5.2染色体变异（在育种上的应用）课件(共43张PPT)2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

(共43张PPT)
第5章 第2节
人教版 高中生物必修2
染色体变异在育种上的应用
一.染色体数目的变异
育种方式：
例：已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对易染锈病（t）为显性，两对性状独立遗传。
现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。现有纯合的高秆抗病的小麦（DDTT）和矮秆不抗病的小麦（ddtt），怎样得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？
用遗传图解表示出来。要求杂交育种和用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种(（ddTT）)。
杂交育种
第1年
第2年
第3~8年
矮秆
抗病
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
F2
D__T__
D__tt
ddT__
ddtt
从F2中选择矮秆抗病品种，并连续多年自交、筛选，直至不发生性状分离为止。
符合要求的矮抗品种
ddTT
杂交
自交
选种
多次自交选种
优良性状的纯合体
基本原理：
优缺点：
过程：
二倍体
植株
花药离体培养
单倍体
幼苗
秋水仙素处理
纯合二倍体
植株
单倍体育种
花药
人工诱导染色体数目加倍
方法 用__________理、化学试剂处理(最常用的是__________)等
处理对象 __________的种子或幼苗
原理 作用于正在分裂的细胞，抑制分裂______形成纺锤体，导致分裂后期染色体不能移向细胞两极，从而使细胞内染色体数量加倍。
萌发的
秋水仙素
低温处
前期
与社会的联系 单倍体育种
①过程：
二倍体植株
花药离体培养
单倍体植株
秋水仙素处理
注意：秋水仙素只能处理萌发的幼苗
二倍体植株
（纯合子）
②优点:
1）明显缩短育种年限
2）纯合体，自交后代不会发生性状分离
花药离体培养
P
F1
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
秋水仙素处理
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
高杆抗病 DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
杂交
（诱导染色体数加倍）
【思考1】单倍体育种中秋水仙素处理萌发的种子吗？
不能，因为单倍体往往高度不育，育种操作的对象一般是单倍体幼苗
筛选
注意：单倍体育种和多倍体育种中都用到秋水仙素，但单倍体育种中是用秋水仙素处理单倍体幼苗，而多倍体育种中是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
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。
花药离体培养
P
F1
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
单倍体育种
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
第1年
第2年
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
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
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
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。
先杂交再自交选育
（高杆，抗病）
（抗倒伏抗病）
花药（粉）：
单倍体幼苗：DT Dt dT dt
正常植株：DDTT DDtt ddTT ddtt
新品种：ddTT
方法：花药离体培养
秋水仙素处理
缺点：操作复杂
优点：能明显缩短育种年限
DDTT（♀）× ddtt（♂）
第一年
第二年
筛选
DdTt
（高杆，抗病）
（矮杆，感病）
二倍体生物
（组织培养）
DdTt植株
DT Dt dT dt
≠花药离体培养
6.单倍体育种
得到纯合子，自交后不发生性状分离
原理：
染色体变异
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
2．写出利用基因型为AaBb(两对等位基因分别位于两对同源染色体上)的杂合小麦，通过单倍体育种法获得基因型为aaBB的新品种的过程(用文字、箭头表示)。
AaBb
花粉
AB
Ab
aB
ab
花药离
体培养
单倍体植株
秋水仙素处理
AABB
AAbb
aaBB
aabb
纯合子
植株
筛选
所需品种（aaBB）
减数分裂
1．单倍体植株，既比正常植株长得弱小又高度不育，为什么还要用它来育种？
单倍体(特指一倍体)植株只有一套染色体，加倍后染色体上的成对基因都是纯合的，后代没有性状分离现象，与杂交育种相比，能明显缩短育种年限，因而在育种上有其特殊的意义。
(1)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 。
(2)单倍体育种的选择时机：
不能选择特定基因型的花粉，因为花粉不能表现出相关性状，
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。
(3)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。
染色体变异在育种上的应用
注 意
变式训练1．为获得优良性状的纯合子，将基因型为Aa的小麦逐代自交，且逐代淘汰基因型为aa的个体。下列说法不正确的是(　　)
A．该育种方式与单倍体育种相比所需育种年限长
B．此过程中F1出现基因型为aa个体的基础是等位基因分离
C．育种过程中需用秋水仙素处理萌发的种子来获得下一代植株
D．可通过单倍体育种方式得到100%的纯合品种
c
注意：单倍体育种得到的植株都是纯合子吗
亲本为二倍体植株的单倍体育种得到的全部都是纯合子
但是并不是所有的单倍体育种都得到的是纯合子例如:四倍体为亲本的
单倍体育种（AAaa）
Aa
AAaa
AAaa
多倍体育种
1.自然界中多倍体怎么形成的原因
2.人工诱导多倍体-------多倍体育种（无籽西瓜怎么形成的）
六倍体
四倍体
四倍体
六倍体
六倍体
三倍体
三、四倍体
2.存在：几乎全部的动物和过半数以上的高等植物，都是二倍体
人：2N=46 果蝇：2N=8
水稻：2N=24 玉米2N=20、洋葱2N=16都是二倍体。
小麦（六倍体）
菊花（六倍体）
葡萄（三/四倍体）
1.概念：由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫二倍体。记作2N（N表示一个染色体组所包含的染色体数目）
1.二倍体:
优点：与二倍体植株相比，多倍体植株一般表现为茎秆粗壮，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。
缺点：发育延迟，结实率低，生长慢。
染色体数目加倍后的草莓（上）
野生状态下的草莓（下）
一.染色体数目的变异
2.多倍体植物的特点 ：
温度、湿度等自然条件剧变，导致细胞分裂受阻，纺锤体的形成受到抑制，着丝粒分裂后，染色体不能拉向两极，细胞不能分裂为两个子细胞。
植物细胞进行有丝分裂时（染色体已完成复制）
多倍体细胞
（核内染色体加倍）
多倍体植物
正常分裂分化发育
（1）外因：温度等骤变是产生多倍体的主要诱因。
（2）内因：植物细胞分裂过程中，纺锤体的形成受抑制。
提示：温度骤变对细胞的作用时期为前期——纺锤体形成
一.染色体数目的变异
3.自然界多倍体植物产生的原因：
4个染色体
8个染色体
无纺锤体形成（前期）
染色体复制
着丝粒分裂
无纺锤丝牵引
若继续进行正常的有丝分裂
染色体加倍的组织或个体
8个染色体
3.自然界多倍体植物产生的原因：
4、人工诱导多倍体——多倍体育种：
（1）人工诱导多倍体的方法很多：目前最常用且最有效的方法是——用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。有时用低温诱导
（2）原理——秋水仙素的作用：
秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两级，从而导致细胞内染色体数目加倍。
①秋水仙素作用的时期：有丝分裂前期。
②在诱导染色体加倍时，秋水仙素对染色体的复制和着丝粒的分裂无影响。
③使用方法：涂在萌发种子或幼苗
注意：
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植物碱。白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒。
萌发的种子
秋水仙素
幼苗
（染色体数目加倍）
生长、发育
多倍体
幼苗
秋水仙素处理芽尖
生长、发育
多倍体
1.为什么用秋水仙素处理的是萌发的种子或幼苗（芽尖）呢？
答：因为萌发的种子或幼苗生长旺盛，细胞有丝分裂旺盛，此时处理效果较好。
2.处理后的幼苗长大以后是否所有的器官染色体数目均加倍呢？
答：不是。芽尖发育而来的茎叶花均加倍，但是未处理的根部细胞没有加倍
一.人工诱导多倍体过程
分生组织
5、多倍体育种实例——三倍体无子西瓜的培育：
柱头
花柱
子房
花药
花丝
花瓣
花萼
花托
雄蕊
雌蕊
花 的 主 要 结 构
柱头
花柱
珠被
卵细胞（1个）
极核（2个）
胚囊
胚珠
果皮
子房
发育
子房壁
子房壁
胚珠
种皮
发育
胚
+精子
发育
胚乳
+精子
发育
种子
5、多倍体育种实例——三倍体无子西瓜的培育：
胚囊
一.染色体数目的变异
5、多倍体育种实例——三倍体无子西瓜的培育：
1.阅读P79请尝试说出三倍体西瓜培育的过程
2.三倍体西瓜为什么没有种子？真的一颗没有吗？若有子，可为几倍体？
3.按照一般流程，获得无籽西瓜需要几年？
4.三倍体无籽西瓜培育过程中两次用到二倍体西瓜的花粉，其生理作用相同吗？
二倍体西瓜幼苗（♀）
二倍体西瓜幼苗（♂）
三倍体无子西瓜
子房发育
三倍体植株
（联会紊乱）
二倍体植株（♂）
（第一年）
（第二年）
三倍体种子
花粉（生长激素）刺激子房
秋水仙素处理
四倍体植株（♀）
二倍体植株（♂）
×
阅读P91，请尝试说出三倍体西瓜培育的过程
第二节
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
2.三倍体西瓜为什么没有种子？真的一颗没有吗？若有子，可为几倍体？
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植物碱。白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒。
三倍体植株的细胞中有三个________，即每种同源染色体有__条。这样进行减数分裂时，同源染色体____紊乱，不能产生正常的____细胞，因此没有种子。
染色体组
3
联会
卵
但也会出现减数第一次分裂时，恰巧两组染色体移向一极，；另一染色体组移到另一极这样就可以产生含两个染色体组和含一个染色体组的生殖细胞，那么它在接受二倍体植物产生的花粉以后，就可以完成受精作用，形成含三个染色体组和含两个染色体组的受精卵，将来就可以形成三倍体和二倍体的种子。只是这种可能性太小了！
多倍体育种
实例：三倍体无子西瓜的培育（秋水仙素法）
第一年
第二年
3n植株
正常花粉刺激
3n无子西瓜
2n西瓜幼苗
秋水仙素
4n西瓜植株
正常花粉授粉
3n西瓜种子
滴加秋水仙素
杂交
二倍体
四倍体
（母本）
二倍体
（父本）
第一年
第二年
三倍体
联会紊乱
无子西瓜
(4)无子西瓜每年都要制种，很麻烦，有没有别的替代方法
有其他方法可以替代。
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培苗，再进行移栽；
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种子的果实，同时，在花期全时段要进行套袋处理，以避免受粉。
练习与运用
第二节
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
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植物碱。白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒。
三倍体无籽西瓜培育过程中两次用到二倍体西瓜的花粉，
其生理作用相同吗？
第一次：杂交获得三倍体植株的种子
第二次：为了刺激三倍体西瓜的子房发育成果实
二倍体西瓜的花粉为什么能刺激三倍体西瓜的子房发育成果实呢？
原因有二：一，是二倍体西瓜的花粉能产生少量生长素，
二，是二倍体西瓜的花粉中有一种色氨酸酶，能催化三倍体西瓜细胞内的色氨酸转化为生长素，这样就满足了三倍体西瓜子房发育成果实所需要的生长素
为什么用四倍体作母本？
用四倍体四倍体与二倍体西瓜，无论正交或反交，都能产生三倍体的种子。
但是反交获得的三倍体西瓜雌花中的珠被会发育成硬壳种皮，种子发育比较困难，形成的三倍体种子难于萌发；且果实品质差，而正交，不但能获得三倍体的种子，且四倍体的西瓜吃着味道甜美。故获
得三倍体西瓜种子时通常以二倍体为四倍体提供花粉
在三倍体无籽西瓜培育过程中四倍体植株的子房发育形成果实的果皮、种皮、胚芽、胚乳细胞的染色体组数依次是 （ ）
胚囊
绿色植物有性生殖过程
胚囊
果实类型 第一年所结果实 第二年所结果实
果实位置 四倍体植株上 三倍体植株上
果皮染色体组数
种皮染色体组数
胚中染色体组数
胚乳中染色体组数
4
4
3
5
3
3
无
无
四倍体植株上结四倍体西瓜，四倍体西瓜内结的种子为三倍体，其种皮为四倍体。
1．下图是三倍体无子西瓜的培育过程，请据图分析回答下列问题：
(1)①过程是用_________ 处理二倍体西瓜的幼苗，产生四倍体西瓜的过程。其原理是 ___________，使染色体数量加倍。
(2)②和④都是传粉，但目的不同：②是为了__________得到________倍体种子，④是为了刺激_________发育为果实。
(3)①过程处理后，新产生的四倍体植株，地上部分的茎、叶、花的细胞中，含有 __________个染色体组，根细胞含有_________ 个染色体组。
(4)西瓜f的瓜瓤来自母本，含有___________个染色体组，而种子e的胚含有_______ 个染色体组。
(5)三倍体西瓜没有种子的原因分析：三倍体西瓜进行______ 时，由于染色体 ____________ ，一般不能产生正常 。
(6)在生产实践中，果皮深绿色平行条斑对嫩绿色无条纹是显性，选择具有 ______ 的个体为父本，这样在下一代三倍体植株结的果实中，就可以根据这个显性性状鉴别出______________________ 。
答案：（1）秋水仙素 、 抑制纺锤体的形成
（2）杂交 、 三 ,三倍体植株子房 （3）四 、二（4）四 、三
（5）减数分裂 联会紊乱 配子
（6）深绿色平行条纹 无籽西瓜
1.已知西瓜为雌雄同株且雌雄异花的植物。果皮浅绿色的基因型为aaaa四倍体西瓜与果皮带深绿色条纹的基因型为AA的二倍体西瓜间行种植，随机受粉。然后用四倍体植株所结的种子再种植，待上述种子长成植株后去雄再授以二倍体西瓜的花粉，则所得的西瓜（ ）
A果皮均为浅绿色，无子
B果皮均为带深绿色条纹的，有子
C果皮有的为浅绿色的，有子；果皮有的为带深绿色条纹的，无子
D果皮有的为浅绿色的，无子；果皮有的为带深绿色条纹的，有子
用四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交所得的子一代植株开花后，经适当处理，则（ ）
A．能产生正常配子，结出种子形成果实 B．结出的果实为五倍体
C．不能产生正常配子，但可形成无籽西瓜 D．结出的果实为三倍体
C
CD
2.用二倍体西瓜为亲本，培育“三倍体无籽西瓜”过程中，下列说法正确的是（ ）
A．第一年的植株中，染色体组数可存在2、3、4、5个染色体组
B．第二年的植株中没有同源染色体
C．第一年结的西瓜其种皮、胚、胚乳的染色体组数不同，均是当年杂交的结果
D．第二年的植株中用三倍体做母本，与二倍体的父本产生的精子受精后，得不育的三倍体西瓜
当年杂交的结果
A
香蕉的祖先是二倍体的野生芭蕉，个小而多种子，无法食用，现代香蕉为三倍体，如何培育三倍体香蕉？
三倍体香蕉为什么无籽？
拓展
关于可育、可遗传
2N生物
可育
异源二倍体
不可育
两个染色体组来自不同物种
异源二倍体幼苗
如何处理可育？
秋水仙素处理
4N
3N、5N
高度不育、结实率低
同源多倍体
两个染色体组同源，即来自同一物种
异源多倍体
马铃薯（4N）
可育
小麦（6N）
可育
多倍体植物
同源二倍体
（如：骡子）
原因：联会紊乱
拓展
二倍体（2N ）生物
可育
异源二倍体
不可育
两个染色体组来自不同物种
异源二倍体幼苗
如何处理可育？
秋水仙素处理
4N
3N、5N
高度不育、结实率低
同源多倍体
两个染色体组同源，即来自同一物种
异源多倍体
马铃薯（4N）
可育
小麦（6N）
可育
多倍体植物
同源二倍体
（如：骡子）
原因：不可正常联会
拓展
关于可育、可遗传
不可育是否就不可遗传呢？
2N=64
2N=62
……
马1号
马2号
马3号
马4号
马5号
……
马1号
马2号
马3号
马4号
马5号
……
驴1号
驴2号
驴3号
驴4号
驴5号
……
驴1号
驴2号
驴3号
驴4号
驴5号
配子
配子
N=32
N=31
……
马1号
马2号
马3号
马4号
马5号
……
驴1号
驴2号
驴3号
驴4号
驴5号
异源二倍体
2N=63
不育
拓展 异源多倍体
这里的A、B、D代表的是染色体组，而不是基因
普通小麦的形成过程
2．如图是八倍体小黑麦培育过程(A、B、D、E各表示一个染色体组)。
据图回答下列问题：
(1)普通小麦的配子中含有3个染色体组，黑麦配子中含_________ 个染色体组，杂交后代含 __________ 个染色体组。
(2)普通小麦和黑麦杂交后代不育的原因是____________ 。必须用 __________ 处理使染色体数量加倍，加倍后含__________个染色体组，加倍后可育的原因是 __________________，这样培育的后代是_____________ (填“同源”或“异源”)八倍体小黑麦。
（1）1，四、 (2)无同源染色体、秋水仙素 八、具有同源染色体 、 异源八倍体
3.(2022·贵州铜仁高一期末)二倍体西瓜的染色体组成是2n＝22，如图是培育三倍体无子西瓜的流程图。下列分析正确的是
A.西瓜细胞一个染色体组含有11条同源染色体
B.①②③表示杂交过程，杂交过程发生基因重组
C.四倍体(♀)提供的生殖细胞含有两个染色体组
D.三倍体(♀)因不能进行减数分裂而不能结出种子
√
4.用纯种的高秆抗锈病(DDTT)小麦与矮秆易染锈病(ddtt)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如图所示。下列有关此育种方法的叙述中，正确的是
A.过程①的作用原理为
染色体变异
B.过程③必须经过受精
作用
C.过程④必须使用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D.此育种方法选出的符合生产要求的品种占1/4
√