第七单元 第21讲.docx

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第七单元第21讲

第21讲　染色体变异与生物变异在育种上的应用

[考纲要求]　1.染色体结构变异和数目变异（Ⅱ）。

2.生物变异在育种上的应用（Ⅱ）。

3.转基因食品的安全（Ⅰ）。

4.实验：

低温诱导染色体加倍。

考点一　染色体变异

1．染色体结构的变异

（1）类型（连线）

（2）结果：

使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。

2．染色体数目的变异

（1）类型

（2）染色体组（根据果蝇染色体组成图归纳）

①从染色体来源看，一个染色体组中不含同源染色体。

②从形态、大小和功能看，一个染色体组中所含的染色体各不相同。

③从所含的基因看，一个染色体组中含有控制本物种生物性状的一整套基因，但不能重复。

（3）单倍体、二倍体和多倍体

项目

单倍体

二倍体

多倍体

概念

体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体

体细胞中含有两个染色体组的个体

体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体

发育起点

配子

受精卵

受精卵

植株特点

（1）植株弱小

（2）高度不育

正常可育

（1）茎秆粗壮

（2）叶片、果实和种子较大

（3）营养物质含量丰富

体细胞染色体组数

≥1

2

≥3

形成过程

雄配子

单倍体

＋

雌配子

单倍体

↓受精作用

受精卵

生物体

形成原因

自然原因

单性生殖

正常的有性生殖

外界环境条件剧变（如低温）

人工诱导

花药离体培养

秋水仙素处理单倍体幼苗

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

举例

蜜蜂的雄蜂

几乎全部的动物和过半数的高等植物

香蕉（三倍体）；马铃薯（四倍体）；八倍体小黑麦

1．判断下列有关染色体结构变异的叙述

（1）染色体上某个基因的丢失属于基因突变（　×　）

（2）DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异（　×　）

（3）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（　×　）

（4）非同源染色体某片段移接，仅发生在减数分裂过程中（　×　）

（5）染色体缺失有利于隐性基因表达，可提高个体的生存能力（　×　）

2．判断下列有关染色体数目变异的叙述

（1）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（　×　）

（2）染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加（　×　）

（3）水稻（2n＝24）一个染色体组有12条染色体，水稻单倍体基因组有12条染色体（　√　）

（4）用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体（　×　）

（5）单倍体含有的染色体组数都是奇数（　×　）

分析染色体的结构变异和数目变异

（1）图甲①～④的结果中哪些是由染色体变异引起的？

它们分别属于哪类变异？

能在光学显微镜下观察到的是哪几个？

提示　①染色体片段缺失；②染色体片段易位；③基因突变；④染色体片段倒位。

①②④均为染色体变异，可在光学显微镜下观察到，③为基因突变，不能在光学显微镜下观察到。

（2）图乙、丙均发生了某些片段的交换，其交换对象分别是什么？

它们属于哪类变异？

提示　图乙发生了非同源染色体间片段的交换，图丙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；前者属于染色体结构变异中的“易位”，后者属于交叉互换型基因重组。

（3）下图中丁是某二倍体生物体细胞染色体模式图，戊、己、庚是发生变异后的不同个体的体细胞中的染色体组成模式图，据图回答：

①若果蝇的某细胞在减数第一次分裂后期X染色体和Y染色体没有分离，最终形成的精子中含有的是不是一个染色体组？

不是。

②上图中戊所示个体减数分裂产生的配子种类及比例如何？

提示　b∶B∶ab∶aB＝1∶1∶1∶1。

③辨析“三体”＝“三倍体”吗？

提示　三体是二倍体（含两个染色体组），只是其中某形态的染色体“多出了一条”，其余染色体均为两两相同（如上图己）；三倍体则是指由受精卵发育而来的体细胞中含三个染色体组的个体，其每种形态的染色体为“三三相同”（如上图庚）。

命题点一　辨析三种可遗传变异

1．（2019·贵阳调研）下图中，甲、乙分别表示两种果蝇的一个染色体组，丙表示果蝇的X染色体及其携带的部分基因。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．甲、乙杂交产生的F1减数分裂都正常

B．甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同

C．丙中①过程，可能是发生在X和Y的非姐妹染色单体之间的易位

D．丙中①②所示变异都可归类于染色体结构变异

答案　D

解析　与甲相比，乙中的1号染色体发生了倒位，所以甲、乙杂交产生的F1，减数分裂过程中1号染色体不能正常联会，不能产生正常配子，A项错误；因为乙中的1号染色体发生了倒位，所以甲、乙的1号染色体上的基因排列顺序不完全相同，B项错误；丙中①过程基因的位置发生颠倒，属于倒位，丙中②过程染色体片段发生改变，属于染色体结构变异中的易位，①②都属于染色体结构变异，C项错误，D项正确。

2．生物的某些变异可通过细胞分裂某一时期染色体的行为来识别，甲、乙两模式图分别表示细胞分裂过程中出现的“环形圈”“十字形结构”现象，图中字母表示染色体上的基因，丙图是细胞分裂过程中染色体在某一时期所呈现的形态。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．甲、乙两种变异类型分别属于染色体结构变异、基因重组

B．甲图是由于个别碱基对的增添或缺失，导致染色体上基因数目改变的结果

C．乙图是由于四分体时期同源染色体非姐妹染色单体之间发生交叉互换的结果

D．甲、乙、丙三图均发生在减数分裂过程中

答案　D

解析　甲是染色体结构变异中的缺失或重复，乙是染色体结构变异中的易位，都是染色体结构变异，A错误；个别碱基对的增添或缺失属于基因突变，甲图中部分基因发生了增添或缺失，导致染色体上基因数目改变，B错误；四分体时期同源染色体非姐妹染色单体之间发生交叉互换属于基因重组，而乙图的易位现象，发生在非同源染色体之间，C错误；甲和乙都发生联会现象，发生在减数第一次分裂前期，丙图同源染色体的非姐妹染色单体之间进行了交叉互换，也发生于减数第一次分裂前期，D正确。

易混辨析

　利用四个“关于”区分三种变异

（1）关于“互换”：

同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换，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）关于“缺失或增加”：

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；DNA分子上若干碱基对的缺失、增添（增加），属于基因突变。

（3）关于变异的水平：

基因突变、基因重组属于分子水平的变化，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变化，在光学显微镜下可以观察到。

（4）关于变异的“质”和“量”：

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，一般不改变基因的量，转基因技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，会改变基因的量或基因的排列顺序。

命题点二　染色体组及生物体倍性的判断

3．下图所示细胞中对所含染色体的有关叙述，正确的是（　　）

A．图a含有2个染色体组，图b含有3个染色体组

B．如果图b表示体细胞，则图b代表的生物一定是三倍体

C．如果图c表示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．图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　图a为有丝分裂后期，含有4个染色体组，图b含有3个染色体组，A项错误；如果图b生物是由配子发育而成的，则图b代表的生物是单倍体，如果图b生物是由受精卵发育而成的，则图b代表的生物是三倍体，B项错误；图c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，C项正确；图d中只含有1个染色体组，一定是单倍体，可能是由雄配子或雌配子发育而成的，D项错误。

4．图中字母代表正常细胞中所含有的基因，下列说法正确的是（　　）

A．③为多倍体，通常茎秆粗壮、子粒较大

B．④为单倍体，通常茎秆弱小、子粒较小

C．若①和②杂交，后代基因型分离比为1∶5∶5∶1

D．①②③④细胞所代表的个体分别是四倍体、二倍体、三倍体和单倍体

答案　C

解析　如果①②③是由受精卵发育而成的个体中的正常细胞，则①②③④细胞所代表的个体分别是四倍体、二倍体、三倍体和单倍体，如果①②③是由配子发育而来的，则不成立。

③含3个染色体组，减数分裂过程中联会紊乱，不能产生正常配子，不能结出子粒，A、D错误；④为单倍体，通常茎秆弱小、高度不育，所以没有子粒，B错误；四倍体（AAaa）经减数分裂可产生3种配子，其基因型及比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，二倍体（Aa）经减数分裂可产生2种配子，其基因型及比例为A∶a＝1∶1，因此，它们杂交所得后代的基因型及比例为AAA∶AAa∶Aaa∶aaa＝1∶5∶5∶1，C正确。

科学思维

（1）三种方法确定染色体组数量

①染色体形态法

同一形态的染色体→有几条就有几组，如图中有4个染色体组。

②等位基因个数法

控制同一性状的等位基因→有几个就有几组，如AAabbb个体中有3个染色体组。

③公式法

染色体组数＝

，如图中有4个染色体组。

（2）“两看法”判断单倍体、二倍体和多倍体

命题点三　变异类型的实验探究

5．遗传学上将染色体上某一区段及其带有的基因一起丢失的现象叫做缺失，若一对同源染色体中两条染色体在相同区域同时缺失叫做缺失纯合子，若仅一条染色体发生缺失而另一条正常叫做缺失杂合子。

缺失杂合子的个体生活力降低但能存活，缺失纯合子常导致个体死亡。

现有一红眼雄果蝇XAY与一白眼雌果蝇XaXa杂交，子代中出现一只白眼雌果蝇。

请采用两种方法判断这只白眼雌果蝇的出现是由于缺失造成的，还是由于基因突变引起的。

答案　方法一：

取该果蝇有分裂能力的细胞制成装片，在显微镜下观察染色体结构，若染色体正常，可能是基因突变引起的；反之可能是染色体缺失造成的。

方法二：

选该白眼雌果蝇与红眼雄果蝇杂交，若杂交子代中雌果蝇数与雄果蝇数之比为1∶1，则这只白眼雌果蝇的出现是由于基因突变引起的；若杂交子代中雌果蝇数与雄果蝇数之比为2∶1，则这只白眼雌果蝇的出现是由于缺失造成的。

解析　方法一：

用显微镜观察该果蝇分裂的细胞中染色体结构是否发生改变，确定该变异是来自基因突变还是染色体缺失。

方法二：

利用题干信息“缺失纯合子导致个体死亡”这一现象，可将该果蝇与红眼雄果蝇杂交，观察并统计子代雌雄个体数目的比例来确定该变异的来源。

若为基因突变，则XaXa×XAY→XAXa、XaY，子代雌雄比例为1∶1；若该变异为染色体缺失造成的，则XaX－×XAY→XAXa、XAX－、XaY、X－Y（致死），子代雌雄比例为2∶1。

6．番茄是二倍体植物。

有一种三体，其6号染色体的同源染色体有3条，在减数分裂联会时，3条同源染色体中的任意2条随意配对联会形成一个二价体，另1条同源染色体不能配对而形成一个单价体。

减数第一次分裂的后期，组成二价体的同源染色体正常分离，组成单价体的1条染色体随机地移向细胞的任何一极，而其他染色体正常配对、分离。

请回答问题：

（1）从变异类型的角度分析，三体的形成属于________________________。

（2）若三体番茄的基因型为AABBb，则其产生的花粉的基因型及其比例为________________，其根尖分生区一细胞连续分裂两次所得到的子细胞的基因型为__________。

（3）现以马铃薯叶型（dd）的二倍体番茄为父本，以正常叶型（DD或DDD）的三体纯合子番茄为母本，设计杂交实验，判断D（或d）基因是否在第6号染色体上，最简单可行的实验方案是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

实验结果：

①若杂交子代___________________________________________________________________，则_____________________________________________________________________________。

②若杂交子代___________________________________________________________________，则_____________________________________________________________________________。

答案　

（1）染色体数目变异　

（2）ABB∶ABb∶AB∶Ab＝1∶2∶2∶1　AABBb　（3）F1的三体植株正常叶型与二倍体马铃薯叶型杂交　①正常叶∶马铃薯叶＝1∶1　D（或d）基因不在第6号染色体上　②正常叶∶马铃薯叶＝5∶1　D（或d）基因在第6号染色体上

解析　

（1）由题意可知，正常番茄中体细胞的6号染色体是2条，三体的6号染色体是3条，属于染色体数目变异。

（2）三体番茄的基因型为AABBb，依题意分析，其产生的配子的基因型及比例是ABB∶ABb∶AB∶Ab＝1∶2∶2∶1；根尖细胞进行有丝分裂，分裂后形成的子细胞的基因型与亲代细胞相同，都是AABBb。

（3）①马铃薯叶型的基因型是dd，正常叶型的基因型是DD，杂交子代的基因型是Dd，与dd进行测交，测交后代的基因型及比例是Dd∶dd＝1∶1，前者是正常叶，后者是马铃薯叶；②如果D（或d）基因位于第6号染色体上，则马铃薯叶型的基因型是dd，正常叶型的基因型是DDD，杂交子代的基因型是Dd、DDd,其中DDd是三体植株，DDd与dd进行测交，DDd产生的配子的基因型及比例是DD∶D∶Dd∶d＝1∶2∶2∶1，测交后代的基因型是DDd∶Dd∶Ddd∶dd＝1∶2∶2∶1，其中Dd、DDd、Ddd表现为正常叶，dd表现为马铃薯叶。

方法技巧

　变异类型实验探究题的答题模板

考点二　生物变异在育种上的应用

1．单倍体育种

（1）原理：

染色体（数目）变异。

（2）过程

（3）优点：

明显缩短育种年限，所得个体均为纯合子。

（4）缺点：

技术复杂。

2．多倍体育种

（1）方法：

用秋水仙素或低温处理。

（2）处理材料：

萌发的种子或幼苗。

（3）原理

（4）实例：

三倍体无子西瓜

①两次传粉

②用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分（如根部细胞）的染色体数不变。

③三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。

3．杂交育种

（1）原理：

基因重组。

（2）过程

①培育杂合子品种

选取符合要求的纯种双亲杂交（♀×♂）→F1（即为所需品种）。

②培育隐性纯合子品种

选取符合要求的双亲杂交（♀×♂）→F1

F2→选出表现型符合要求的个体种植并推广。

③培育显性纯合子品种

a．植物：

选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。

b．动物：

选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。

（3）优点：

操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。

（4）缺点：

获得新品种的周期长。

4．诱变育种

（1）原理：

基因突变。

（2）过程

（3）优点

①可以提高突变频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。

②大幅度地改良某些性状。

（4）缺点：

有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。

归纳总结

　根据育种程序图识别育种名称和过程

（1）首先要识别图解中各字母表示的处理方法：

A—杂交，D—自交，B—花药离体培养，C—秋水仙素处理，E—诱变处理，F—秋水仙素处理，G—转基因技术，H—脱分化，I—再分化，J—包裹人工种皮。

这是识别各种育种方法的主要依据。

（2）根据以上分析可以判断：

“亲本

新品种”为杂交育种，“亲本

新品种”为单倍体育种，“种子或幼苗

新品种”为诱变育种，“种子或幼苗

新品种”为多倍体育种，“植物细胞

新细胞

愈伤组织

胚状体

人工种子―→新品种”为基因工程育种。

（1）抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组可获得抗虫矮秆小麦（　√　）

（2）抗病植株连续自交若干代，纯合抗病植株的比例逐代降低（　×　）

（3）通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种（　×　）

（4）诱变育种和杂交育种均可形成新基因（　×　）

（5）单倍体育种中，通过花药离体培养所得的植株均为纯合的二倍体（　×　）

（6）诱变育种可通过改变基因的结构达到育种目的（　√　）

（7）用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉，则四倍体植株上会结出三倍体无子西瓜（　×　）

图中甲、乙表示水稻两个品种，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，①～⑥表示培育水稻新品种的过程，请分析：

（1）图中哪种途径为单倍体育种？

其为什么能缩短育种年限？

提示　图中①③⑤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　图示⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合子；⑥处常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。

（3）④⑥的育种原理分别是什么？

提示　④的育种原理为基因突变，⑥的育种原理为染色体变异。

（4）图中最简便及最难以达到育种目标的育种途径分别是哪个过程？

提示　图中最简便的育种途径为①②过程所示的杂交育种，但育种周期较长；最难以达到育种目标的途径为④过程。

（5）杂交育种选育从F2开始的原因是什么？

其实践过程中一定需要连续自交吗？

为什么？

提示　因为从F2开始发生性状分离。

不一定需要连续自交。

若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要在F2出现该性状个体即可。

（6）在培育无子西瓜的过程中，为何用一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体西瓜的芽尖？

三倍体西瓜为什么无种子？

真的一颗都没有吗？

提示　西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，从而形成四倍体西瓜植株。

三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞，因此，不能形成种子。

但并非绝对一颗种子都没有，其原因是在进行减数分裂时，有可能形成正常的卵细胞。

命题点一　分析单倍体育种与多倍体育种的应用

1．下图为某二倍体植物单倍体育种过程，下列叙述正确的是（　　）

A．①中发生了染色体数目变异

B．②一般采用花药离体培养的方法

C．③中秋水仙素抑制着丝点分裂

D．④中选到的植株中1/4为纯合子

答案　B

解析　①为杂交过程，产生的子代染色体数目没有改变，A错误；②为花药离体培养过程，可获得单倍体植株，B正确；③中秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，但是不抑制着丝点的分裂，C错误；④过程产生比例相等的4种纯合子，D错误。

2．如图是利用野生猕猴桃种子（aa,2n＝58）为材料培育无子猕猴桃新品种（AAA）的过程。

下列叙述错误的是（　　）

A．③和⑥都可用秋水仙素处理来实现

B．若④是自交，则产生AAAA的概率为1/16

C．AA植株和AAAA植株是不同的物种

D．若⑤是杂交，产生的AAA植株的体细胞中染色体数目为87

答案　B

解析　③和⑥都可用秋水仙素处理来完成染色体数目加倍，A项正确；植株AAaa减数分裂产生的配子种类及比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，所以AAaa自交产生AAAA的概率＝1/6×1/6＝1/36，B项错误；二倍体AA与四倍体AAAA杂交产生的AAA为不育的三倍体，因此AA植株和AAAA植株是不同的物种，C项正确；该生物一个染色体组含有染色体58÷2＝29（条），所以三倍体植株体细胞中染色体数为29×3＝87（条），D项正确。

归纳提升

　单倍体育种与杂交育种的关系

命题点二　分析诱变育种和杂交育种的应用

3．用EMS（甲基磺酸乙酯）处理萌发的纯合非甜（SS）玉米种子，种植并让成熟植株自交，发现自交子代中出现了极少量的甜玉米（ss）。

EMS诱发基因突变的作用机理如下图所示。

下列分析错误的是（　　）

A．该事例可体现基因突变的低频性

B．与S基因相比，s中（A＋T）/（G＋C）的值增大

C．植株自交后代中出现ss是基因重组的结果

D．诱变育种能提高基因突变的频率和加速育种进程

答案　C

解析　用EMS处理纯合非甜（SS）玉米种子，种植并让成熟植株自交，子代中出现了极少量的甜玉米（ss），由此可推知基因突变具有低频性的特点，A正确；根据EMS诱发基因突变的作用机理可知，G－C突变为了A－T，与S基因相比，s中（A＋T）/（G＋C）的值增大，B正确；植株自交后代中出现ss是等位基因分离的结果，不是基因重组，C错误；诱变育种能提高基因突变的频率和加速育种的进程，D正确。

4．小麦品种是纯合子，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合子（有一对基因杂合即可称为杂合子），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉（Yy）、抗病（Rr）的马铃薯新品种。

请分别设计小麦品种间杂交育种程序以及马铃薯品种间杂交育种程序，要求用遗传图解表示并加以简要说明（写出包括亲本在内的三代即可）。

答案

（注：

①A_B_、A_bb、aaB_、aabb表示F2出现的9种基因型和4种表现型；②写出F2的9种基因型和4种表现型即可）

解析　小麦品种是纯合子，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种，可采用杂交育种的方法；马铃薯品种是杂合子（有一对基因杂合即可称为杂合子），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉（Yy）、抗病（Rr）的马铃薯新品种，可先采用杂交育种的方法获得黄肉、抗病品种，再用块茎进行无性繁殖。

遗传图解见答案。

命题点三　生物育种的综合判断

5．为提高产量，在生产中使用的玉米种子都是杂交种。

现有长果穗（M）白粒（n）和短果穗（m）黄粒（N）两个玉米杂合子品种，为了达到长期培育长果穗黄粒（MmNn）杂交种玉米的目的，请你完善下列两个品种间杂交育种方案：

方案一：

长果穗白粒（Mmnn）和短果穗黄粒（mmNn）品种分别连续自交，____________________

_______________________________________________________________________________。

方案二：

让长果穗白粒（Mmnn）和短果穗黄粒（mmNn）两玉米杂合子品种杂交，______________

_______________________________________________________________________________。

方案三：

请以遗传图解的形式表示并简要说明。

答案　方案一：

分别选育出基因型为MMnn和mmNN的玉米植株，部分自交留种，部分杂交即可获得长果穗黄粒的杂交玉米

方案二：

从子代中选择表现型为短果穗白粒的玉米留种，选择表现型为长果穗黄粒的玉米植株连续自交，再选育出基因型为MMNN的玉米留种，取一