生物人教版（2019）必修2 5.2染色体变异（共61张ppt）

(共61张PPT)
第五章 基因突变及其他变异
第2节 染色体变异
栽培品种马铃薯
（一般都为黄色）
栽培品种香蕉
（无籽）
野生祖先种香蕉
（有籽）
【问题探讨】
野生祖先种VS栽培品种
野生祖先种马铃薯
（多种颜色）
生物种类 体细胞染色体数/条 体细胞非同源染色体/套 配子染色体数/条
马铃薯 野生祖先种 24 2
栽培品种 48 4
香蕉 野生祖先种 22 2
栽培品种 33 3
12
24
11
？
【问题探讨】
作为野生植物的后代，许多栽培植物的染色体数目却与它们的祖先大不相同，如马铃薯和香蕉（见下表）。
1.根据前面所学减数分裂的知识，试着完成该表格。
2.为什么平时吃的香蕉是没有种子的？
因为香蕉栽培品种体细胞中的染色体数目是33条，减数分裂时染色体发生联会紊乱，不能形成正常的配子，因此无法形成受精卵，不能形成种子。
生物种类 体细胞染色体数/条 体细胞非同源染色体/套 配子染色体数/条
马铃薯 野生祖先种 24 2
栽培品种 48 4
香蕉 野生祖先种 22 2
栽培品种 33 3
12
24
11
？
【问题探讨】
作为野生植物的后代，许多栽培植物的染色体数目却与它们的祖先大不相同，如马铃薯和香蕉（见下表）。
3.分析表中数据，你还能提出什么问题吗？能否发挥想象力作出一些推测呢？
能形成种子的植物细胞中，染色体数目一定是偶数吗？香蕉体细胞中的染色体数目不是偶数，它是怎样形成的呢？又是如何繁殖下一代的？
染色体的组成及结构
【知识链接】
1.概念
生物体体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，叫染色体变异
数目
结构
染色体 的变异。
染色体 的变异。
2.种类
染色体变异在光学显微镜下可见
一.染色体变异
基因突变
分子水平的变异，光镜下不可见。
染色体变异：
细胞水平的变异，光镜下可见。
基因重组
可遗传变异
(1)细胞内个别染色体 的增加或减少。
（以染色体组的
形式增加或减少）
正常果蝇
（2n=8）
成套异常
增加一条
减少一条
增加两套
减少一套
个别异常
二.染色体变异的类型
染色体数目的变异
(2)细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。
正常人的染色体组成
21-三体综合征患者的染色体
舟舟
（1）个别染色体的数目变化实例
21三体综合征（唐氏综合征/先天愚型）
染色体数目的变异
症状：60%患儿在胎内早期即夭折流产，存活者有明显的智能落后，生长发育障碍和多发畸形，常伴有先天性心脏病;有特殊面容：眼间距宽，外眼角上斜，口常半张舌常伸出口外。
二.染色体变异的类型
患者体细胞缺少一条X染色体，染色体组型为：44+0+X。
（1）个别染色体的数目变化实例
性腺发育不全（特纳氏综合征）
染色体数目的变异
特征：身高、体重落后，手、足背明显浮肿，颈侧皮肤松弛，无生育能力。
1.外观表现为女性，但性腺发育不良，没有生育能力。
2.身高、体重落后，手、足背明显浮肿，颈侧皮肤松弛。
二.染色体变异的类型
若减数分裂Ⅰ两条13号染色体不能正常分离
含有两条13号染色体。
没有13号染色体。
【知识链接】
21三体综合征的原因
若某次级性母细胞的13号染色体的染色单体不能正常分离
含有两条13号染色体。
没有13号染色体。
有1条13号染色体。
【知识链接】
21三体综合征的原因
父亲或母亲
减数分裂Ⅰ异常
或
减数分裂Ⅱ异常
【知识链接】
21三体综合征的原因
以染色体组的形式增加或减少
野生马铃薯体细胞含有12对同源染色体，染色体都是两两成对，也就是说含有两套非同源染色体。其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
染色体组
野生马铃薯染色体组成
二.染色体变异的类型
X
Y
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅳ
X
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Y
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
雄果蝇染色体组图解
一个染色体组
另一个染色体组
染色体组
【知识链接】
显微摄影
凡是大小形态相同的分开
大小形态不同的分到一组
（同源染色体分开）
（都是非同源染色体）
2、该细胞经减数分裂，得到的每个子细胞中有多
少条染色体？子细胞中有没有同源染色体？
子细胞中有几个染色体组？
思考：
1、该细胞中有几个染色体组？每组含几条染色体？
10条
有
2个
4组，每组5条
染色体组
【知识链接】
（1）根据染色体形态判断：细胞中同一形态的染色体有几条，则含有几个染色体组；细胞中有几种形态的染色体，一个染色体组中就有几条染色体。
3个
4个
1个
4个
3个
染色体组
【知识链接】
1组2条染色体
1组2条染色体
1组5条染色体
1组2条染色体
1组3条染色体
4个
2个
2个
2个
1个
（2）根据分裂图像判断：细胞内形状大小相同的染色体有几条，就是有几个染色体组。
染色体组
【知识链接】
1组2条染色体
1组2条染色体
1组2条染色体
1组2条染色体
1组2条染色体
（3）根据“基因型”判断：同一英文字母（无论大小写）出现几次，就含有几个染色体组。有几种字母出现，一个染色体组中就有几条染色体。
1个
2个
3个
4个
染色体组
【知识链接】
1组4条染色体
1组3条染色体
1组2条染色体
1组2条染色体
①二倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体。
二倍体与多倍体
几乎全部的动物和过半数以上的高等植物，都是二倍体。
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
二.染色体变异的类型
香蕉3n=33
马铃薯4n=48
普通小麦6n=42
②多倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的个体。
（有几个染色体组就叫几倍体）
植物中很常见，动物中极少见。
二倍体与多倍体
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
二.染色体变异的类型
优点： 茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，营养物质含量较多。
缺点： 生长发育延迟，结实率低。
四倍体番茄的维生素C含量比二倍体的几乎增加了一倍。
四倍体番茄
多倍体植株特点：
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
二倍体与多倍体
二倍体平均粒重6克，四
倍体平均粒重10克
四倍体草莓
二.染色体变异的类型
染色体数目加倍后的草莓比野生草莓个头大
多倍体草莓
（由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。）
蜜蜂
蜂王
工蜂
雄蜂
由受精卵发育而来
由卵细胞发育而来
代表生物：蜜蜂中的雄蜂
蜂王
雄蜂
工蜂
③单倍体：由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
单倍体
二.染色体变异的类型
其性别与染色体的倍数有关，雄性为单倍体，雌性为二倍体。
蜂王
♀：2n=32
雄蜂
♂：n=16
工蜂
♀：2n=32
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
单倍体
二.染色体变异的类型
测量株高
收获的雌穗
细胞学鉴定(N=10)
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
单倍体
特点：与正常植株相比枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。
由配子发育而来的生物个体，不管含有几个染色体组，都只能称单倍体。
二.染色体变异的类型
能否用人工的方式处理植物以获得多倍体呢？
多倍体育种
【知识链接】
小资料：帕米尔高原的植物65%的种类是多倍体，猜测可能原因。
低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1．实验原理：用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是植物细胞的染色体数目发生变化。
【实验探究】
秋水仙素（C22H25O6N）是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取的一种植物碱。
秋水仙素
【知识链接】
它是白色或淡黄色的粉末
或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
低温诱导植物细胞染色体数目的变化
2．实验步骤
①培养不定根
②低温诱导
待蒜长出约1cm长的不定根→放入冰箱(4 ℃)培48~72 h
(2)固定细胞形态
(3)制作装片
剪取上述根尖0.5~1 cm→放入卡诺氏液中浸泡0.5~1 h,用体积分数为95%的酒精冲洗2次
解离→漂洗→染色→制片
(1)诱导培养
(4)观察
【实验探究】
解离液（15%HCl和95%酒精1：1混合）
清水洗去解离液，防止解离过度，便于染色
改良苯酚品红染液，使染色体（质）着色
视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
低温诱导植物细胞染色体数目的变化
【实验探究】
3．实验结论
染色体数目加
倍的细胞
正常细胞
一.染色体变异
2.种类
染色体数目的变异
（2）成套染色体的数目变化
多倍体育种
三倍体
二倍体
三倍体因为原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，因此不能形成可育的配子。香蕉、三倍体无子西瓜的果实中没有种子，原因就在于此。
二倍体植株经减数分裂产生的配子中应该有几个染色体组？
一个
染色体组
【知识链接】
若减数分裂时姐妹染色单体未分离，配子中应该有几个染色体组？
可能形成含有两个染色体组的配子
减数分裂异常
减数分裂异常
染色体组
【知识链接】
若该异常配子与正常的配子结合后发育成个体，其体细胞中应该含有几个染色体组？
三个
这样的配子与含有一个染色体组的正常配子结合发育成的个体体细胞中含有三个染色体组，称作三倍体。
染色体组
【知识链接】
若两个正常的配子结合后形成的幼苗受到外界环境的影响，进行有丝分裂时，姐妹染色单体未分离，则子细胞中有几个染色体组？
四个
由2个含有两个染色体组的配子结合发育成的个体，体细胞中含有4个染色体组，称为四倍体。
有丝分裂异常
染色体组
【知识链接】
四倍体的生物可育吗？
一般是可育的
染色体组
【知识链接】
三倍体的生物可育吗？
由于原始生殖细胞中有3套非同源染色体，减数分裂时会出现联会紊乱，不能形成可育的配子。所以三倍体的生物一般不可育。
染色体组
【知识链接】
受精作用
减数分裂
减数分裂
减数分裂
♀
♂
♀
一般情况下，二倍体通过减数分裂形成的配子只有一个染色体组。
但二倍体的减数分裂出现错误，形成含有两个染色体组的配子。
体细胞中3个染色体组——三倍体
体细胞中4个染色体组——四倍体
受精作用
染色体组
【知识链接】
二倍体
授粉
二倍体
（父本）
四倍体
（母本）
三倍体
联会紊乱
无籽西瓜
秋水仙素
授粉
第一年
第二年
三倍体因为原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，因此不能形成可育的配子。
刺激子房产生生长素，促进子房发育为果实。
无籽西瓜
【知识链接】
二倍体幼苗2N
四倍体植株4N
秋水仙素处理
染色体加倍
二倍体植株2N
授粉
二倍体植株2N
花粉刺激
三倍体种子3N
三倍体无子瓜
三倍体植株3N
发育
第一年
第二年
无籽西瓜
【知识链接】
思考：①为什么用一定浓度的秋水仙素溶液滴在
二倍体西瓜幼苗的芽尖？
芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理可以抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，导致细胞内染色体数目加倍，从而得到四倍体植株。
②获得的四倍体为什么与二倍体杂交？
联系第1问，能说出产生多倍体的基本途径吗？
杂交可以获得三倍体植株。用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
③有时可以看到三倍体西瓜有少量发育不成熟
的种子，请推测产生这些种子的原因？
三倍体植株一般不能进行正常的减数分裂形
成配子，因此不能形成种子。但是，也有可能在
减数分裂时形成正常的卵细胞，从而形成正常的
种子，但这种概率特别小。
无籽西瓜
【知识链接】
方法二：利用生长素或生长素类似物处理二倍体植株未受粉的雌蕊，以促进子房发育成无子果实，同时，在花期全时段要进行套袋处理，以避免受粉。
④无籽西瓜每年都要制种，很麻烦，有没有别的替代方法？
方法一：进行无性生殖，将三倍体植株进行组织培养获取大量组培苗，再进行移栽；
⑤按照一般流程，获得无子西瓜需要几年？
2年
⑥两次传粉的作用有什么不同？
第一次杂交，得到三倍体种子。
第二次：提供生长素，刺激子房发育成果实。
无籽西瓜
【知识链接】
⑦秋水仙素处理过芽尖之后，得到的四倍体植株，整个植株的所有细胞都是四个染色体组吗？
秋水仙素处理后，分生组织分裂产生的茎、叶、花的细胞中染色体数目加倍，变成四个染色体组；而未处理的如根部细胞中染色体数仍为两个染色体组；
⑧为什么三倍体西瓜没有种子
三倍体西瓜进行减数分裂时,由于联会紊乱,一般不能产生正常配子。不能进行受精作用，不能形成种子。
无籽西瓜
【知识链接】
(1)普通六倍体小麦的
形成过程
一粒小麦（AA）
×
拟斯卑尔脱山羊（BB）
异源二倍体（AB）
（不育）
染色体数目加倍
AABB(二粒小麦）
（可育）
×
粗山羊草（CC）
异源三倍体（ABC）
（不育）
染色体数目加倍
普通小麦（AABBCC）
三
多倍体育种
【知识链接】
　　香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，无法食用。香蕉的培育过程如下：
野生芭蕉2n
有籽香蕉4n
加倍
野生芭蕉2n
无籽香蕉3n
×
多倍体育种
【知识链接】
(2)三倍体香蕉的形成过程
普通小麦（6N）×黑麦（2N）
八倍体小黑麦
异源四倍体小黑麦
加倍
（4N，高度不育）
（8N，可育）
多倍体育种
【知识链接】
(3)八倍体小黑麦的形成
花药离体培养 + 秋水仙素处理加倍
花药
离体培养
单倍
体幼苗
秋水仙素处理
纯合体
优良性
状纯合体
筛选
优点：①获得的都是纯合子，自交后代不会发生性状分离；②明显缩短育种年限。
缺点：技术复杂，要求技术高，需要结合杂交技术及诱导染色体加倍技术。
单倍体育种
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(1)育种过程
减数
分裂
P
AABB×aabb
AB
Ab
aB
ab
AB
AABB
Ab
aB
ab
AAbb
aaBB
aabb
花药离
体培养
获得
单倍体
秋水仙素处
理单倍体幼苗
F1
AaBb
(2)优缺点
单倍体育种
花药离
体培养
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
配子
DT
Dt
dT
dt
DT
Dt
dT
dt
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
纯合体
秋水
仙素
↑
需要的矮抗品种
第1年
第2年
P：
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1：
高杆抗病
DdTt
↓
F2：
D_T_
D_tt
ddT_
ddtt
ddTT
杂交育种
第1年
第2年
第
3
~
6
年
↓
×
×
↑
需要的矮抗品种
矮抗
单倍体育种与杂交育种
【知识链接】
↓
↓
方法 原理 原　　因 实　例 优　点
无性繁殖 有丝 分裂 遗传物质没有发生改变 无核蜜桔 保持优良性状
杂交 基因 重组 非同源染色体上的非等位基因自由组合 抗倒伏抗锈病小麦 组合优良性状；育种时间最长，不能克服远缘杂交不亲和的障碍
诱变 基因 突变 人工使DNA复制过程发生差错 青霉素高产菌株 提高变异频率，出现新性状；有利变异少，需大量处理供试材料（盲目性大）
单倍体 染色体 倍减 秋水仙素处理单倍体使其染色体加倍 小麦新品种 缩短育种进程，得到纯合体；技术复杂，需与杂交育种配合
多倍体 染色体 倍增 秋水仙素处理使染色体加倍 无籽西瓜 器官大，营养成分含量高；只适用于植物，获得的新品种发育延迟，结实率低
基因工程 DNA 拼接 将不同物种的基因拼接在一起 抗虫棉 目的性强，打破物种界限；技术复杂
常见育种方式的比较
【知识链接】
(1)单倍体的体细胞中并不一定只有一个染色体组：如四倍体的配子形成的单倍体的体细胞中含有两个染色体组。(2)单倍体并非都不育：二倍体的配子发育成的单倍体，表现为高度不育；多倍体的配子如含有偶数个染色体组，则发育成的单倍体含有同源染色体能进行正常的减数分裂并产生后代。(3)单倍体是生物个体，而不是配子，精子和卵细胞属于配子，但不是单倍体。
【知识链接】
注意事项
(4)花药离体培养≠单倍体育种：单倍体育种一般包括杂交、花药离体培养、秋水仙素处理和筛选4个过程，不能简单地认为花药离体培养就是单倍体育种的全部。
(5)单倍体育种的选择时机：不能选择特定基因型的花粉，也不能选择特定基因型的单倍体，因为花粉、单倍体不能表现出相关的性状，应在秋水仙素处理后获得的纯合子中选择具有所需性状的个体。
(6)单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同：①由于单倍体往往高度不育，育种操作的对象一般是单倍体幼苗，通过组织培养得到纯合子植株。②多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。
缺失、重复、倒位、易位
1、缺失：染色体的某一片段缺失引起的变异（同一条染色体上）
染色体结构的变异的类型：
二.染色体变异的类型
a
b
c
d
e
f
实例：猫叫综合征
病因 ：人的5号染色体某一片段缺失引起
症状 ：患儿头小，圆月脸不对称，呈惊恐状；两眼距离较远，眼角下斜，耳位低下，生长发育迟缓，存在严重的智力障碍，哭声轻而音调高，像猫叫而得名。
二.染色体变异的类型
实例：果蝇缺刻翅的形成
病因 ：
症状 ：
果蝇正常翅
果蝇缺刻翅
缺失、重复、倒位、易位
2、重复：增加（重复）染色体中增加某一片段引起变异。
例如：果蝇棒状眼的形成
染色体结构的变异的类型：
二.染色体变异的类型
a
b
c
d
e
f
b
正常眼
棒状眼
棒状眼
正常眼
缺失、重复、倒位、易位
3、倒位：染色体的某一片段位置颠倒引起的变异（同一条染色体上）。
例如：果蝇的正常翅与卷翅；人9号染色体倒位→习惯性流产，
染色体结构的变异的类型：
二.染色体变异的类型
a
b
c
d
e
f
b
c
d
e
正常翅
卷翅
正
常
翅
卷翅
缺失、重复、倒位、易位
4、易位：染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异。
例如：果蝇花斑眼的形成；某种夜来香花色的变异。
染色体结构的变异的类型：
二.染色体变异的类型
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
正常眼
花斑眼
染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异
同源染色体的姐妹染色单体互换
染色体结构变异与交换的区别
【问题探讨】
染色体结构变异
基因重组
染色体结构上的缺失、重复、易位和倒位
基因数量、排列顺序的改变
多数对生物体是不利的，甚至导致生物体死亡。
思考：为什么染色体结构的改变会导致性状的发生改变
生物性状的改变（变异）
【问题探讨】
缺失
重复
易位
猫叫综合征
果蝇棒状眼
慢性粒细胞白血病
倒位
二.染色体变异的类型
染色体结构的变异的类型：
下图为显微镜观察的变异杂合子染色体联会异常现象，通过图示辨析染色体结构变异的类型。
缺失
重复
易位
倒位
2.上述变异类型中， 和 改变了染色体上基因的数量， 和_____改变了基因在染色体上的 。
缺失
重复
易位
倒位
排列顺序
【课堂练习】
2、染色体结构变异对生物都是有害的吗？
少数有利、大多有害，有的甚至导致生物体死亡。
3、染色体变异与基因突变相比，哪一种变异引起的性状变化较大一些？为什么？
每条染色体上含有许多基因，染色体变异会引起多个基因的变化，所以引起的性状变化较大一些。
1、染色体结构的变异导致生物变异的原因是什么？
由于染色体上基因的数目或位置改变而导致的性状的改变
【问题探讨】
基因突变、基因重组和染色体变异的比较
项 目 基因突变 基因重组 染色体变异
本 质 基因结构的改变 基因的重新组合 染色体结构或数目发生变化
发生时期 DNA复制时期 减Ⅰ时期 细胞分裂期
观 察 光学显微镜下无法观察 光学显微镜下无法观察 光学显微镜下可以观察
适用范围 任何生物 真核生物、有性生殖 真核生物
产生结果 产生新的基因 只改变基因型 基因“数量”上发生变化
共同点 都是可遗传的变异
【知识链接】
下课休息！