5.3染色体变异(共60张PPT)

(共60张PPT)
第三节　染色体变异
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.认同染色体结构和数目变异是可遗传的变异。
2.概述染色体变异的概念;结合具体实例,简述染色体变异的类型及其在育种上的应用。
3.阐明染色体结构变异和数目变异对生物性状的影响。
素养阐释
1.在理解染色体变异可以遗传的基础上,形成结构与功能观等生命观念。
2.结合染色体变异的类型、实例和果蝇染色体组成的例子,归纳概括染色体变异和染色体组的概念,培养归纳与概括的科学思维方法。
3.主动关注某些染色体变异对动植物及人类带来的不良后果,能运用染色体变异的机理,提出避免发生染色体变异的方法。
自主预习 新知导学
一、染色体结构变异
1.概念:染色体结构发生的变化,称为染色体结构变异。
2.类型
(1)重复:指一条染色体上某一片段出现两份或两份以上的现象。
(2)缺失:指染色体丢失了一个片段,使得位于该片段上的基因也随之丢失。
(3)倒位:指同一染色体上某一片段断裂后又以相反的方向插回原位,造成染色体上的基因顺序重排的现象。倒位常常影响生物的育性。
(4)易位:指一条染色体臂上的某一片段移接到另一条非同源染色体的臂上或两条非同源染色体之间互换片段的现象。易位造成染色体之间基因的重新组合,从而影响生物的性状。
3.图示
图Z5-3-1
4.结果:染色体结构出现变异,通常涉及诸多基因,使个体的代谢活动出现
严重障碍或缺陷,对生物的生长发育和生命活动带来严重影响。
5.应用举例——家蚕育种
(1)原理:易位能改变基因连锁群。
(2)家蚕的性别决定方式:ZW型,雄性家蚕的性染色体为ZZ,雌性家蚕的性染色体为ZW。
(3)具体做法:把常染色体上带有的标记基因如普斑(+P)片段易位到W染色体上得到具有斑纹的雌蚕,只根据蚕幼虫有无斑纹即可迅速筛选出雄蚕个体。
(4)优点:既能很好地保持高品质蚕丝,也能获得较高的产量。
二、染色体数目变异
(一)染色体数目的整倍变异可改变生物的性状
1.染色体数目整倍变异的实例——三倍体无子西瓜的产生
(1)过程
(2)秋水仙素的作用机理:可以干扰植物分生组织细胞有丝分裂过程中
纺锤体的形成。
(3)三倍体西瓜不产生种子的原因:三倍体西瓜(3N)的卵母细胞在减数分裂过程中同源染色体发生联会紊乱。
2.染色体组
(1)概念:细胞中的一组非同源染色体,在形态大小和功能等方面各不相同,但是携带着生物生长发育、遗传变异的遗传信息,这样的一组染色体称为一个染色体组。
(2)果蝇细胞染色体组分析
图Z5-3-2为果蝇体细胞染色体组成图,甲细胞
为雌性果蝇体细胞,细胞内含2个染色体组,每
个染色体组的染色体为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X;乙细
胞为雄性果蝇体细胞,细胞内含2个染色体组,
每个染色体组的染色体为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。
图Z5-3-2
3.二倍体
(1)概念:一般来说,由受精卵发育而来,体细胞中含有2个染色体组的生物称为二倍体生物。
(2)表示方法:2n=m,其中2n表示2个染色体组,m表示细胞内的染色体数目。
4.多倍体
(1)概念:自然界中由受精卵发育而来的生物,其体细胞中含有3个或3个以上染色体组,称为多倍体生物。
(2)多倍体植株的特点:多倍体植株茎秆粗壮,叶片、果实比较大,糖类、蛋白质等营养物质含量也比较高。但是,多倍体植株也有一些缺点,如结实率低、发育延迟等。
(3)应用:在生产上,利用人工诱导多倍体可以培养多倍体植株。
5.单倍体
(1)概念:体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,称为单倍体。
(2)单倍体植株的特点:大多数情况下,单倍体植株不能进行正常的减数分裂,表现为高度不育。
(3)单倍体育种
(二)染色体数目个别增减可改变生物的性状
1.概念:生物细胞中缺少或增加一条或几条染色体的情况,属于染色体数目的个别增减。
2.形成原因:在减数分裂形成配子的过程中,同源染色体不分离或姐妹染色单体不分离都可导致染色体数目的个别变化,由这样的配子与正常配子受精后可形成非整倍体的个体。
3.对生物的影响:多数情况下生物个体不能存活。
4.实例:特纳综合征(细胞内少了一条 X 染色体)、唐氏综合征(细胞内多了一条21号染色体)。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化。(　　)
(2)染色体片段的倒位和易位必然导致基因排列顺序的变化。(　　)
(3)多数染色体结构变异对生物的生长和代谢是不利的。(　　)
(4)体细胞中含有2个染色体组的个体叫二倍体。(　　)
(5)用秋水仙素处理单倍体(n=10)植株的种子可获得二倍体。(　　)
×
√
√
×
×
(6)染色体组非整倍性变化必然导致新基因产生。(　　)
(7)染色体整倍性变化必然导致基因种类的增加。(　　)
(8)体细胞中含1个染色体组的个体是单倍体,含有3个或3个以上染色体组的个体是多倍体。(　　)
(9)低温条件下,细胞中纺锤体的形成受到影响,可形成染色体数目加倍的细胞。(　　)　
×
×
×
√
2.由于种种原因,某生物体内2号染色体上的两个基因与5号染色体上的两个基因交换了位置,这种变化属于(　　)。
A.基因内部结构的改变
B.染色体数目变异
C.染色体结构变异
D.姐妹染色单体的交叉互换
答案:C
3.图Z5-3-3显示一次减数分裂过程中,
某条染色体的基因序列发生的变化,
该变化属于(　　)。　
A.染色体变异中的一小段染色体倒位
B.染色体变异中的一小段染色体缺失
C.基因突变中DNA分子中碱基对的倒位
D.基因突变中DNA分子中碱基对的缺失
答案:B
图Z5-3-3
合作探究 释疑解惑
知识点一
染色体结构变异
问题引领
1.图Z5-3-4中①②分别表示两种不同的变异类型,试判断各属于什么变
图Z5-3-4
提示:①属于基因重组,②属于染色体结构变异中的易位。因为①发生在两条同源染色体之间,②发生在两条非同源染色体之间。
2.基因突变中碱基对的缺失与染色体结构变异中的缺失怎么区分
提示:基因突变中的缺失仅是个别碱基对的缺失,基因突变后基因的结构和种类发生改变,形成新的基因,基因的数目不变;染色体结构变异中的缺失是染色体上某片段的缺失,涉及的碱基对较多,染色体某片段缺失后,基因的数目减少。
归纳提升
1.交叉互换与易位的区别
2.染色体结构变异与基因突变的区别
(1)染色体结构变异可能使排列在染色体上的基因的数目和排列顺序发生改变,从而导致性状的变异。基因突变是基因结构的改变,包括DNA碱基对的替换、缺失、插入。基因突变导致新基因的产生,染色体结构变异未形成新的基因。
(2)染色体结构变异可借助光学显微镜观察,但基因突变用光学显微镜观察不到。
(3)基因突变与染色体结构变异可利用“三看法”判断。一看基因种类:看染色体上的基因种类是否发生改变,若发生改变则为基因突变。二看基因位置:若基因种类和数目均未发生改变,但染色体上基因的位置改变,则为染色体结构变异中的“易位”或“倒位”。三看基因数目:若基因的种类和位置均未改变,但基因的数目改变,则为染色体结构变异中的“重复”或“缺失”。
典型例题
图Z5-3-5表示染色体及其部分基因,图Z5-3-6为染色体部分变化示意图。下列对图Z5-3-5、图Z5-3-6中①和②过程最恰当的表述分别是(　　)。
A.图Z5-3-5:易位和缺失;图Z5-3-6:基因重组和易位
B.图Z5-3-5:倒位和缺失;图Z5-3-6:易位和易位
C.图Z5-3-5:倒位和易位;图Z5-3-6:基因重组和易位
D.图Z5-3-5:倒位和易位;图Z5-3-6:基因重组和基因重组
答案:C
解析:图Z5-3-5①中基因的位置发生颠倒,属于染色体结构变异中的倒位,②中染色体着丝粒右侧的片段发生改变,说明与非同源染色体发生交换,属于染色体结构变异中的易位;图Z5-3-6中①属于同源染色体非姐妹染色单体的交叉互换,是基因重组,②属于非同源染色体间片段的互换,是染色体结构变异中的易位,C项正确。
【变式训练】
1.下列关于基因突变和染色体结构变异的叙述,正确的是(　　)。
A.基因突变都会导致染色体结构变异
B.基因突变与染色体结构变异都会导致个体表型改变
C.基因突变与染色体结构变异都导致碱基序列的改变
D.基因突变与染色体结构变异通常都可用光学显微镜观察
答案:C
解析:基因突变的实质是基因中碱基对序列的改变,结果是产生等位基因,不会导致染色体结构变异,A项错误。基因突变不一定引起个体表型改变,B项错误。由于染色体是DNA的主要载体,染色体结构变异会引起DNA碱基序列的改变,C项正确。基因突变不能通过光学显微镜观察,D项错误。
2.图Z5-3-7表示某种生物的部分染色体上发生了四种变异的示意图,请回答下列问题。
图Z5-3-7
(1)甲、乙、丙、丁的变异类型分别属于　　　　　　　　　　　　　。
(2)基因数目和基因排列顺序均未变化的是　　　。
(3)可在显微镜下观察到的是　　　　,一般选用分裂的细胞做成装片,在分裂　　　期进行观察最好。
(4)若某DNA分子中丢失了一个碱基对(基因中),则该变异为　　　　　　,若某DNA分子中丢失了一个基因,则称为　　　　　　变异。
答案:(1)缺失、重复、倒位、基因突变
(2)丁
(3)甲、乙、丙　中
(4)基因突变　染色体结构
知识点二
染色体数目变异
问题引领
1.分析图Z5-3-8,图中①②③④⑤⑥各有几个染色体组
图Z5-3-8
提示:①有2个染色体组,②有1个染色体组,③有2个染色体组,④有4个染色体组,⑤有4个染色体组,⑥有2个染色体组。
2.单倍体与二倍体、多倍体的关键区别在哪里
提示:单倍体、二倍体和多倍体的关键区别有两个:(1)是否由受精卵发育而来;(2)体细胞中的染色体数目。
归纳提升
1.对染色体组概念的理解
(1)概念:细胞中的一组非同源染色体,在形态大小和功能等方面各不相同,但是携带着生物生长发育、遗传变异的遗传信息,这样的一组染色体称为一个染色体组。
(2)理解
①从本质上看,组成一个染色体组的所有染色体互为非同源染色体,在一个染色体组中无同源染色体存在;
②从形式上看,一个染色体组中的所有染色体的形态、大小各不相同,可通过观察各染色体的形状、大小来判断是不是一个染色体组;
③从功能上看,一个染色体组携带着一种生物生长发育的全部遗传信息;
④从物种类型看,每种生物一个染色体组的染色体数目、大小、形态都是一定的,不同种生物染色体组的数目、大小、形态不同。
2.染色体组数目的判断方法
(1)同一形态的染色体有几条就有几个染色体组。图Z5-3-9细胞中有4个染色体组。
图Z5-3-9
(2)控制同一性状的等位基因有几个就有几个染色体组。如基因型为AAabbb的个体体细胞中有3个染色体组。
3.单倍体和多倍体的比较
比较项目 单倍体 多倍体
概念 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体 由受精卵发育而来的体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体
自然 成因 单性生殖的结果 外界环境条件剧变或生物体内部因素的干扰
发育 过程
比较项目 单倍体 多倍体
判断 方法 发育起点为配子 发育起点为受精卵或合子
植株 特点 植株弱小、生长发育快 植株茎秆粗壮、营养物质含量高、生长发育延迟
可育 性 高度不育 可育但结实率低
应用 单倍体育种 多倍体育种
典型例题
下列关于图Z5-3-10所示细胞所含染色体的叙述,正确的是(　　)。
图Z5-3-10
A.a含有2个染色体组,b含有3个染色体组
B.若b表示体细胞,则b代表的生物一定是三倍体
C.若c代表由受精卵发育成的生物的体细胞,则该生物一定是二倍体
D.d代表的生物一定是由卵细胞发育而成的,是单倍体
答案:C
解析:题图中,a细胞处于有丝分裂后期,含有4个染色体组;b细胞有同源染色体,含有3个染色体组,但若b细胞是由配子发育而成的,则b代表的生物是单倍体,若b细胞是由受精卵发育而成的,则b代表的生物是三倍体;c细胞中有同源染色体,含有2个染色体组,若是由受精卵发育而成的,则该细胞所代表的生物一定是二倍体;d细胞中只含1个染色体组,其代表的生物一定是单倍体,可由雄性配子或雌性配子发育而成。
【变式训练】
下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述,错误的是(　　)。
A.1个染色体组中不含同源染色体
B.由受精卵发育而来,体细胞中含有2个染色体组的个体叫二倍体
C.含1个染色体组的个体是单倍体,单倍体不一定只含1个染色体组
D.21三体综合征患者的体细胞中有3个染色体组
答案:D
解析:21三体综合征患者的21号染色体有3条,而不是有3个染色体组。
知识点三
单倍体育种和多倍体育种
问题引领
图Z5-3-11中甲、乙表示水稻的两个品种,A、a和B、b分别表示位于两对同源染色体上的两对等位基因,①~⑤表示培育水稻新品种的过程,请分析回答下列问题。
图Z5-3-11
(1)图中哪种途径为单倍体育种 单倍体育种为什么能缩短育种年限
提示:图Z5-3-11中①③④过程表示单倍体育种。采用花药离体培养获得的单倍体植株,经人工诱导染色体数目加倍后,植株细胞内每对染色体上的基因都是纯合的,自交后代不会发生性状分离,因此缩短了育种年限。
(2)图中哪一标号处需用秋水仙素处理 应如何处理
提示:图Z5-3-11中④处需用秋水仙素处理单倍体幼苗,从而获得纯合的二倍体植株;⑤处常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,以诱导染色体数目加倍。
(3)④⑤的育种原理分别是什么
提示:④的育种原理为染色体变异,⑤的育种原理为染色体变异。
归纳提升
1.单倍体育种和多倍体育种的过程
(1)单倍体育种
(2)多倍体育种
2.单倍体育种和多倍体育种的比较
比较项目 单倍体育种 多倍体育种
原理 染色体数目以染色体组的形式成套减少 染色体数目以染色体组的形式成倍增加
常用 方法 花药离体培养,然后进行人工诱导染色体加倍(秋水仙素处理幼苗,或低温诱导植物染色体数目加倍),形成纯合体 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗(或低温诱导植物染色体数目加倍)
优点 明显缩短育种年限 果实大,营养物质含量较高
缺点 技术较复杂,需与杂交育种配合 适用于植物,在动物方面难以操作
说明:(1)单倍体育种一般应用于二倍体植株,因为若为四倍体植株,通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合体。
(2)用秋水仙素处理植株,使染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,叫单倍体育种;若操作对象为正常植株,叫多倍体育种。
3.无子西瓜培育过程中的4个易错点
(1)2次传粉
①第1次传粉是为了进行杂交获得三倍体种子。
②第2次传粉是为了刺激三倍体的子房发育成果实。
(2)秋水仙素处理后,新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍,有4个染色体组,而未处理的根细胞中仍只有2个染色体组。
(3)四倍体植株上结的西瓜,种皮和瓜瓤有4个染色体组,而种子的胚有3个染色体组。
(4)三倍体西瓜无子的原因:三倍体西瓜的原始生殖细胞在减数分裂过程中,染色体发生联会紊乱,不能产生正常配子。
典型例题
回答下列关于多倍体育种的有关问题。
(1)多倍体育种的原理是　　　　　　,育种方法中常使用　　　　　　诱导染色体数目加倍。
(2)多倍体植物生长过程中,细胞的表面积与体积比　　　　　　(填“增大”或“减小”)。
(3)在多倍体育种过程中,可通过　　　　　　　　　　　　　　方法(至少写出2种)判断所获得的植株为多倍体。
(4)某科研人员通过多倍体育种得到六倍体植株A,接着将植株A和植株B(二倍体)杂交得到异源四倍体植株C,则植株C上　　　　　　(填“能”或“不能”)结种子,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)染色体变异　秋水仙素
(2)减小
(3)光学显微镜观察染色体数、观察植株形态特征及生长发育状况等
(4)不能　植株C减数分裂时发生联会紊乱,不能产生可育配子
【变式训练】
1.下列关于单倍体和单倍体育种的叙述,正确的是(　　)。
A.单倍体植株的体细胞中只有1个染色体组
B.单倍体植株高度不育的原因是没有同源染色体或同源染色体发生联会紊乱
C.单倍体育种时,杂合体的花药均需筛选后再进行离体培养
D.花药离体培养过程就是单倍体育种过程
答案:B
解析:单倍体植株的体细胞中含有1个或多个染色体组,A项错误。单倍体植株没有同源染色体或同源染色体发生联会紊乱,故通常高度不育,B项正确。单倍体育种时,通常先进行花药离体培养,并用秋水仙素处理单倍体幼苗后再进行筛选,C项错误。单倍体育种过程包括花药离体培养和秋水仙素加倍处理,D项错误。
2.人类目前所食用的香蕉均来自三倍体香蕉植株,图Z5-3-12表示三倍体香蕉的培育过程。下列相关叙述正确的是(　　)。
图Z5-3-12
A.无子香蕉的培育过程主要运用了基因重组的原理
B.图中染色体加倍的主要原因是有丝分裂前期纺锤体不能形成
C.二倍体与四倍体杂交能产生三倍体,三倍体香蕉不能进行减数分裂
D.若图中有子香蕉的基因型为AAaa,则无子香蕉的基因型均为Aaa
答案:B
解析:无子香蕉的培育方法为多倍体育种,其原理是染色体变异,A项错误。题图中染色体数目加倍的原因是有丝分裂前期纺锤体的形成受阻,B项正确。二倍体与四倍体杂交虽然能产生三倍体,但三倍体在减数分裂过程中同源染色体发生联会紊乱,不易形成正常生殖细胞,C项错误。若图中有子香蕉的基因型为AAaa,则相应的野生芭蕉的基因型为Aa,基因型为AAaa的四倍体与基因型为Aa的二倍体杂交,后代无子香蕉的基因型有Aaa、
AAA、AAa、aaa 4种情况,D项错误。
[素养提升]
“三体”的成因及育性
1.三体:二倍体生物体细胞核中的一对同源染色体多出一条染色体,称之为“三体”。属于染色体数目变异中个别染色体数目的增加,其染色体组成可以表示为2N+1,常见的如21三体综合征,就是21号染色体多了一条。
2.形成原因:减数分裂时同源染色体不联会、不分离或姐妹染色单体不分离,产生的不正常的配子(N+1)和正常的配子(N)结合形成。
3.可育性
在减数第一次分裂后期,配对的2条同源染色体各移向细胞两极,而额外的一条染色体随机分配到其中一极,所以从染色体数目上分析,三体生物可产生2种不同的配子,即正常的(N)与不正常的(N+1),这两种配子的比例为1∶1,这些配子与正常配子结合发育成的后代中有正常个体,也有三体个体;从基因型方面分析,杂合的三体可产生4种配子,如AAa能产生的配子种类和比例为AA∶A∶Aa∶a=1∶2∶2∶1,同理,若基因型为Aaa,产生的配子也为4种,比例为A∶Aa∶a∶aa=1∶2∶2∶1。
果蝇的染色体组如图Z5-3-13所示。Ⅳ号染色体多一条的个体称为Ⅳ-三体,这样的个体均能正常生活,而且可以繁殖后代。三体在减数分裂时,3条同源染色体中的任意2条配对联会并正常分离,另一条染色体随机移向细胞一极,各种配子的形成机会和可育性相同。请分析回答下列问题。
图Z5-3-13
(1)Ⅳ-三体雄果蝇在减数分裂时可产生　　　种配子,次级精母细胞中含Y染色体的数目是　　　　　　。
(2)野生型果蝇(EE)经基因突变可形成无眼果蝇(ee),该等位基因位于Ⅳ号染色体上,据此回答以下问题。(注:实验中亲本无眼果蝇的染色体组成均正常)
①基因E和e的根本区别是　　　　　　　　　　　　　　　。
②将无眼果蝇与野生型Ⅳ-单体果蝇杂交,子一代的表型及比例为　　　　　　　　　　　　。
③将无眼果蝇与野生型Ⅳ-三体果蝇杂交,子一代中正常∶三体等于　　　　　　。
子一代中的Ⅳ-三体雌果蝇产生的配子种类和比例是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)4　0、1、2
(2)脱氧核糖核苷酸序列不同　野生型∶无眼=1∶1　1∶1　EE∶Ee∶E∶e=1∶2∶2∶1
解析:(1)三体果蝇比正常果蝇多一条染色体,先考虑常染色体,可形成2种类型的配子,再考虑性染色体,可形成2种类型的配子,则一共形成4种类型的配子。由于初级精母细胞中同源染色体两两分离,则次级精母细胞中可能含有0或1个Y染色体,减数第二次分裂后期,着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,染色体数目加倍,所以次级精母细胞中Y染色体数目还可能是2个。
(2)不同基因的根本区别体现在脱氧核糖核苷酸序列不同;无眼果蝇基因型是ee,野生型Ⅳ-单体果蝇基因型是E,二者杂交子一代基因型是Ee和e,表型是野生型和无眼,比例为1∶1;野生型Ⅳ-三体果蝇基因型是EEE,与无眼果蝇杂交,子一代基因型是EEe和Ee,正常与三体比例为1∶1,子一代中的Ⅳ-三体雌果蝇基因型是EEe,产生的配子种类有4种:EE、Ee、E、e,比例为1∶2∶2∶1。
课堂小结
本 课 结 束