2023-2024学年高一生物人教版（2019）必修第二册 学案 5.2 染色体变异

第2节　染色体变异
【学习目标】
1.准确理解染色体组的概念,比较二倍体、多倍体和单倍体的区别。(科学思维)
2.通过实例归纳单倍体、多倍体的概念及特点,理解相应育种方法利用了染色体数目变异的原理,认同单倍体育种可以明显缩短育种年限的优点。(生命观念、科学思维、社会责任)
3.掌握低温诱导植物细胞染色体数目的变化实验。(科学探究)
4.对比分析,理解染色体缺失、重复、倒位和易位可以引起染色体上基因的数目或排列顺序的改变,进而导致生物性状的改变甚至死亡。(生命观念)
【自主预习】
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　数目　或　结构　的变化。
(2)种类:染色体　数目　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。
3.二倍体和多倍体
(1)染色体组: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。
(2)二倍体:由受精卵发育而来,体细胞中含有　两个　染色体组的个体。
(3)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。
(4)单倍体: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。
二、低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1.实验原理:用低温处理植物的　分生组织　细胞,能够抑制有丝分裂前期　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　染色体数目　发生改变的细胞。
三、染色体结构的变异
1.类型
图解 变化 名称 举例
染色体b片段缺失 缺失 人的5号染色体部分缺失引起的猫叫综合征;果蝇缺刻翅的形成
染色体b片段增加 重复 果蝇棒状眼的形成
染色体的某一片段(d、g)移接到另一条　非同源染色体　上 易位 果蝇花斑眼的形成
同一条染色体上某一片段(a、b)位置　颠倒 倒位 果蝇卷 翅的形 成
2.结果:染色体结构的改变,会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。
3.对生物体的影响: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。
【合作探究】
任务1　探究染色体数目的变异
活动1　阅读课本P87~89,了解染色体组的概念。下图表示雄果蝇体细胞(图1)及其精子(图2)的染色体组成,据图思考相关问题
　 　 图1　　　　　　　　　　　　图2
1.雄果蝇体细胞中有几条染色体 标记为Ⅱ号的两条染色体是什么关系
提示　雄果蝇体细胞中有8条染色体。标记为Ⅱ号的两条染色体是同源染色体。
2.雄果蝇配子中有几条染色体 这些染色体的形态和功能有什么特点 这些染色体之间是什么关系
提示　雄果蝇配子中有4条染色体。这些染色体的形态和功能各不相同。它们之间互为非同源染色体。
3.我们通常把配子中的染色体看作一个染色体组,试归纳染色体组的概念。雄果蝇体细胞中有几个染色体组
提示　染色体组是指细胞中的一组非同源染色体。雄果蝇体细胞中有2个染色体组。
4.如果雄果蝇在减数分裂Ⅰ后期,同源染色体未分离,所形成的配子中有几个染色体组 如果在减数分裂Ⅱ后期,着丝粒分裂后,姐妹染色单体未分离而是进入同一个子细胞中,所形成的配子有几个染色体组 这样的配子与正常配子结合,发育成的个体的体细胞中有几个染色体组
提示　2。2。3。
5.单倍体育种就是花药离体培养吗
提示　单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍(秋水仙素处理幼苗)等过程。花药离体培养只能得到单倍体植株,只有再进行秋水仙素处理,诱导染色体数目加倍后,才能得到可育的纯合子。
认知生成
比较项目 二倍体 多倍体 单倍体
个体发 育起点 受精卵 受精卵 配子
体细胞染 色体组数 两个 三个或三个以上 配子中染色体组数
成因 — 有丝分裂或减数分裂染色体不分离 由配子直接发育而成
植株特点 正常 可育 茎秆粗壮,器官大,营养物质含量较高 长得弱小,且高度不育
例1　下图分别表示四个生物的体细胞,有关叙述正确的是(　　)。
A.图中是单倍体的细胞有三个
B.图中的丁一定是单倍体的体细胞
C.每个染色体组中含有三条染色体的是甲、乙、丁
D.与乙相对应的基因型可以是aaa、abc、AaaBBBcccDDd、aabbcc等
　　【答案】　B
【解析】　可根据相同形态染色体的个数判断染色体组数,如甲、乙、丙、丁中分别含有三、三、二、一个染色体组,其中丁图一定是单倍体,而甲、乙、丙可能分别是三倍体、三倍体、二倍体,也可能均是单倍体,A、C错误,B正确;乙中有三个染色体组,因此与乙对应的每个性状都有三个等位基因控制,所以abc、aabbcc这两种基因型是不正确的,D错误。
【解题技巧】　　染色体组数的判断
1.根据染色体形态判断:细胞内形态相同的染色体有几条,就含有几个染色体组。如下图的细胞中,形态相同的染色体a中有3条,b中两两相同,c中各不相同,则可判定它们分别含三个、二个、一个染色体组。
2.根据基因型判断:在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的相同基因或等位基因出现几次,该细胞或生物体中就含有几个染色体组。例如:基因型为AaaaBBbb的细胞或生物体,含有四个染色体组。
3.根据染色体数目和染色体形态推算含有几个染色体组。
染色体组数=。
对点练1　(2023·梅州期末)下列有关单倍体的叙述,不正确的是(　　)。
①未经受精的卵细胞发育成的植株,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基因型是aaaBBBCcc的植株一定是单倍体　
⑤基因型是Abcd的生物体一般是单倍体　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.③④⑤ B.②③④
C.①③⑤ D.②④⑤
　　【答案】　B
【解析】　未经受精的卵细胞发育成的植株,一定是单倍体,①正确;含有两个染色体组的生物体若由受精卵发育而来,则为二倍体,若由配子发育而来,则为单倍体,②错误;生物的精子或卵细胞是细胞,而单倍体是生物个体,③错误;基因型是aaaBBBCcc的植株不一定是单倍体,该植株若由受精卵发育而来,则为三倍体,若由配子发育而来,则为单倍体,④错误;基因型是Abcd的生物体只含有一个染色体组,因而一般是单倍体,⑤正确。
【特别提醒】
1.单倍体不一定只含一个染色体组,如四倍体生物产生的单倍体含有两个染色体组。
2.并不是所有的单倍体都高度不育,如四倍体生物产生的单倍体(含有2个染色体组)可育。
3.单体和单倍体不同,前者是指在二倍体生物中某对同源染色体缺失一条的个体,后者是指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。
4.三体和三倍体不同,前者是指在二倍体生物中某对同源染色体增加了一条染色体的个体,后者是指由受精卵发育而来,具有三个染色体组的个体。
对点练2　下列有关多倍体的叙述,正确的是(　　)。
A.体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体就是多倍体
B.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低温处理植物分生组织细胞
C.人工诱导多倍体最常用的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D.秋水仙素诱导多倍体形成的原因是促使染色单体分离,从而使染色体数目加倍
　　【答案】　C
【解析】　体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体可能是单倍体,如六倍体生物产生的单倍体;人工诱导多倍体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;秋水仙素通过抑制纺锤体的形成,从而使染色体数目加倍。
素能提升　无子西瓜的培育(科学解释能力)
下图表示三倍体无子西瓜的培育过程。据图回答以下问题:
1.过程①的处理方式是什么 其原理是什么
提示　过程①是用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗,产生四倍体西瓜。原理是抑制纺锤体的形成,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。
2.过程②和过程④都是传粉,目的有什么不同
提示　过程②是为了杂交得到三倍体种子,过程④是为了刺激子房产生生长素以促进果实发育。
3.过程①处理后新产生的四倍体,各部分细胞都含有四个染色体组吗
提示　不是,地上部分的茎、叶、花染色体数目加倍,含有四个染色体组,根细胞没有加倍,仍含有两个染色体组。
4.西瓜一年只能种一次,据图分析从二倍体西瓜开始培育无子西瓜最短需要几年 生产实践中如何获得无子西瓜的种子
提示　两年。每年培育四倍体西瓜和二倍体西瓜的自交系及杂交系,就可以连续地生产出三倍体种子,获得无子西瓜。
5.三倍体的染色体在分离时,同源染色体中的两条染色体移向一极,另一条染色体移向另一极,那三倍体西瓜有可能产生正常的配子吗 为什么说三倍体西瓜无子呢
提示　三倍体西瓜可能产生正常的配子。西瓜的每个染色体组中包含11条染色体,产生恰好含有一个染色体组的配子的概率为(1/2)11,产生恰好含有两个染色体组的配子的概率为(1/2)11,其他情况的配子基本不育,产生可育配子的概率极低,所以说三倍体西瓜无子。
任务2　探究低温诱导植物细胞染色体数目的变化实验
活动2　阅读课本P89,探究低温诱导植物细胞染色体数目的变化实验
1.实验中用到哪些试剂 它们的作用分别是什么
提示　①卡诺氏液:固定细胞的形态。②质量浓度为0.01 g/mL的甲紫溶液:使染色体着色。③质量分数为15%的盐酸溶液:与体积分数为95%的酒精1∶1混合,制成解离液,解离根尖,使细胞分离开。④蒸馏水:浸泡解离后的根尖(约10 min),作用是洗去药液,防止解离过度。⑤体积分数为95%的酒精:可用于洗去附着在根尖表面的卡诺氏液,还可与质量分数为15%的盐酸溶液混合,解离根尖,分离细胞。
2.实验中进行了两次漂洗,它们有什么区别
提示　①时间不同:第一次漂洗在固定之后,解离之前,第二次漂洗在解离之后,染色之前。②试剂不同:第一次用体积分数为95%的酒精漂洗,第二次用清水漂洗。③目的不同:第一次是为了洗去多余的卡诺氏液,第二次是为了洗去多余的解离液。
3.在显微镜下能观察到什么现象
提示　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。
4.与秋水仙素相比,低温诱导多倍体的形成有哪些优点 本实验是否温度越低效果越显著
提示　低温条件容易创造和控制,成本低,对人体无害。不是,必须为“适当低温”,以防止温度过低对根尖细胞造成伤害。
5.能否只选择一个细胞,观察其染色体逐渐加倍的过程 观察时是否所有细胞中染色体均已加倍
提示　不能,细胞经过固定已经被杀死了。不是,只有少部分细胞实现“染色体加倍”,大部分细胞仍为二倍体状态。
例2　下列有关“低温诱导植物细胞(2n=16)染色体数目的变化”实验的分析,正确的是(　　)。
A.体积分数为95%的酒精用于根尖的固定和解离,但作用不同
B.低温与秋水仙素均能抑制着丝粒分裂而导致染色体数目加倍
C.应设置常温培养的对照组,以确认低温是诱导染色体数目加倍的原因
D.如果显微镜下观察到染色体数为32的细胞,可判断低温诱导成功
　　【答案】　C
【解析】　“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中,将根尖放入卡诺氏液中浸泡,目的是固定细胞形态,质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精1∶1混合制成的解离液可以使洋葱根尖解离,A错误;低温与秋水仙素均能抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成,使细胞分裂后期染色体不能向两极移动而导致染色体数目加倍,B错误;应设置常温培养的对照组,以确认低温是诱导染色体数目加倍的原因,C正确;正常细胞有丝分裂后期,着丝粒分裂,染色体数目暂时加倍,所以显微镜下观察到染色体数为32的细胞,不能判断低温诱导是否成功,D错误。
【特别提醒】　　关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的几点说明
1.为了观察到细胞在生活状态下的内部结构,必须先将细胞固定。
2.在进行实验的过程中,和观察植物细胞的有丝分裂一样,所观察的细胞已经被杀死,最终在显微镜下看到的是死细胞。
3.选材的时候必须选用能够进行分裂的分生组织细胞,不分裂的细胞染色体不复制,不会出现染色体加倍的现象。常用的观察材料有蚕豆(染色体较洋葱少,故首选)、洋葱、大蒜。
4.着丝粒分裂与纺锤体无关: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,无纺锤丝牵引,着丝粒也分裂。
5.本实验中除了用甲紫溶液使染色体着色外,也可用改良苯酚品红染液(或醋酸洋红液)代替。
对点练3　某兴趣小组利用洋葱根尖完成了实验①“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”和实验②“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”,下列叙述错误的是(　　)。
A.解离液能破坏实验①和实验②中根尖分生组织细胞间的连接,使细胞分离
B.充分漂洗能提高染液对染色体的染色效果
C.在观察实验②的结果时,一个视野中一定可以观察到有丝分裂全部时期的细胞
D.在分裂旺盛期固定实验①的实验材料,能提高实验的成功率
　　【答案】　C
【解析】　解离液能破坏实验①和实验②中根尖分生组织细胞间的连接,使细胞分离,A正确;充分漂洗的目的是洗去解离液,以提高染液对染色体的染色效果,B正确;由于低温能抑制纺锤体的形成,细胞分裂停留在后期,因此在观察实验②的结果时,一个视野中不一定能观察到有丝分裂全部时期的细胞,C错误;在分裂旺盛期固定实验①的实验材料,能增加观察到各个时期细胞的机会,进而提高实验的成功率,D正确。
任务3　探究染色体结构的变异
活动3　阅读课本P90,下图表示变异杂合子染色体
联会异常现象,结合图示分析问题
1.正常染色体为abcdef,图中四种变异分别是什么
提示　①缺失、②重复、③易位、④倒位。
2.上述变异类型中,改变了染色体上基因的数量的是哪几种 改变了基因在染色体上的排列顺序的是哪几种
提示　缺失、重复、易位。缺失、重复、易位和倒位。
3.染色体结构变异中的缺失、重复与基因突变有什么不同
提示　染色体结构变异中缺失、重复的是染色体的片段,可能缺失了或者增加了很多基因,而基因突变是发生在基因内部碱基的替换、增添或缺失,只改变一个基因的结构,不改变基因的数目。
4.易位与互换有什么区别 试画图说明。
提示　互换是发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间的变异类型,属于基因重组,如图a;易位是发生在非同源染色体之间的变异类型,属于染色体结构变异,如图b。
认知生成
基因重组、基因突变和染色体变异的比较
基因重组 基因突变 染色体变异
概念 因非等位基因的重新组合而发生的变异 基因碱基序列的改变,包括基因中碱基的增添、缺失和替换 染色体数目或结构变化而引起的变异
类型 ①非同源染色体上的非等位基因自由组合;②同源染色体的非姐妹染色单体互换,导致染色单体上的基因重组;③DNA重组技术 ①自然状态下发生的——自发突变;②人为条件下发生的——诱发突变 ①染色体数目变异;②染色体结构变异
适用 范围 通常发生在真核生物进行有性生殖产生配子时的核遗传中 任何生物均可发生(包括原核生物、真核生物及病毒) 真核生物核遗传中发生
产生 结果 只改变基因型,未发生基因的改变,既无“质”的变化也无“量”的变化 产生新的基因,发生基因“种类”的改变或“质”的改变,但“量”未变 可引起基因“数量”的变化,如增添或缺失几个基因
(续表)
基因重组 基因突变 染色体变异
意义 生物变异的来源之一,对生物进化有十分重要的意义 生物变异的根本来源,提供生物进化的原材料 对生物进化有一定意义
育种 应用 杂交育种 诱变育种 单倍体、多倍体育种
例3　(不定项)甲、乙两图分别表示两种染色体之间的交换模式,丙、丁、戊图表示某染色体变化的三种情形。则下列叙述错误的是(　　)。
A.甲图所示变异可以导致戊的形成
B.乙图所示变异可以导致丙的形成
C.甲图所示变异可以导致丁或戊两种情形的产生
D.乙图所示变异可以导致戊的形成
　　【答案】　ABC
【解析】　甲图是同源染色体的非姐妹染色单体发生互换,属于基因重组,没有新基因的出现,可以形成丁,但不可能形成戊,A、C错误;乙图是非同源染色体之间交换片段,属于染色体结构变异中的易位,可以形成戊,丙是染色体片段的重复而导致的染色体结构变异,B错误,D正确。
对点练4　下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
　　【答案】　C
【解析】　染色体结构变异指的是染色体某一片段的重复、缺失(①)、易位(②)、倒位(④);③是基因突变或减数分裂Ⅰ四分体时期发生同源染色体上的非姐妹染色单体互换所致,C符合题意。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异。 (×) (2)染色体易位或倒位不改变基因数量,对个体性状不会产生影响。(×) (3)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。 (×) (4)体细胞中含有两个染色体组的个体一定是二倍体。 (×) (5)单倍体的体细胞中一定只含一个染色体组。 (×) (6)染色体之间发生的片段交换属于染色体结构变异。 (×) (7)染色体结构变异一定会导致基因数目增加或减少。 (×) (8)有丝分裂、减数分裂和无丝分裂过程中都有可能发生染色体变异。 (√)
2