。
(3)C所示的育种方法是　　　　育种,F1产生配子的过程中进行　　　　分裂,F1产生的配子基因型有　　　种。过程②获得幼苗的方法一般是　　　　　　　　　。与方法B相比,方法C获得新品种的时间　　　(填“长”或“短”)。过程③中所用药物的原理是　 　 。
解析:(1)方法A表示用秋水仙素处理获得多倍体的多倍体育种,所依据的原理是染色体数目变异,培育出的水稻新品种的体细胞含有2×24=48(条)染色体。
(2)方法B为杂交育种,原理是基因重组。在F2中选出符合要求的新品种ddT　,因此要不断自交直到不再发生性状分离,得到能稳定遗传的基因型是ddTT。
(3)方法C为单倍体育种,F1(DdTt)产生的配子基因型有2×2=4(种)。过程②表示花药离体培养。与方法B相比,方法C获得新品种的时间短。过程③中所用药物的原理是抑制细胞分裂时纺锤体的形成,使染色体数目加倍。
答案:(1)多倍体　染色体数目变异　48
(2)杂交　基因重组　ddTT
(3)单倍体　减数　4　花药离体培养　短　抑制细胞分裂时纺锤体的形成,使染色体数目加倍
综合提升练
12.(宁波适应考)某精原细胞在减数分裂过程中出现如图结构。下列叙述正确的是(　A　)
A.该结构出现于减数第一次分裂前期
B.图中①②间发生了染色体片段交换
C.该结构由1对同源染色体联会形成
D.最终形成的4个精子基因数量均相等
解析:题图表示因染色体易位导致同源染色体联会时,染色体同源片段配对而形成十字形结构,发生于减数第一次分裂前期;由题图可知,染色体②中de所在片段与染色体③中no所在片段发生了交换;图中有4条染色体,该结构由2对同源染色体联会形成;染色体易位后,同源染色体联会时结构如题图,当同源染色体分离时,四条染色体趋向两极的情况是随机的,最终产生的精子中基因数量不一定相等。
13.(浙江A9协作体第一次联考)人类(2n=46)14号与21号染色体二者的长臂在着丝粒处融合形成14/21平衡易位染色体,该染色体携带者具有正常的表型,但在产生生殖细胞的过程中,其细胞中形成复杂的联会复合物(如图),在进行减数分裂时若该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律(不考虑交叉互换)。下列关于平衡易位染色体携带者的叙述,错误的是(　C　)
A.上述变异属于染色体结构和数目变异
B.上述变异在光学显微镜下可见
C.男性携带者的次级精母细胞中含有23条染色体
D.女性携带者的卵细胞可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)
解析:根据题干信息可知,14/21平衡易位染色体是由14号和21号两条染色体融合成一条染色体,通过染色体易位和连接形成,发生了染色体结构变异和染色体数目变异,该变异在光学显微镜下可见;由于发生14/21平衡易位染色体,男性携带者的次级精母细胞在减数第二次分裂的前期和中期含有22或23条染色体,在减数第二次分裂的后期含有44或46条染色体;女性携带者的卵细胞可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)分别是①含有14、21号染色体的正常卵细胞、②含有14/21平衡易位染色体的卵细胞、③含有14/21平衡易位染色体和21号染色体的卵细胞、④含有14号染色体的卵细胞、⑤含有14/21平衡易位染色体和14号染色体的卵细胞、⑥含有21号染色体的卵细胞。
14.(2025·浙江6月选考)作物甲与乙都是六倍体,它们杂交产生的F1体细胞中有42条染色体,其中3个染色体组来自甲,3个染色体组来自乙。F1减数分裂过程中部分染色体不能正常联会。下列叙述错误的是(　A　)
A.用亲本甲的花药离体培养成的植株为三倍体
B.亲本乙的体细胞中含有6个染色体组
C.杂交产生的F1个体具有高度不育的特性
D.杂交产生的F1体细胞中可能存在成对的同源染色体
解析:甲为六倍体,其花药(配子)含三个染色体组,离体培养得到的植株由配子发育而来,为单倍体;六倍体的体细胞含六个染色体组,乙为六倍体,故其体细胞含六个染色体组;由题意知,F1为异源六倍体,减数分裂时染色体联会紊乱,无法形成正常配子,具有高度不育性;来自甲、乙的三个染色体组里有可以配对的同源染色体。
15.水稻是雌雄同株植物,从高秆不抗病植株甲(核型2n=24)选育出矮秆不抗病植株乙和高秆抗病植株丙。甲和乙杂交、甲和丙杂交获得的F1均为高秆不抗病,乙和丙杂交获得的F1为高秆不抗病和高秆抗病。高秆和矮秆、不抗病和抗病两对相对性状独立遗传,分别由等位基因A(a)、B(b)控制,基因B(b)位于11号染色体上,某对染色体缺少1条或2条的植株能正常存活。甲、乙和丙均未发生染色体结构变异,甲、乙和丙体细胞的染色体DNA相对含量如图所示(甲的染色体DNA相对含量记为1.0)。回答下列问题。
(1)为分析乙的核型,取乙植株根尖,经固定、酶解处理、染色和压片等过程,显微观察分裂中期细胞的染色体,乙的核型为　　　　　　　。
(2)甲和乙杂交获得F1,F1自交获得F2。F1基因型有　　　　　种,F2中核型为2n-2=22的植株所占的比例为　　　　。
(3)利用乙和丙通过杂交育种可培育纯合的矮秆抗病水稻,育种过程是
　。
(4)甲和丙杂交获得F1,F1自交获得F2。写出F1自交获得F2的遗传图解。
解析:(1)该水稻核型为2n=24,则染色体可分为12组,每组含有2条,分析题图可知,乙的11号染色体DNA相对含量减少一半,推测其11号染色体少了一条,故乙的核型为2n-1=23。
(2)结合题意分析可知,甲基因型为AABB,基因B(b)位于11号染色体上,乙缺失一条11号染色体,且表现为矮秆不抗病,故其基因型为aaBO,则甲(AABB)与乙(aaBO)杂交,F1为AaBB∶AaBO=1∶1,共2种;F1自交,其中AaBB自交,子代核型均为2n=24,而AaBO(产生配子为AB、AO、aB、aO)自交,子代核型为2n-2=22的植株(即缺失两条染色体的植株)所占比例为1/2×1/4=1/8。
(3)利用乙aaBO(矮秆不抗病植株)与丙AAbb(高秆抗病植株)通过杂交育种可培育纯合的矮秆抗病水稻(aabb),可通过以下步骤实现:乙和丙杂交获得F1(AaBb、AabO),取F1中高秆不抗病的植株进行自交,从F2中选取矮秆抗病植株(aabb),即为所选育类型。
(4)甲植株基因型为AABB,丙植株基因型为AAbb,两者杂交,F1基因型为AABb,F1自交获得F2的遗传图解见答案。
答案:(1)2n-1=23　(2)2　1/8　(3)乙和丙杂交获得F1,取F1中高秆不抗病的植株进行自交,从F2中选取矮秆抗病植株
(4)
16.某二倍体植物的花色受独立遗传且完全显性的三对基因(用D、d,I、i,R、r表示)控制。研究发现,体细胞中r基因数多于R时,R基因的表达减弱而形成粉红花突变体。基因控制花色色素合成的途径、粉红花突变体体细胞中基因与染色体的组成(其他基因数量与染色体均正常)如图所示。
(1)正常情况下,图甲中红花植株的基因型有　　　　种;纯合白花植株的基因型有　　　　种;若某正常红花植株自交后代为红花∶白花=3∶1,则该正常红花植株的基因型为　。
(2)现有一开粉红花的突变植株,为确定该植株属于图乙中的哪一种突变体,让该突变体与基因型为iiDDrr的植株杂交,观察并统计子代的表型与比例。(假设实验过程中不存在突变与染色体互换,各类型配子活力相同,无致死现象)
结果预测:
Ⅰ.若子代中　 ,
则其为突变体①;
Ⅱ.若子代中　 ,
则其为突变体②;
Ⅲ.若子代中　 ,
则其为突变体③。
解析:(1)正常情况下,图甲中红花植株的基因型有iiDDRR、iiDdRR、iiDDRr和iiDdRr共4种;纯合白花植株的基因型有7种,即IIDDRR、IIDDrr、iiddRR、iiddrr、IIddRR、IIddrr、iiDDrr;某正常红花植株自交后代出现了两种表型,若是iiDdRR或iiDDRr,则子代中表型及比例为红花∶白花=3∶1,若是iiDdRr,则子代中表型及比例为红花∶白花=9∶7,因此该正常红花植株的基因型为iiDDRr或iiDdRR。
(2)为了确定粉红花植株(iiD　Rrr)属于图乙中的哪一种突变体,关键是判断其中rr基因的位置,为了避免另两对基因的干扰,可让该突变体与基因型为iiDDrr的植株杂交,观察并统计子代的表型与比例。Ⅰ.突变体①能产生四种配子,R∶Rr ∶r∶rr=1∶1∶1∶1,与iiDDrr植株杂交后,子代为Rr∶Rrr∶rr∶rrr=1∶1∶1∶1,即红花Rr、粉红花Rrr、白花植株(rr、rrr)的比例为1∶1∶2。Ⅱ.突变体②为三体,可产生含R、rr、Rr、r的4种配子,其比例为1∶1∶2∶2,与含r的配子结合,子代中红花Rr、粉红花Rrr与白花植株(rr、rrr)的比例为1∶2∶3。Ⅲ.突变体③为基因重复,属于染色体结构变异,能产生两种配子:R∶rr=1∶1,与含r的配子结合,子代中红花Rr与白花rrr的比例为1∶1,无粉红花。
答案:(1)4　7　iiDDRr或iiDdRR
(2)红花、粉红花与白花植株的比例为1∶1∶2　红花、粉红花与白花植株的比例为1∶2∶3　红花、粉红花与白花植株的比例为1∶0∶1第三节　染色体畸变可能引起性状改变
学习目标
1.举例说明染色体结构和数量的改变导致的遗传影响。
2.利用染色体数目变异的原理,设计单倍体育种和多倍体育种的思路和方法。
3.区分不同的变异类型,根据生产实践需要,利用不同的变异原理选用适宜的育种方法来生产符合人类需要的产品。
一、染色体结构变异可能导致生物性状的改变
1.染色体畸变定义
指生物细胞中染色体在数目和结构上发生的变化。
2.类型
包括染色体数目变异和染色体结构变异。
3.染色体结构变异
(1)概念。
染色体发生断裂后,在断裂处发生错误连接而导致染色体结构不正常的变异。
(2)类型和结果。
(3)实例分析。
①人类第五条染色体的部分缺失可引起猫叫综合征。
②果蝇X染色体上某个区段发生重复时,果蝇的复眼由正常的椭圆形变成条形的“棒眼”。
(1)染色体之间发生交换一定属于染色体结构变异。(　×　)
提示:减数第一次分裂前期发生的同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换属于基因重组。
(2)染色体结构变异一定会使染色体上的基因数量或排列顺序发生改变。(　×　)
提示:染色体结构变异的倒位不会改变基因数量,重复或缺失不会改变基因的排列顺序。
(3)大多数染色体结构变异对生物是不利的,不能为进化提供原材料。(　×　)
提示:大多数的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,但染色体结构变异仍能为生物进化提供原材料。
二、染色体数目变异能导致生物性状的改变
1.概念
生物细胞中染色体数目的增加或减少。
2.类型
3.单倍体、二倍体和多倍体
(1)染色体组:一般将二倍体生物的一个配子中的全部染色体称为染色体组,其中包含了该种生物的一整套遗传物质。
(2)二倍体:由体细胞发育而来,具有两个染色体组的个体。
(3)多倍体:通常把体细胞中所含染色体组数超过两个的生物称为多倍体。
(4)单倍体:由配子不经受精,直接发育而来,其体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
4.非整倍体变异实例
(1)人类的卵巢发育不全症,也称为特纳综合征,致病原因是缺少一条性染色体。
(2)多一条21号染色体,导致唐氏综合征。
(1)染色体数目变异引起染色体上基因数目增加。(　×　)
提示:染色体数目变异通常不会引起染色体上基因数目的变化。
(2)单倍体都不可育,因其体细胞中只含有一个染色体组。(　×　)
提示:单倍体是由配子发育而来的,含有1个或多个染色体组,单倍体有的可育,如雄蜂。
(3)含有多个染色体组的生物一定是多倍体。(　×　)
提示:含有多个染色体组的生物可能是多倍体,也可能是单倍体。
(4)若某生物的体细胞含32条染色体,有8种形态,则该生物体细胞中含有8个染色体组。(　×　)
提示:题述生物体细胞中含有4个染色体组。
三、染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
1.单倍体育种
(1)概念:利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。
(2)过程:用杂交方法获得杂种F1→F1的花粉经培养→单倍体幼苗→用秋水仙素处理幼苗→可育的纯合植株→新品种。
(3)特点:缩短育种年限;能排除显隐性干扰,提高效率。
(4)单倍体植株特点:一般植株小而弱,而且高度不育。
2.多倍体育种
(1)方法:人们利用物理、化学因素来诱导多倍体的产生,目前效果较好的方法是用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗等,使它们的染色体加倍。
(2)多倍体植株特点:细胞通常比二倍体的细胞大,细胞内有机物的含量高、抗逆性强等。
(3)实例:三倍体无籽西瓜的培育、异源八倍体小黑麦。
(1)单倍体植株一般比多倍体植株高大,细胞内有机物含量更高,抗逆性更强。(　×　)
提示:单倍体植株一般小而弱,多倍体植株细胞通常比二倍体的细胞大,细胞内有机物的含量高、抗逆性强。
(2)多倍体育种和单倍体育种的最终目的分别是得到多倍体和单倍体。(　×　)
提示:多倍体育种的最终目的是得到多倍体,单倍体育种的最终目的是得到稳定遗传的可育后代,而不是单倍体。
(3)单倍体育种和多倍体育种得到的植株都是不可育的。(　×　)
提示:单倍体育种和多倍体育种得到的植株一般是可育的,部分多倍体育种得到的植株不可育,如无籽西瓜。
(4)不论是多倍体育种还是单倍体育种,处理的都可以是萌发的种子。(　×　)
提示:二倍体的单倍体高度不育,一般不产生种子,因此,单倍体育种,处理的一般是单倍体幼苗,不是萌发的种子。
四、生物变异类型
比较 项目 可遗传的变异 不遗传的变异
来源 (1)在强烈的物理、化学因素影响下发生的基因突变和染色体畸变; (2)有性生殖过程中形成配子时,由于非同源染色体的自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换而引起的基因重组 环境条件改变引起的,不涉及遗传物质的变化
遗传 情况 能在后代中再次出现 只限当代的表型改变
联系
(1)生物可遗传的变异中有的并不是遗传信息改变引起的。(　√　)
(2)通过可遗传的变异产生的变异个体都是可育的。(　×　)
提示:通过可遗传的变异产生的变异个体不一定都是可育的,如三倍体西瓜不可育。
(3)在单倍体育种的过程中,可遗传的变异的三种类型都可能发生。(　√　)
任务一　染色体结构变异的辨析
染色体结构变异的类型分析
项 目 图解 联会图像
缺 失
重 复
倒 位
易 位
结 果 ①染色体结构变异的机理是染色体上某一片段断裂后,发生了缺失或错误的连接,使位于染色体上的基因数目和排列顺序发生改变,进而改变生物的性状,其对生物体一般是不利的; ②在光学显微镜下可见,可进一步通过分析染色体组型来区别类型
温馨提示:基因突变、基因重组和染色体结构变异都能导致DNA分子结构的改变,但能改变基因的“质”的只有基因突变。
[迁移应用]
[典例1] (浙江1月选考)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交叉互换,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(　C　)
A.图甲发生了①至③区段的倒位
B.图乙细胞中Ⅱ和Ⅲ发生交叉互换
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
解析:由图甲可知是bcd 发生了倒位,因此是①至④区段发生倒位;由图乙可知,细胞中染色单体Ⅱ和Ⅳ发生了交叉互换;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,经过倒位后交叉互换,可能会形成四个配子为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。
任务二　染色体数目变异的相关问题
1.染色体组数的判断
(1)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;有几种不同形态的染色体,则每个染色体组就含几条染色体(异型性染色体除外)。如图所示细胞中,a、b、c、d中染色体组数分别为3、4、2、1,每个染色体组含有的非同源染色体数目分别是3、3、4、4。
(2)根据基因型判断。
控制同一性状的基因包括同一字母的大小写(如A、a),其在正常体细胞中出现几次,该细胞就含有几个染色体组。如图所示细胞中,甲、乙、丙、丁分别含有3个、4个、1个、2个染色体组。
(3)根据染色体的数目和染色体的形态数来推断。
染色体组的数目=细胞内的染色体数/染色体形态数。如图所示细胞中,C1含有4个染色体组,每个染色体组含2条非同源染色体;C2含有2个染色体组,每个染色体组含2条非同源染色体。
(4)根据染色体数的表达来判断。
一般用aN=b来表示细胞内的染色体数情况,则a为染色体组数。如2N=46,则该细胞含2个染色体组,每个染色体组含23条非同源染色体。
温馨提示:染色体组与染色体组型的区别
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,但是携带着控制该生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息;而染色体组型是描述一个生物体内所有染色体的大小、形态、数量和排列等信息的图像,人们常用染色体组型分析方法,来判断生物的亲缘关系,也可用于遗传病的诊断。
2.单倍体、二倍体和多倍体的判断
温馨提示:单倍体不一定只含有1个染色体组,可能含有同源染色体、等位基因,也可能可育,如雄蜂。
3.染色体异常联会分析
构建染色体异常联会模型。
模型解读:以某位置含有3条染色体(①②③)为例,若减数分裂过程中能够联会,则会产生①②、③、①、②③、②、①③六种类型配子,若该个体基因型为AAa,则产生配子的情况为A∶AA∶Aa∶a=2∶1∶2∶1。
[迁移应用]
[典例2-1] (杭州期中)如图所示为某个高等动物体内三个不同时期的细胞模型,其中有一个细胞经历了一次变异。下列叙述正确的是(　D　)
A.该动物性别为雄性,图示细胞均无染色单体
B.甲细胞可能是精原细胞,其子细胞一定进行减数分裂
C.甲、乙、丙细胞的染色体组数依次为4、2、1
D.甲、乙、丙细胞的同源染色体对数依次为4、0、1
解析:乙细胞处于减数第二次分裂后期,细胞质均等分裂,故该动物是雄性或雌性;甲细胞可能是精原细胞,其子细胞可能进行有丝分裂,也可能进行减数分裂;若丙细胞是体细胞,则染色体组数为2,若丙细胞为生殖细胞,则染色体组数为1;甲、乙、丙细胞的同源染色体对数依次为4、0、1。
[典例2-2] 生物体细胞中染色体以染色体组的形式成倍增加或减少会使染色体数目发生改变,由此,可以导致单倍体、二倍体、多倍体的出现。下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述,不正确的是(　D　)
A.一个染色体组不含同源染色体
B.由受精卵发育成的,体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体
C.单倍体生物体细胞中不一定含有一个染色体组
D.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
解析:一个染色体组不含同源染色体;由受精卵发育成的,体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体;由配子发育而来的个体称为单倍体,单倍体不一定含有一个染色体组,如四倍体的单倍体含有两个染色体组;人工诱导多倍体可以用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,也可以用低温处理。
[典例2-3] (浙江9+1高中联盟联考)某二倍体植物(2n=6)的A、a基因位于3号染色体上,该植株的正常个体和三种突变体甲、乙和丙的染色体组成如图所示。假设各种突变体均能正常进行减数分裂(同源染色体为3条时,其中2条正常联会,余下的1条随机分配),产生的各种配子可育且活性相同。下列有关叙述正确的是(　D　)
A.三种突变体均为染色体变异,其中乙和丙均有3个染色体组
B.利用显微镜可以观察到突变体甲的染色体数目及其上分布的基因
C.正常个体与突变体乙杂交,所得子代中基因型为Aaa个体的比例为1/3
D.正常个体用秋水仙素处理得到四倍体植株再与正常个体杂交,得到突变体丙的比例为5/12
解析:三种突变体均为染色体变异,其中只有丙有3个染色体组;利用显微镜可以观察到突变体甲的染色体数目,但观察不到染色体上分布的基因;将基因型为Aa的植株与基因型为Aaa的植株杂交,由于Aaa产生的配子及比例为A∶a∶Aa∶aa=1∶2∶2∶1,所以理论上后代的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa∶AAa∶Aaa∶aaa=1∶3∶2∶2∶3∶1,所得子代中基因型为Aaa个体的比例为1/4;将基因型为AAaa的植株与基因型为Aa的植株杂交,由于AAaa产生的配子及比例为AA∶Aa∶aa=1∶4∶1,所以理论上后代的基因型及其比例为AAA∶AAa∶Aaa∶aaa=1∶5∶5∶1,得到突变体丙的比例为5/12。
任务三　变异在育种中的应用
1.染色体畸变在单倍体育种中的应用
利用早熟不抗病(AAbb)与晚熟抗病(aaBB)植株培育早熟抗病(AABB)品种的单倍体育种过程如图。
2.染色体畸变在多倍体育种中的应用
以三倍体无籽西瓜的培育为例。
可遗传的变异的性状不一定能遗传给后代。无籽西瓜的形成利用的是多倍体育种,虽未产生种子,但无籽西瓜的变异属于染色体畸变(整倍体变异),属于可遗传的变异,不能通过有性生殖遗传给后代,但可通过无性生殖遗传给后代。
3.单倍体育种与多倍体育种操作中的易混点
(1)花药离体培养获得的是单倍体植株,而单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理,一般情况下获得可育纯合子。
(2)单倍体育种能够明显缩短育种年限是针对显性纯合子而言,若选育的对象为隐性个体,最简单和最快速的方法均为杂交育种。
(3)单倍体育种的原理是染色体数目变异和基因重组,其中基因重组发生的时期不是亲本杂交时,而是F1进行减数分裂产生配子时。
(4)单倍体育种时,若是进行花药离体培养,该过程为植物组织培养阶段,细胞只进行有丝分裂,不进行减数分裂,因此不能发生基因重组,可发生基因突变或染色体畸变等变异。
(5)二倍体的单倍体高度不育,因此,花药离体培养之后获得正常植株进行秋水仙素处理时,处理的是单倍体幼苗,不是萌发的种子。
4.不同育种方式的应用
(1)五种不同育种方式的比较。
名称 原理 优点 缺点
杂交 育种 基因 重组 使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体 育种时间长;局限于同一物种或亲缘关系较近的品种
诱变 育种 基因 突变 提高突变概率,加快育种进程;在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状;改良作物品质,增强抗逆性 有利变异少,需大量处理实验材料(有很大盲目性)
单倍体育种 染色体数 目变异、 基因重组 明显缩短育种年限;能排除显隐性干扰,提高效率 技术复杂且需与杂交育种结合
多倍体育种 染色体数 目变异 多倍体细胞通常比二倍体细胞大,细胞内有机物含量高、抗逆性强 所获品种发育延迟,结实率低,一般只适用于植物
转基因技术育种 基因 重组 目的性强,育种周期短,克服了远缘杂交不亲和的障碍 技术复杂,安全性问题多,有可能引起生态危机
(2)根据育种目的和要求选择育种方式。
[迁移应用]
[典例3-1] (浙江名校协作体开学考)单倍体育种的基本程序包括:杂交得到杂种F1,将F1的花药在人工培养基上进行离体培养,诱导成幼苗;用秋水仙素处理幼苗,产生染色体加倍的纯合植株。下列叙述正确的是(　A　)
A.育种过程涉及植物组织培养技术
B.秋水仙素促进着丝粒分裂
C.育种原理为染色体数目变异
D.最终培育形成的植株为单倍体
解析:F1的花药在人工培养基上进行离体培养,诱导成幼苗,该过程涉及植物组织培养技术;秋水仙素通过抑制纺锤体形成,导致染色体不能移向细胞两极,从而引起细胞内染色体数目加倍;育种原理为基因重组和染色体数目变异;若该植株为二倍体,用秋水仙素处理经花药离体培养的单倍体幼苗后,产生染色体加倍的纯合植株中含有两个染色体组,为二倍体。
[典例3-2] (丽水月考)某科研小组利用普通西瓜种子为材料培育三倍体无籽西瓜新品种的过程如图所示,图中字母代表有关基因。下列叙述错误的是(　C　)
A.①过程一般用物理或化学因素处理,使二倍体西瓜发生基因突变
B.③⑥都可表示用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,以获得多倍体
C.若②④均为通过自交得到子代的过程,则②④得到图示子代的概率相同
D.无籽西瓜新品种(AAA)所结果实中可能会有少量种子
解析:①为人工诱变,一般用物理或化学因素处理,使二倍体西瓜发生基因突变,可提高突变概率,在较短时间内获得更多的变异类型;由于AAaa和AAAA都是可育的,因此③⑥都可表示用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,以获得多倍体;②表示自交获得显性纯合子,得到AA的概率为1/4,④表示自交获得四倍体显性纯合子,由于AAaa能产生配子及比例为AA∶Aa∶aa=1∶4∶1,自交获得四倍体显性纯合子AAAA的概率为1/36;无籽西瓜新品种(AAA)也有可能产生正常的配子,所结果实中可能会有少量种子。
[典例3-3] (衢州期末)水稻(2n=24)是我国最重要的粮食作物之一。为获得高产、优质的水稻,科研人员通过多种育种途径得到新品种。①~⑤为育种过程,具体过程如图。下列叙述错误的是(　C　)
A.①④育种过程的原理是基因重组
B.②过程为花药离体培养,体现了植物细胞的全能性
C.③过程可利用秋水仙素处理使同源染色体不分离而得到可育植株
D.⑤过程还可用化学诱变剂等方式处理
解析:由①到④的育种为杂交育种,其原理是基因重组;②过程为花药离体培养,得到单倍体植株,体现了植物细胞的全能性;③过程可利用秋水仙素处理使纺锤体不能形成,导致复制后的染色体不能分离而得到染色体加倍的可育植株;⑤为诱变过程,除了射线诱导外,还可用化学诱变剂等方式处理。第三节　染色体畸变可能引起性状改变
素养测练
基础达标练
题组一　染色体畸变的类型和结果
1.(宁波五校联盟期中)果蝇花斑眼的形成机制如图所示,这种变异属于( )
A.缺失 B.倒位
C.重复 D.易位
2.(嘉兴月考)21-三体综合征又叫唐氏综合征,是一种常见的染色体病。下列各图均为减数第一次分裂时期染色体变异的模式图,唐氏综合征的染色体异常情况与哪个图相符( )
A B
C 　 D
3.通过花药离体培养得到马铃薯植株,当该植株的细胞进行减数分裂时,观察到染色体正常联会,此时该细胞内共有12个四分体。据此现象可以推知,马铃薯正常个体细胞内共有多少个染色体组( )
A.2个 B.3个
C.4个 D.6个
4.将杂合的二倍体豌豆的花粉培育成一株幼苗,用秋水仙素处理该幼苗后使其能正常开花结种子。该幼苗处理后发育成的植株具有的特征为( )
A.是纯合子
B.自交后代出现性状分离
C.含四个染色体组
D.有杂种优势
优势。
题组二　基因突变、基因重组和染色体畸变
5.(浙江6月选考)野生型果蝇的复眼为椭圆形,当果蝇X染色体上的16A片段发生重复时,形成棒状的复眼(棒眼),如图所示。棒眼果蝇X染色体的这种变化属于( )
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
6.基因突变、基因重组和染色体畸变的共同点是( )
A.产生了新的基因
B.产生了新的基因型
C.都属于可遗传的变异
D.改变了基因中的遗传信息
7.生物存在着复杂多样的变异现象。下列情况属于不遗传的变异的是( )
A.儿童因食物中严重缺乏维生素D而患上佝偻病
B.雄蜂体细胞的染色体数目只有其他蜜蜂的一半
C.朝天眼和水泡眼的金鱼杂交,得到朝天泡眼的金鱼
D.用辐射方法处理大豆,选育出含油量高的大豆品种
题组三　生物变异在育种上的应用
如图表示三倍体无籽西瓜的培育过程图。据图回答下面8~9小题。
8.培育无籽西瓜所利用的原理是( )
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
9.据图分析,下列关于无籽西瓜的培育过程叙述不正确的是( )
A.过程①通常使用秋水仙素
B.图示中四倍体西瓜为纯合子
C.过程②可用二倍体花粉刺激
D.三倍体西瓜联会紊乱高度不育
10.(杭州期末)科学家利用红鲫和鲤鱼进行种间远缘杂交,其中F1偶然产生含两个染色体组的异常配子,最终获得生长快、抗逆性强的湘云鲫2号,培育过程如图所示。下列叙述错误的是( )
A.该过程属于多倍体育种
B.F1有丝分裂时会发生同源染色体联会
C.培育湘云鲫的原理主要是染色体畸变
D.湘云鲫2号属于三倍体生物
11.如下A、B、C分别表示三种培育水稻新品种的方法(水稻体细胞染色体数2n=24)。请回答下列问题。
A.水稻幼苗新品种
B.高秆抗病DDTT×矮秆易染病ddtt→F1F2→……→能稳定遗传的矮秆抗病品种
C.高秆抗病DDTT×矮秆易染病ddtt→F1配子幼苗能稳定遗传的矮秆抗病
品种
(1)A所示的育种方法叫作　　　　育种,所依据的原理是　　　　　　　　。培育出的水稻新品种的体细胞含有　　　　条染色体。
(2)B所示的育种方法是　　　育种,所依据的原理是　　　　　　　　。在F2中选出符合要求的新品种,反复自交得到能稳定遗传的矮秆抗病品种的基因型是　　　。
(3)C所示的育种方法是　　　　育种,F1产生配子的过程中进行　　　　分裂,F1产生的配子基因型有　　　种。过程②获得幼苗的方法一般是　　　　　　　　　。与方法B相比,方法C获得新品种的时间　　　(填“长”或“短”)。过程③中所用药物的原理是　 　 。
综合提升练
12.(宁波适应考)某精原细胞在减数分裂过程中出现如图结构。下列叙述正确的是( )
A.该结构出现于减数第一次分裂前期
B.图中①②间发生了染色体片段交换
C.该结构由1对同源染色体联会形成
D.最终形成的4个精子基因数量均相等
13.(浙江A9协作体第一次联考)人类(2n=46)14号与21号染色体二者的长臂在着丝粒处融合形成14/21平衡易位染色体,该染色体携带者具有正常的表型,但在产生生殖细胞的过程中,其细胞中形成复杂的联会复合物(如图),在进行减数分裂时若该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律(不考虑交叉互换)。下列关于平衡易位染色体携带者的叙述,错误的是( )
A.上述变异属于染色体结构和数目变异
B.上述变异在光学显微镜下可见
C.男性携带者的次级精母细胞中含有23条染色体
D.女性携带者的卵细胞可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)
14.(2025·浙江6月选考)作物甲与乙都是六倍体,它们杂交产生的F1体细胞中有42条染色体,其中3个染色体组来自甲,3个染色体组来自乙。F1减数分裂过程中部分染色体不能正常联会。下列叙述错误的是( )
A.用亲本甲的花药离体培养成的植株为三倍体
B.亲本乙的体细胞中含有6个染色体组
C.杂交产生的F1个体具有高度不育的特性
D.杂交产生的F1体细胞中可能存在成对的同源染色体
15.水稻是雌雄同株植物,从高秆不抗病植株甲(核型2n=24)选育出矮秆不抗病植株乙和高秆抗病植株丙。甲和乙杂交、甲和丙杂交获得的F1均为高秆不抗病,乙和丙杂交获得的F1为高秆不抗病和高秆抗病。高秆和矮秆、不抗病和抗病两对相对性状独立遗传,分别由等位基因A( )、B( )控制,基因B( )位于11号染色体上,某对染色体缺少1条或2条的植株能正常存活。甲、乙和丙均未发生染色体结构变异,甲、乙和丙体细胞的染色体DNA相对含量如图所示(甲的染色体DNA相对含量记为1.0)。回答下列问题。
(1)为分析乙的核型,取乙植株根尖,经固定、酶解处理、染色和压片等过程,显微观察分裂中期细胞的染色体,乙的核型为　　　　　　　。
(2)甲和乙杂交获得F1,F1自交获得F2。F1基因型有　　　　　种,F2中核型为2n-2=22的植株所占的比例为　　　　。
(3)利用乙和丙通过杂交育种可培育纯合的矮秆抗病水稻,育种过程是
　。
(4)甲和丙杂交获得F1,F1自交获得F2。写出F1自交获得F2的遗传图解。
16.某二倍体植物的花色受独立遗传且完全显性的三对基因(用D、d,I、i,R、r表示)控制。研究发现,体细胞中r基因数多于R时,R基因的表达减弱而形成粉红花突变体。基因控制花色色素合成的途径、粉红花突变体体细胞中基因与染色体的组成(其他基因数量与染色体均正常)如图所示。
(1)正常情况下,图甲中红花植株的基因型有　　　　种;纯合白花植株的基因型有　　　　种;若某正常红花植株自交后代为红花∶白花=3∶1,则该正常红花植株的基因型为　。
(2)现有一开粉红花的突变植株,为确定该植株属于图乙中的哪一种突变体,让该突变体与基因型为iiDDrr的植株杂交,观察并统计子代的表型与比例。(假设实验过程中不存在突变与染色体互换,各类型配子活力相同,无致死现象)
结果预测:
Ⅰ.若子代中　 ,
则其为突变体①;
Ⅱ.若子代中　 ,
则其为突变体②;
Ⅲ.若子代中　 ,
则其为突变体③。(共55张PPT)
第三节　染色体畸变可能引起性状改变
[学习目标]
1.举例说明染色体结构和数量的改变导致的遗传影响。
2.利用染色体数目变异的原理,设计单倍体育种和多倍体育种的思路和方法。
3.区分不同的变异类型,根据生产实践需要,利用不同的变异原理选用适宜的育种方法来生产符合人类需要的产品。
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一、染色体结构变异可能导致生物性状的改变
1.染色体畸变定义
指生物细胞中染色体在 和 上发生的变化。
2.类型
包括染色体数目变异和 变异。
3.染色体结构变异
(1)概念。
染色体发生 后,在断裂处发生错误连接而导致 不正常的变异。
数目
结构
染色体结构
断裂
染色体结构
(2)类型和结果。
缺失
重复
倒位
易位
基因的数目和排列
顺序
(3)实例分析。
①人类第五条染色体的部分缺失可引起 。
②果蝇 染色体上某个区段发生重复时,果蝇的复眼由正常的椭圆形变成条形的“ ”。
猫叫综合征
X
棒眼
·思维点拨·
(1)染色体之间发生交换一定属于染色体结构变异。(　 　)
提示:减数第一次分裂前期发生的同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换属于基因重组。
×
(2)染色体结构变异一定会使染色体上的基因数量或排列顺序发生改变。
(　 　)
提示:染色体结构变异的倒位不会改变基因数量,重复或缺失不会改变基因的排列顺序。
×
(3)大多数染色体结构变异对生物是不利的,不能为进化提供原材料。(　　)
提示:大多数的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,但染色体结构变异仍能为生物进化提供原材料。
×
二、染色体数目变异能导致生物性状的改变
1.概念
生物细胞中 的增加或减少。
2.类型
染色体数目
整倍体变异
非整倍体变异
3.单倍体、二倍体和多倍体
(1)染色体组:一般将二倍体生物的 中的全部染色体称为染色体组,其中包含了该种生物的 。
(2)二倍体:由 发育而来,具有 染色体组的个体。
(3)多倍体:通常把体细胞中所含染色体组数超过 个的生物称为多倍体。
(4)单倍体:由配子不经 ,直接发育而来,其体细胞中含有 染色体数目的个体。
一个配子
一整套遗传物质
体细胞
两个
两
受精
本物种配子
4.非整倍体变异实例
(1)人类的卵巢发育不全症,也称为特纳综合征,致病原因是
。
(2)多一条21号染色体,导致 。
缺少一条性染
色体
唐氏综合征
·思维点拨·
(1)染色体数目变异引起染色体上基因数目增加。(　 　)
×
提示:染色体数目变异通常不会引起染色体上基因数目的变化。
(2)单倍体都不可育,因其体细胞中只含有一个染色体组。(　 　)
×
提示:单倍体是由配子发育而来的,含有1个或多个染色体组,单倍体有的可育,如雄蜂。
(3)含有多个染色体组的生物一定是多倍体。(　 　)
×
提示:含有多个染色体组的生物可能是多倍体,也可能是单倍体。
(4)若某生物的体细胞含32条染色体,有8种形态,则该生物体细胞中含有8个染色体组。(　 　)
×
提示:题述生物体细胞中含有4个染色体组。
三、染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种
1.单倍体育种
(1)概念:利用 作为中间环节产生具有优良性状的 的育种方法。
(2)过程:用杂交方法获得杂种F1→F1的花粉经培养→ 体幼苗→用
处理幼苗→可育的纯合植株→新品种。
(3)特点:缩短 ;能排除 干扰,提高效率。
(4)单倍体植株特点:一般植株小而弱,而且高度不育。
单倍体
单倍
秋水仙素
育种年限
显隐性
可育纯合子
2.多倍体育种
(1)方法:人们利用 因素来诱导多倍体的产生,目前效果较好的方法是用秋水仙素处理 等,使它们的染色体加倍。
(2)多倍体植株特点:细胞通常比二倍体的细胞 ,细胞内有机物的含量
、 性强等。
(3)实例:三倍体无籽西瓜的培育、异源八倍体小黑麦。
物理、化学
萌发的种子、幼苗
大
高
抗逆
·思维点拨·
(1)单倍体植株一般比多倍体植株高大,细胞内有机物含量更高,抗逆性更强。
(　 　)
×
提示:单倍体植株一般小而弱,多倍体植株细胞通常比二倍体的细胞大,细胞内有机物的含量高、抗逆性强。
(2)多倍体育种和单倍体育种的最终目的分别是得到多倍体和单倍体。(　 )
×
提示:多倍体育种的最终目的是得到多倍体,单倍体育种的最终目的是得到稳定遗传的可育后代,而不是单倍体。
(3)单倍体育种和多倍体育种得到的植株都是不可育的。(　　)
×
提示:单倍体育种和多倍体育种得到的植株一般是可育的,部分多倍体育种得到的植株不可育,如无籽西瓜。
(4)不论是多倍体育种还是单倍体育种,处理的都可以是萌发的种子。(　　)
×
提示:二倍体的单倍体高度不育,一般不产生种子,因此,单倍体育种,处理的一般是单倍体幼苗,不是萌发的种子。
四、生物变异类型
比较 项目 可遗传的变异 不遗传的变异
来源 (1)在强烈的物理、化学因素影响下发生的基因突变和染色体畸变; (2)有性生殖过程中形成配子时,由于非同源染色体的自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换而引起的基因重组 环境条件改变引起的,不涉及遗传物质的变化
遗传 情况 能在后代中再次出现 只限当代的表型改变
联系
基因型
基因突变
染色体畸变
·思维点拨·
(1)生物可遗传的变异中有的并不是遗传信息改变引起的。(　 　)
(2)通过可遗传的变异产生的变异个体都是可育的。(　 　)
√
提示:通过可遗传的变异产生的变异个体不一定都是可育的,如三倍体西瓜不可育。
(3)在单倍体育种的过程中,可遗传的变异的三种类型都可能发生。(　 　)
×
√
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任务一　染色体结构变异的辨析
染色体结构变异的类型分析
项目 图解 联会图像
缺失
重复
倒 位
易 位
结 果 ①染色体结构变异的机理是染色体上某一片段断裂后,发生了缺失或错误的连接,使位于染色体上的基因数目和排列顺序发生改变,进而改变生物的性状,其对生物体一般是不利的;
②在光学显微镜下可见,可进一步通过分析染色体组型来区别类型
温馨提示:基因突变、基因重组和染色体结构变异都能导致DNA分子结构的改变,但能改变基因的“质”的只有基因突变。
[迁移应用]
[典例1] (浙江1月选考)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交叉互换,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( 　)
A.图甲发生了①至③区段的倒位
B.图乙细胞中Ⅱ和Ⅲ发生交叉互换
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:由图甲可知是bcd 发生了倒位,因此是①至④区段发生倒位;由图乙可知,细胞中染色单体Ⅱ和Ⅳ发生了交叉互换;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,经过倒位后交叉互换,可能会形成四个配子为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。
任务二　染色体数目变异的相关问题
1.染色体组数的判断
(1)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;有几种不同形态的染色体,则每个染色体组就含几条染色体(异型性染色体除外)。如图所示细胞中,a、b、c、d中染色体组数分别为3、4、2、1,每个染色体组含有的非同源染色体数目分别是3、3、4、4。
(2)根据基因型判断。
控制同一性状的基因包括同一字母的大小写(如A、a),其在正常体细胞中出现几次,该细胞就含有几个染色体组。如图所示细胞中,甲、乙、丙、丁分别含有3个、4个、1个、2个染色体组。
(3)根据染色体的数目和染色体的形态数来推断。
染色体组的数目=细胞内的染色体数/染色体形态数。如图所示细胞中,C1含有4个染色体组,每个染色体组含2条非同源染色体;C2含有2个染色体组,每个染色体组含2条非同源染色体。
(4)根据染色体数的表达来判断。
一般用aN=b来表示细胞内的染色体数情况,则a为染色体组数。如2N=46,则该细胞含2个染色体组,每个染色体组含23条非同源染色体。
温馨提示:染色体组与染色体组型的区别
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,但是携带着控制该生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息;而染色体组型是描述一个生物体内所有染色体的大小、形态、数量和排列等信息的图像,人们常用染色体组型分析方法,来判断生物的亲缘关系,也可用于遗传病的诊断。
2.单倍体、二倍体和多倍体的判断
温馨提示:单倍体不一定只含有1个染色体组,可能含有同源染色体、等位基因,也可能可育,如雄蜂。
3.染色体异常联会分析
构建染色体异常联会模型。
模型解读:以某位置含有3条染色体(①②③)为例,若减数分裂过程中能够联会,则会产生①②、③、①、②③、②、①③六种类型配子,若该个体基因型为AAa,则产生配子的情况为A∶AA∶Aa∶a=2∶1∶2∶1。
[迁移应用]
[典例2-1] (杭州期中)如图所示为某个高等动物体内三个不同时期的细胞模型,其中有一个细胞经历了一次变异。下列叙述正确的是(　 　)
A.该动物性别为雄性,图示细胞均无染色单体
B.甲细胞可能是精原细胞,其子细胞一定进行减数分裂
C.甲、乙、丙细胞的染色体组数依次为4、2、1
D.甲、乙、丙细胞的同源染色体对数依次为4、0、1
D
解析:乙细胞处于减数第二次分裂后期,细胞质均等分裂,故该动物是雄性或雌性;甲细胞可能是精原细胞,其子细胞可能进行有丝分裂,也可能进行减数分裂;若丙细胞是体细胞,则染色体组数为2,若丙细胞为生殖细胞,则染色体组数为1;甲、乙、丙细胞的同源染色体对数依次为4、0、1。
[典例2-2] 生物体细胞中染色体以染色体组的形式成倍增加或减少会使染色体数目发生改变,由此,可以导致单倍体、二倍体、多倍体的出现。下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述,不正确的是(　 　)
A.一个染色体组不含同源染色体
B.由受精卵发育成的,体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体
C.单倍体生物体细胞中不一定含有一个染色体组
D.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D
解析:一个染色体组不含同源染色体;由受精卵发育成的,体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体;由配子发育而来的个体称为单倍体,单倍体不一定含有一个染色体组,如四倍体的单倍体含有两个染色体组;人工诱导多倍体可以用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,也可以用低温处理。
[典例2-3] (浙江9+1高中联盟联考)某二倍体植物(2n=6)的A、a基因位于3号染色体上,该植株的正常个体和三种突变体甲、乙和丙的染色体组成如图所示。假设各种突变体均能正常进行减数分裂(同源染色体为3条时,其中2条正常联会,余下的1条随机分配),产生的各种配子可育且活性相同。下列有关叙述正确的是(　 　)
A.三种突变体均为染色体变异,其中乙和丙均有3个染色体组
B.利用显微镜可以观察到突变体甲的染色体数目及其上分布的基因
C.正常个体与突变体乙杂交,所得子代中基因型为Aaa个体的比例为1/3
D.正常个体用秋水仙素处理得到四倍体植株再与正常个体杂交,得到突变体丙的比例为5/12
D
解析:三种突变体均为染色体变异,其中只有丙有3个染色体组;利用显微镜可以观察到突变体甲的染色体数目,但观察不到染色体上分布的基因;将基因型为Aa的植株与基因型为Aaa的植株杂交,由于Aaa产生的配子及比例为A∶a∶Aa∶aa=1∶2∶2∶1,所以理论上后代的基因型及其比例为AA∶
Aa∶aa∶AAa∶Aaa∶aaa=1∶3∶2∶2∶3∶1,所得子代中基因型为Aaa个体的比例为1/4;将基因型为AAaa的植株与基因型为Aa的植株杂交,由于AAaa产生的配子及比例为AA∶Aa∶aa=1∶4∶1,所以理论上后代的基因型及其比例为AAA∶AAa∶Aaa∶aaa=1∶5∶5∶1,得到突变体丙的比例为5/12。
任务三　变异在育种中的应用
1.染色体畸变在单倍体育种中的应用
利用早熟不抗病(AAbb)与晚熟抗病(aaBB)植株培育早熟抗病(AABB)品种的单倍体育种过程如图。
2.染色体畸变在多倍体育种中的应用
以三倍体无籽西瓜的培育为例。
可遗传的变异的性状不一定能遗传给后代。无籽西瓜的形成利用的是多倍体育种,虽未产生种子,但无籽西瓜的变异属于染色体畸变(整倍体变异),属于可遗传的变异,不能通过有性生殖遗传给后代,但可通过无性生殖遗传给后代。
3.单倍体育种与多倍体育种操作中的易混点
(1)花药离体培养获得的是单倍体植株,而单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理,一般情况下获得可育纯合子。
(2)单倍体育种能够明显缩短育种年限是针对显性纯合子而言,若选育的对象为隐性个体,最简单和最快速的方法均为杂交育种。
(3)单倍体育种的原理是染色体数目变异和基因重组,其中基因重组发生的时期不是亲本杂交时,而是F1进行减数分裂产生配子时。
(4)单倍体育种时,若是进行花药离体培养,该过程为植物组织培养阶段,细胞只进行有丝分裂,不进行减数分裂,因此不能发生基因重组,可发生基因突变或染色体畸变等变异。
(5)二倍体的单倍体高度不育,因此,花药离体培养之后获得正常植株进行秋水仙素处理时,处理的是单倍体幼苗,不是萌发的种子。
4.不同育种方式的应用
(1)五种不同育种方式的比较。
名称 原理 优点 缺点
杂交 育种 基因 重组 使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体 育种时间长;局限于同一物种或亲缘关系较近的品种
诱变 育种 基因 突变 提高突变概率,加快育种进程;在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状;改良作物品质,增强抗逆性 有利变异少,需大量处理实验材料(有很大盲目性)
单倍体 育种 染色体数 目变异、 基因重组 明显缩短育种年限;能排除显隐性干扰,提高效率 技术复杂且需与杂交育种结合
多倍体 育种 染色体数 目变异 多倍体细胞通常比二倍体细胞大,细胞内有机物含量高、抗逆性强 所获品种发育延迟,结实率低,一般只适用于植物
转基因技术育种 基因 重组 目的性强,育种周期短,克服了远缘杂交不亲和的障碍 技术复杂,安全性问题多,有可能引起生态危机
(2)根据育种目的和要求选择育种方式。
[迁移应用]
[典例3-1] (浙江名校协作体开学考)单倍体育种的基本程序包括:杂交得到杂种F1,将F1的花药在人工培养基上进行离体培养,诱导成幼苗;用秋水仙素处理幼苗,产生染色体加倍的纯合植株。下列叙述正确的是(　 　)
A.育种过程涉及植物组织培养技术
B.秋水仙素促进着丝粒分裂
C.育种原理为染色体数目变异
D.最终培育形成的植株为单倍体
A
解析:F1的花药在人工培养基上进行离体培养,诱导成幼苗,该过程涉及植物组织培养技术;秋水仙素通过抑制纺锤体形成,导致染色体不能移向细胞两极,从而引起细胞内染色体数目加倍;育种原理为基因重组和染色体数目变异;若该植株为二倍体,用秋水仙素处理经花药离体培养的单倍体幼苗后,产生染色体加倍的纯合植株中含有两个染色体组,为二倍体。
[典例3-2] (丽水月考)某科研小组利用普通西瓜种子为材料培育三倍体无籽西瓜新品种的过程如图所示,图中字母代表有关基因。下列叙述错误的是
(　 　)
A.①过程一般用物理或化学因素处理,使二倍体西瓜发生基因突变
B.③⑥都可表示用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,以获得多倍体
C.若②④均为通过自交得到子代的过程,则②④得到图示子代的概率相同
D.无籽西瓜新品种(AAA)所结果实中可能会有少量种子
C
解析:①为人工诱变,一般用物理或化学因素处理,使二倍体西瓜发生基因突变,可提高突变概率,在较短时间内获得更多的变异类型;由于AAaa和AAAA都是可育的,因此③⑥都可表示用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,以获得多倍体;②表示自交获得显性纯合子,得到AA的概率为1/4,④表示自交获得四倍体显性纯合子,由于AAaa能产生配子及比例为AA∶Aa∶aa=
1∶4∶1,自交获得四倍体显性纯合子AAAA的概率为1/36;无籽西瓜新品种(AAA)也有可能产生正常的配子,所结果实中可能会有少量种子。
[典例3-3] (衢州期末)水稻(2n=24)是我国最重要的粮食作物之一。为获得高产、优质的水稻,科研人员通过多种育种途径得到新品种。①~⑤为育种过程,具体过程如图。下列叙述错误的是(　 　)
A.①④育种过程的原理是基因重组
B.②过程为花药离体培养,体现了植物细胞的全能性
C.③过程可利用秋水仙素处理使同源染色体不分离而得到可育植株
D.⑤过程还可用化学诱变剂等方式处理
C
解析:由①到④的育种为杂交育种,其原理是基因重组;②过程为花药离体培养,得到单倍体植株,体现了植物细胞的全能性;③过程可利用秋水仙素处理使纺锤体不能形成,导致复制后的染色体不能分离而得到染色体加倍的可育植株;⑤为诱变过程,除了射线诱导外,还可用化学诱变剂等方式处理。

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