人教必修2教案：5-2 染色体变异

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5-2　染色体变异
课程内容标准 核心素养对接
1．说出染色体变异包括染色体数目的变异和染色体结构的变异。 2．阐明二倍体、多倍体和单倍体的概念及其联系。 3．进行低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验。 1．认同染色体变异的原理，形成进化与适应的观点。(生命观念) 2．通过归纳与概括，比较染色体结构变异与数目变异；阐明染色体变异导致遗传物质变化，可能导致生物性状的改变甚至死亡。(科学思维) 3．通过低温诱导染色体数目加倍的实验，阐释低温可引起可遗传变异。(科学探究) 4．根据染色体变异原理，结合案例，分析染色体变异在育种上的应用，设计育种方案，指导农业生产。(社会责任)
1．染色体变异：指体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。
2．染色体数目的变异
(1)细胞内个别染色体的增加或减少；
(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。
3．染色体组：细胞中的一套非同源染色体，在形态和功能上各不相同。
4．二倍体
5．多倍体
(1)概念
(2)特点：茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。
(3)人工诱导(多倍体育种)
①方法：用低温处理或用秋水仙素处理。
②处理对象：萌发的种子或幼苗。
③原理：能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使细胞中染色体数目加倍。
6．单倍体
(1)概念：体细胞中染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。
(2)特点
(3)应用——单倍体育种。
①方法：
②优点：明显缩短育种年限。
1．将图示序号填入下表相应位置
类型 结构变化 图示
倒位 染色体中某一片段位置颠倒 Ⅲ
易位 染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上 Ⅳ
缺失 染色体中某一片段缺失 Ⅰ
重复 染色体中增加某一片段 Ⅱ
2.结果
(1)染色体上的基因数目或排列顺序发生改变。
(2)大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有时甚至会导致生物体死亡。
1．实验原理
2．实验流程及结论
1．判正误(对的画“√”，错的画“×”)
(1)体细胞中含有两个染色体组的个体是二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体。(　×　)
(2)人工诱导多倍体最常用、最有效的方法是用秋水仙素处理休眠的种子。(　×　)
(3)猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的。(　√　)
(4)基因突变、基因重组、染色体变异在光学显微镜下都可以观察到。(　×　)
(5)染色体片段的缺失和增加必然导致基因种类的变化。(　×　)
(6)经低温诱导后，在显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变。(　×　)
2．微思考
下图表示两种变异类型，据图回答有关问题：
图1　　　　　　　　　　图2
(1)图1和图2均发生了某些片段的交换，其交换对象分别是什么？
提示　图1发生了非同源染色体间片段的交换，图2发生的是同源染色体上的非姐妹染色单体间相应片段的交换。
(2)从变异角度分析，图1和图2发生的是哪种变异类型？
提示　图1是染色体结构变异中的“易位”，图2是交叉互换型基因重组。
任务驱动一　染色体数目的变异
如图为果蝇染色体的组成，据图回答问题：
(1)写出图甲中的染色体组：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y；图乙中的染色体组：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X。
(2)不含有同源染色体的一组染色体一定是一个染色体组吗？为什么？
提示　不一定；一个染色体组必须是含有本物种生长、发育、遗传和变异的全部遗传信息。
(3)单倍体只含有一个染色体组吗？
提示　不一定：①二倍体生物形成的单倍体只含一个染色体组。
②多倍体生物形成的单倍体中含有两个或两个以上染色体组。
1．染色体组的理解和判断
(1)染色体组的理解
(2)染色体组的判断
2．二倍体、多倍体与单倍体的比较
生物体 二倍体 多倍体 单倍体
来源 受精卵 受精卵 配子
概念 体细胞中含有两个染色体组的个体 体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体
过程
下列a～h所示的细胞图中，有关它们所含染色体组的描述，正确的是(　　)
A．细胞中含有一个染色体组的是h图
B．细胞中含有两个染色体组的是g、e图
C．细胞中含有三个染色体组的是a、b图
D．细胞中含有四个染色体组的是f、c图
C　[形态、功能各不相同的染色体组成一个染色体组。由此，我们可知：a、b图含有三个染色体组，c、h图含有两个染色体组，d图中，同音字母仅有一个，所以该图只有一个染色体组，g图含有一个染色体组，e、f图含有四个染色体组。确认单倍体、二倍体、多倍体必须先看发育起点，若由配子发育而来，无论含几个染色体组均属单倍体，若由受精卵发育而来，有几个染色体组即为几倍体。]
下列有关单倍体的叙述，不正确的是(　　)
①由未受精的卵细胞发育成的植物，一定是单倍体　②含有两个染色体组的生物体，一定不是单倍体　③生物的精子或卵细胞一定都是单倍体　④基因型为aaaBBBccc的植株一定是单倍体　⑤基因型为Abcd的生物体一般是单倍体
A．③④⑤　　　　　　 B．②③④
C．①③⑤ D．②④⑤
B　[由未受精的卵细胞发育而来的个体一定是单倍体，①正确；含有两个染色体组的生物体，可能是二倍体，也可能是四倍体生物的单倍体，②错误；生物的精子或卵细胞是生殖细胞，不是个体，所以不能称为单倍体，③错误；基因型为aaaBBBccc的植株可能是单倍体，也可能是三倍体，④错误；基因型为Abcd的生物体细胞中只有一个染色体组，一般是单倍体，⑤正确。]
[举一反三]　关于单倍体的三个易错点
(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及等位基因，可育并能产生后代。
(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。
1．下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，错误的是(　　)
A．一个染色体组中不含同源染色体
B．由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫二倍体
C．含一个染色体组的个体是单倍体，单倍体不一定含一个染色体组
D.由六倍体普通小麦的花药离体培育出来的个体就是三倍体
D　[染色体组是由一组非同源染色体组成的；由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体，而由配子发育而来的个体，体细胞中不管含有几个染色体组都是单倍体，所以由六倍体普通小麦的花药离体培育出来的个体为单倍体。]
2．(2021·山西长治高三月考)下列关于单倍体、二倍体、多倍体及染色体组的表述，正确的是(　　)
A．单倍体生物的体细胞中都没有同源染色体
B．唐氏综合征患者的体细胞中有三个染色体组
C．多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组
D．单倍体植株都不育，多倍体植株长得较粗壮
C　[多倍体生物形成的单倍体生物的体细胞中存在同源染色体，A错误；唐氏综合征患者的体细胞中有2个染色体组，B错误；多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组，C正确；单倍体植株一般不育，但四倍体植株的单倍体植株可育，D错误。]
任务驱动二　染色体结构的变异
观察下列图示，填出变异类型并回答相关问题：
已知的染色体：变异后的染色体如下列图所示：
(1)图中A、B、C、D分别是哪种变异？
提示　A是缺失，B是重复，C是倒位，D是基因突变。
(2)图中哪些变异可以在显微镜下观察到？
提示　ABC。
(3)图中哪种变异没导致基因数目和排列顺序发生变化？
提示　D。
1．染色体易位与交叉互换的比较
项目 染色体易位 交叉互换
图解
区别 发生于非同源染色体之间 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间
属于染色体结构变异 属于基因重组
可在显微镜下观察到 在显微镜下观察不到
2.染色体结构变异与基因突变的比较
项目 染色体结构变异 基因突变
本质 染色体片段的缺失、重复、易位或倒位 碱基的替换、增添或缺失
基因数目 的变化 1个或多个 1个
变异水平 细胞 分子
光镜检测 可见 不可见
在观察细胞减数分裂过程中发现一个细胞中染色体的配对出现如图甲所示的“环”状结构，另一个细胞中出现如图乙所示的“环”状结构，且相应细胞中都只有一对染色体出现这样的异常配对情况。下列相关叙述，正确的是(　　)
A．图甲和图乙所示的变异都发生在减数分裂Ⅰ后期
B．图甲出现的原因是染色体①发生了重复
C．图乙出现的原因是染色体③或④发生了倒位
D．由图乙所在细胞形成的子细胞中都有异常染色体
C　[图甲和图乙所示的变异都发生在减数分裂I前期同源染色体配对之前，A错误；图甲出现的原因是染色体①发生了重复或染色体②发生了缺失，B错误；图乙出现的原因是染色体③或④发生了倒位，C正确；由图乙所在细胞形成的子细胞中有一半存在异常染色体，D错误。]
下图①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。下列有关说法正确的是(　　)
A．图①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期
B．图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失
C．图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复
D．图中4种变异能够遗传的是①③
C　[图①表示基因重组中的交叉互换，因为其发生在同源染色体之间；图②表示染色体结构变异中的易位，因为其发生在非同源染色体之间；图③表示基因突变中碱基对的缺失；图④表示染色体的缺失或重复。图中4种变异都是可遗传的变异。综上所述，C正确。]
[举一反三]　“两看法”判断染色体结构的变异类型
一看：染色体上基因的数目是否变化，如发生变化，则可能是增添、缺失或易位。
二看：染色体上基因顺序是否变化，如变化，则可能是倒位。染色体结构变异往往是多个基因的变化，如果是一个基因变成它的等位基因，则是基因突变。
1．(2021·广东选考T16)人类(2n＝46)14号与21号染色体两者的长臂在着丝粒处融合形成14/21平衡易位染色体，该染色体携带者具有正常的表型，但在产生生殖细胞的过程中，其细胞中形成复杂的联会复合物(如图)，在进行减数分裂时，若该联会复合物的染色体遵循正常的染色体行为规律(不考虑交叉互换)，下列关于平衡易位染色体携带者的叙述，错误的是(　　)
A．观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞
B．男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体
C．女性携带者的卵子最多含24种形态不同的染色体
D．女性携带者的卵子可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)
C　[14/21平衡易位染色体，是通过染色体易位形成，属于染色体变异，可通过显微镜观察染色体形态观察14/21平衡易位染色体，而有丝分裂中期染色体形态固定，故观察平衡易位染色体也可选择有丝分裂中期细胞，A正确；题干信息可知，14/21平衡易位染色体，由14号和21号两条染色体融合成一条染色体，故男性携带者的初级精母细胞含有45条染色体，B正确；由于发生14/21平衡易位染色体，该女性卵母细胞中含有45条染色体，经过减数分裂该女性携带者的卵子最多含23种形态不同的染色体，C错误；女性携带者的卵子可能有6种类型(只考虑图中的3种染色体)：①含有14、21号染色体的正常卵细胞、②含有14/21平衡易位染色体的卵细胞、③含有14/21平衡易位染色体和21号染色体的卵细胞、④含有14号染色体的卵细胞、⑤14/21平衡易位染色体和14号染色体的卵细胞、⑥含有21号染色体的卵细胞，D正确。]
2．(2020·四川绵州期中)生物体染色体上的等位基因部位可以进行配对联会，非等位基因部位不能配对。某二倍体生物细胞中分别出现图①至④系列状况，则对图的解释正确的是(　　)
A．①为基因突变，②为倒位
B．②可能是重复，④为染色体组加倍
C．①为易位，③可能是缺失
D．②为基因突变，①为染色体结构变异
C　[①为染色体结构变异(易位)，②为染色体结构变异(倒位)，③是缺失或重复，④为个别染色体数目增加。]
任务驱动三　低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1．除了用低温诱导植物细胞染色体数目加倍，还可用什么方法处理？
提示　秋水仙素处理。
2．经低温诱导处理后，观察到蒜(或洋葱)细胞内染色体数目是否一定加倍？能观察到细胞内的染色体组数目是多少？
提示　不一定。染色体组数目可能是2个或4个或8个。
3．若要探究诱导植物细胞染色体数目加倍的最适温度，如何设置自变量？
提示　设置一系列梯度温度为自变量。
1．实验选材
(1)选材：必须选用能够进行正常有丝分裂的分生组织。
(2)原因：不分裂的细胞染色体不复制，不会出现染色体数目加倍的情况。
2．实验中几种溶液的作用
试剂 使用方法 作用
卡诺氏液 将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h 固定细胞形态
体积分数为 95%的酒精 冲洗用卡诺氏液处理的根尖 洗去卡诺氏液
与质量分数为15%的盐酸等体积混合，浸泡经固定的根尖 解离根尖细胞
质量分数为 15%的盐酸 与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液 解离根尖细胞
蒸馏水 浸泡解离后的根尖约10 min 漂洗根尖，去除解离液
甲紫溶液 把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色 使染色体着色
四倍体大蒜的产量比二倍体大蒜高许多，为探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，设计了如下实验。
(1)主要实验材料：大蒜、培养皿、恒温箱、卡诺氏液、体积分数为95%的酒精溶液、显微镜、改良苯酚品红染液。
(2)实验步骤：
①取五个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。
②将培养皿分别放入－4 ℃、0 ℃、______、________、________的恒温箱中1 h。
③________________________________________________________________________。
④分别取根尖________cm，放入________中固定0.5～1 h，然后用_______________________________________冲洗2次。
⑤制作装片：解离→________→________→制片。
⑥低倍镜检测，___________________________________________________________，
并记录结果。
(3)实验结果：染色体加倍率最高的一组为最佳低温。
(4)实验分析：
①设置实验步骤中②的目的是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。
②对染色体染色还可以用__________、_________________________等。
③除低温外，________也可以诱导染色体数目加倍，原理是________________________ ________________________________________________。
解析　本实验的目的是探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，所以温度应设置为变量，不同温度处理是为了进行相互对照，在细胞分裂时尽可能使细胞处于设定温度中，以排除其他温度的干扰。但低温并不可能使所有细胞的染色体数加倍，所以要统计加倍率来确定最佳低温。
答案　(2)②4 ℃　8 ℃　12 ℃　③将大蒜随机均分为五组，分别放入五个培养皿中诱导培养36 h　④0.5～1　卡诺氏液　体积分数为95%的酒精溶液　⑤漂洗　染色　⑥统计每组视野中的染色体加倍率　(4)①将培养皿放在不同温度下恒温处理，是为了进行相互对照；恒温处理1 h是为了排除室温对实验结果的干扰　②甲紫溶液　醋酸洋红溶液　③秋水仙素　抑制纺锤体形成
　(2021·青海西宁高一期末)某生物兴趣小组的同学将生长旺盛的蒜不定根置于4 ℃的冰箱冷藏室中培养48～72 h后，剪取根尖制成临时装片，然后用显微镜观察染色体形态较好的分裂图像。下列叙述正确的是(　　)
A.低温处理能阻断蒜根尖细胞中DNA的复制
B.用甲紫溶液处理根尖可使染色体着色
C.制作临时装片前可用卡诺氏液维持细胞的活性
D.视野中所有细胞染色体数都已发生改变
B　[低温作用于细胞分裂前期，能抑制蒜根尖细胞中纺锤体的形成，A错误；甲紫溶液是碱性染料，可使根尖细胞中的染色体着色，B正确；经卡诺氏液固定后细胞已经死亡，C错误；低温作用于细胞分裂前期，而细胞周期中间期时间最长，故视野中间期细胞数目应最多，大多数细胞染色体数未发生改变，D错误。]
知识网络构建 关键知识积累
1.染色体组是一套非同源染色体。 2．由受精卵发育而来的个体，体细胞中含几个染色体组，就是几倍体。 3．秋水仙素或低温能抑制纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍。 4．染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位等几种类型。 5．染色体结构变异可改变染色体上的基因的数目或排列顺序，可在显微镜下观察到。
1．(2020·全国卷Ⅱ)关于高等植物细胞中染色体组的叙述，错误的是(　　)
A．二倍体植物的配子只含有一个染色体组
B．每个染色体组中的染色体均为非同源染色体
C．每个染色体组中都含有常染色体和性染色体
D．每个染色体组中各染色体DNA的碱基序列不同
C　[二倍体植物的体细胞中含有两个染色体组，其配子中只含有一个染色体组，A正确；一个染色体中无同源染色体，其形态和功能各不相同，均为非同源染色体，B正确；雌雄同株的植物细胞内没有性染色体，故其中一个染色体组内也没有性染色体，C错误；每个染色体组中各染色体互为非同源染色体，其DNA的碱基序列不同，D正确。]
2．如图表示某生物细胞中两条染色体及其部分基因。下列四种情况的产生不属于该细胞染色体结构变异的是(　　)
A．①　　　 B．②　　　
C．③　　　 D．④
C　[染色体结构变异指的是染色体某一片段的增添、缺失(①)、易位(②)、倒位(④)；③是基因突变或减数第一次分裂四分体时期发生交叉互换所致。]
3．(2021·河北选考T7)图中①、②和③为三个精原细跑，①和②发生了染色体变异，③为正常细胞。②减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极。不考虑其他变异，下列叙述错误的是(　　)
A．①减数第一次分裂前期两对同源染色体联会
B．②经减数分裂形成的配子有一半正常
C．③减数第一次分裂后期非同源染色体自由组合，最终产生4种基因型配子
D．①和②的变异类型理论上均可以在减数分裂过程中通过光学显微镜观察到
C　[①细胞中有四条染色体，为两对同源染色体，在减数第一次分裂前期两对同源染色体联会，A正确；②细胞减数分裂时三条同源染色体中任意两条正常分离，另一条随机移向一极，最终产生的配子为1/12AR、1/12Ar、1/12aar、1/12aaR、1/6AaR、1/6Aar、1/6ar、1/6aR，其中正常配子为1/12AR、1/12Ar、1/6ar、1/6aR，刚好占一半，B正确； ③细胞减数第一次分裂后期非同源染色体自由组合，最终产生4个配子，2种基因型，为AR、AR、ar、ar或Ar、Ar、aR、aR，C错误；①发生了染色体结构变异中的易位，②发生了染色体数目变异，理论上通过观察染色体的结构和细胞中的染色体数目就可以观察到，D正确。]
4．将二倍体芝麻的种子萌发成的幼苗用秋水仙素处理后得到四倍体芝麻，对此四倍体芝麻的叙述正确的是(　　)
A．对花粉进行离体培养，可得到二倍体芝麻
B．产生的配子没有同源染色体，所以无遗传效应
C．与原来的二倍体芝麻杂交，产生的是不育的三倍体芝麻
D．秋水仙素诱导染色体加倍时，最可能作用于细胞分裂的后期
C　[二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有4个染色体组，而且每个染色体组之间都有同源染色体；由四倍体的配子发育而来的芝麻是单倍体，含两个染色体组，所以该单倍体芝麻是可育的；四倍体的配子中有两个染色体组，二倍体的配子中有一个染色体组，所以四倍体与二倍体杂交产生的是三倍体芝麻，由于三倍体芝麻在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，所以不育；秋水仙素诱导染色体加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成。]
5．(2020·山西太原高一检测)如图：A中的甲表示细胞内的一条染色体片段中基因排列的顺序，B、C是该细胞有丝分裂的两个时期，请回答：
(1)与甲相比，乙、丙分别属于染色体结构变异中的______和________。
(2)B图含有________条染色体，C图中含有______个染色体组。
(3)与正常的植株相比，单倍体植株的特点是___________________________________。
如果用试剂____________处理萌发的种子或幼苗，能抑制________(填字母)图所示时期中纺锤体形成，最终使体细胞中染色体的数目________。
答案　(1)缺失　重复(或增加)　(2)4　4　(3)植株矮小，高度不育　秋水仙素　B　加倍
课时作业(16)　染色体变异
1．下列变异中，不属于染色体结构变异的是(　　)
A．染色体缺失了某一片段
B．染色体增加了某一片段
C．染色体中DNA的一个碱基对发生了改变
D．染色体某一片段位置颠倒了180°
C　[DNA中一个碱基对发生改变，不属于染色体结构变异。选项A、B、D依次属于缺失、重复和倒位。]
2．下列有关两种生物变异图示的叙述，正确的是(　　)
A．图甲过程发生在减数第一次分裂后期
B．图甲中的变异未产生新的基因，但可以产生新的基因型
C．图乙过程表示染色体数目的变异
D．图乙中的变异未产生新的基因，也不改变基因的排列次序
B　[图甲过程为交叉互换，发生在减数分裂Ⅰ前期；图甲中的变异为基因重组，没有新基因的产生，可产生新的基因型；图乙过程表示染色体结构变异；图乙未产生新的基因，但是改变了基因的排列次序。]
3．下图甲是正常的两条同源染色体，则乙图所示是指染色体结构的(　　)
A.倒位　　　　　　　　　　 B．缺失
C．易位 D．重复
B　[与正常染色体相比，乙图中的一条染色体上缺少了“3”和“4”，属于染色体结构的缺失。]
4．(2021·安徽宿州月考)下列关于染色体组的表述，不正确的是(　　)
A．起源相同的一组完整的非同源染色体
B．通常指二倍体生物的一个配子中的染色体
C．人的体细胞中有两个染色体组
D．普通小麦的花粉细胞中有一个染色体组
D　[普通小麦是六倍体，其体细胞中含六个染色体组，减数分裂形成的花粉细胞中应含三个染色体组。]
5．(2021·陕西武功县普集高级中学高一期末)关于单倍体、多倍体及染色体组的叙述，错误的是(　　)
A．体细胞中只有一个染色体组的个体才是单倍体
B．体细胞中含有两个染色体组的个体可能是二倍体
C．含有一个染色体组的细胞中不含有同源染色体
D．八倍体小黑麦的单倍体细胞中有四个染色体组
A　[由配子直接发育而来的个体称为单倍体，体细胞中只有一个染色体组的个体是单倍体，但单倍体的体细胞中不一定只含一个染色体组，A错误；体细胞中含有两个染色体组的个体不一定是二倍体，若该个体是由受精卵发育而来的，则为二倍体；若该个体是由配子直接发育而来的，则为单倍体，B正确；染色体组是细胞中的一组非同源染色体，故含有一个染色体组的细胞中不含有同源染色体，C正确；单倍体是由配子直接发育而来的，八倍体小黑麦的配子含有四个染色体组，所以由配子直接发育形成的单倍体也含有四个染色体组，D正确。]
6．(2020·山东济宁高一检测)关于低温诱导洋葱染色体数目变化的实验，下列描述错误的是(　　)
A．处于分裂间期的细胞最多
B．在显微镜下可以观察到含有四个染色体组的细胞
C．在高倍显微镜下可以观察到细胞从二倍体变为四倍体的过程
D．低温诱导染色体数目变化与秋水仙素诱导的原理相似
C　[由于分裂间期经历时间最长，故观察细胞有丝分裂时，处于间期的细胞数目最多；低温可以诱导染色体加倍，视野中可以观察到已经被诱导加倍的细胞，细胞内有四个染色体组；细胞在解离的同时被杀死，在显微镜下不可能看到动态过程；低温诱导染色体数目变化与秋水仙素的原理都是阻止纺锤体的形成。]
7．用秋水仙素处理幼苗可诱导形成多倍体植物，秋水仙素的主要作用是(　　)
A．使染色体再次复制
B．使染色体着丝点不分裂
C．抑制纺锤体的形成
D．使细胞稳定在间期阶段
C　[秋水仙素能够抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，这样细胞中的染色体虽然完成了复制，但染色体不能被拉向两极，导致细胞中的染色体数目加倍。]
8．(2021·天津武清区月考)某动物一对染色体上部分基因及其位置如图所示，该动物通过减数分裂产生的若干精细胞中，出现了以下6种异常精子。下列相关叙述正确的是(　　)
编号 1 2 3 4 5 6
异常精子 AB_CD Ab_D AB_Cd aB_CCD Ab_DC ab_CD
A．1和6属于同一变异类型，发生于减数第一次分裂后期
B．2、4、5同属于染色体结构变异，都一定发生了染色体片段断裂
C．3发生的变异一般不改变碱基序列，是变异的根本来源
D．以上6种异常精子的形成都与同源染色体的交叉互换有关
B　[1和6精细胞形成的原因是减数第一次分裂的四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体之间发生交叉互换，属于基因重组，两者很可能来自同一个初级精母细胞；2的染色体片段缺失、4的染色体片段重复、5的染色体片段倒位，三者都属于染色体结构变异，染色体结构变异的基础是染色体片段断裂；3中d基因出现的原因一定是基因突变，基因突变是由DNA复制出错引起的，其实质是碱基的增添、缺失和替换，故一定存在基因中碱基顺序的改变；染色体结构变异和基因突变都与同源染色体的交叉互换无关。]
9．如图为某二倍体生物细胞分裂图像，有关该细胞的叙述错误的是(　　)
A．含有4对同源染色体 B．含有4个染色体组
C．含有4个中心粒 D．含有4对染色单体
D　[图中细胞处于有丝分裂后期，细胞中没有染色单体。该细胞含有2个中心体，4个中心粒。]
10．(2020·山东泰安高一检测)韭菜的体细胞中含有32条染色体，这32条染色体有8种不同的形态结构，韭菜是(　　)
A．二倍体 B．四倍体
C．六倍体 D．八倍体
B　[韭菜的体细胞中含有32条染色体，有8种不同的形态结构，那么相同形态的染色体有32/8＝4(条)，即韭菜体细胞中含有4个染色体组，韭菜是四倍体。]
11．下图表示某些植物的体细胞，请根据下列条件判断：
(1)肯定是单倍体的是______图，它是由______倍体的生殖细胞直接发育形成的。
(2)茎秆较粗壮但不能产生种子的是______图，判断的理由是_____________________ ____________________________________________________________________________。
(3)如果都不是由生殖细胞直接发育形成，那么其中肯定是二倍体的是______图。
(4)如果C图中的植株是由某植物的卵细胞直接发育形成的，那么它是______倍体。形成它的那个植物是________倍体，原来植物有性生殖形成种子时，发育中的胚乳细胞内含______个染色体组。
解析　A、B、C、D四图中依次含有的染色体组数是3、2、2、1，含有1个染色体组的一定是单倍体。染色体组数大于等于3的多倍体植株茎秆较粗壮，染色体成单的减数分裂时会联会紊乱，不能产生正常生殖细胞，也就不能产生种子。由受精卵发育而来的，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体，所以B、C图表示的是二倍体细胞。C图植株是由卵细胞直接发育形成的，是单倍体，单倍体细胞中含有2个染色体组，则原体细胞含有4个染色体组，是四倍体。C图植株的胚乳是由受精极核发育而来的，含有6个染色体组。
答案　(1)D　二　(2)A　含有3个染色体组，减数分裂时会发生联会紊乱而不能形成正常生殖细胞，不能产生种子　(3)B、C　(4)单　四　6
12．如图表示一些细胞中所含的染色体，据图完成下列问题：
(1)图A所示是含________个染色体组的体细胞。每个染色体组有________条染色体。
(2)若图C所示细胞为体细胞，则其所在的生物是______倍体，其中含有________对同源染色体。
(3)图D表示一个生殖细胞，这是由______倍体生物经减数分裂产生的，内含______个染色体组。
(4)图B若表示一个生殖细胞，它是由________倍体生物经减数分裂产生的，由该生殖细胞直接发育成的个体是________倍体。每个染色体组含________条染色体。
(5)图A细胞在有丝分裂的后期包括______个染色体组。
解析　(1)图A中染色体是两两相同的，故含有两个染色体组，并且每个染色体组中有两条染色体。(2)图C中染色体两两相同，故有两个染色体组，如果是由受精卵发育而来，则该生物为二倍体，如果是由配子发育而来，则该生物是单倍体。图C所示细胞中，每个染色体组中有三条染色体，共有三对同源染色体。(3)图D中染色体形态、大小各不相同，则只有一个染色体组。(4)图B中染色体每三条是相同的，有三个染色体组，由配子直接发育成的生物个体，都称为单倍体。(5)图A细胞在有丝分裂后期染色体暂时加倍含有四个染色体组。
答案　(1)两　两　(2)二或单　三　(3)二　一　(4)六　单　三　(5)四
13．(多选)某二倍体生物在细胞分裂过程中出现了图甲、乙、丙、丁 4 种类型的变异，图甲中英文字母表示染色体片段。下列有关叙述正确的是(　　)
A．图示中的生物变异都是染色体变异
B．如果图乙为精原细胞，则不能产生正常的配子
C．图丁所示的变异类型属于染色体变异
D．图中所示的变异类型在减数分裂中均可能发生
CD　[图示中的生物变异只有甲、乙和丁是染色体变异，A错误；若图乙为一精原细胞，其减数分裂过程中，可能产生正常的配子和异常的配子，B错误；图丁所示的变异类型属于染色体变异中的易位，C正确；据分析可知，图中所示的变异类型在减数分裂中均可能发生，D正确。]
14．(多选)(2021·湖北四校联考)普通西瓜(二倍体)每个细胞含22条染色体，如图为一个三倍体无子西瓜的剖面图，下列叙述正确的是(　　)
A．培育无子番茄与培育无子西瓜所利用的原理相同
B．①的细胞内含有22条染色体，②的细胞内含有33条染色体
C．无子西瓜培育过程中，秋水仙素处理可使着丝粒不分裂，导致染色体加倍
D．无子西瓜形成的原因是减数分裂过程中染色体联会紊乱
D　[培育无子西瓜(多倍体育种)的原理是染色体变异，而培育无子番茄的原理是生长素能够促进子房发育为果实；题图为三倍体无子西瓜，是由三倍体植株的子房发育而来的，所以①和②的细胞内均含有33条染色体；秋水仙素的作用是抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，而不是抑制着丝粒的分裂；该无子西瓜形成的原因是三倍体植株减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子。]
15．单体是指某对染色体缺失一条的个体，其染色体条数可以用2n－1来表示。我国从加拿大引进了“中国春”(小麦品种)单体系统。小麦有21对同源染色体，所以“中国春”单体系统中共有21种不同的单体类型。
(1)从可遗传变异的类型来看，单体属于______________变异，鉴定此种变异最简便的方法是________________________________________________________________________。
(2)中国农科院的科学家利用“中国春”单体系统和本地“京红1号”小麦杂交并选育，培育出了中国自己的“京红1号”单体系统，具体方法如下：
①将“中国春”单体系统作为母本，“京红1号”作为父本，逐一进行杂交，再逐株鉴定杂种F1的核型(染色体组成)。
②将后代F1中的单体植株作为母本，继续与________________(填“京红1 号”或“中国春”)杂交，得到子代后再筛选出单体植株作为母本，按相同方法连续杂交5～8次，基本上可以选出纯合或接近纯合的“京红1号”单体系统。
(3)从染色体数量上来看，单体植株可以产生的配子种类及比例理论上应为_________ _______________________________________________________________________________，但是从上述实验过程中发现，如果将单体植株作为父本，则后代中单体植株所占的比例只有2%，以单体作为母本，则后代中单体植株所占的比例约为38%，出现这种现象的原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析　(1)单体是由于缺少一条染色体而产生的，属于染色体数目变异。染色体变异在显微镜下可以观察到。(2)利用“中国春”单体系统和本地“京红1号”小麦杂交并选育，培育出了中国自己的“京红1号”单体系统，具体方法如下：①将“中国春”单体系统作为母本，“京红1号”作为父本，逐一进行杂交，再逐株鉴定杂种F1的核型(染色体组成)。②将后代F1中的单体植株作为母本，继续与“京红1号”杂交，得到子代后再筛选出单体植株作为母本，按相同方法连续杂交5～8次，基本上可以选出纯合或接近纯合的“京红1号”单体系统。(3)单体比正常体细胞少一条染色体，所以单体植株可以产生的配子种类及比例理论上应为正常配子(n)∶缺一条染色体的配子(n－1)＝1∶1。但是从上述实验过程中发现，如果将单体植株作为父本，则后代中单体植株所占的比例只有2%，以单体作为母本，则后代中单体植株所占的比例约为38%，出现这种现象的原因可能是缺一条染色体的卵细胞存活率稍低于正常卵细胞，而缺一条染色体的精子存活率远低于正常精子。
答案　(1)染色体数目(或染色体)　显微镜下观察　(2)②京红1号　(3)正常配子(n)∶缺一条染色体的配子(n－1)＝1∶1　缺一条染色体的卵细胞存活率稍低于正常卵细胞，而缺一条染色体的精子存活率远低于正常精子
微专题三　生物育种
[核心精要]
1．单倍体育种
(1)原理：染色体数目变异。
(2)过程
用高秆抗病(DDTT)和矮秆不抗病(ddtt)小麦品种，培育矮秆抗病小麦的过程，如下图所示：
其中单倍体育种的核心步骤为①花药离体培养和②秋水仙素处理诱导染色体数目加倍。
(3)优点：与杂交育种相比，单倍体育种能明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程。
缺点：技术复杂且需与杂交技术结合使用。
2．多倍体育种
(1)原理：染色体数目变异。
(2)多倍体育种的过程：
正在萌发的种子或幼苗抑制纺锤体形成染色体不分离细胞中染色体数目加倍多倍体植株。
(3)优点：多倍体和二倍体相比，茎秆粗壮，叶片、果实和种子都较大，糖类和蛋白质含量都有所增加。
缺点：多倍体育种适用于植物，在动物方面难以开展，且多倍体植物往往发育迟缓，结实率低。
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育过程
①过程b传粉是为了杂交得到三倍体种子，过程c传粉是为了提供生长素刺激子房发育成果实。
②获取三倍体种子是在第一年四倍体植株上；获取三倍体无子果实则是在第二年的三倍体植株上。
③无子的原因：三倍体西瓜进行减数分裂时，由于同源染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
3．比较几种常见生物育种方式
方法 原理 常用方法 优点 缺点 代表实例
杂交 育种 基因 重组 杂交 操作简单， 目标性强 育种年 限长 矮秆抗 病小麦
诱变 育种 基因 突变 辐射诱变、 激光诱变 等　　　 提高突变 率，加速育 种进程 有利变 异少， 需大量 处理实 验材料 青霉素高 产菌株
多倍 体育 种 染色 体变 异 秋水仙素 处理萌发 的种子或 幼苗　　 操作简单， 且能在较短 的时间内获 得所需品种 所得品 种发育 迟缓， 结实率 低；在 动物中 无法开 展　　 无子西瓜、 八倍体小 黑麦　　
单倍 体育 种 染色 体变 异 花药离体 培养后， 再用秋水 仙素处理 明显缩短 育种年限 技术复 杂，需要 与杂交 育种配 合　　 “京花1 号”小麦
[对点训练]
1．(2021·广东选考T11)白菜型油菜(2n＝20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种，科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是(　　)
A．Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组
B．将Bc作为育种材料，能缩短育种年限
C．秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株
D．自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育
A　[白菜型油菜(2n＝20)的种子，表明白菜型油菜属于二倍体生物，体细胞中含有两个染色体组，而Bc是通过卵细胞发育而来的单倍体，其成熟叶肉细胞中含有一个染色体组，A错误；Bc是通过卵细胞发育而来的单倍体，秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株，此种方法为单倍体育种，能缩短育种年限，B、C正确；自然状态下，Bc只含有一个染色体组，细胞中无同源染色体，减数分裂不能形成正常配子，而高度不育，D正确。]
2．(2021·江西吉安期中)如图甲、乙表示小麦的两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑦表示培育小麦新品种的过程。下列说法不正确的是(　　)
A．①②过程操作简便，但培育周期长，原理是基因重组
B．④的变异仅发生于有丝分裂，该育种方式的优点之一是可得到更多优良变异类型
C．③过程常用的方法是花药离体培养，可以得到单倍体幼苗
D．⑥过程与⑦过程的育种原理相同，过程中需要抑制纺锤体的形成
B　[①②为杂交育种，操作简便，但培育周期长，原理是基因重组，A正确；④为基因突变，主要发生在细胞分裂间期，如有丝分裂前的间期和第一次减数分裂前的间期，B错误；③为花药离体培养，可以得到单倍体幼苗，C正确；①⑦为多倍体育种，①③⑥为单倍体育种，过程与⑦过程的育种原理相同，都是染色体数目变异，过程中需要抑制纺锤体的形成，D正确。]
3．下列是无子西瓜培育的过程简图，有关叙述不正确的是(　　)
A．①过程也可进行低温诱导处理，与秋水仙素的作用原理不同
B．三倍体植株不育的原因是在减数分裂过程中联会发生紊乱
C．培育得到的无子西瓜与二倍体有子西瓜相比个大、含糖量高
D．要得到无子西瓜，需每年制种，很麻烦，所以可用无性繁殖进行快速繁殖
A　[低温诱导和秋水仙素的作用原理相同，都是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成。]
4．下面为利用纯合高秆(D)抗病(E)小麦和纯合矮秆(d)染病(e)小麦快速培育纯合优良小麦品种矮秆抗病小麦(ddEE)的示意图，有关此图叙述不正确的是(　　)
A．图中进行①过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起
B．②过程中发生了非同源染色体的自由组合
C．实施③过程依据的主要生物学原理是细胞增殖
D．④过程的实施中通常用一定浓度的秋水仙素处理
C　[题中图示为单倍体育种的过程，①过程表示两个亲本杂交，所依据的原理是基因重组，从而达到控制不同优良性状的基因组合到一起；②过程表示的是F1进行减数分裂产生配子的过程，在减数分裂Ⅰ后期非同源染色体自由组合；③过程表示由花药离体培养成单倍体植株的过程，此过程中不但有细胞的分裂还有细胞的分化，所依据的原理主要是植物细胞的全能性；④过程是诱导染色体数目加倍的过程，一般用一定浓度的秋水仙素处理。]
5．(2021·浙江衢州高一月考)对于如图所示育种方法的说法不正确的是(　　)
A．①④方向所示的途径依据的原理是基因重组
B．⑦过程所示的育种方法依据的原理是基因突变
C．①②③过程能明显缩短育种年限
D．⑤过程一般发生在生殖细胞中才具有遗传性
B　[①④方向所示的途径表示杂交育种，原理是基因重组；⑦过程所示的育种方法为多倍体育种，多倍体育种和单倍体育种的原理都是染色体变异；①②③过程为单倍体育种，能明显缩短育种年限；⑤过程是基因突变，实质是DNA分子结构发生改变，基因突变可发生在生物个体发育的各个时期，但是，一般发生在生殖细胞中才具有遗传性。]
6．下图表示两种育种方式，请据图思考下列问题：
甲　　　　 　　　　乙
(1)甲图表示的育种方式为____________，乙图表示的育种方式为________________，两者的育种原理分别为________________和________________。
(2)甲图和乙图中都有秋水仙素诱导染色体组加倍，其原理是__________________ _____________________________________________________________________________。
甲图中用秋水仙素处理的目的是________________________________________________ ______________________________________________________________________________。
(3)乙图中获得无子西瓜至少需要________年。图乙中有两次传粉过程，它们的目的分别是__________________和__________________________。
(4)甲图中所示育种方式的优点是__________________，原因是因为______________ _______________________________________________________________________________。
答案　(1)单倍体育种　多倍体育种　染色体数目的变异　染色体数目的变异　(2)秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，从而诱导染色体组加倍　使染色体组加倍，从而变得可育　(3)两　得到三倍体种子　刺激三倍体的子房发育成果实　(4)能明显缩短育种年限　秋水仙素处理单倍体幼苗直接得到纯合体
7．(2021·安徽高二开学考试)杂交育种是最常规的育种方式，在其他的育种方式中也常用到杂交这种技术。回答下列问题：
(1)太空育种是诱变育种的一种方式，可大幅度改变植物性状，其原理是___________。若将经过处理的种子种植后没有表现出不一样的性状，可采用的方法是___________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)在进行单倍体育种时，首先要将选择的亲本进行杂交，这样做的目的是_____ __________________________________________________________________________________________________________，然后通过____________________________________________获得能稳定遗传的个体，再进行________________________，得到符合生产要求的品种。
(3)马铃薯为四倍体，利用其单倍体与野生型二倍体马铃薯进行杂交，获得的个体是不育的，可通过_________________________________处理，恢复马铃薯的育性，最后得到的马铃薯是___________________(填“纯合子”“杂合子”或“纯合子或杂合子”)，只要获得优良性状的个体即可在生产上推广的原因是___________________________________________。
解析　(1)诱变育种的原理是基因突变。若将经过处理的种子种植后没有表现出不一样的性状，可采用的方法是自交，因为有些基因突变为隐性突变，在当代不表现出来，自交后可出现隐性纯合子。(2)单倍体育种时，将选择的亲本进行杂交，这样做的目的是将不同的优良性状集中到某一个体中；然后通过花药离体培养、染色体数目加倍，得到符合生产要求的品种。(3)利用其单倍体与野生型二倍体马铃薯进行杂交，得到四倍体的不育马铃薯，可通过一定浓度的秋水仙素或低温处理，使其细胞含有同源染色体，这样恢复马铃薯的育性，得到的马铃薯可能是纯合子或杂合子。由于马铃薯的繁殖方式为无性繁殖，故只要获得优良性状的个体即可在生产上推广。
答案　(1)基因突变　自交　有些基因突变为隐性突变，在当代不表现出来，自交后可出现隐性纯合子　(2)将不同的优良性状集中到某一个体中　花药离体培养、染色体数目加倍　选择　(3)一定浓度的秋水仙素或低温　纯合子或杂合子　马铃薯的繁殖方式为无性繁殖