5.2 染色体变异的学案

5.2染色体变异学案
【学习目标】
1.说出染色体组、二倍体、多倍体和单倍体的概念。
2.描述单倍体育种和多倍体育种的原理和操作过程。
3.进行低温诱导植物染色体数目变化的实验。
4.阐明染色体结构变异的类型和结果。
【学习重难点】
1、教学重点
（1）染色体变异的类型及应用。。
（2）染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的判断
2、教学难点
（1）染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的判断
（2）染色体变异的类型。
【预习新知】
染色体数目的变异
一、染色体数目的变异
1.染色体变异的概念及种类
（1）概念：生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数且或结构的变化。
（2）种类：染色体数且的变异和染色体结构的变异。
2.染色体数目变异的类型
（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.染色体组的概念
在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，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。
4.二倍体
由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫作二倍体。在自然界中，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。
5.多倍体
（1）多倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
（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，也存在结实率低，晚熟等缺点。
（3）人工诱导（多倍体育种）
①方法：用低温处理或用秋水仙素诱发等。
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）实例：蜜蜂中的雄蜂，单倍体的农作物。
（3）特点：与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
（4）应用——单倍体育种
①方法
②优点：明显缩短育种年限。
二、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。
2.实验步骤与现象
（1）实验步骤
（2）现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数且发生改变的细胞。
3.注意事项
（1）在显微镜下观察到的细胞已经死亡，不能观察到细胞中染色体数目的变化过程。
（2）选材只能是分生区细胞，不能进行细胞分裂的细胞不会出现染色体数目的变化。
染色体结构的变异
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 ______
易位 染色体的某一片段移接到另一条____________上 ______
缺失 染色体中某一片段缺失 ______
重复 染色体中增加某一片段 ______
2.结果
(1)染色体上的基因的____________发生改变。
(2)大多数对生物体是________的，有时甚至会导致生物体死亡。
【易错提示】
（1）单倍体的体细胞中一定只含一个染色体组（ ）
（2）体细胞中含有两个染色体组的个体一定是二倍体（ ）
（3）单倍体经一次秋水仙素处理，可得到二倍体或多倍体（ ）
（4）单倍体育种中，可用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗（ ）
（5）二倍体西瓜幼苗的基因型为Aa，则用秋水仙素处理后形成的四倍体为纯合子（ ）
（6）二倍体水稻和四倍体水稻杂交，可获得三倍体，稻穗和籽粒变小（ ）
（7）秋水仙素可抑制纺锤体的形成，导致有丝分裂后期着丝粒不能正常分裂，所以细胞不能分裂，从而使细胞染色体数目加倍（ ）
答案：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）×（6）×（7）×
解析：（1）、（2）单倍体是由配子发育而来的个体，可能含一个染色体组或多个染色体组。（4）单倍体植株可能高度不育，不能形成种子，所以单倍体育种中，只能用秋水仙素处理单倍体幼苗。
（5）Aa经秋水仙素处理后形成的四倍体为AAaa，它是杂合子。
（6）三倍体不可育，无法获得籽粒。
（7）纺锤体的有无，不影响着丝粒一分为二。
【深化探究】
一、染色体数目变异与生物育种
1．多倍体育种
(1)育种原理：染色体(数目)变异。
(2)处理材料：萌发的种子或幼苗。
(3)处理方法：用秋水仙素或低温处理。
分裂的细胞抑制纺锤体形成染色体不能移向细胞两极，使染色体数目加倍
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育。
培育过程：
①两次传粉
②三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
2．单倍体育种
(1)原理：染色体(数目)变异。
(2)方法
(3)优点：所得个体均为纯合子，明显缩短育种年限。
(4)缺点：需和杂交育种配合使用，技术复杂。
特别提醒：
(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，不能简单地认为花药离体培养就是单倍体育种的全部。
(2)“可遗传变异”≠“可育”：三倍体无子西瓜、骡子、二倍体的单倍体等均表现“不育”，但它们均属于可遗传变异——其遗传物质已发生变化，若将其体细胞培养为个体，则可保持其变异性状——这与仅由环境引起的不可遗传变异有着本质区别。
二、染色体结构变异
1．染色体结构变异与基因突变
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
发生变化的基因的数目 1个或多个 1个
变异水平 细胞 分子
光镜检测 可见 不可见
2.易位与互换的比较
项目 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
特别提醒：
(1)DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加)，属于染色体结构变异。
(2)DNA分子上若干碱基的缺失、增添，属于基因突变。
三、低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1．实验原理
低温可抑制纺锤体的形成，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。
2．方法步骤
根尖培养：将蒜(或洋葱)在冰箱冷藏室内(4 ℃)放置一周。取出后将蒜等材料放在装满清水的容器上方，底部接触水面，置于室温(约25 ℃)进行培养，使之生根
低温诱导：等不定根长至1 cm时，将整个装置放入冰箱冷藏室内(4 ℃)，诱导培养48～72 h
材料固定：剪取根尖约0.5～1 cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h，固定其形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次
制作装片：解离→漂洗→染色→制片(同观察植物细胞的有丝分裂)
观察：先用低倍镜观察，找到变异细胞，再换用高倍镜观察
3．实验现象：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。
特别提醒：低温诱导染色体加倍实验中的理解误区
(1)显微镜下观察到的是死细胞，而不是活细胞：植物细胞经卡诺氏液固定后细胞死亡。
(2)选择材料不能随意：误将低温处理“分生组织细胞”等同于“任何细胞”。因为染色体数目变化发生在细胞分裂时，处理其他细胞不会出现染色体加倍的情况。
(3)低温处理的理解误区：误认为低温处理时间越长越好。低温处理的目的只是抑制纺锤体形成，使染色体不能被拉向两极。如果低温持续时间过长，会影响细胞的各项功能，甚至死亡。
(4)着丝粒分裂不是纺锤丝牵引的结果：误将“抑制纺锤体形成”等同于“着丝粒不分裂”。着丝粒是自动分裂，不需要纺锤丝牵引。纺锤丝牵引的作用是将染色体拉向两极。
【巩固训练】
1.基因突变、基因重组和染色体变异的共同点是( )
A.产生了新的基因 B.产生了新的基因型
C.都属于可遗传变异 D.改变了基因的遗传信息
2.下列有关低温诱导染色体数目变化的实验操作中，描述不正确的是( )
A.用甲紫染色观察低温诱导的植物染色体数目变化
B.需用卡诺氏液固定细胞形态，然后用酒精冲洗2次
C.低温诱导染色体加倍实验中，将大蒜根尖制成装片后再进行低温处理
D.低温诱导大蒜根尖时间过短，可能导致难以观察到染色体加倍的细胞
3.中国科学家通过过程甲（如图所示）创建出国际首例人造单染色体酵母细胞（SY14酵每菌）。端粒是线形染色体末端的保护结构（染色体内部不含有），天然酿酒酵母（一倍体）具有32个端粒。下列叙述正确的是( )
A.SY14酵母菌只有1个端粒
B.过程甲只发生了染色体数目变异
C.SY14酵母菌的染色体DNA中不含多对等位基因
D.过程甲中染色体三维结构发生巨变，基因都无法表达
4.下列关于基因突变、基因重组和染色体变异的相关叙述，正确的是( )
A.基因突变只有发生在生殖细胞中，突变的基因才能遗传给下一代
B.基因重组既可以发生在染色单体上，也可以发生在非同源染色体之间
C.格里菲思肺炎链球菌转化实验中R型细菌转化成S型细菌依据的遗传学原理是染色体变异
D.猫叫综合征是人的5号染色体缺失引起的遗传病，属于染色体结构变异
5.某男孩的18号染色体中的一条染色体变成环状,环状染色体的形成如图所示。不考虑其他变异,下列说法正确的是( )
A.该环状染色体可用显微镜进行观察
B.该男孩的染色体数目与正常人相同
C.染色体的环化必定伴随着基因突变
D.环状染色体可能由父方染色体形成
参考答案
1.答案：C
解析：只有基因突变能产生新基因，A错误。基因重组不能产生新基因，但能产生新的基因型，B错误。三者都是遗传物质改变而引起的变异，都属于可遗传的变异，C正确。只有基因突变是基因结构的改变，基因重组与染色体变异不改变基因所携带的遗传信息，D错误。
2.答案：C
解析：甲紫可将染色体染色，因此可用甲紫染色观察低温诱导的植物染色体数目变化，A正确；“低温诱导植物染色体数目的变化”实验中，剪取诱导处理的根尖，放入卡诺氏液中浸泡，以固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次，B正确；低温诱导染色体数目变化实验中，应该先对大蒜根尖进行低温处理，然后再制成装片，C错误；低温诱导大蒜根尖时间过短，不能很好地抑制纺锤体的形成，所以可能导致难以观察到染色体加倍的细胞，D正确。
3.答案：C
解析：根据天然酿酒酵母（一倍体）有16条染色体，共具有32个端粒可推知，每1条染色体的两端各有1个端粒，SY14酵母菌只有1条巨大染色体，应有2个端粒，A错误；过程甲中16条染色体拼接成1条巨大染色体，发生了染色体数目变异和染色体结构变异，B错误；一倍体酿酒酵母只有1个染色体组，不具有同源染色体，也不具有等位基因，故染色体拼接后形成的SY14酵母菌的染色体DNA中不含多对等位基因，C正确；过程甲中染色体三维结构发生了巨变，但SY14酵母菌仍具有生物活性，说明有些基因仍能正常表达， D错误。
4.答案：BD
解析：发生基因突变的生殖细胞可通过有性生殖将变异遗传给下一代，植物发生在体细胞中的基因突变可通过无性繁殖遗传给下一代，A错误；基因重组包括同源染色体的非姐妹染色单体间的片段互换型和非同源染色体之间自由组合，B正确；格里菲思肺炎链球菌转化实验中R型细菌转化成S型细菌依据的遗传学原理是基因重组，C错误；猫叫综合征是人的5号染色体部分缺失引起的遗传病，属于染色体结构变异，D正确。
5.答案：ABD
解析：图示为18号染色体中的一条染色体变成环状,该过程中染色体末端有片段丢失,属于染色体结构变异,通过碱性染料染色可以在显微镜下观察到环状的染色体,A正确;图中只发生了染色体结构变异,没有发生染色体数目变异,故该男孩的染色体数目与正常人相同,B正确;染色体的环化不一定改变基因结构,所以不一定伴随基因突变,C错误;环状染色体可能由来自父方或母方的染色体形成,D正确。