人教生物(2019版)必修2教学案：5-2 染色体变异（含解析）

人教生物(2019版)必修2教学案
5-2 染色体变异
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
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.染色体数目变异包括细胞内个别染色体的增加或减少及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。 2.染色体结构的变异包括缺失、重复、易位和倒位等几种类型。 3.染色体结构变异会使染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。 4.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。
【主干知识梳理】
一、染色体数目的变异
1．染色体变异：生物体的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
(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
①方法：用秋水仙素诱发或用低温处理。
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，从而引起细胞内染色体数目加倍。
6．单倍体
(1)概念：体细胞中的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。
二、染色体结构的变异
1．将下列染色体变异类型、图示和解释连线。
2．结果
(1)使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。
(2)大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。
【教材微点发掘】
1．观察下列图示，填出变异类型：
(1)甲、乙、丙、丁所示变异类型分别属于缺失、重复、倒位、基因突变。
(2)可在显微镜下观察到的是甲、乙、丙。
(3)基因数目和排列顺序未变化的是。
2．下图表示两种变异类型，据图回答有关问题：
(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)图1和图2发生的变异类型分别是染色体结构变异中的“易位”、互换型基因重组。
教材问题提示
(一)问题探讨(教材第87页)
1．从上到下依次填写：12、12、11、异常。
2．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，进而形成种子。
3．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？
(二)探究·实践(教材第89页)
秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍，可能都与抑制纺锤体的形成有关，着丝粒分裂后没有纺锤体的牵引作用，因而不能将染色体拉向细胞的两极，导致细胞中的染色体数目加倍。
新知探究(一)　染色体数目变异
【探究·深化】
[问题驱动]　
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。
[重难点拨]　
1．染色体组的特点
2．染色体组数的判断方法
(1)根据染色体形态判断
①依据：细胞中形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
②实例：如下图所示的细胞中，形态相同的染色体a中有4条，b中有3条，c中两两相同，d中各不相同，则可判定它们分别含4个、3个、2个、1个染色体组。
(2)根据基因型判断
①依据：控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组(每个染色体组内不含等位或相同基因)。
②实例：据图可知，e～h中依次含4、2、3、1个染色体组。
(3)根据染色体数和形态数的比值判断
①依据：染色体数与形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态的染色体有几条，即含几个染色体组。
②实例：果蝇体内该比值为8条染色体/4种形态＝2，则果蝇含2个染色体组。
3．单倍体、二倍体和多倍体的比较
项目 单倍体 二倍体 多倍体
染色体组 一个或多个 两个 三个或三个以上
来源 配子发育 受精卵发育 受精卵发育
特点 植株弱小， 高度不育 正常 茎秆粗壮，叶、果实、种子较大，营养物质多，发育延迟，结实率低
实例 玉米、水稻的单倍体 几乎全部动物和过半数的高等植物 香蕉、普通小麦
【典题·例析】
[典例1]　下列a～h所示的细胞图中，有关它们所含染色体组的叙述，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
[解析]　形态、功能各不相同的染色体组成一个染色体组。由图分析可知，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图中染色体形态各不相同，则含有一个染色体组；e、f图含有四个染色体组。故选C。
[答案]　C
[典例2]　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
[解析]　染色体组是指细胞中一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，A正确；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，B、C正确，D错误。
[答案]　D
易错提醒—————————————————————————————————
对单倍体认识的三个易错点
(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。
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【应用·体验】
1．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
解析：答案：C　一个染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异，B、D正确；二倍体植物的配子是经减数分裂产生的，配子中只含有一个染色体组，A正确；雌雄同体的高等植物，如水稻、豌豆等没有性染色体，C错误。
2．蜜蜂种群中雌蜂是二倍体，雄蜂是单倍体。如图是蜜蜂某些细胞分裂示意图(图示为部分染色体)，下列判断正确的是(　　)
A．两图所示细胞中都有2个染色体组
B．两图所示细胞中的染色单体数分别是8条和4条
C．如果图2所示细胞分裂是有丝分裂，则该细胞应来自雄蜂
D．基因型为AD的雄蜂不可能是由图1细胞分裂后形成的卵细胞发育来的
解析：答案：B　两图所示细胞中，每一形态的染色体各有2条，表明都有2个染色体组，A正确；图1、2所示细胞中的染色单体数分别是8条和0条，B错误；雄蜂是单倍体，体细胞中不含同源染色体，而图2所示细胞也不含同源染色体，因此，如果图2所示细胞分裂是有丝分裂，则该细胞应来自雄蜂，C正确；雄蜂是由卵细胞直接发育而来的，图1所示细胞呈现的特点是同源染色体分离，且细胞质进行不均等分裂，为处于减数分裂Ⅰ后期的初级卵母细胞，该初级卵母细胞分裂后最终形成的卵细胞的基因型为ad，因此基因型为AD的雄蜂不可能是由图1细胞分裂后形成的卵细胞发育来的，D正确。
新知探究(二)　染色体结构的变异
【探究·深化】
[问题驱动]　
结合染色体结构变异图解分析以下问题：
(1)细胞中基因数目改变的有哪些类型？
提示：①缺失和②重复。
(2)染色体上基因的数目不变，排列顺序改变的是哪种类型？
提示：③倒位。
(3)染色体上基因的数目和排列顺序均改变，但细胞中基因数目不变的是哪种类型？
提示：④易位。
[重难点拨]　
1．染色体易位与互换的比较
染色体易位 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
【典题·例析】
[典例1]　大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上。某个体测交后代表现型及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化＝1∶1∶1∶1。该个体最可能发生了下列哪种染色体结构变异(　　)
[解析]　分析题意可知：大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上，两对等位基因为连锁关系，正常情况下，测交结果只能出现两种表现型，但题干中某个体测交后代表现型及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化＝1∶1∶1∶1，类似于基因自由组合定律的结果，推测该个体可产生四种数目相等的配子，且控制两对性状的基因遵循自由组合定律，即两对等位基因被易位到两条非同源染色体上，C正确。
[答案]　C
[典例2]　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
[解析]　①为染色体结构变异中的易位，②为染色体结构变异中的倒位，③是染色体片段的缺失或重复，④为个别染色体数目增加。
[答案]　C
归纳拓展—————————————————————————————————
从四个方面区分三种变异
(1)“互换”方面：同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换，属于基因重组；非同源染色体之间的互换，属于染色体结构变异中的易位。
(2)“缺失”方面：DNA分子上若干基因的缺失属于染色体变异；DNA分子的基因片段中若干碱基对的缺失，属于基因突变。
(3)变异的水平方面：基因突变、基因重组属于分子水平的变化，光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变化，光学显微镜下可以观察到。
(4)变异的“质”和“量”方面：基因突变改变基因的“质”，不改变基因的“量”；基因重组不改变基因的“质”，一般也不改变基因的“量”；染色体变异不改变基因的“质”，但会改变基因的“量”或改变基因的排列顺序。
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【应用·体验】
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．染色体之间发生的片段交换属于染色体结构变异
B．基因突变与染色体结构变异通常都用光学显微镜观察
C．若某植株的基因型为BB，则该植株产生的突变体的基因型只能为Bb
D．X射线照射不仅会引起基因突变，也会引起染色体结构变异
解析：答案：D　同源染色体的非姐妹染色单体之间的片段交换属于基因重组，A错误；基因突变在光学显微镜下不能观察到，染色体结构变异可用光学显微镜观察到，B错误；基因突变是不定向的，因此该植株产生的突变体的基因型可能是Bb、Bb1、Bb2等，C错误；X射线照射不仅会引起基因突变，也会引起染色体结构变异，D正确。
2．如图甲、乙两个体的一对同源染色体中各有一条发生变异(字母表示基因)。下列叙述正确的是(　　)
A．个体甲的变异对表型无影响
B．个体乙的细胞在减数分裂时形成的四分体异常
C．个体甲自交的后代，性状分离比为3∶1
D．个体乙染色体没有基因缺失，表型无异常
解析：答案：B　个体甲的变异为染色体结构变异中的缺失，缺失了e基因对表型可能有影响，A错误；个体乙的变异为染色体结构变异中的倒位，变异后个体乙的细胞在减数分裂时同源染色体联会形成的四分体异常，B正确；若E、e基因与其他基因共同控制某种性状，则个体甲自交的后代中性状分离比不一定为3∶1，C错误；个体乙虽然染色体没有基因缺失，但是基因的排列顺序发生改变，可能引起性状的改变，D错误。
新知探究(三)　单倍体育种和多倍体育种
【探究·深化】
[问题驱动]　
下图表示用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，据图分析：
(1)F1能产生几种雄配子？
提示：F1的基因型是DdTt，能产生四种雄配子：DT、dT、Dt、dt。
(2)过程③是哪种处理？其原理是什么？
提示：过程③是花药离体培养；原理是细胞的全能性。
(3)过程④是哪种处理？处理后符合要求的植株占的比例是多少？
提示：过程④是用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗。处理后符合要求的基因型为ddTT的个体，所占的比例为1/4。
[重难点拨]　
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、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：
(3)①优点：多倍体和二倍体相比，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。
②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a传粉是为了杂交得到三倍体种子，过程b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。
【典题·例析】
[典例1]　下列是无子西瓜培育的过程简图，有关叙述错误的是(　　)
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
[解析]　低温诱导和秋水仙素的作用原理相同，都是通过抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，使细胞染色体数目加倍。故选A。
[答案]　A
[典例2]　如图为利用玉米(2N＝20)的幼苗芽尖细胞(基因型BbTt)进行实验的流程示意图。下列有关分析错误的是(　　)
A．植株a为二倍体，其体细胞内最多有4个染色体组，植株c属于单倍体，其发育起点为配子
B．秋水仙素用于培育多倍体的原理是其能够抑制纺锤体的形成
C．基因重组发生在图中①过程，过程③中能够在显微镜下看到染色单体的时期是前期和中期
D．利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株b纯合的概率为100%
[解析]　植株a发育的起点是芽尖细胞，为二倍体，其体细胞在有丝分裂后期时最多有4个染色体组；植株c发育的起点是花药中的配子，先形成单倍体幼苗，再正常发育成单倍体植株，A正确。多倍体育种常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，原理是秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，使得染色体数目加倍，B正确。基因重组发生在图中②的减数分裂过程，过程③中能够在显微镜下看到染色单体的时期是前期和中期，C错误。利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株b纯合的概率为100%，D正确。
[答案]　C
易错提醒—————————————————————————————————
关于单倍体育种中的两个注意点
(1)单倍体育种一般应用于二倍体植物，因为若为四倍体植物，通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。
(2)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。
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【应用·体验】
1．某农科所通过如图所示的育种过程培育出了高品质的糯小麦(aaBB)。相关叙述正确的是(　　)
A．①过程中运用的遗传学原理是基因重组
B．②过程需要通过逐代自交来提高纯合率
C．①过程需要用秋水仙素处理萌发的种子
D．②过程提高了突变率从而缩短了育种年限
解析：答案：B　据图分析可知，①过程是单倍体育种，利用的原理是染色体数目变异，A错误；②过程是杂交育种，要想获得纯种，需要多代自交纯化，B正确；由二倍体获得的单倍体不可育，没有种子，应用秋水仙素处理单倍体幼苗，C错误；杂交育种依据的原理是基因重组，不能提高突变率和缩短育种年限，D错误。
2．果蝇的P元件是一段DNA序列，根据是否含有P元件，果蝇可分为M型品系(野生型)和P型品系(含P元件)。P元件仅在生殖细胞中可发生易位，造成染色体的多种畸变等异常，而导致F1性腺不发育，但F1具有正常的体细胞组织。P元件在细胞质中的翻译产物是一种蛋白因子，抑制P元件的易位。下列杂交中可导致F1不育的是(　　)
A．P型父本×P型母本
B．M型父本×P型母本
C．P型父本×M型母本
D．M型父本×M型母本
解析：答案：C　由题意分析可知，P型母本产生的卵细胞中含P元件，细胞质中有P元件的翻译产物，抑制了P元件的易位，使得P型父本×P型母本杂交产生的F1可育；P型母本产生的卵细胞中含P元件，细胞质中有P元件的翻译产物，抑制了P元件的易位，使得M型父本×P型母本的F1可育；P型父本产生的精子中含有P元件，且精子几乎没有细胞质，无P元件翻译产物的抑制作用，而M型母本不含P元件，无法抑制P元件的易位，导致F1不育；M型父本与M型母本都不含P元件，M型父本×M型母本杂交产生的F1可育。故选C。
科学探究——低温诱导植物细胞染色体数目的变化
(一)理清实验基础
1．实验流程及结论
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
质量分数为15%的盐酸 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，浸泡经固定的根尖 解离根尖细胞
清水 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
　　(二)归纳实验通法
1．掌握观察类实验操作流程
2．实验材料的生理状态归纳
(1)在物质(或结构)的分离、提取或检测实验中，一般要破碎细胞，因此这些实验中的细胞是死的。如检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质，绿叶中色素的提取和分离等。
(2)在观察植物细胞的有丝分裂、低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验中，因为需要解离，所以最初的活细胞在制作临时装片时会被杀死。
(3)对于观察细胞(或生物)生命活动的实验，实验材料在整个实验过程中都要保持活性。如观察叶绿体(和细胞质)的流动，探究植物细胞的吸水和失水，探究酵母菌细胞呼吸的方式。
【素养评价】
1．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
解析：答案：C　由于分裂间期持续时间最长，故观察细胞有丝分裂时，处于间期的细胞数目最多，A正确；低温可以诱导染色体数目加倍，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，B正确；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，C错误；低温与秋水仙素诱导染色体数目变化的原理都是抑制纺锤体的形成，D正确。
2．(2021·天津南开区高一月考)用质量分数为2%的秋水仙素处理植物分生组织5～6 h，能够诱导细胞内染色体加倍。某生物小组为了探究用一定时间的低温(如4 ℃)处理水培的洋葱根尖是否也能诱导细胞内染色体加倍进行了相关实验设计。下列关于该实验的叙述，错误的是(　　)
A．本实验的假设是用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖能够诱导细胞内染色体加倍
B．本实验可以在显微镜下观察和比较经过不同处理后根尖细胞内的染色体数目
C．本实验需要制作根尖细胞的临时装片，制作步骤是解离→漂洗→染色→制片
D．本实验可以看到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程
解析：答案：D　根据题干信息可知，该实验的目的是探究用一定时间的低温(如4 ℃)处理水培的洋葱根尖是否也能诱导细胞内染色体加倍，因此可以提出的实验假设是用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖能够诱导细胞内染色体加倍，A正确；根尖细胞内的染色体数目是可以在显微镜下观察到的，B正确；制作根尖细胞临时装片的步骤为解离→漂洗→染色→制片，C正确；由于在装片制作的解离步骤中已经将细胞杀死了，所以用显微镜观察时看不到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程，D错误。
3．四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。回答下列问题：
(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、显微镜、甲紫溶液。
(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。低温不可能使所有细胞的染色体数目加倍，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　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　醋酸洋红液　③秋水仙素　抑制纺锤体形成
[课时跟踪检测]
[理解·巩固·落实]
1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。
(1)染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化。(×)
(2)染色体易位不改变基因数量，不会对个体性状产生影响。(×)
(3)一个染色体组中一定没有等位基因。(√)
(4)体细胞中含有一个染色体组的生物是单倍体，含有两个染色体组的生物是二倍体。(×)
2．染色体结构变异会引起生物性状的变化，下列对生物性状变化原因的叙述，正确的是(　　)
A．染色体结构变异可以产生新基因
B．一定导致基因的数量发生变化
C．可能导致基因的排列顺序发生变化
D．使控制不同性状的基因发生基因重组
解析：答案：C　染色体结构变异不产生新基因，也不引起基因重组。染色体结构变异引起生物性状的变化，是因为它可能导致排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生变化。
3．下列关于染色体组的叙述，错误的是(　　)
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
解析：答案：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。故选D。
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
解析：答案：C　二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有四个染色体组，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，A、B错误；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，C正确；秋水仙素诱导染色体数目加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成，D错误。
5．用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)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，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
解析：答案：D　过程①表示杂交，其原理为基因重组，A错误；过程③常用的方法为花药离体培养，B错误；过程④使用秋水仙素或低温处理幼苗，因为单倍体高度不育，所以不产生种子，C错误；选出符合要求的基因型为ddTT的个体，所占比例为1/4，D正确。
6．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
解析：答案：A　由题干信息可知，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，所以高度不育，D正确。
7．洋葱是二倍体植物，体细胞中有16条染色体。某同学用低温诱导洋葱根尖细胞染色体数目加倍获得成功。下列相关叙述错误的是(　　)
A．该同学不会观察到染色体数目加倍的过程
B．低温诱导细胞染色体数目加倍时不可能发生基因重组
C．分生区同时存在染色体数为8、16、32、64的细胞
D．低温诱导染色体数目加倍的原理是抑制纺锤体的形成
解析：答案：C　制片时经过解离的细胞已经死亡，不会观察到染色体数目加倍的过程，A正确。低温诱导染色体数目加倍发生在有丝分裂中，基因重组发生在减数分裂过程中，B正确。分生区细胞有的含2个染色体组，有的含4个染色体组，但不可能出现8条染色体的情况，因为根尖细胞不能进行减数分裂，C错误。低温诱导染色体数目加倍的原理是抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极，导致染色体数目加倍，D正确。
8．某植株的基因型为AaBb，其中A和b基因控制的性状对提高产量是有利的。利用其花粉进行单倍体育种，过程如图所示，下列相关分析正确的是(　　)
花粉植株A植株B
A．通过过程①得到的植株A全为纯合子
B．过程②可用适当的低温处理，低温作用时期为有丝分裂间期
C．若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4
D．该育种方法的优点是缩短育种年限，原理是基因重组
解析：答案：C　根据题意可知，该植株为二倍体。过程①为花药离体培养，通过过程①得到的植株A为单倍体，过程②是诱导染色体数目加倍，通过过程②得到的植株B全为纯合子，A错误；过程②可用适当的低温诱导处理，低温作用的原理是抑制纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍，因此其作用时期为有丝分裂前期，B错误；基因型为AaBb的植株产生AB、Ab、aB、ab四种花粉，则植株A也是这四种基因型，植株B的基因型为AABB、AAbb、aaBB、aabb，由于A和b基因控制的性状对提高产量是有利的，所以符合要求的类型是AAbb，占1/4，C正确；该育种方法是单倍体育种，其优点是明显缩短育种年限，原理是染色体数目变异，D错误。
9．用甲、乙(均为二倍体生物)两个品种进行如图所示的育种。下列相关叙述错误的是(　　)
A．①过程是杂交，目的是集中亲本双方的优良基因
B．若④过程使用的花药在甲、乙两个品种的植株上采集，则达不到实验目的
C．⑤过程中是用秋水仙素处理戊萌发的种子或幼苗获得己植株
D．戊、己植株细胞中的染色体数目不相同，但形态相同
解析：答案：C　①过程是杂交，目的是集中亲本双方的优良基因，A正确；若④过程使用的花药是在甲、乙两个品种的植株上采集的，不能采集到需要的基因组合，则达不到实验目的，B正确；⑤过程中可用秋水仙素处理戊幼苗获得己植株，而不是萌发的种子，C错误；己植株是由戊幼苗细胞染色体数目加倍后得到的植株，所以它们细胞中的染色体数目不相同，但形态相同，D正确。
10．如图为豌豆某条染色体部分基因的排布示意图，①②③④分别代表四个基因序列，最短的序列包括2 000个碱基对。下列相关叙述正确的是(　　)
A．如果①基因序列整体缺失，则最有可能发生了基因突变
B．如果在射线诱导下②与③发生了位置互换，则属于基因重组
C．②基因序列中的某个碱基发生替换，但未引起性状的改变，也属于基因突变
D．如果③基因序列中缺失了20个碱基对，则属于染色体结构变异
解析：答案：C　如果①基因序列整体缺失，最有可能发生了染色体结构变异，A错误；同一条染色体上的基因排列顺序改变，属于染色体结构变异(倒位)，B错误；发生在基因内部的碱基排列顺序的改变都是基因突变，但由于密码子具有简并性等原因，基因突变不一定会导致性状的改变，C正确；基因内部碱基缺失属于基因突变，D错误。
11．如图是培育三倍体西瓜的流程图，请据图回答问题：
(1)用秋水仙素处理____________，可诱导多倍体的产生，因为它们的某些细胞具有________的特征，秋水仙素的作用是____________________________________________
____________________________。
(2)三倍体植株需要授以二倍体的成熟花粉，这一操作的目的是_____________________
___________________________________________________。
(3)四倍体母本上结出的三倍体西瓜，其果肉细胞为______倍体，种子中的胚为________倍体。三倍体植株不能进行减数分裂的原因是________________________________________
__________________________________________________________________________。
(4)三倍体西瓜高产、优质，这些事实说明染色体组倍增的意义是____________________
____；上述过程需要的时间为________。
(5)育种过程中，三倍体无子西瓜偶尔有少量子。请从染色体组的角度解释，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)三倍体无子西瓜的性状________(填“能”或“不能”)遗传，请设计一个简单的实验验证你的结论，并做出实验结果的预期。
解析：(1)用秋水仙素诱导多倍体形成，处理对象多是萌发的种子或幼苗，萌发的种子和幼苗的分生组织细胞具有分裂旺盛的特征，秋水仙素的作用机理是抑制细胞分裂前期纺锤体的形成。(2)给三倍体植株授以二倍体的成熟花粉的目的是刺激子房生长，调控无子果实的发育。(3)四倍体母本上结出的三倍体西瓜，其果肉是由四倍体的子房壁发育而来的，细胞内含有四个染色体组。种子中的胚是由二倍体产生的花粉与四倍体产生的卵细胞融合形成的受精卵发育而来的，细胞内含有三个染色体组。由于三倍体植株细胞内不含成对的同源染色体，故在减数分裂Ⅰ时联会紊乱，不能形成正常的配子。(4)染色体组的倍增可以促进基因效应的增强，这是三倍体西瓜高产、优质的主要原因。(5)若三倍体西瓜在减数分裂Ⅰ过程中，一个染色体组的全部染色体移向细胞一极，另外两个染色体组的全部染色体移向细胞另一极，则可以形成正常的配子。(6)三倍体西瓜的无子性状是由遗传物质的改变引起的，该性状能够遗传，但需要通过无性生殖的方式来实现，如植物组织培养、嫁接等。
答案：(1)萌发的种子或幼苗　分裂旺盛　抑制细胞(分裂前期)形成纺锤体　(2)通过授粉刺激子房的生长，调控无子果实的发育
(3)四　三　同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子　(4)促进基因效应的增强　两年　(5)三倍体西瓜减数分裂过程中，一个染色体组的全部染色体正好被纺锤丝拉向细胞的一极，另两个染色体组的全部染色体正好被纺锤丝拉向细胞的另一极，碰巧产生了正常的配子
(6)能　实验：将三倍体无子西瓜果皮的任意一部分进行植物组织培养(或无性繁殖)，观察果实中是否有种子。预期结果：成活长大后的植株仍然不能结出有子果实。
[迁移·应用·发展]
12．野生猕猴桃是一种多年生的富含维生素C的二倍体(2N＝58)小野果。如图是某科研小组利用基因型为AA的野生猕猴桃植株经不同育种途径获得的植株甲、乙和丙。植株甲是三倍体，植株乙是二倍体，植株丙是单倍体，①～⑦表示各种处理方法。下列说法正确的是(　　)
A．①和⑦可使用秋水仙素处理来实现
B．过程②③体现了基因突变的定向性
C．植株甲中基因型为AAa的体细胞中染色体数目为87
D．过程⑤形成花药时发生了基因重组
解析：答案：C　①诱导染色体加倍可用低温或秋水仙素处理，⑦是花药离体培养获得单倍体植株，是植物的组织培养技术，染色体不加倍，不需要用秋水仙素处理，A错误；过程②③是用物理、化学或者生物因素诱导基因突变，基因突变具有不定向性，B错误；植株甲是三倍体，体细胞中染色体数目是3×29＝87，C正确；非等位基因在减数分裂形成配子时会自由组合导致基因重组。Aa是一对等位基因，在减数分裂形成配子时会彼此分离，所以⑤形成花药时不会发生基因重组，D错误。
13．三倍体牡蛎(3n＝30)肉鲜味美，素有“海的玄米”之称。三倍体牡蛎培育的过程：用适宜浓度的6 二甲氨基嘌呤(6 DMAP)诱导二倍体牡蛎(2n＝20)处于减数分裂Ⅱ的次级卵母细胞，抑制其第二极体的释放，然后让该细胞与二倍体牡蛎的精子结合获得三倍体牡蛎。下列相关叙述错误的是(　　)
A．养殖的三倍体牡蛎会繁殖出三倍体子代牡蛎
B．二倍体牡蛎在减数分裂过程中可形成10个四分体
C．三倍体牡蛎的培育利用的原理是染色体数目的变异
D．三倍体牡蛎体细胞在有丝分裂后期能观察到60条染色体
解析：答案：A　三倍体因为原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时会出现联会紊乱，因此不能形成可育的配子，所以养殖的三倍体牡蛎不能繁殖出三倍体子代牡蛎，A错误；二倍体牡蛎(2n＝20)有10对同源染色体，在减数分裂过程中同源染色体联会，能形成10个四分体，B正确；三倍体牡蛎的染色体数目以染色体组的形式成倍地增加，所以培育利用的原理是染色体数目的变异，C正确；三倍体牡蛎的体细胞中有30条染色体，所以在有丝分裂后期，染色体数目加倍，能观察到60条染色体，D正确。
14．几种性染色体异常果蝇的性别、育性(可育或不可育)等如图所示。回答下列问题：
(1)正常果蝇在减数分裂Ⅰ中期的细胞内染色体组数为________，在减数分裂Ⅱ后期的细胞中染色体数是________条。
(2)白眼雌果蝇(XrXrY)最多能产生Xr、XrXr、________和________4种类型的配子。该果蝇与红眼雄果蝇(XRY)杂交，子代中红眼雌果蝇的基因型为________。
(3)用黑身白眼雌果蝇(aaXrXr)与灰身红眼雄果蝇(AAXRY)杂交，F1雌果蝇表现为灰身红眼，雄果蝇表现为灰身白眼。F1自由交配得到F2，F2中灰身红眼与黑身白眼果蝇的比例为________，从F2灰身红眼雌果蝇和灰身白眼雄果蝇中各随机选取一只杂交，子代中出现黑身白眼果蝇的概率为________。
(4)以红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本杂交，在F1群体中发现一只白眼雄果蝇(记为“M”)。出现M果蝇的原因有3种可能，第一种是环境改变引起表型变化，但基因型未变；第二种是亲本果蝇____________________；第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时______________________________。请设计简便的杂交实验，确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。
实验步骤：__________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
结果预测：
Ⅰ.若______________________________________，则为第一种情况；
Ⅱ.若______________________________________，则为第二种情况；
Ⅲ.若______________________________________，则为第三种情况。
解析：(1)正常果蝇是二倍体，每个染色体组含有4条染色体。减数分裂Ⅰ中期，染色体已复制，但数目未变，故此时染色体组数为2。减数分裂Ⅰ形成的子细胞中染色体数目减半，减数分裂Ⅱ后期，由于着丝粒分裂，姐妹染色单体分离，染色体数目加倍，为8条。(2)基因型为XrXrY的个体中含有三条同源染色体，在减数分裂Ⅰ后期，同源染色体分离，随机移向细胞的两极，所以最多能产生Xr、XrXr、XrY和Y 4种类型的配子。该果蝇与红眼雄果蝇(XRY)杂交，子代中红眼雌果蝇的基因型为XRXr、XRXrY。(3)黑身白眼雌果蝇(aaXrXr)×灰身红眼雄果蝇(AAXRY)→F1(AaXRXr、AaXrY)，F1自由交配得到F2，F2中灰身红眼果蝇(A_XRXr、A_XRY)所占比例为3/4×1/2＝3/8，黑身白眼果蝇(aaXrXr、aaXrY)所占比例为1/4×1/2＝1/8，两者的比例为3∶1。从F2灰身红眼雌果蝇(A_XRXr)和灰身白眼雄果蝇(A_XrY)中各随机选取一只杂交，子代中出现黑身果蝇(aa)的概率为2/3×2/3×1/4＝1/9；出现白眼果蝇(XrXr、XrY)的概率为1/2，因此子代中出现黑身白眼果蝇的概率为1/9×1/2＝1/18。(4)以红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本杂交，在F1群体中发现一只白眼雄果蝇(记为“M”)，出现M果蝇有3种可能原因，一是环境改变引起表型变化，但基因型未变，二是亲本果蝇发生了基因突变，产生了基因型为Xr的卵细胞，三是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体未分离，形成了不含性染色体的卵细胞。3种可能情况下，M果蝇的基因型分别为XRY、XrY、XrO。因此，本实验可以用M果蝇与正常白眼雌果蝇(XrXr)杂交，统计子代果蝇的眼色。第一种情况下，XRY与XrXr杂交，子代雌性果蝇全部为红眼，雄性果蝇全部为白眼；第二种情况下，XrY与XrXr杂交，子代全部是白眼；第三种情况下，XrO不育，因此与XrXr杂交，没有子代产生。
答案：(1)2　8　(2)XrY　Y　XRXr、XRXrY
(3)3∶1　1/18　(4)发生了基因突变　X染色体未分离　M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交，分析子代的表型　Ⅰ.子代雌性果蝇全部为红眼，雄性果蝇全部为白眼　Ⅱ.子代表型全部为白眼　Ⅲ.无子代产生