資源簡(jiǎn)介

5.2染色體變異學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.說(shuō)出染色體組、二倍體、多倍體和單倍體的概念。
2.描述單倍體育種和多倍體育種的原理和操作過(guò)程。
3.進(jìn)行低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目變化的實(shí)驗(yàn)。
4.闡明染色體結(jié)構(gòu)變異的類(lèi)型和結(jié)果。
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
1、教學(xué)重點(diǎn)
（1）染色體變異的類(lèi)型及應(yīng)用。。
（2）染色體組、二倍體、多倍體、單倍體的判斷
2、教學(xué)難點(diǎn)
（1）染色體組、二倍體、多倍體、單倍體的判斷
（2）染色體變異的類(lèi)型。
【預(yù)習(xí)新知】
染色體數(shù)目的變異
一、染色體數(shù)目的變異
1.染色體變異的概念及種類(lèi)
（1）概念：生物體的體細(xì)胞或生殖細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)且或結(jié)構(gòu)的變化。
（2）種類(lèi)：染色體數(shù)且的變異和染色體結(jié)構(gòu)的變異。
2.染色體數(shù)目變異的類(lèi)型
（1）細(xì)胞內(nèi)個(gè)別染色體的增加或減少。
（2）細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目以一套完整的非同源染色體為基數(shù)成倍地增加或成套地減少。
3.染色體組的概念
在大多數(shù)生物的體細(xì)胞中，染色體都是兩兩成對(duì)的，也就是說(shuō)含有兩套非同源染色體，其中每套非同源染色體稱(chēng)為一個(gè)染色體組。
4.二倍體
由受精卵發(fā)育而來(lái)的個(gè)體，體細(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組的個(gè)體叫作二倍體。在自然界中，幾乎全部動(dòng)物和過(guò)半數(shù)的高等植物都是二倍體。
5.多倍體
（1）多倍體：由受精卵發(fā)育而來(lái)，體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體。
（2）特點(diǎn)：莖稈粗壯，葉片、果實(shí)和種子都比較大，糖類(lèi)和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量都有所增加，也存在結(jié)實(shí)率低，晚熟等缺點(diǎn)。
（3）人工誘導(dǎo)（多倍體育種）
①方法：用低溫處理或用秋水仙素誘發(fā)等。
②處理對(duì)象：萌發(fā)的種子或幼苗。
③原理：能夠抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體不能移向細(xì)胞的兩極，從而引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。
6.單倍體
（1）概念：體細(xì)胞中的染色體數(shù)目與本物種配子染色體數(shù)目相同的個(gè)體。
（2）實(shí)例：蜜蜂中的雄蜂，單倍體的農(nóng)作物。
（3）特點(diǎn)：與正常植株相比，單倍體植株長(zhǎng)得弱小，而且高度不育。
（4）應(yīng)用——單倍體育種
①方法
②優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短育種年限。
二、低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化
1.實(shí)驗(yàn)原理
用低溫處理植物分生組織細(xì)胞，能夠抑制紡錘體的形成，以致影響細(xì)胞有絲分裂中染色體被拉向兩極，導(dǎo)致細(xì)胞不能分裂成兩個(gè)子細(xì)胞，于是，植物細(xì)胞的染色體數(shù)目發(fā)生變化。
2.實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象
（1）實(shí)驗(yàn)步驟
（2）現(xiàn)象：視野中既有正常的二倍體細(xì)胞，也有染色體數(shù)且發(fā)生改變的細(xì)胞。
3.注意事項(xiàng)
（1）在顯微鏡下觀察到的細(xì)胞已經(jīng)死亡，不能觀察到細(xì)胞中染色體數(shù)目的變化過(guò)程。
（2）選材只能是分生區(qū)細(xì)胞，不能進(jìn)行細(xì)胞分裂的細(xì)胞不會(huì)出現(xiàn)染色體數(shù)目的變化。
染色體結(jié)構(gòu)的變異
1．將圖示序號(hào)填入下表相應(yīng)位置
類(lèi)型 結(jié)構(gòu)變化 圖示
倒位 染色體中某一片段位置顛倒 ______
易位 染色體的某一片段移接到另一條____________上 ______
缺失 染色體中某一片段缺失 ______
重復(fù) 染色體中增加某一片段 ______
2.結(jié)果
(1)染色體上的基因的____________發(fā)生改變。
(2)大多數(shù)對(duì)生物體是________的，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。
【易錯(cuò)提示】
（1）單倍體的體細(xì)胞中一定只含一個(gè)染色體組（ ）
（2）體細(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組的個(gè)體一定是二倍體（ ）
（3）單倍體經(jīng)一次秋水仙素處理，可得到二倍體或多倍體（ ）
（4）單倍體育種中，可用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗（ ）
（5）二倍體西瓜幼苗的基因型為Aa，則用秋水仙素處理后形成的四倍體為純合子（ ）
（6）二倍體水稻和四倍體水稻雜交，可獲得三倍體，稻穗和籽粒變?。? ）
（7）秋水仙素可抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致有絲分裂后期著絲粒不能正常分裂，所以細(xì)胞不能分裂，從而使細(xì)胞染色體數(shù)目加倍（ ）
答案：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）×（6）×（7）×
解析：（1）、（2）單倍體是由配子發(fā)育而來(lái)的個(gè)體，可能含一個(gè)染色體組或多個(gè)染色體組。（4）單倍體植株可能高度不育，不能形成種子，所以單倍體育種中，只能用秋水仙素處理單倍體幼苗。
（5）Aa經(jīng)秋水仙素處理后形成的四倍體為AAaa，它是雜合子。
（6）三倍體不可育，無(wú)法獲得籽粒。
（7）紡錘體的有無(wú)，不影響著絲粒一分為二。
【深化探究】
一、染色體數(shù)目變異與生物育種
1．多倍體育種
(1)育種原理：染色體(數(shù)目)變異。
(2)處理材料：萌發(fā)的種子或幼苗。
(3)處理方法：用秋水仙素或低溫處理。
分裂的細(xì)胞抑制紡錘體形成染色體不能移向細(xì)胞兩極，使染色體數(shù)目加倍
(4)實(shí)例：三倍體無(wú)子西瓜的培育。
培育過(guò)程：
①兩次傳粉
②三倍體西瓜無(wú)子的原因：三倍體西瓜在減數(shù)分裂過(guò)程中，由于染色體聯(lián)會(huì)紊亂，不能產(chǎn)生正常配子。
2．單倍體育種
(1)原理：染色體(數(shù)目)變異。
(2)方法
(3)優(yōu)點(diǎn)：所得個(gè)體均為純合子，明顯縮短育種年限。
(4)缺點(diǎn)：需和雜交育種配合使用，技術(shù)復(fù)雜。
特別提醒：
(1)花藥離體培養(yǎng)≠單倍體育種：?jiǎn)伪扼w育種一般包括雜交、花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素處理和篩選4個(gè)過(guò)程，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為花藥離體培養(yǎng)就是單倍體育種的全部。
(2)“可遺傳變異”≠“可育”：三倍體無(wú)子西瓜、騾子、二倍體的單倍體等均表現(xiàn)“不育”，但它們均屬于可遺傳變異——其遺傳物質(zhì)已發(fā)生變化，若將其體細(xì)胞培養(yǎng)為個(gè)體，則可保持其變異性狀——這與僅由環(huán)境引起的不可遺傳變異有著本質(zhì)區(qū)別。
二、染色體結(jié)構(gòu)變異
1．染色體結(jié)構(gòu)變異與基因突變
項(xiàng)目 染色體結(jié)構(gòu)變異 基因突變
本質(zhì) 染色體片段的缺失、重復(fù)、易位或倒位 堿基的替換、增添或缺失
發(fā)生變化的基因的數(shù)目 1個(gè)或多個(gè) 1個(gè)
變異水平 細(xì)胞 分子
光鏡檢測(cè) 可見(jiàn) 不可見(jiàn)
2.易位與互換的比較
項(xiàng)目 染色體易位 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(jié)構(gòu)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
特別提醒：
(1)DNA分子上若干基因的缺失或重復(fù)(增加)，屬于染色體結(jié)構(gòu)變異。
(2)DNA分子上若干堿基的缺失、增添，屬于基因突變。
三、低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化
1．實(shí)驗(yàn)原理
低溫可抑制紡錘體的形成，以致影響細(xì)胞有絲分裂中染色體被拉向兩極，導(dǎo)致細(xì)胞不能分裂成兩個(gè)子細(xì)胞。
2．方法步驟
根尖培養(yǎng)：將蒜(或洋蔥)在冰箱冷藏室內(nèi)(4 ℃)放置一周。取出后將蒜等材料放在裝滿(mǎn)清水的容器上方，底部接觸水面，置于室溫(約25 ℃)進(jìn)行培養(yǎng)，使之生根
低溫誘導(dǎo)：等不定根長(zhǎng)至1 cm時(shí)，將整個(gè)裝置放入冰箱冷藏室內(nèi)(4 ℃)，誘導(dǎo)培養(yǎng)48～72 h
材料固定：剪取根尖約0.5～1 cm，放入卡諾氏液中浸泡0.5～1 h，固定其形態(tài)，然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精沖洗2次
制作裝片：解離→漂洗→染色→制片(同觀察植物細(xì)胞的有絲分裂)
觀察：先用低倍鏡觀察，找到變異細(xì)胞，再換用高倍鏡觀察
3．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：視野中既有正常的二倍體細(xì)胞，也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細(xì)胞。
特別提醒：低溫誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)中的理解誤區(qū)
(1)顯微鏡下觀察到的是死細(xì)胞，而不是活細(xì)胞：植物細(xì)胞經(jīng)卡諾氏液固定后細(xì)胞死亡。
(2)選擇材料不能隨意：誤將低溫處理“分生組織細(xì)胞”等同于“任何細(xì)胞”。因?yàn)槿旧w數(shù)目變化發(fā)生在細(xì)胞分裂時(shí)，處理其他細(xì)胞不會(huì)出現(xiàn)染色體加倍的情況。
(3)低溫處理的理解誤區(qū)：誤認(rèn)為低溫處理時(shí)間越長(zhǎng)越好。低溫處理的目的只是抑制紡錘體形成，使染色體不能被拉向兩極。如果低溫持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響細(xì)胞的各項(xiàng)功能，甚至死亡。
(4)著絲粒分裂不是紡錘絲牽引的結(jié)果：誤將“抑制紡錘體形成”等同于“著絲粒不分裂”。著絲粒是自動(dòng)分裂，不需要紡錘絲牽引。紡錘絲牽引的作用是將染色體拉向兩極。
【鞏固訓(xùn)練】
1.基因突變、基因重組和染色體變異的共同點(diǎn)是( )
A.產(chǎn)生了新的基因 B.產(chǎn)生了新的基因型
C.都屬于可遺傳變異 D.改變了基因的遺傳信息
2.下列有關(guān)低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目變化的實(shí)驗(yàn)操作中，描述不正確的是( )
A.用甲紫染色觀察低溫誘導(dǎo)的植物染色體數(shù)目變化
B.需用卡諾氏液固定細(xì)胞形態(tài)，然后用酒精沖洗2次
C.低溫誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)中，將大蒜根尖制成裝片后再進(jìn)行低溫處理
D.低溫誘導(dǎo)大蒜根尖時(shí)間過(guò)短，可能導(dǎo)致難以觀察到染色體加倍的細(xì)胞
3.中國(guó)科學(xué)家通過(guò)過(guò)程甲（如圖所示）創(chuàng)建出國(guó)際首例人造單染色體酵母細(xì)胞（SY14酵每菌）。端粒是線形染色體末端的保護(hù)結(jié)構(gòu)（染色體內(nèi)部不含有），天然釀酒酵母（一倍體）具有32個(gè)端粒。下列敘述正確的是( )
A.SY14酵母菌只有1個(gè)端粒
B.過(guò)程甲只發(fā)生了染色體數(shù)目變異
C.SY14酵母菌的染色體DNA中不含多對(duì)等位基因
D.過(guò)程甲中染色體三維結(jié)構(gòu)發(fā)生巨變，基因都無(wú)法表達(dá)
4.下列關(guān)于基因突變、基因重組和染色體變異的相關(guān)敘述，正確的是( )
A.基因突變只有發(fā)生在生殖細(xì)胞中，突變的基因才能遺傳給下一代
B.基因重組既可以發(fā)生在染色單體上，也可以發(fā)生在非同源染色體之間
C.格里菲思肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌依據(jù)的遺傳學(xué)原理是染色體變異
D.貓叫綜合征是人的5號(hào)染色體缺失引起的遺傳病，屬于染色體結(jié)構(gòu)變異
5.某男孩的18號(hào)染色體中的一條染色體變成環(huán)狀,環(huán)狀染色體的形成如圖所示。不考慮其他變異,下列說(shuō)法正確的是( )
A.該環(huán)狀染色體可用顯微鏡進(jìn)行觀察
B.該男孩的染色體數(shù)目與正常人相同
C.染色體的環(huán)化必定伴隨著基因突變
D.環(huán)狀染色體可能由父方染色體形成
參考答案
1.答案：C
解析：只有基因突變能產(chǎn)生新基因，A錯(cuò)誤。基因重組不能產(chǎn)生新基因，但能產(chǎn)生新的基因型，B錯(cuò)誤。三者都是遺傳物質(zhì)改變而引起的變異，都屬于可遺傳的變異，C正確。只有基因突變是基因結(jié)構(gòu)的改變，基因重組與染色體變異不改變基因所攜帶的遺傳信息，D錯(cuò)誤。
2.答案：C
解析：甲紫可將染色體染色，因此可用甲紫染色觀察低溫誘導(dǎo)的植物染色體數(shù)目變化，A正確；“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實(shí)驗(yàn)中，剪取誘導(dǎo)處理的根尖，放入卡諾氏液中浸泡，以固定細(xì)胞的形態(tài)，然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精沖洗2次，B正確；低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目變化實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該先對(duì)大蒜根尖進(jìn)行低溫處理，然后再制成裝片，C錯(cuò)誤；低溫誘導(dǎo)大蒜根尖時(shí)間過(guò)短，不能很好地抑制紡錘體的形成，所以可能導(dǎo)致難以觀察到染色體加倍的細(xì)胞，D正確。
3.答案：C
解析：根據(jù)天然釀酒酵母（一倍體）有16條染色體，共具有32個(gè)端粒可推知，每1條染色體的兩端各有1個(gè)端粒，SY14酵母菌只有1條巨大染色體，應(yīng)有2個(gè)端粒，A錯(cuò)誤；過(guò)程甲中16條染色體拼接成1條巨大染色體，發(fā)生了染色體數(shù)目變異和染色體結(jié)構(gòu)變異，B錯(cuò)誤；一倍體釀酒酵母只有1個(gè)染色體組，不具有同源染色體，也不具有等位基因，故染色體拼接后形成的SY14酵母菌的染色體DNA中不含多對(duì)等位基因，C正確；過(guò)程甲中染色體三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨變，但SY14酵母菌仍具有生物活性，說(shuō)明有些基因仍能正常表達(dá)， D錯(cuò)誤。
4.答案：BD
解析：發(fā)生基因突變的生殖細(xì)胞可通過(guò)有性生殖將變異遺傳給下一代，植物發(fā)生在體細(xì)胞中的基因突變可通過(guò)無(wú)性繁殖遺傳給下一代，A錯(cuò)誤；基因重組包括同源染色體的非姐妹染色單體間的片段互換型和非同源染色體之間自由組合，B正確；格里菲思肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌依據(jù)的遺傳學(xué)原理是基因重組，C錯(cuò)誤；貓叫綜合征是人的5號(hào)染色體部分缺失引起的遺傳病，屬于染色體結(jié)構(gòu)變異，D正確。
5.答案：ABD
解析：圖示為18號(hào)染色體中的一條染色體變成環(huán)狀,該過(guò)程中染色體末端有片段丟失,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異,通過(guò)堿性染料染色可以在顯微鏡下觀察到環(huán)狀的染色體,A正確;圖中只發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)變異,沒(méi)有發(fā)生染色體數(shù)目變異,故該男孩的染色體數(shù)目與正常人相同,B正確;染色體的環(huán)化不一定改變基因結(jié)構(gòu),所以不一定伴隨基因突變,C錯(cuò)誤;環(huán)狀染色體可能由來(lái)自父方或母方的染色體形成,D正確。

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