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第5章 第2节　染色体变异
高中生物学 必修2 遗传与进化 · 学案
班级：________　姓名：________　学号：________
学习目标
1．【生命观念】：通过染色体组、二倍体、多倍体与单倍体的概念辨析，理解染色体数目变异及其对生物性状和发育的影响。
2．【科学思维】：运用模型与推理分析缺失、重复、易位、倒位对染色体上基因数目和排列顺序的影响，区分基因突变、基因重组与染色体变异。
3．【科学探究】：借助果蝇体细胞与精子染色体组成、低温诱导实验流程的观察，提升识图、归因和实验设计的能力。
4．【社会责任】：认同多倍体育种（如无子西瓜）的应用价值，关注染色体变异在生产实践中的意义。
情境导入
在农业育种中，人们常先用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗得到四倍体植株，再让四倍体与二倍体杂交获得三倍体西瓜。三倍体西瓜长得健壮、含糖量高，却没有种子。没有种子的果实为什么还能发育成香甜的果实？秋水仙素究竟改变了细胞的什么？
1．三倍体西瓜植株结的果实没有种子，其根本原因是什么？
2．秋水仙素使染色体数目加倍的原理是什么？
自主预学
任务一　染色体变异与染色体数目变异
1．染色体变异是指生物体的体细胞或生殖细胞内染色体________或________的变化。
2．染色体数目变异包括：细胞内某个别________的增加或减少；以细胞内一套完整的________为基数成对地增加或成套地减少。
3．一个染色体组中的各染色体形态和功能各不相同，它们共同控制生物体的生长、发育、遗传和变异，即构成一套________。
任务二　染色体组、二倍体、多倍体与单倍体
1．由________发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体称为二倍体。
2．由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体称为________。
3．体细胞中染色体数目与本物种________的染色体数目相同的个体称为单倍体。
4．人工诱导多倍体最常用且最有效的方法是用________处理萌发的种子或幼苗。
任务三　染色体结构的变异
1．染色体结构变异包括________、重复、易位和倒位四种类型。
2．染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或________发生改变，进而导致性状的变异。
3．大多数染色体结构变异对生物体是________的，有的甚至导致生物体死亡。
课堂探究
探究一　染色体组与染色体数目变异
雄果蝇体细胞含4对同源染色体（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X/Y），经减数分裂可产生含X和含Y的两种精子。结合下图分析染色体组的构成。
图1　雄果蝇体细胞及其产生的两种精子
1．雄果蝇体细胞中有几条染色体？标记为Ⅱ号的两条染色体是什么关系？
2．雄果蝇配子中有几条染色体？这些染色体的形态和功能有什么特点？
3．图1中雄果蝇体细胞的________或________为一个染色体组，其每个精子含有________个染色体组。
4．若雄果蝇减数分裂Ⅰ后期同源染色体未分离形成配子，则该配子含几个染色体组？该配子与正常配子结合发育成的个体，其体细胞含几个染色体组？
5．不含有同源染色体的一组染色体是否一定就是一个染色体组？为什么？
探究二　低温诱导植物细胞染色体数目的变化
低温能抑制纺锤体的形成，但不影响着丝粒分裂，使染色体不能移向细胞两极而无法形成两个子细胞，从而引起细胞内染色体数目加倍。
图2　低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验流程
1．实验中使用卡诺氏液、体积分数为95%的酒精、质量分数为15%的盐酸、甲紫溶液等试剂，它们的作用分别是什么？
2．实验中进行了两次漂洗，这两次漂洗在时间、试剂和目的上有何区别？
3．着丝粒分裂是纺锤丝牵引的结果吗？为什么？
4．与秋水仙素相比，低温诱导多倍体有哪些优点？是不是温度越低效果越好？
5．能否只选择一个细胞观察其染色体逐渐加倍的过程？观察时是否所有细胞的染色体均已加倍？
探究三　染色体结构的变异
染色体结构的改变会使染色体上基因的数目或排列顺序发生改变。观察下图，区分缺失、重复、易位与倒位。
图3　染色体结构变异类型、图示与解释的对应
图4　非同源染色体交换与同源染色单体交换的对比
图5　缺失、易位、基因突变与倒位（①～④）
1．图4中图甲、图乙均发生片段的交换，其交换对象分别是什么？二者各属于何种变异？
2．图5中①～④分别属于何种变异？能在光学显微镜下观察到的是哪些？
3．图5①～④中哪种变异没有改变染色体上基因的数量和排列顺序？为什么？
典例精析
例1．下图表示不同生物的体细胞中所含染色体的数目情况，下列叙述正确的是(　　)
图6　不同生物体细胞的染色体组判断
A．图a细胞中含有2个染色体组，图b细胞中含有3个染色体组
B．图b代表的生物一定是三倍体
C．若图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成的单倍体
对点练1．下列关于染色体组、单倍体和多倍体的叙述，错误的是(　　)
A．一个染色体组中的染色体形态各不相同
B．单倍体生物体细胞中只含有一个染色体组
C．三倍体减数分裂时出现联会紊乱，一般不能形成可育配子
D．与二倍体植株相比，多倍体植株茎秆粗壮，果实较大
对点练2．下列关于多倍体的叙述，正确的是(　　)
A．体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体就是多倍体
B．人工诱导多倍体最常用且最有效的方法是低温处理植物分生组织细胞
C．人工诱导多倍体最常用的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D．秋水仙素诱导多倍体形成的原理是促使染色单体分离而使染色体数目加倍
例2．下列有关低温诱导植物细胞（2n＝16）染色体数目变化实验的分析，正确的是(　　)
A．体积分数为95%的酒精用于根尖的固定和解离，但作用不同
B．低温处理与秋水仙素处理均能抑制着丝粒分裂而使染色体数目加倍
C．应设置常温培养的对照组，以确认低温是染色体数目加倍的原因
D．若显微镜下观察到染色体数为32条的细胞，即可判断低温诱导成功
对点练3．下列有关低温诱导洋葱细胞染色体数目变化实验的说法，正确的是(　　)
A．为使组织中的细胞相互分离，应选用卡诺氏液处理洋葱组织切片
B．用卡诺氏液处理后，需要用体积分数为95%的酒精冲洗
C．将洋葱根尖制成装片后进行低温处理，再在高倍镜下观察染色体变化
D．低温处理洋葱根尖后，会引起成熟区细胞染色体数目的变化
例3．甲、乙图分别表示两种染色体之间的交换模式，丙、丁、戊图表示某染色体变化的三种情形。下列叙述正确的是(　　)
图7　两种交换模式与三种染色体变化情形
A．甲图所示变异可以导致戊的形成
B．乙图所示变异可以导致丙的形成
C．甲图所示变异可以导致丁或戊的产生
D．乙图所示变异可以导致戊的形成
对点练4．下图表示二倍体生物的几种变异方式，下列有关叙述正确的是(　　)
图8　二倍体生物的几种变异方式（①～④）
A．图①②③所示变异类型均属于染色体结构变异
B．图④中，基因B可能发生了碱基的缺失，从而使DNA上的基因数目减少
C．发生图③所示变异的个体在减数分裂时，易位染色体不能形成正常四分体
D．图①变异发生在减数分裂过程中，其中基因B和b的分离只发生在减数分裂Ⅰ
分层训练
A组　基础巩固
1．判断正误。
(1)DNA分子中发生三个碱基的缺失会导致染色体结构变异。　(　　)
(2)染色体易位或倒位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响。　(　　)
(3)体细胞中含有两个染色体组的个体就是二倍体。　(　　)
(4)单倍体的体细胞中一定只含一个染色体组。　(　　)
(5)染色体之间发生的片段交换都属于染色体结构变异。　(　　)
(6)染色体结构变异一定会导致基因数目增加或减少。　(　　)
2．下列关于染色体组概念的叙述，正确的是(　　)
A．一个染色体组中的染色体形态各不相同，互为非同源染色体
B．一个染色体组中的染色体一定全部来自同一亲本
C．含有染色体组的生物一定不含同源染色体
D．细胞内含有几个染色体组，就称为几倍体
3．下列关于单倍体与多倍体的叙述，正确的是(　　)
A．单倍体的体细胞中一定含有且只含一个染色体组
B．四倍体生物产生的单倍体含有两个染色体组，可正常发育但高度不育
C．含有两个染色体组的个体一定是二倍体
D．多倍体与单倍体都是由受精卵发育而来的
B组　素养提升
4．下图表示三倍体无子西瓜的培育过程。据图回答下列问题：
图9　三倍体无子西瓜的培育过程
(1)过程①的处理方式是什么？其原理是什么？
(2)过程②和过程③都是传粉，二者的目的有何不同？
(3)过程①处理后新产生的四倍体，各部分细胞都含有四个染色体组吗？
(4)西瓜一年只能种一次，从二倍体西瓜开始培育无子西瓜最短需要几年？生产实践中如何获得无子西瓜的种子？
(5)为什么说三倍体西瓜无子？
5．某精原细胞同源染色体中的一条发生倒位（图甲）。减数分裂时同源染色体联会形成倒位环，并经常伴随互换（图乙）。若配子中出现染色体片段缺失或增加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(　　)
图10　染色体倒位与倒位环互换
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
6．DNA探针是能与目的DNA配对并带有标记的一组核苷酸序列，能检测识别区间的任意片段并形成杂交信号。某探针可检测果蝇Ⅱ号染色体上特定DNA区间，其中一条染色体部分区段发生倒位。用探针检测细胞有丝分裂中期形成的染色体（“—”表示杂交信号），下列结果正确的是(　　)
图11　果蝇Ⅱ号染色体倒位区间与探针识别区
A．两条同源染色体的两端均出现杂交信号
B．发生倒位的染色体两端有杂交信号，另一条同源染色体仅一端有杂交信号
C．发生倒位的染色体仅一端有杂交信号，另一条同源染色体两端有杂交信号
D．两条同源染色体均仅在染色体的一端出现杂交信号
参考答案
情境导入
1．三倍体西瓜减数分裂时同源染色体联会紊乱，几乎不能产生可育配子，故果实无法受精结子。
2．秋水仙素能抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极，染色体数目加倍。
自主预学
任务一：1．数目　结构；2．个别染色体　非同源染色体；3．染色体组（非同源染色体）。
任务二：1．受精卵；2．多倍体；3．配子；4．秋水仙素。
任务三：1．缺失；2．排列顺序；3．不利。
课堂探究
探究一：1．8条；标记为Ⅱ号的两条染色体是同源染色体。
探究一：2．4条；这些染色体的形态和功能各不相同，互为非同源染色体。
探究一：3．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X　Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y　1个。
探究一：4．该配子含2个染色体组；该配子与正常配子受精形成的个体体细胞含3个染色体组。
探究一：5．不一定；一个染色体组须含有本物种生长、发育、遗传和变异的全部遗传信息。
探究二：1．卡诺氏液固定细胞形态；体积分数为95%的酒精洗去卡诺氏液或与盐酸混合制成解离液；质量分数为15%的盐酸与酒精混合解离根尖；甲紫溶液使染色体着色；蒸馏水漂洗防止解离过度。
探究二：2．时间不同（第一次在固定后解离前、第二次在解离后染色前）；试剂不同（第一次用95%的酒精、第二次用清水）；目的不同（第一次洗去卡诺氏液、第二次洗去解离液）。
探究二：3．不是。着丝粒先自动分裂，纺锤丝的作用是将染色体拉向细胞两极。
探究二：4．低温条件容易创造和控制、成本低、对人体无害；不是，必须为适当低温，防止温度过低伤害根尖。
探究二：5．不能，细胞经固定已经被杀死；不是，只有少部分细胞实现染色体加倍。
探究三：1．图甲为非同源染色体间片段交换（易位），图乙为同源染色体非姐妹染色单体间片段交换（基因重组）。
探究三：2．①缺失、②易位、③基因突变、④倒位；①②④均能在光学显微镜下观察到，③不能。
探究三：3．③基因突变只改变基因的质而不改变量，故基因的数量与排列顺序均未改变。
典例精析
例1　C
【解析】图a细胞中含有4个染色体组，图b细胞中含有3个染色体组，A错误。假设图b表示植物的体细胞，若该植株由受精卵发育而来，则图b代表的生物是三倍体；若由配子发育而来，则图b代表的生物是单倍体，B错误。若图c代表由受精卵发育成的生物的体细胞，由于细胞中含有2个染色体组，则该生物一定是二倍体，C正确。图d代表的生物细胞中有1个染色体组，可能是由精子或卵细胞发育而成的单倍体，D错误。
对点练1　B
【解析】一个染色体组中的染色体形态各不相同，A正确；凡是由配子发育而来的个体均称为单倍体，单倍体的体细胞中可以含有一个或几个染色体组，B错误；三倍体减数分裂时出现联会紊乱，一般不能形成可育配子，C正确；多倍体植株茎秆粗壮、果实较大，营养物质含量有所增加，D正确。
对点练2　C
【解析】体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体可能是单倍体，如六倍体生物产生的单倍体，A错误；人工诱导多倍体最常用且最有效的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，B错误、C正确；秋水仙素通过抑制纺锤体的形成而使染色体数目加倍，D错误。
例2　C
【解析】该实验中，将根尖放入卡诺氏液中浸泡的目的是固定细胞形态，质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1∶1混合制成解离液可以解离洋葱根尖，A错误；低温处理与用秋水仙素处理均能抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成，使细胞分裂后期染色体不能向两极移动而导致染色体数目加倍，B错误；应设置常温培养的对照组，以确认低温是染色体数目加倍的原因，C正确；正常细胞有丝分裂后期着丝粒分裂、染色体数目暂时加倍，故观察到染色体数为32条的细胞不能判断低温诱导是否成功，D错误。
对点练3　B
【解析】为使组织中的细胞相互分离，应选用解离液处理洋葱组织切片，A错误；用卡诺氏液处理后需用体积分数为95%的酒精冲洗2次，B正确；应先对洋葱根尖进行低温处理，再将其制成装片后在高倍镜下观察染色体变化，C错误；根尖成熟区细胞不进行有丝分裂，低温处理不会引起成熟区细胞染色体数目的变化，D错误。
例3　D
【解析】甲图是同源染色体的非姐妹染色单体发生互换，属于基因重组，没有新基因的出现，可以形成丁，但不可能形成戊，A、C错误；乙图是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，可以形成戊，丙是染色体片段重复导致的染色体结构变异，B错误、D正确。
对点练4　C
【解析】据图分析，图①发生的是同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换，属于基因重组；图②中染色体片段缺失，属于染色体结构变异；图③中非同源染色体之间发生易位，属于染色体结构变异，A错误。图④中基因B变成基因b，属于基因突变，该变异不会导致DNA分子上的基因数目改变，B错误。图③中非同源染色体发生易位，同源染色体联会时不能形成正常四分体，C正确。图①中同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换，该过程发生在减数分裂Ⅰ前期，基因B和b的分离发生在减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ中，D错误。
分层训练
1．(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2．A
3．B
4．(1)用秋水仙素处理二倍体西瓜的种子或幼苗产生四倍体，其原理是抑制纺锤体形成使染色体不能移向细胞两极，染色体数目加倍。(2)过程②是为了杂交获得三倍体种子，过程③是为了刺激子房产生生长素促进果实发育。(3)不是，地上部分茎、叶、花含四个染色体组，根细胞未加倍仍含两个染色体组。(4)最短需两年；每年培育四倍体与二倍体的自交系和杂交系，连续生产三倍体种子。(5)三倍体减数分裂联会紊乱，产生含完整一个或两个染色体组的可育配子概率极低，故几乎无子。
5．C
【解析】由图甲可知b、c、d发生了倒位，是①到④区段发生倒位，A错误；由图乙可知细胞中染色单体Ⅱ和Ⅳ发生互换，B错误；由题干可知配子中染色体片段缺失或重复不能存活，而倒位配子能存活，该精原细胞可产生2种可育雄配子，C正确、D错误。
6．B
【解析】倒位区段包含探针识别序列区段的一部分，故发生倒位的染色体的两端都可被探针识别并形成杂交信号，另一条同源染色体未发生倒位，只有一端可被探针识别并形成杂交信号，B正确。

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