2019-2020學(xué)年新教材高中生物 第5章 基因突變及其他變異 第2節(jié) 染色體變異教學(xué)案 新人教版必修第二冊

第2節(jié)染色體變異學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)核 心 素 養(yǎng)1.理解染色體組、單倍體、二倍體和多倍體的概念及特點。(重、難點)2.概述單倍體育種與多倍體育種的原理和過程。(重點)3.概述染色體變異的類型。1.列表比較二倍體、多倍體和單倍體。2.結(jié)合案例，分析染色體變異在育種上的應(yīng)用。3.闡明染色體變異導(dǎo)致遺傳物質(zhì)變化，可能導(dǎo)致生物性狀的改變甚至死亡。一、染色體變異指生物體的體細(xì)胞或生殖細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目或結(jié)構(gòu)的變化。二、染色體數(shù)目變異1變異類型和實例類型實例個別染色體的增加或減小21三體綜合征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三倍體無子西瓜2.染色體組的組成細(xì)胞中的一套非同源染色體。3二倍體4多倍體(1)概念(2)特點：莖稈粗壯，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)的含量都有所增加。(3)人工誘導(dǎo)多倍體(多倍體育種)方法用秋水仙素處理或用低溫處理處理對象萌發(fā)的種子或幼苗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5.單倍體(1)概念：體細(xì)胞中染色體數(shù)目與本物種配子染色體數(shù)目相同的個體。(2)特點(3)應(yīng)用：單倍體育種。方法：優(yōu)點：明顯縮短育種年限。二、染色體結(jié)構(gòu)變異1染色體結(jié)構(gòu)變異的類型連線2染色體結(jié)構(gòu)變異的結(jié)果(1)使排列在染色體上基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變，而導(dǎo)致性狀的變異。(2)大多數(shù)染色體結(jié)構(gòu)變異對生物體是不利的，有的甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。三、低溫誘導(dǎo)植物染色體的數(shù)目變化1實驗原理2實驗流程及結(jié)論觀察：先用低倍鏡觀察，找到變異細(xì)胞，再換用高倍鏡觀察結(jié)論：低溫能誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目加倍判斷對錯(正確的打“”，錯誤的打“×”)1體細(xì)胞中含有兩個染色體組的個體是二倍體，含有三個或三個以上染色體組的個體是多倍體。()2人工誘導(dǎo)多倍體最常用、最有效的方法是用秋水仙素處理休眠的種子。()3貓叫綜合征是人的第5號染色體部分缺失引起的。()4基因突變、基因重組、染色體變異在光學(xué)顯微鏡下都可以觀察到。()5染色體片段的缺失和增加必然導(dǎo)致基因種類的變化。()6經(jīng)低溫誘導(dǎo)后，在顯微鏡下可以看到大多數(shù)細(xì)胞的染色體數(shù)目發(fā)生改變。()提示：1.×由配子發(fā)育而來的生物，無論含有幾個染色體組，都是單倍體。2×秋水仙素可抑制細(xì)胞分裂過程中紡錘體的形成，誘導(dǎo)染色體加倍，但休眠種子細(xì)胞不進(jìn)行細(xì)胞分裂。34×基因突變和基因重組在光學(xué)顯微鏡下觀察不到。5×染色體片段的增加會導(dǎo)致基因數(shù)目增加，基因種類不會變化；染色體片段缺失會導(dǎo)致基因數(shù)目減少，還有可能導(dǎo)致基因種類減少。6×由于分裂間期較長，大多數(shù)細(xì)胞處于間期，看不到染色體。染色體數(shù)目的變異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84對、XY、X和、Y乙84對、XX、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)判斷依據(jù)：細(xì)胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條，則含有幾個染色體組。實例：如下圖所示的細(xì)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)。實例：據(jù)圖可知，eh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。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(zhì)多，發(fā)育延遲，結(jié)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)判斷方法如果生物體由受精卵(或合子)發(fā)育而成，體細(xì)胞中含有幾個染色體組，該生物就稱為幾倍體。如果生物體是由生殖細(xì)胞卵細(xì)胞或花粉直接發(fā)育而成，無論體細(xì)胞中含有幾個染色體組，都稱為單倍體。易錯提醒：關(guān)于單倍體的三個易錯點(1)單倍體的體細(xì)胞中并不一定只有一個染色體組，如四倍體的配子形成的單倍體的體細(xì)胞中含有兩個染色體組。(2)單倍體并非都不育：二倍體的配子發(fā)育成的單倍體，表現(xiàn)為高度不育；多倍體的配子如含有偶數(shù)個染色體組，則發(fā)育成的單倍體含有同源染色體及等位基因，可育并能產(chǎn)生后代。(3)單倍體是生物個體，而不是配子：精子和卵細(xì)胞屬于配子，但不是單倍體。1右圖所示為雄果蠅染色體圖，據(jù)圖能得到的結(jié)論是()其配子的染色體組是X、或Y、有絲分裂后期有4個染色體組，染色體有5種不同形態(tài)減數(shù)分裂后期有2個染色體組，染色體有5種不同形態(tài)該生物進(jìn)行基因測序應(yīng)選擇5條染色體ABC DC該圖為雄果蠅染色體圖，減數(shù)第一次分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞含有4條形態(tài)不同的染色體(、X或、Y)。減數(shù)第二次分裂后期含有2個染色體組，染色體只有4種不同形態(tài)。2下列有關(guān)單倍體的敘述，不正確的是()由未受精的卵細(xì)胞發(fā)育成的植物，一定是單倍體含有兩個染色體組的生物體，一定不是單倍體生物的精子或卵細(xì)胞一定都是單倍體基因型為aaaBBBccc的植株一定是單倍體基因型為Abcd的生物體一般是單倍體ABC DB由未受精的卵細(xì)胞發(fā)育而來的個體一定是單倍體，正確；含有兩個染色體組的生物體，可能是二倍體，也可能是四倍體生物的單倍體，錯誤；生物的精子或卵細(xì)胞是生殖細(xì)胞，不是個體，所以不能稱為單倍體，錯誤；基因型為aaaBBBccc的植株可能是單倍體，也可能是三倍體，錯誤；基因型為Abcd的生物體細(xì)胞中只有一個染色體組，一般是單倍體，正確。染色體結(jié)構(gòu)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，圖中和、和互為同源染色體，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(jié)構(gòu)變異。1染色體結(jié)構(gòu)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(fù)一條染色體的斷裂片段接到其同源染色體的相應(yīng)部位，結(jié)果后者就有一段重復(fù)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(xì)胞白血病2.結(jié)果染色體結(jié)構(gòu)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(dǎo)致性狀的變異。大多數(shù)染色體結(jié)構(gòu)變異對生物體是不利的，有的甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。3染色體缺失、重復(fù)與基因突變的區(qū)別項目基因突變?nèi)旧w缺失、重復(fù)實質(zhì)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(jié)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(xué)顯微鏡下觀察不到光學(xué)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(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)分裂的四分體時期1下圖中甲、乙兩個體的一對同源染色體中各有一條發(fā)生變異(字母表示基因)。下列敘述正確的是()A個體甲的變異對表現(xiàn)型無影響B(tài)個體乙的細(xì)胞在減數(shù)分裂形成的四分體異常C個體甲自交的后代，性狀分離比為31D個體乙染色體沒有基因缺失，表型無異常B個體甲的變異為染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失，缺失了e基因?qū)Ρ憩F(xiàn)型可能有影響，A項錯誤；個體乙的變異為染色體結(jié)構(gòu)變異中的倒位，變異后個體乙的細(xì)胞在減數(shù)分裂時同源染色體聯(lián)會形成的四分體異常，B項正確；若E、e基因與其他基因共同控制某種性狀，則個體甲自交的后代中性狀分離比不一定為31，C項錯誤；個體乙雖然染色體沒有基因缺失，但是基因的排列順序發(fā)生改變，可能引起性狀的改變，D項錯誤。2下圖分別表示不同的變異類型，其中圖中的基因2由基因1變異而來。下列有關(guān)說法正確的是()A圖都表示易位，發(fā)生在減數(shù)分裂的四分體時期B圖中的變異屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失C圖中的變異屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失或重復(fù)D圖中4種變異能夠遺傳的是C圖表示基因重組中的交叉互換，因為其發(fā)生在同源染色體之間；圖表示染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位，因為其發(fā)生在非同源染色體之間；圖表示基因突變中堿基對的缺失；圖表示染色體的缺失或重復(fù)。圖中4種變異都是可遺傳的變異。綜上所述，C項正確。方法規(guī)律：“兩看法”判斷染色體結(jié)構(gòu)的變異類型一看：染色體上基因的數(shù)目是否變化，如發(fā)生變化，則可能是增添、缺失或易位。二看：染色體上基因順序是否變化，如變化，則可能是倒位。染色體結(jié)構(gòu)變異往往是多個基因的變化，如果是一個基因變成它的等位基因，則是基因突變。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：1F1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過程是哪種處理？其原理是什么？提示：過程是花藥離體培養(yǎng)；原理是細(xì)胞的全能性。3過程是哪種處理？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。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花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理誘導(dǎo)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(jìn)程。缺點：技術(shù)復(fù)雜且需與雜交技術(shù)結(jié)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(xì)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(zhì)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(jié)實率低。(4)實例：三倍體無子西瓜的培育過程過程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。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。無子的原因：三倍體西瓜進(jìn)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。誤區(qū)警示：(1)單倍體育種一般應(yīng)用于二倍體植物，因為若為四倍體植物，通過單倍體育種形成的個體不一定是純合子。(2)單倍體育種和多倍體育種中都用到秋水仙素，但單倍體育種中是用秋水仙素處理單倍體幼苗，而多倍體育種中是用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。1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如下圖所示。下列有關(guān)此育種方法的敘述，正確的是()A過程的作用原理為染色體變異B過程必須經(jīng)過受精作用C過程必須使用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗D此育種方法選出的符合生產(chǎn)要求的品種占1/4D過程表示雜交，其原理為基因重組，A項錯誤；過程常用的方法為花藥離體培養(yǎng)，B項錯誤；過程使用秋水仙素或低溫處理幼苗，因為單倍體高度不育，所以不產(chǎn)生種子，C項錯誤。2下列關(guān)于無子西瓜的培育的說法，錯誤的是()A用二倍體的花粉為四倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子B用二倍體的花粉為三倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子C秋水仙素與低溫使染色體數(shù)目加倍的原理相同D三倍體西瓜的產(chǎn)生是有性生殖的結(jié)果，但它本身一般不能進(jìn)行有性生殖B用二倍體的花粉為四倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子，A項正確；三倍體的植株在減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂，不能產(chǎn)生正常的配子，因此該植株不會形成種子，用二倍體的花粉為三倍體的植株傳粉的目的是促進(jìn)子房發(fā)育成果實，B項錯誤；秋水仙素與低溫使染色體數(shù)目加倍的原理都是抑制紡錘體的形成，使染色體數(shù)目加倍，C項正確；二倍體和四倍體雜交產(chǎn)生三倍體，即該三倍體是有性生殖的結(jié)果，而三倍體本身不可育，D項正確。課堂小結(jié)知 識 網(wǎng) 絡(luò) 構(gòu) 建核 心 語 句 歸 納1.染色體組是一套非同源染色體。2.由受精卵發(fā)育而來的個體，體細(xì)胞中含幾個染色體組，就是幾倍體。3.秋水仙素或低溫能抑制紡錘體的形成，從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。4.單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理幼苗等階段，能明顯縮短育種年限。5.染色體結(jié)構(gòu)變異包括缺失、重復(fù)、倒位和易位等幾種類型。6.染色體結(jié)構(gòu)變異可改變?nèi)旧w上的基因的數(shù)目或排列順序，可在顯微鏡下觀察到。1導(dǎo)致遺傳物質(zhì)變化的原因有很多，下圖字母代表不同基因，其中變異類型和依次是()A突變和倒位B重組和倒位C重組和易位 D易位和倒位D中少了基因ab，多了基因J，是非同源染色體間發(fā)生了片段交換，屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位；cde基因位置發(fā)生了顛倒，屬于倒位。2下列細(xì)胞分裂圖像中含有2個染色體組的是()A BC DC圖中含有2個染色體組，含有4個染色體組，含有1個染色體組。3某二倍體生物的一個染色體組含有8條染色體，下列相關(guān)說法不正確的是()A此生物產(chǎn)生的生殖細(xì)胞中有8條染色體B此生物體細(xì)胞內(nèi)一般有8種形態(tài)的染色體C這8條染色體在減數(shù)分裂中能構(gòu)成4對同源染色體D這8條染色體包含該生物生長發(fā)育所需的全部遺傳信息C二倍體生物的體細(xì)胞中有2個染色體組，產(chǎn)生的生殖細(xì)胞中一般有1個染色體組，即8條染色體。一般來說，一個染色體組中的每一條染色體都是獨特的，為一組非同源染色體，在一個染色體組中，同源染色體的對數(shù)為0。一個染色體組包含了生物體生長發(fā)育所需的全部遺傳信息。綜上所述，C項錯誤。4下圖是三倍體無子西瓜的培育過程流程圖(假設(shè)四倍體西瓜減數(shù)分裂過程中同源染色體兩兩分離)。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A過程涉及的變異是染色體變異B過程中四倍體西瓜產(chǎn)生的配子基因型及比例是AAAaaa141C過程獲得的三倍體植株中，aaa基因型個體占1/12D過程獲得的三倍體植株是可育的D圖中過程表示用秋水仙素處理二倍體西瓜的幼苗，獲得四倍體植株，依據(jù)的原理是染色體變異，A項正確；四倍體植株的基因型為AAaa，其產(chǎn)生的配子為1AA、1aa、1Aa、1Aa、1Aa、1Aa，即AAAaaa141，B項正確；四倍體西瓜產(chǎn)生的配子中aa占1/6，二倍體Aa產(chǎn)生2種配子，且Aa11，a占1/2，故aaa基因型個體占1/12，C項正確；三倍體的同源染色體是3條，減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂，不能形成配子，導(dǎo)致高度不育，D項錯誤。5已知西瓜的染色體數(shù)目為2n22，請根據(jù)下面的西瓜育種流程回答下列有關(guān)問題：(1)圖中過程所用的試劑是_。(2)培育無子西瓜A的育種方法稱為_。(3)過程中形成單倍體植株所采用的方法是_。該過程利用了植物細(xì)胞的_性。(4)為確認(rèn)某植株是否為單倍體，應(yīng)在顯微鏡下觀察根尖分生區(qū)細(xì)胞的染色體，觀察的最佳時期為_。解析(1)從二倍體到四倍體，染色體數(shù)目加倍，最常用的試劑為秋水仙素，因為其能抑制紡錘體的形成，誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。(2)無子西瓜A是三倍體，其培育過程應(yīng)為多倍體育種。(3)題中要求得到單倍體植株，所以可用花藥離體培養(yǎng)的方法，該方法利用了植物細(xì)胞的全能性。(4)有絲分裂中期染色體數(shù)目最清晰，是計數(shù)染色體的最佳時期。答案(1)秋水仙素(2)多倍體育種(3)花藥離體培養(yǎng)全能(4)有絲分裂中期教材課后練習(xí)與應(yīng)用教材P91一、概念檢測1(1)×(2)×(3)×2D3.C4填表比較項目生物種類體細(xì)胞中的染色體數(shù)(條)配子中的染色體數(shù)(條)體細(xì)胞中的染色體組數(shù)配子中的染色體組數(shù)屬于幾倍體生物豌豆141二倍體普通小麥216六倍體小黑麥5684二、拓展題1單倍體是由配子直接發(fā)育而來的。二倍體形成的單倍體無同源染色體，無法進(jìn)行正常減數(shù)分裂產(chǎn)生可育配子。2(1)西瓜幼苗的芽尖是有絲分裂旺盛的地方，用秋水仙素處理有利于抑制細(xì)胞有絲分裂時形成紡錘體，從而形成四倍體西瓜植株。(2)雜交可以獲得三倍體植株。多倍體產(chǎn)生的途徑為秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。(3)三倍體植株不能進(jìn)行正常的減數(shù)分裂形成生殖細(xì)胞，因此，不能形成種子。但并不是絕對一顆種子都沒有，其原因是在進(jìn)行減數(shù)分裂時，有可能形成正常的卵細(xì)胞，該卵細(xì)胞可與精子結(jié)合形成種子。(4)有其他的方法可以替代。方法一，進(jìn)行無性繁殖。將三倍體西瓜植株進(jìn)行組織培養(yǎng)獲取大量的組培苗，再進(jìn)行移栽。方法二，利用生長素或生長素類似物處理二倍體未受粉的雌蕊，以促進(jìn)子房發(fā)育成無種子的果實，在此過程中要進(jìn)行套袋處理，以避免受粉。- 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