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第5章　基因突變及其他變異
新知一　染色體數(shù)目的變異
結(jié)合教材中的“野生馬鈴薯的染色體組成”圖和“蜂王、雄蜂和工蜂”圖,閱讀相關(guān)內(nèi)容,說出染色體變異的概念和類型;闡明染色體組、單倍體、二倍體、多倍體的概念及特點;列舉人工誘導(dǎo)多倍體的方法。
1.染色體變異的概念。
生物的體細胞或生殖細胞內(nèi)_________________的變化,稱為染色體變異。
2.染色體數(shù)目的變異。
(1)類型。
①細胞內(nèi)__________的增加或減少。
②細胞內(nèi)染色體數(shù)目以_______________________為基數(shù)成倍地增加或成套地減少。
染色體數(shù)目或結(jié)構(gòu)
個別染色體
一套完整的非同源染色體
非同源染色體
(2)二倍體和多倍體。
①染色體組。
細胞內(nèi)每套_____________稱為一個染色體組。
②二倍體和多倍體。
項　目 二倍體 多倍體(植物中常見)
概
念 發(fā)育起點 _______ _______
體細胞
中染色
體組數(shù) _____ ____________
特　點 — 莖稈_____,葉片、果實和種子都比較大,糖類和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的_____
_________
③人工誘導(dǎo)多倍體。
a.方法:用________或_____________等。
b.處理對象:_____的種子或______。
受精卵
受精卵
兩個
三個及以上
粗壯
含量
都有所增加
低溫處理
秋水仙素誘發(fā)
萌發(fā)
幼苗
c.原理:
分裂的細胞 抑制_______形成
染色體不能移向細胞兩極,從而
引起細胞內(nèi)__________加倍
(3)單倍體。
①概念:體細胞中的染色體數(shù)目與本物種_____染色體數(shù)目相同的個體。
植株長得____
高度____
紡錘體
染色體數(shù)目
配子
弱小
不育
②特點
新知二　染色體結(jié)構(gòu)的變異
某
一片段缺失
類型 染色體變化 示意圖 實例
缺失 染色體的___
___________ 果蠅缺刻翅的形成
_____ 染色體中增加某一片段 果蠅棒狀眼的形成
易位 染色體的某一片段移接到另一條_________
______ 果蠅花斑眼的形成
_____ 染色體的某一片段_________ 果蠅卷翅的形成
非同源染
色體上
重復(fù)
倒位
位置顛倒
2.結(jié)果。
會使排列在染色體上的___________________發(fā)生改變,導(dǎo)致性狀的變異。
3.對生物體的影響。
大多數(shù)染色體結(jié)構(gòu)變異對生物體是_______,有的甚至會導(dǎo)致生物體死亡。
基因數(shù)目或排列順序
不利的
探究一　染色體數(shù)目的變異
1.下圖為男性體細胞中染色體組成圖解,讀圖并思考下列問題。
合作探究
(1)1號的兩條染色體是什么關(guān)系
提示:同源染色體。
(2)男性的精子中有　　　　條染色體,這些染色體在形態(tài)、大小和功能上　　　(填“相同”或“不同”),它們之間互為　　　　　　　(填“同源染色體”或“非同源染色體”)。
(3)如果將精子中的染色體看成一組,那么體細胞中有幾組染色體
提示:兩組。
23
不同
非同源染色體
2.下圖為8種植物體細胞內(nèi)的染色體組成示意圖,請據(jù)圖回答問題。
a b c d
e f g h
(1)請判斷圖示細胞中各有幾個染色體組。
提示:a:3,b:3,c:2,d:1,e:4,f:4,g:1,h:2。
(2)假如圖中細胞都為植物體的體細胞:
①a所在的植物體一定是三倍體嗎 為什么
提示:不一定。如果該植物體由配子發(fā)育而來,則為單倍體,如果由受精卵發(fā)育而來,則為三倍體。
②圖中細胞所在的植物體一定為單倍體的是____。
(3)圖中細胞所在的植物體高度不育的有哪些 原因是什么？
提示:a、b、d、g。染色體組數(shù)為奇數(shù),減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程中,同源染色體聯(lián)會紊亂,不能產(chǎn)生正常配子。
d、g
單倍體、二倍體和多倍體的判斷
點撥提升
【例1】下列關(guān)于染色體組、單倍體和二倍體的敘述,錯誤的是(　　)
A.一個染色體組中不含同源染色體
B.體細胞中含有兩個染色體組的個體就是二倍體
C.由配子直接發(fā)育得到的個體稱為單倍體
D.二倍體生物中的一個染色體組攜有控制該物種生
長發(fā)育的全部遺傳信息
典例研析
解析:一個染色體組中不含同源染色體,A項正確;由受精卵發(fā)育而來的個體,體細胞含有兩個染色體組的叫二倍體,如果不是由受精卵發(fā)育而來的就不是二倍體,B項錯誤;由配子發(fā)育而來的,不論含幾個染色體組都叫單倍體,C項正確;一個染色體組攜有控制該物種生長發(fā)育的全部遺傳信息,D項正確。
答案:B
【例2】(2022·廣東韶關(guān))將某品種馬鈴薯的花藥進行離體培養(yǎng)獲得幼苗,在幼苗細胞中發(fā)現(xiàn)了12對染色體,此幼苗個體屬于幾倍體及馬鈴薯的體細胞中含染色體數(shù)是多少
(　　)
A.單倍體,48　　　　B.二倍體,24
C.四倍體,48 D.四倍體,24
解析:花藥中的花粉粒含有的染色體數(shù)只有體細胞中染色體數(shù)目的一半,花藥離體培養(yǎng)獲得的植株,無論細胞中含幾個染色體組,都是單倍體;幼苗為單倍體,含12對(即24條)染色體,則馬鈴薯體細胞含48條染色體。
答案:A
【情境遷移】中國女科學家屠呦呦從黃花蒿(二倍體)中提取的抗瘧藥青蒿素挽救了數(shù)百萬人的生命,并因此獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。
(1)四倍體黃花蒿中青蒿素的含量比二倍體高,請設(shè)計一個方案,培育四倍體黃花蒿,以提高青蒿素的產(chǎn)量。
提示:用低溫或秋水仙素處理二倍體黃花蒿的種子或幼苗,抑制紡錘體形成,從而得到四倍體黃花蒿。
(2)青蒿素不是蛋白質(zhì),在黃花蒿細胞內(nèi)合成青蒿素的過程中,基因如何控制青蒿素的合成
提示:基因通過控制酶的合成來控制代謝過程,進而控制青蒿素的合成。
探究二　染色體結(jié)構(gòu)的變異
1.觀察下列染色體結(jié)構(gòu)變異的圖解,分析回答下列問題。
(1)圖甲、乙均發(fā)生了某些片段的交換,其交換對象分別是什么 它們屬于哪種變異
提示:圖甲是非同源染色體之間片段的交換,圖乙是同源染色體中的非姐妹染色單體之間相應(yīng)片段的交換。圖甲屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位,圖乙則屬于交叉互換(基因重組)。
甲 乙 丙
合作探究
(2)圖丙①~④的結(jié)果中哪些是由染色體變異引起的 它們分別屬于哪種變異 能在光學顯微鏡下觀察到的是哪幾個
提示:①②④均為染色體變異。①~④的變異類型分別為:①染色體片段缺失,②染色體片段易位,③基因突變,④染色體片段倒位。①②④可在光學顯微鏡下觀察到,③在光學顯微鏡下觀察不到。
(3)圖丙①~④中,哪種變異沒有改變?nèi)旧w上基因的數(shù)量和排列順序
提示:圖丙①~④中,③屬于基因突變,只是產(chǎn)生了新基因,即改變了基因的結(jié)構(gòu),但基因的數(shù)量和排列順序均未發(fā)生改變。
2.分析下圖,回答問題。
甲 乙
(1)圖甲表示的變異類型是什么 該變異發(fā)生在什么時期
提示:圖甲表示基因重組,發(fā)生在減數(shù)分裂的四分體時期。
(2)圖乙和圖甲表示的變異類型相同嗎 如果不同,該變異類型是什么
提示:不同。圖乙表示染色體結(jié)構(gòu)變異。
(3)圖中a與b、c與d的關(guān)系是什么
提示:a與b是同源染色體,c與d是非同源染色體。
染色體易位與交叉互換
比較項目 染色體易位 交叉互換
圖解
區(qū)
別 位
置 發(fā)生于非同源染色體之間 發(fā)生于同源染色體中的非姐妹染色單體之間
原
理 染色體結(jié)構(gòu)變異 基因重組
觀
察 可在顯微鏡下觀察到 在顯微鏡下觀察不到
點撥提升
【例3】下列關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)變異的敘述,正確的是
(　　)
A.染色體之間的交換屬于染色體結(jié)構(gòu)變異
B.只有在有絲分裂過程中才能發(fā)生染色體結(jié)構(gòu)
變異
C.貓叫綜合征是人的5號染色體部分缺失引起的一
種遺傳病
D.染色體結(jié)構(gòu)變異對生物體都是不利的,甚至會導(dǎo)
致生物體死亡
典例研析
解析:同源染色體的非姐妹染色單體之間的交換屬于基因重組,不屬于染色體結(jié)構(gòu)變異,A項錯誤;有絲分裂和減數(shù)分裂過程中都可能發(fā)生染色體結(jié)構(gòu)變異,B項錯誤;貓叫綜合征是人的5號染色體部分缺失引起的一種遺傳病,C項正確;染色體結(jié)構(gòu)變異對生物體大多數(shù)是不利的,甚至會導(dǎo)致生物體死亡,但也有可能出現(xiàn)有利變異,D項錯誤。
答案:C
【例4】下圖是一個正常染色體上基因序列的示意圖,染色體在細胞增殖過程中可能發(fā)生結(jié)構(gòu)變異。下列屬于染色體缺失的是(　　)
A. B.
C. D.
解析:A項圖示中多了bc基因,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的重復(fù);B項圖示中defg基因位置顛倒,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的倒位;C項圖示中少了d基因,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失;D項圖示中多了wx基因,且都不是原染色體上的基因,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位。
答案:C
【方法規(guī)律】
染色體結(jié)構(gòu)變異類型的判斷
課堂建構(gòu)第5章　基因突變及其他變異
第2節(jié)　染色體變異
（一）基礎(chǔ)鞏固
1.下圖中字母代表正常細胞中所含有的基因,相關(guān)說法錯誤的是(　　)
① ② ③ ④
A.①可以表示經(jīng)秋水仙素處理后四倍體西瓜體細胞的基因組成
B.②可以表示果蠅體細胞的基因組成
C.③可以表示唐氏綜合征患者體細胞的基因組成
D.④可以表示雄性蜜蜂體細胞的基因組成
解析:經(jīng)秋水仙素處理后的結(jié)果為染色體數(shù)目加倍,基因數(shù)目也加倍,而且基因至少兩兩相同,而①細胞的基因型為AAAa,不能表示經(jīng)秋水仙素處理后的細胞的基因組成,A項錯誤;果蠅為二倍體生物,②可表示果蠅體細胞的基因組成,B項正確;唐氏綜合征患者多出1條21號染色體,③可以表示其基因組成,C項正確;雄性蜜蜂是由卵細胞直接發(fā)育成的個體,為單倍體,④可以表示其體細胞的基因組成,D項正確。
答案:A
2.人工誘導(dǎo)多倍體的形成常常使用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗而獲得。秋水仙素的作用原理是(　　)
A.使細胞染色體復(fù)制發(fā)生差錯 B.使分裂后期細胞著絲粒不分裂
C.抑制細胞紡錘體的形成 D.使末期細胞不形成新的細胞壁
解析:秋水仙素誘導(dǎo)多倍體形成的原因是抑制細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成,從而使細胞染色體數(shù)目加倍。而在有絲分裂過程中,紡錘體的形成發(fā)生在分裂前期,所以秋水仙素作用于細胞周期的前期,抑制紡錘體的形成。
答案:C
3.(2023·廣州一模)大鼠控制黑眼/紅眼的基因和控制黑毛/白毛的基因位于同一條染色體上。某染色體結(jié)構(gòu)變異個體的測交后代表型及比例為黑眼黑毛∶黑眼白毛∶紅眼黑毛∶紅眼白毛=1∶1∶1∶1。該個體所發(fā)生的染色體結(jié)構(gòu)變異類型最可能是(　　)
A.缺失 B.重復(fù) C.易位 D.倒位
解析:由“大鼠控制黑眼/紅眼的基因和控制黑毛/白毛的基因位于同一條染色體上”可知,兩對等位基因為連鎖關(guān)系,正常情況下,測交結(jié)果只能出現(xiàn)兩種表型,但題干中某個體測交后代表型及比例為黑眼黑毛∶黑眼白毛∶紅眼黑毛∶紅眼白毛=1∶1∶1∶1,類似于基因自由組合定律的結(jié)果,推測該個體可產(chǎn)生四種數(shù)目相等的配子,且控制兩對性狀的基因遵循自由組合定律,即兩對等位基因被易位到兩條非同源染色體上,C項正確。
答案:C
4.下圖所示為細胞中所含的染色體,下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
a b c
A.圖a一定是二倍體細胞的有絲分裂后期
B.圖b不可能是由受精卵發(fā)育來的
C.如果圖b表示體細胞,則圖b代表的生物一定是三倍體
D.圖c代表的生物一定是由配子發(fā)育而來的,是單倍體
解析:圖a可能是二倍體細胞或含有兩個染色體組的單倍體細胞有絲分裂后期,A項錯誤;圖b含有3個染色體組,可能是由受精卵發(fā)育來的,B項錯誤;如果圖b表示體細胞,該細胞含有3個染色體組,則圖b代表的生物可能是三倍體或單倍體,C項錯誤;圖c含有1個染色體組,一定是由配子發(fā)育而來的,是單倍體,D項正確。
答案:D
5.(2024·廣東廣州期末)西瓜是一年生蔓生藤本植物(2n=22),果瓤脆嫩,味甜多汁,含有豐富的無機鹽和多種維生素,是夏季主要的消暑果品。隨著人們生活質(zhì)量和科學技術(shù)水平的提高,人們對西瓜品質(zhì)的要求越來越高,下圖是三倍體無子西瓜的培育過程圖解。
回答下列問題。
(1)對幼苗A滴加的誘導(dǎo)劑目前最常用的是　　　　,誘導(dǎo)后的植株需要進行篩選,植株B是其中體細胞含有　　　　個染色體組的個體。
(2)對植株C進行人工授粉的目的是 　　　　　,植株C所結(jié)西瓜一般無子的原因是　 　。
培育無子西瓜所依據(jù)的原理是　　　　　　　變異。
解析:(1)目前最常用的誘導(dǎo)劑是秋水仙素。幼苗A是二倍體,經(jīng)誘導(dǎo)劑處理后染色體數(shù)目加倍,植株B是四倍體,體細胞含有4個染色體組。(2)對植株C進行人工授粉的目的是刺激子房發(fā)育成果實。植株C是三倍體,由于減數(shù)分裂過程中染色體聯(lián)會紊亂,不能形成正常的配子,所以所結(jié)西瓜一般無子。培育無子西瓜所依據(jù)的原理是染色體數(shù)目變異。
答案:(1)秋水仙素　4　(2)刺激子房發(fā)育成果實　減數(shù)分裂過程中染色體聯(lián)會紊亂,不能形成正常的配子　染色體數(shù)目
(二)拓展提高
6.研究人員將基因型為Hh的二倍體西瓜幼苗用秋水仙素處理后獲得植株甲,再以植株甲為母本,基因型為Hh的二倍體西瓜植株為父本,進行雜交,獲得植株乙。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A.秋水仙素能使植株的染色體數(shù)目加倍,故植株甲為純合的四倍體
B.植株甲接受二倍體西瓜植株的花粉后,其所結(jié)的西瓜為三倍體無子西瓜
C.植株乙的基因型及比例為HHH∶HHh∶Hhh∶hhh=1∶5∶5∶1
D.植株乙所結(jié)的果實通常不含種子的原因是減數(shù)分裂時染色體不能復(fù)制
解析:由題意可知,加倍后植株甲的基因型為HHhh,還是雜合子,A項錯誤;植株甲是四倍體,能產(chǎn)生正常的配子,接受二倍體西瓜植株的花粉后,其所結(jié)的西瓜為有子西瓜,B項錯誤;植株甲(HHhh)和基因型為Hh的植株雜交,獲得植株乙的基因型及比例為HHH∶HHh∶Hhh∶hhh=1∶5∶5∶1,C項正確;植株乙所結(jié)的果實通常不含種子的原因是聯(lián)會發(fā)生紊亂,不能產(chǎn)生正常的配子,D項錯誤。
答案:C
7.人類(2n=46)14號與21號染色體二者的長臂在著絲粒處融合形成14/21平衡易位染色體,該染色體攜帶者具有正常的表型,但在產(chǎn)生生殖細胞的過程中,其細胞中形成復(fù)雜的聯(lián)會復(fù)合物(如圖)。在進行減數(shù)分裂時,若該聯(lián)會復(fù)合物的染色體遵循正常的染色體行為規(guī)律(不考慮交叉互換),下列關(guān)于平衡易位染色體攜帶者的敘述,錯誤的是(　　)
A.觀察平衡易位染色體也可選擇有絲分裂中期的細胞
B.男性攜帶者的初級精母細胞含有45條染色體
C.女性攜帶者的卵細胞最多含24種形態(tài)不同的染色體
D.女性攜帶者的卵細胞可能有6種類型(只考慮圖中的3種染色體)
解析:14/21平衡易位染色體是通過染色體易位形成的,屬于染色體變異,可通過顯微鏡觀察染色體形態(tài)觀察14/21平衡易位染色體,而有絲分裂中期染色體形態(tài)固定,故觀察平衡易位染色體也可選擇有絲分裂中期細胞,A項正確;14/21平衡易位染色體由14號和21號兩條染色體融合成一條染色體,故男性攜帶者的初級精母細胞含有45條染色體,B項正確;減數(shù)分裂過程中,聯(lián)會的3條染色體隨機分配,可能有2條或1條進入一個配子中去,所以最多含21+2=23種形態(tài)不同的染色體,C項錯誤;女性攜帶者的卵細胞可能有6種類型(只考慮圖中的3種染色體),分別是①含有14號和21號染色體的正常卵細胞、②含有14/21平衡易位染色體的卵細胞、③含有14/21平衡易位染色體和21號染色體的卵細胞、④含有14號染色體的卵細胞、⑤含有14/21平衡易位染色體和14號染色體的卵細胞、⑥含有21號染色體的卵細胞,D項正確。
答案:C
8.某二倍體植物的花色由位于三對同源染色體上的三對等位基因(Aa、Bb、Dd)控制,研究發(fā)現(xiàn)體細胞中的d基因數(shù)多于D基因時,D基因不能表達,且A基因?qū)基因表達有抑制作用,如圖甲所示。某黃色突變體細胞基因型與其可能的染色體組成如圖乙所示(其他染色體與基因均正常,產(chǎn)生的各種配子正常存活)。
① ② ③
(基因型為aaBbDdd的三種可能的突變體類型)
甲 乙
(1)根據(jù)圖甲,正常情況下,橙花植株的基因型有　　　種,純合白花植株的基因型有　　　　種。
(2)基因型為AAbbdd的白花植株與純合黃花植株雜交獲得F1,F1自交產(chǎn)生的F2植株的表型及比例為　 。
(3)圖乙中,②③的變異類型分別是　　　　　　　　　　　　;基因型為aaBbDdd的突變體花色為　　　　。
(4)為了確定aaBbDdd植株屬于圖乙中的哪一種突變體,設(shè)計以下實驗。
實驗步驟:讓該突變體與基因型為aaBBDD的植株雜交,觀察并統(tǒng)計子代的表型與比例。
結(jié)果預(yù)測:
Ⅰ.若子代中橙花∶黃花=3∶1,則其為突變體①;
Ⅱ.若子代中　 ,則其為突變體②;
Ⅲ.若子代中　 ,則其為突變體③。
解析:(1)根據(jù)圖甲,正常情況下,橙花的基因型有aaBBDD、aaBbDD、aaBBDd、aaBbDd共4種,純合白花植株的基因型有AABBDD、AABBdd、AAbbDD、AAbbdd、aabbDD、aabbdd,共6種。(2)基因型為AAbbdd的白花植株與純合黃花植株雜交獲得F1,根據(jù)圖示可知,純合黃花植株基因型為aaBBdd,則F1的基因型為AaBbdd,F1自交產(chǎn)生的F2植株的表型及比例為9A_B_dd白花、3A_bbdd 白花、3aaB_dd黃花、1aabbdd白花,故F2植株的表型及比例為白花∶黃花=13∶3。(3)圖乙中,②③的變異類型分別是染色體數(shù)目變異、染色體結(jié)構(gòu)變異。圖乙中,突變體aaBbDdd的體細胞中的d基因數(shù)多于D基因時,D基因不能表達,所以花色為黃色。(4)讓突變體aaBbDdd與基因型為aaBBDD的植株雜交,若子代中黃花∶橙花=1∶3,則其為突變體①;若子代中黃花∶橙花=1∶5,則其為突變體②;若子代中黃花∶橙花=1∶1,則其為突變體③。
答案:(1)4　6　(2)白花∶黃花=13∶3　(3)染色體數(shù)目變異、染色體結(jié)構(gòu)變異(或重復(fù))　黃色　(4)橙花∶黃花=5∶1　橙花∶黃花=1∶1
探究實踐課:低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目的變化
一、實驗?zāi)康?br/>1.學習低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目變化的方法。
2.理解低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目變化的作用機制。
二、實驗原理
植物分生組織細胞抑制紡錘體的形成影響染色體移向細胞兩極細胞不能分裂成兩個子細胞細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。
探究過程
實驗思考
1.本實驗思考。
(1)本實驗中對實驗材料有哪些要求
提示:①要求實驗材料的細胞能旺盛地分裂。低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目發(fā)生改變,是通過抑制分裂細胞內(nèi)紡錘體的形成,使染色體不能移向細胞兩極而實現(xiàn)的,所以,低溫只能對進行細胞分裂的細胞起作用,使其染色體數(shù)目改變。
②要求細胞內(nèi)染色體數(shù)目少,便于對染色體進行觀察。
(2)秋水仙素與低溫處理都能誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍,這兩種方法的原理相同嗎 為什么
提示:相同。兩者都在分生區(qū)細胞有絲分裂前期抑制紡錘體的形成,但不影響后期著絲粒的分裂,以致加倍后的染色體仍在細胞中央,細胞不能分裂成兩個子細胞,于是細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。
(3)如果不能觀察到染色體數(shù)目加倍且無紡錘體的細胞,你認為原因可能是什么
提示:造成看不到染色體數(shù)目加倍且無紡錘體的原因較多,常見原因:
①沒有培養(yǎng)出分生區(qū)或沒有剪取到分生區(qū)。
②低溫誘導(dǎo)時間不足。
③解離不充分或漂洗不干凈造成染色不充分。
④染色時間控制不當,看不清染色體。
2.延伸思考。
結(jié)合本實驗思考,細胞分裂過程中,著絲粒分裂是由于紡錘絲的牽引作用嗎 為什么
提示:不是,本實驗原理是低溫處理抑制紡錘體的形成,所以著絲粒的分裂不是紡錘絲的牽引作用。
歸納提升
1.低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目變化的實驗中的試劑及其作用。
試劑 使用方法 作用
卡諾氏液 將根尖放入卡諾氏液中浸泡0.5~1 h 固定細胞形態(tài)
體積分數(shù)為95%的酒精 沖洗用卡諾氏液處理過的根尖 洗去卡諾氏液
與質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸等體積混合,浸泡經(jīng)過固定的根尖 解離根尖細胞
質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸 與體積分數(shù)為95%的酒精等體積混合,作為解離液 解離根尖細胞
清水 浸泡解離后的根尖約10 min 漂洗根尖,去掉解離液
質(zhì)量濃度為0.01 g/mL的甲紫溶液 把漂洗干凈的根尖放進盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3~5 min 使染色體著色
2.實驗注意事項。
(1)選材。
①應(yīng)選用能進行分裂的分生組織細胞,否則不會出現(xiàn)染色體數(shù)目加倍的情況;②常用的觀察材料有蠶豆、洋蔥、蒜等。
(2)根尖培養(yǎng)。
①培養(yǎng)不定根,要使材料濕潤以利于生根;②低溫誘導(dǎo),應(yīng)設(shè)常溫、4 ℃、0 ℃三種,以作為對照,否則實驗設(shè)計不嚴密。
(3)在用顯微鏡觀察時,先用低倍鏡尋找染色體形態(tài)較好的分裂期,再換上高倍鏡并調(diào)節(jié)細準焦螺旋和反光鏡,使物像清晰,仔細觀察,辨認哪些細胞發(fā)生染色體數(shù)目變化,找出處于細胞分裂中期的細胞,進行染色體計數(shù)。
(4)為了能觀察到細胞在生活狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu),必須先將細胞固定;顯微鏡下觀察到的細胞是已被鹽酸殺死的細胞;實驗原理中低溫處理會抑制紡錘體的形成;染色體不能被拉向兩極不等同于著絲粒不分裂。
實戰(zhàn)演練
1.下列關(guān)于“低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目的變化”實驗的敘述,錯誤的是(　　)
A.用鹽酸和酒精混合液解離根尖后即可染色
B.染色常用的染液為甲紫溶液,也可用醋酸洋紅液替代
C.最好選用分裂中期的細胞進行觀察,此時染色體形態(tài)最清晰
D.低溫處理與觀察不能同時進行
解析:質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸和體積分數(shù)為95%的酒精用來解離,解離后需經(jīng)過漂洗才能染色,A項錯誤;染色常用的染液為甲紫溶液,也可用醋酸洋紅液替代,B項正確;分裂中期的染色體整齊地排列在赤道板中央,因此最好選用分裂中期的圖像進行觀察,此時染色體形態(tài)最清晰,C項正確;低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍實驗中,先低溫處理,再制作裝片觀察,D項正確。
答案:A
2.秋水仙素誘導(dǎo)多倍體形成的原因是(　　)
A.誘導(dǎo)染色體多次復(fù)制
B.抑制細胞有絲分裂時紡錘體的形成
C.促進染色單體分開,形成染色體
D.促進細胞融合
解析:用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗,通過抑制細胞有絲分裂時紡錘體的形成,染色體不能分配到子細胞中,于是形成染色體數(shù)目加倍的細胞。
答案:B
3.下列關(guān)于“低溫誘導(dǎo)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
解析:“低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目的變化”的實驗原理是低溫抑制紡錘體的形成,導(dǎo)致著絲粒分裂后染色體不能移向細胞兩極,細胞不能分裂,從而使染色體數(shù)目加倍,A項錯誤;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項錯誤;甲紫溶液和醋酸洋紅液都可以使染色體著色,C項正確;洋蔥(或蒜)根尖裝片中的細胞大部分處于有絲分裂間期,而低溫抑制紡錘體的形成主要影響前期,因此在顯微鏡下觀察到染色體數(shù)目加倍的只是少數(shù)細胞,D項錯誤。
答案:C
4.下圖是某學生用二倍體植物(2n=20)做低溫誘導(dǎo)染色體加倍實驗時所拍攝的顯微照片,下列說法正確的是(　　)
A.該學生通過構(gòu)建物理模型來研究低溫誘導(dǎo)染色體加倍的過程
B.在圖中N時期,一定有4個染色體組
C.低溫發(fā)揮作用的時期是圖中M所示的時期
D.圖中看不到由N→M時期的連續(xù)變化過程
解析:圖示為拍攝的顯微照片,屬于放大后的圖像,故不屬于物理模型,A項錯誤;圖中N時期為分裂中期,可能為誘導(dǎo)加倍前的細胞中期圖(2個染色體組),也可能為誘導(dǎo)加倍后的細胞中期圖(4個染色體組),故可能有2個或4個染色體組,B項錯誤;低溫抑制紡錘體的形成,而紡錘體形成是在分裂前期,因此低溫發(fā)揮作用的時期是分裂前期,而圖中M所示的時期為分裂后期,C項錯誤;在低溫誘導(dǎo)染色體加倍實驗中,因為所觀察的細胞為死細胞,故圖中看不到由N→M時期的連續(xù)變化過程,D項正確。
答案:D
5.關(guān)于低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目變化的實驗,下列有關(guān)敘述正確的是 (　　)
A.取洋蔥根尖0.5~1 cm,放在卡諾氏液中浸泡0.5~1 h,然后放在低溫下誘導(dǎo)培養(yǎng)
B.低溫的作用原理是抑制細胞分裂過程中紡錘體的形成,抑制著絲粒的分裂
C.本實驗處理過程中要用體積分數(shù)為95%的酒精進行沖洗
D.本實驗用顯微鏡觀察時,視野中絕大多數(shù)的細胞是染色體數(shù)目改變的細胞
解析:先取洋蔥根尖0.5~1 cm,放在低溫下誘導(dǎo)培養(yǎng),再放在卡諾氏液中浸泡0.5~1 h,A項錯誤;低溫的作用原理是抑制細胞分裂過程中紡錘體的形成,但不會抑制著絲粒的分裂,B項錯誤;用卡諾氏液固定后需要用體積分數(shù)為95%的酒精沖洗2次,C項正確;由于絕大多數(shù)細胞處于分裂間期,而間期細胞中染色體數(shù)目不變,因此本實驗用顯微鏡觀察時,視野中絕大多數(shù)的細胞是染色體數(shù)目不變的細胞,D項錯誤。
答案:C
6.為探究秋水仙素誘發(fā)基因突變及染色體數(shù)目加倍的最佳濃度和作用時間,進行了相關(guān)實驗,下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A.秋水仙素的濃度和作用時間屬于自變量
B.溫度屬于無關(guān)變量,會影響實驗結(jié)果
C.變異細胞類型都可以用光學顯微鏡觀察檢驗
D.正式實驗前需進行預(yù)實驗,以檢驗實驗設(shè)計的科學性和可行性
解析:因為探究秋水仙素誘發(fā)基因突變及染色體數(shù)目加倍的最佳濃度和作用時間,所以秋水仙素的濃度和作用時間屬于自變量,A項正確;由于秋水仙素的濃度和作用時間屬于自變量,所以溫度等屬于無關(guān)變量,需要嚴格控制,否則會影響實驗結(jié)果,B項正確;變異細胞類型中染色體數(shù)目變化可以用光學顯微鏡觀察檢驗,而基因突變屬于分子水平,不能用光學顯微鏡觀察檢驗,C項錯誤;預(yù)實驗是在正式實驗之前,用標準物質(zhì)或只用少量樣品進行實驗,以便得出最佳的實驗條件,為正式實驗打下基礎(chǔ),所以正式實驗前需進行預(yù)實驗,以檢驗實驗設(shè)計的科學性和可行性,D項正確。
答案:C
7.某研究小組開展了“用秋水仙素誘導(dǎo)培育四倍體草莓”的實驗。選取二倍體草莓(2n=14)幼苗若干,隨機分組,每組30株,用不同濃度的秋水仙素溶液處理幼芽,得到實驗結(jié)果如下圖所示。下列有關(guān)敘述,錯誤的是(　　)
A.實驗的自變量是秋水仙素溶液濃度和處理時間
B.秋水仙素能抑制細胞內(nèi)紡錘體的形成,進而影響細胞的正常分裂
C.高倍鏡下觀察草莓芽尖細胞的臨時裝片,發(fā)現(xiàn)分裂中期染色體數(shù)目均為
28條
D.用質(zhì)量分數(shù)為0.2%的秋水仙素溶液處理草莓幼苗的幼芽1d,誘導(dǎo)成功率較高
解析:該實驗有兩個自變量,即秋水仙素溶液濃度和處理時間,A項正確;秋水仙素處理幼芽,能誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍,原理是秋水仙素能抑制細胞分裂時紡錘體的形成,進而影響細胞的正常分裂,B項正確;由于秋水仙素的作用,有的細胞中染色體數(shù)目已加倍,有的還沒有加倍,因此高倍鏡下觀察草莓芽尖細胞的臨時裝片,發(fā)現(xiàn)分裂中期染色體數(shù)目有的為28條,有的仍為14條,C項錯誤;從題圖中可以看出,用質(zhì)量分數(shù)為0.2%的秋水仙素溶液處理草莓幼苗的幼芽1d,誘導(dǎo)成功率較高,D項正確。
答案:C
8.四倍體大蒜比二倍體大蒜的產(chǎn)量高許多,研究表明,低溫可誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。為探究誘導(dǎo)大蒜染色體數(shù)目加倍的最佳溫度,設(shè)計如下實驗:
(1)實驗主要材料:大蒜、培養(yǎng)皿、恒溫箱、顯微鏡、甲紫溶液等。
(2)實驗步驟:
①取5個培養(yǎng)皿編號,并分別加入紗布和適量的水。
②取適量大蒜培養(yǎng)生根,然后　　　　　　　　,放入培養(yǎng)皿中。
③將培養(yǎng)皿分別放入-4 ℃、0 ℃、_______________的恒溫箱中處理1 h。
④分別取根尖　　　　區(qū)制作裝片,步驟:解離→　　　　→　　　　→
制片。
⑤利用顯微鏡觀察,記錄結(jié)果,統(tǒng)計________________________________。
(3)實驗結(jié)果:染色體加倍率最高的一組為最佳低溫。
(4)實驗分析:
①設(shè)置實驗步驟③不同溫度處理的目的是　　　　　　　　　。
②除材料中所給的染液外,對染色體染色還可以用　　　　　　等。
③除低溫外,也可以用　　　　誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍,原理是　　　　　　　　　　　　。
解析:本實驗的目的是探究誘導(dǎo)大蒜染色體數(shù)目加倍的最佳溫度,自變量是溫度的不同,因變量是每組視野中細胞的染色體數(shù)目加倍率,實驗材料大蒜等無關(guān)變量應(yīng)相同。(2)實驗步驟:由步驟①“取5個培養(yǎng)皿編號”和步驟③“-4 ℃、0 ℃”可知,該實驗設(shè)置了溫度梯度差值為4的5組實驗,大蒜為無關(guān)變量,所以步驟②應(yīng)取適量大蒜培養(yǎng)生根,然后隨機均分為5組,放入培養(yǎng)皿中;步驟③應(yīng)將培養(yǎng)皿分別放入-4 ℃、0 ℃、4 ℃、8 ℃、12 ℃的恒溫箱中處理 1 h。步驟④是將經(jīng)低溫誘導(dǎo)的根尖制成臨時裝片進行觀察;由于根尖的分生區(qū)細胞有分裂能力,所以制作臨時裝片時選取的部位應(yīng)該是根尖的分生區(qū),制作臨時裝片的流程為解離→漂洗→染色→制片。步驟⑤是利用顯微鏡對因變量進行觀察檢測,因此需觀察、統(tǒng)計不同溫度處理后的視野中的染色體加倍率,并記錄結(jié)果。(4)實驗分析:①設(shè)置實驗步驟③,即將培養(yǎng)皿放在不同溫度下恒溫處理,其目的是進行相互對照,排除室溫對實驗結(jié)果的干擾。②染色體容易被堿性染料染色,本實驗除了用甲紫溶液對染色體進行染色外,還可以用醋酸洋紅液對染色體進行染色。③秋水仙素作用于正在分裂的細胞時,能夠抑制紡錘體的形成,導(dǎo)致染色體不能移向細胞兩極,從而引起細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。可見,除低溫外,秋水仙素也可以誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。
答案:(2)②隨機均分為5組　③4 ℃、8 ℃、12 ℃　④分生　漂洗　染色　⑤不同溫度處理后的染色體加倍率 (4)①進行相互對照　②醋酸洋紅液　③秋水仙素　抑制紡錘體形成

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