資源簡介

第二節(jié) 染色體變異的學案
【學習目標】
1.生命觀念——利用結構與功能觀，理解染色體缺失、重復、倒位和易位可以引起染色體上基因的數(shù)目或排列順序的改變，進而導致生物性狀的改變甚至死亡。
2.科學思維——準確理解染色體組的概念，并能運用染色體組的概念結合發(fā)育的起點區(qū)別單倍體與二（多）倍體。
3.社會責任——理解單倍體育種和多倍體：育種利用了染色體數(shù)目變異的原理，并通過與雜交育種的比較，認同單倍體育種可以明顯縮短育種的年限。
【學習重難點】
1.教學重點
染色體數(shù)目的變異。
2.教學難點
(1)染色體組和單倍體的概念。
(2)低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目變化的實驗。
【預習新知】
染色體數(shù)目的變異
1．變異類型和實例
(1)個別染色體的增減，如21三體綜合征。
(2)以染色體組形式成倍增減，如三倍體無子西瓜。
2.二倍體
3．多倍體
(1)
(2)特點：莖稈粗壯，葉片、果實和種子都比較大，糖類和蛋白質等營養(yǎng)物質的含量都有所增加。
(3)人工誘導(多倍體育種)：
①方法：用秋水仙素處理或用低溫處理。
②處理對象：萌發(fā)的種子或幼苗。
③原理：能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而使染色體數(shù)目加倍。
4．單倍體
(1)概念：體細胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體。
(2)
染色體結構的變異
1.類型
圖解 變化 名稱 舉例
染色體b片段丟失 缺失 貓叫綜合征；果蠅缺刻翅的形成
染色體b片段增加 重復 果蠅棒狀眼的形成
染色體的某一片段（d、g）移接到另條非同源染色體上 易位 果蠅花斑眼的形成
同一條染色體上某片段（a、b）位置顛倒 倒位 果蠅卷翅的形成
2.結果
染色體結構的改變，會使排列在染色體上的基因數(shù)且或排列順序發(fā)生改變，導致性狀的變異。
3.對生物體的影響
大多數(shù)染色體結構變異對生物體是不利的，有的甚至會導致生物體死亡。
【易錯提示】
（1）染色體之間發(fā)生的片段交換屬于染色體結構變異（ ）
（2）X射線可引起基因突變，也可引起染色體變異（ ）
（3）染色體增加某一片段可提高基因表達水平，是有利變異（ ）
答案：（1）×（2）√（3）×
解析：（1）非同源染色體之間發(fā)生的片段交換屬于染色體結構變異，而同源染色體之間發(fā)生的片段交換屬于基因重組。
（3）染色體結構變異大多數(shù)對生物體是不利的，有的甚至會導致生物體死亡。
【深化探究】
一、染色體數(shù)目的變異
歸納總結：
1．染色體組的理解
(1)果蠅染色體的組成
項目 性別 染色 體數(shù)目 同源 染色體 常染 色體 性染 色體 染色體組
甲 8 4對 Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ XY Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X和 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y
乙 ♀ 8 4對 Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ XX Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
(2)染色體組的特點
2．染色體組數(shù)的判斷方法
(1)根據(jù)染色體形態(tài)判斷
①依據(jù)：細胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條，則含有幾個染色體組。
②實例：如下圖所示的細胞中，形態(tài)相同的染色體a中有4條，b中有3條，c中兩兩相同，d中各不相同，則可判定它們分別含4個、3個、2個、1個染色體組。
(2)根據(jù)基因型判斷
①依據(jù)：控制同一性狀的基因出現(xiàn)幾次，就含幾個染色體組(每個染色體組內(nèi)不含等位或相同基因)。
②實例：據(jù)圖可知，e～h中依次含4、2、3、1個染色體組。
(3)根據(jù)染色體數(shù)和形態(tài)數(shù)的比值判斷
①依據(jù)：染色體數(shù)與形態(tài)數(shù)的比值意味著每種形態(tài)染色體數(shù)目的多少，每種形態(tài)的染色體有幾條，即含幾個染色體組。
②實例：果蠅體內(nèi)該比值為8條染色體/4種形態(tài)＝2，則果蠅含2個染色體組。
3．單倍體、二倍體和多倍體
(1)比較
項目 單倍體 二倍體 多倍體
染色體組 一個或多個 兩個 三個或三個以上
來源 配子發(fā)育 受精卵發(fā)育 受精卵發(fā)育
特點 植株弱小，高度不育 正常 莖稈粗壯，葉、果實、種子較大，營養(yǎng)物質多，發(fā)育延遲，結實率低
實例 玉米、水稻的單倍體 幾乎全部動物和過半數(shù)的高等植物 香蕉、普通水稻
(2)判斷方法
①如果生物體由受精卵(或合子)發(fā)育而成，體細胞中含有幾個染色體組，該生物就稱為幾倍體。
②如果生物體是由生殖細胞——卵細胞或花粉直接發(fā)育而成，無論體細胞中含有幾個染色體組，都稱為單倍體。
二、染色體結構變異
[問題探究]
下圖表示某種生物的部分染色體發(fā)生了兩種變異的示意圖，圖中①和②、③和④互為同源染色體，這兩種變異分別屬于哪一種可遺傳變異？
圖a
圖b
提示：圖a發(fā)生在同源染色體的非姐妹染色單體之間，屬于基因重組；圖b發(fā)生在非同源染色體之間，屬于染色體結構變異。
歸納總結：
1．染色體結構變異類型的比較
類型 具體變化 圖解 實例
缺失 染色體某一片段缺失引起的變異 貓叫綜合征　
重復 一條染色體的斷裂片段接到其同源染色體的相應部位，結果后者就有一段重復基因 果蠅的棒狀眼
倒位 一條染色體的斷裂片段，位置倒過來后再接上去，造成這段染色體上的基因位置顛倒 果蠅3號染色體上猩紅眼—桃色眼—三角翅脈
易位 染色體發(fā)生斷裂，斷裂片段接到非同源染色體上的現(xiàn)象 人慢性粒細胞白血病
2.結果
染色體結構的改變，會使排列在染色體上的基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變，而導致性狀的變異。大多數(shù)染色體結構變異對生物體是不利的，有的甚至會導致生物體死亡。
3．染色體缺失、重復與基因突變的區(qū)別
項目 基因突變 染色體缺失、重復
實質 堿基對的替換、缺失和增添 染色體上基因的增加或缺失
對象 堿基對 基因
結果 堿基對的數(shù)目或排列順序改變 基因數(shù)目或排列順序改變
是否可見 分子水平、光學顯微鏡下觀察不到 光學顯微鏡下可觀察到
4.染色體易位與交叉互換的區(qū)別
項目 染色體易位 交叉互換
圖解
區(qū)別 發(fā)生于非同源染色體之間 發(fā)生于同源染色體的非姐妹染色單體之間
屬于染色體結構變異 屬于基因重組
可在顯微鏡下觀察到 在顯微鏡下觀察不到
可發(fā)生于有絲分裂和減數(shù)分裂過程中 只發(fā)生于減數(shù)分裂Ⅰ的四分體時期
三、單倍體育種和多倍體育種
[問題探究]
下圖表示用純種的高稈(D)抗銹病(T)小麥與矮稈(d)易染銹病(t)小麥培育矮稈抗銹病小麥新品種的方法，據(jù)圖分析：
1．F1能產(chǎn)生幾種雄配子？
提示：F1的基因型是DdTt，能產(chǎn)生四種雄配子：DT、dT、Dt、dt。
2．過程③是哪種處理？其原理是什么？
提示：過程③是花藥離體培養(yǎng)；原理是細胞的全能性。
3．過程④是哪種處理？處理后符合要求的植株占的比例是多少？
提示：過程④是用一定濃度的秋水仙素處理單倍體幼苗。處理后基因型為ddTT的個體占的比例為1/4。
歸納總結：
1．單倍體育種
(1)原理：染色體數(shù)目變異。
(2)過程
用高稈抗病(DDTT)和矮稈不抗病(ddtt)小麥品種，培育矮稈抗病小麥的過程，如下圖所示：
其中單倍體育種的核心步驟為①花藥離體培養(yǎng)和②秋水仙素處理誘導染色體數(shù)目加倍。
(3)優(yōu)點：與雜交育種相比，單倍體育種能明顯縮短育種年限，子代均為純合子，加速育種進程。
缺點：技術復雜且需與雜交技術結合使用。
2．多倍體育種
(1)原理：染色體數(shù)目變異。
(2)多倍體育種的過程：
正在萌發(fā)的種子或幼苗抑制紡錘體形成染色體不分離細胞中染色體數(shù)目加倍多倍體植株。
(3)優(yōu)點：多倍體和二倍體相比，莖稈粗壯，葉片、果實和種子都較大，糖類和蛋白質含量都有所增加。
缺點：多倍體育種適用于植物，在動物方面難以開展，且多倍體植物往往發(fā)育遲緩，結實率低。
(4)實例：三倍體無子西瓜的培育過程
①過程b傳粉是為了雜交得到三倍體種子，過程c傳粉是為了提供生長素刺激子房發(fā)育成果實。
②獲取三倍體種子是在第一年四倍體植株上；獲取三倍體無子果實則是在第二年的三倍體植株上。
③無子的原因：三倍體西瓜進行減數(shù)分裂時，由于同源染色體聯(lián)會紊亂，不能產(chǎn)生正常配子。
【鞏固訓練】
1.關于變異的敘述，正確的是( )
A.若基因突變使mRNA序列延長，則其編碼的多肽鏈一定會延長
B.利用花藥離體培養(yǎng)技術培育出的單倍體玉米可提高玉米產(chǎn)量
C.栽培香蕉與其祖先的染色體數(shù)目不同，二者的性狀差異僅與染色體變異有關
D.血紅蛋白基因中胞嘧啶脫氨基轉化為尿嘧啶屬于基因突變
2.下列對染色體組的敘述，正確的是( )
A. 染色體組在減數(shù)分裂過程中消失 B. 生殖細胞中只有一個染色體組
C. 染色體組內(nèi)不存在同源染色體 D. 單倍體生物均只含一個染色體組
3.下列有關生物變異的敘述中，正確的是( )
A.基因重組導致雜合子Aa自交后代出現(xiàn)性狀分離
B.三倍體西瓜、四倍體西瓜的培育原理是染色體變異，它們均可以產(chǎn)生后代
C.基因重組和染色體結構變異都可能引起DNA堿基序列的改變
D.花藥離體培養(yǎng)過程中，基因重組、基因突變和染色體變異均有可能發(fā)生
4.下列關于低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目的變化實驗的敘述，正確的是( )
A.原理：低溫抑制著絲粒分裂，使染色單體不能移向兩極
B.解離：鹽酸酒精混合液和卡諾氏液都可以使洋蔥根尖解離
C.染色：甲紫溶液和醋酸洋紅液都可以使染色體著色
D.觀察：顯微鏡下可以看到大多數(shù)細胞的染色體數(shù)目加倍
5.圖中①、②和③為三個卵原細胞，①和②發(fā)生了染色體變異，③為正常細胞。②在減數(shù)分裂時三條同源染色體中任意兩條正常分離，另一條隨機移向一極。不考慮其他變異，下列分析錯誤的是( )
A.①在減數(shù)第一次分裂前期兩對同源染色體仍可聯(lián)會
B.②經(jīng)過減數(shù)分裂可產(chǎn)生染色體正常的卵細胞
C.③經(jīng)一次減數(shù)分裂只能產(chǎn)生一種基因型的卵細胞
D.①的產(chǎn)生是同源染色體的非姐妹染色單體間片段互換的結果
6.下圖表示細胞中所含的染色體，下列有關敘述正確的是( )
a b c d
A.圖a細胞含有2個染色體組，圖b細胞含有3個染色體組
B.如果圖b表示體細胞，則圖b代表的生物一定是三倍體
C.如果圖c代表由受精卵發(fā)育成的生物的體細胞，則該生物一定是二倍體
D.圖d代表的生物一定是由卵細胞發(fā)育而成的，是單倍體
參考答案
1.答案：D
解析：基因突變使mRNA序列延長，其編碼的多肽鏈不一定會延長，如終止密碼子提前出現(xiàn)，A錯誤；利用花藥離體培養(yǎng)技術培育出的單倍體玉米高度不育，不能提高玉米產(chǎn)量，B錯誤；栽培香蕉與其祖先的染色體數(shù)目不同，二者的性狀差異與染色體變異有關，也與基因突變有關，C錯誤；血紅蛋白基因中胞嘧啶脫氨基轉化為尿嘧啶，導致基因結構發(fā)生改變，屬于基因突變，D正確。
2.答案：C
解析：A、染色體組在減數(shù)分裂過程中不會消失，A錯誤；
B、多倍體如四倍體的生殖細胞中含有2個染色體組，B錯誤；
C、同一個染色體組內(nèi)沒有同源染色體，C正確；
D、單倍體生物的體細胞中含有一個或幾個染色體組，D錯誤。
故選C。
3.答案：C
解析:A、雜合子Aa只有一對等位基因，基因重組至少要有兩對等位基因，Aa自交后代出現(xiàn)性狀分離，但不會有基因重組，A錯誤;B、三倍體西瓜、四倍體西瓜的培育原理是染色體畸變，它們與二倍體西瓜不屬同一物種，因為存在生殖隔離，B錯誤;C、減數(shù)第一次分裂前期同源染色體的非姐妹染色單體的交叉互換，可以實現(xiàn)基因重組，引起DNA堿基序列的改變;染色體結構變異中的易位、顛倒等類型也可引起DNA堿基序列的改變，C正確;D、花藥離體培養(yǎng)過程中,細胞的增殖方式是有絲分裂，基因突變和染色體畸變均有可能發(fā)生，基因重組發(fā)生在有性生殖過程中，D錯誤。
4.答案：C
解析：低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目加倍實驗的實驗原理是低溫抑制紡錘體的形成，導致著絲粒分裂后染色體不分離，從而使染色體數(shù)目加倍，A錯誤；卡諾氏液能固定細胞的形態(tài)，鹽酸酒精混合液可以使洋蔥根尖細胞解離，B錯誤；甲紫溶液和醋酸洋紅液都可以使染色體著色，C正確；洋蔥根尖裝片中的細胞大部分處于有絲分裂間期，因此在顯微鏡下能觀察到染色體數(shù)目加倍的只是少數(shù)細胞，D錯誤。
5.答案：D
解析：分析圖示：與③（正常細胞）相比，①中a、R所在的非同源染色體之間發(fā)生了片段的轉移，屬于染色體變異中的易位；與正常細胞相比，②中多了一條含a基因的染色體。①中存在兩對同源染色體，雖然發(fā)生了易位，但減數(shù)第一次分裂前期兩對同源染色體仍可聯(lián)會，A正確；②在減數(shù)分裂時三條同源染色體中任意兩條正常分離，另一條隨機移向一極，因此②經(jīng)減數(shù)分裂形成的卵細胞可能含有兩條染色體，也可能含有三條染色體，含兩條染色體的為正常卵細胞，B正確；一個基因型為AaRr的卵原細胞經(jīng)過一次減數(shù)分裂只能產(chǎn)生一個卵細胞，基因型可能為AR、aR、Ar或ar,C正確；①中非同源染色體之間發(fā)生了片段的轉移，屬于染色體變異中的易位，D錯誤。
6.答案：C
解析：A、圖a含有4個染色體組，圖b含有3個染色體組，A錯誤；B、體細胞中含有3個染色體組的生物不一定是三倍體，也可能是單倍體；如果由受精卵發(fā)育而來，則為三倍體；如果由配子發(fā)育而來，則為單倍體，B錯誤；C、由于圖c中含有2個染色體組，且由受精卵發(fā)育成的生物的體細胞，所以該生物一定是二倍體，C正確；D、圖d代表的生物是由精子或卵細胞發(fā)育而成的，是單倍體，D錯誤。故選：C。

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