染色体变异与生物育种.docx
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染色体变异与生物育种
变异、育种与进化
第21讲 染色体变异与生物育种
考试说明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.低温诱导染色体加倍（实验）。
考点一 染色体结构变异
1.染色体结构变异
（1）类型（连线）
①缺失 （Ⅰ）
A.基因数目没有变化,基因排列顺序发生改变
②重复（Ⅱ）
B.发生在非同源染色体之间
③易位（Ⅲ）
C.同一条染色体上存在了等位基因或相同基因
④倒位（Ⅳ）
D.染色体上的基因数目减少
（2）结果:
使排列在染色体上的基因 或 发生改变,从而导致性状的变异。
举例:
猫叫综合征,是由于人的第5号染色体部分 引起的遗传病。
2.染色体结构变异与基因突变的判断
图7-21-1
（1）上图中可在光学显微镜下观察到的是 。
（2）基因结构发生改变的是 。
（3）染色体中基因数目和排列顺序均未发生变化的是 。
3.易位与交叉互换
项目
染色体易位
交叉互换
图解
区别
位置
发生于非同源染色体之间
发生于
原理
属于
属于
观察
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
角度1 考查染色体结构变异的原因及类型
1.如图7-21-2是蝗虫细胞中同源染色体（A1和A2）的配对情况。
下列判断错误的是（ ）
图7-21-2
A.若A1正常,则A2可能发生了染色体片段的缺失
B.若A2正常,则A1可能发生了染色体片段的增加
C.图中的变异可以通过光学显微镜观察到
D.该变异不能通过有性生殖遗传给下一代
2.[2019·河南周口一模]如图7-21-3表示果蝇体细胞内一条染色体发生了变异,①②代表染色体,下列说法中正确的是（ ）
图7-21-3
A.果蝇的缺刻翅是基因b丢失造成的
B.①和②构成一对同源染色体
C.该变异能导致新基因的形成
D.①和②都能被龙胆紫溶液染色
角度2 考查染色体结构变异与基因突变、基因重组的比较
3.[2019·华中师范大学附属中学质检]下列关于基因突变和染色体变异比较的描述,正确的是（ ）
A.两种变异都发生在基因的内部
B.两种变异的结果都导致基因数目的改变
C.两种变异都是可遗传的变异且可能传给后代
D.两种变异都可以发生在除病毒以外的所有生物中
4.[2019·岳阳一模]在细胞分裂过程中出现了甲、乙、丙、丁4种变异类型,图甲中的英文字母表示染色体片段。
下列有关叙述正确的是（ ）
图7-21-4
A.图示中的生物变异都是染色体变异
B.图中所示的变异类型在减数分裂过程中均可能发生
C.如果图乙为一个精原细胞,则它一定不能产生正常的配子
D.图示中的变异类型都能用光学显微镜观察检验
技法提炼 基因突变、基因重组和染色体变异的相关问题
（1）关于“互换”问题。
同源染色体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”问题。
DNA分子上若干“基因”的缺失属于染色体变异,DNA分子上若干“碱基对”的缺失属于基因突变。
（3）关于变异的水平问题。
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;染色体变异属于亚细胞水平的变化,光学显微镜下可以观察到。
考点二 染色体数目变异
1.染色体数目变异
（1）类型:
一类是细胞内 的增加或减少,另一类是细胞内染色体数目以 的形式成倍地增加或减少。
（2）染色体组
图7-21-5
①概念:
细胞中的一组 染色体,在形态和功能上各不相同,携带着控制生物生长发育的 。
②组成:
如图7-21-5所示为一雄果蝇的染色体组成,其染色体组可表示为 或 。
2.单倍体、二倍体和多倍体的比较
（1）区别
项目
单倍体
二倍体
多倍体
概念
由 发育而来,体细胞中含有本物种 染色体数目的个体
由 发育而来,体细胞中含有两个 的个体
由 发育而来,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
体细胞
染色体
组数目
本物种中配子的染色体组数
两个
发育
起点
配子
受精卵
受精卵
特点
单倍体植株弱小,且一般
正常发育
多倍体植株常常表现为茎秆 ,叶片、果实和种子都比较大, 等营养物质含量丰富
（2）人工诱导方法
图7-21-6
a.图中①和③操作分别是 ,其作用原理是 。
b.图中②过程是 。
理性思维
1.[归纳与概括]二倍体西瓜与四倍体西瓜是同一物种吗?
说明理由。
2.[归纳与概括]单倍体一定不育吗?
科学探究
在某野生型窄叶芦笋种群中偶见几株阔叶芦笋幼苗,雌、雄株都有。
有人对阔叶芦笋幼苗的出现进行分析,认为可能有两种原因:
一是因为基因突变,二是染色体加倍成为多倍体。
请设计一个简单的实验鉴定阔叶芦笋出现的原因。
1.染色体组
（1）构成一个染色体组,应具备以下条件:
①从染色体来源看,一个染色体组中不含同源染色体,没有等位基因。
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,也不能缺少。
（2）染色体组数量的判断方法
①根据染色体形态判定
细胞中形态、大小完全相同的染色体有几条,则有几个染色体组。
如图7-21-7的图A中形态、大小完全相同的染色体为1条,所以有1个染色体组,图B中彼此相同的（比如点状的）有3条,故有3个染色体组。
同理,图C中有1个染色体组,图D中有两个染色体组。
图7-21-7
②根据基因型判定
在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的基因（包括同一字母的大、小写）出现几次,则含有几个染色体组。
如图甲所示基因型为ABC,所以有1个染色体组。
图乙所示基因型为AAa,A、a基因有3个,即含有三个染色体组。
同理,图丙中有两个染色体组,图丁中有三个染色体组。
图7-21-8
注意:
判定染色体组的数目时只需参考其中任意一对等位基因的数量即可。
③根据染色体数和染色体的形态数推算
染色体组数=染色体数/染色体形态数。
如果蝇体细胞中有8条染色体,分为4种形态,则染色体组的数目为2。
2.判断单倍体、二倍体和多倍体
图7-21-9
角度1 考查染色体组与生物体倍性的判断
1.[2019·苏北四市一模]如图7-21-10表示体细胞中所含的染色体,下列叙述不正确的是（ ）
图7-21-10
A.①代表的生物可能是二倍体,其每个染色体组含4条染色体
B.②代表的生物可能是二倍体,其每个染色体组含3条染色体
C.③代表的生物可能是单倍体,其每个染色体组含2条染色体
D.④代表的生物是单倍体,其每个染色体组含4条染色体
2.如图7-21-11分别表示四个生物的体细胞,下列有关描述正确的是（ ）
图7-21-11
A.图中是单倍体的细胞有三个
B.图中的④一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①②④
D.与②相对应的基因型可以是aaa、abc、AaaBBBcccDDd、aabbcc等
角度2 考查单倍体、二倍体和多倍体的成因及特点
3.[2019·湖南永州一模]下列有关单倍体、二倍体及染色体组的叙述,错误的是（ ）
A.有的单倍体生物的体细胞内存在同源染色体
B.蜜蜂的蜂王是二倍体,由其卵细胞直接发育成的雄蜂是单倍体
C.人的初级卵母细胞中的一个染色体组中可能存在等位基因
D.21三体综合征患者的体细胞中有三个染色体组
4.[2019·辽宁锦州质检]以白菜（2N=20）为母本,甘蓝（2N=18）为父本,经人工杂交后得到二倍体“白菜—甘蓝”,再通过人工诱导产生四倍体“白菜—甘蓝”。
下列相关叙述不正确的是（ ）
A.四倍体“白菜—甘蓝”与白菜存在生殖隔离
B.二倍体“白菜—甘蓝”植株可育
C.可用秋水仙素或低温诱导二倍体“白菜—甘蓝”产生四倍体“白菜—甘蓝”
D.观察“白菜—甘蓝”染色体的数目和形态,通常取幼苗的茎尖制作临时装片
易错提醒
（1）由合子发育来的个体,细胞中含有几个染色体组,就叫几倍体。
（2）由配子直接发育来的个体,不管含有几个染色体组,都只能叫单倍体。
角度3 结合染色体变异考查遗传规律
5.一只突变型的雌果蝇与一只野生型雄果蝇交配后,产生的F1中野生型与突变型之比为2∶1,且雌、雄个体之比也为2∶1,这个结果从遗传学角度可作出的合理解释是（ ）
A.该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雌、雄配子致死
B.该突变为X染色体显性突变,且含该突变基因的雄性个体致死
C.该突变为X染色体隐性突变,且含该突变基因的雄性个体致死
D.X染色体片段发生缺失可导致突变型的产生,且缺失会导致雌配子致死
6.某二倍体植物的花色受相关基因控制的原理如图甲所示（其中A、a,B、b和D、d三对基因分别位于5、9、10号染色体上）,研究发现体细胞中的d基因数多于D基因数时,D基因不能表达,且A基因对B基因的表达有抑制作用。
某突变体的基因型及其可能的染色体组成如图乙所示（其他染色体与基因均正常,假定产生的各种配子均能正常存活）。
分析回答下列问题:
图7-21-12
（1）图乙中,突变体③的变异类型属于 。
（2）分析图甲可知,正常情况下,开白花植株的基因型有 种。
（3）基因型为AAbbdd的白花植株和纯合黄花植株杂交获得F1,F1自交产生的F2植株的表现型及其比例为 ,F2白花中纯合子所占的比例为 。
（4）为了确定基因型为aaBbDdd的植株属于图乙中的哪一种突变体,有人设计了以下实验,请补充完整实验步骤和结果预测。
实验步骤:
让该突变体与基因型为aaBBdd的正常植株杂交,观察并统计子代的表现型及其比例。
结果预测:
Ⅰ.若子代中黄色∶橙红色=3∶1,则其为突变体①;
Ⅱ.若子代中 ,则其为突变体②;
Ⅲ.若子代中 ,则其为突变体③。
考点三 生物育种
1.单倍体育种
（1）育种原理:
。
（2）育种流程:
图7-21-13
写出图中①②③代表的步骤:
2.多倍体育种
（1）处理方法:
用 或低温处理 。
（2）育种原理:
秋水仙素或低温处理能够抑制 的形成,导致染色体不能移向细胞两极,引起细胞内 。
3.杂交育种
（1）概念:
将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起,再经过 ,获得新品种的方法。
（2）原理:
。
（3）过程:
选择具有不同优良性状的亲本→ ,获得F1→F1 →获得F2→鉴别、选择需要的类型→优良品种。
4.诱变育种
（1）概念:
利用物理因素或化学因素来处理生物,使生物发生 ,从而获得优良变异类型的育种方法。
（2）原理:
。
（3）过程:
选择生物→诱发 →选择理想类型→培育。
正误辨析
1.通过诱导多倍体的方法可解决远缘杂交的子代不育问题,培育出作物新类型。
（ ）
2.抗虫小麦与矮秆小麦杂交,通过基因重组获得抗虫矮秆小麦,此育种方式包含基因工程技术。
（ ）
3.将大豆种子用60Co处理后,筛选出一株杂合抗病植株连续自交若干代,则其纯合抗病植株的比例逐代下降。
（ ）
4.通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。
（ ）
5.育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株,经鉴定该变异性状是由基因突变引起的,将该株水稻的花粉经离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系。
（ ）
理性思维
[归纳与概括]培育具有优良性状的新品种一定要得到纯合子吗?
1.育种的类型、原理及优缺点比较
育种
方法
原理
常用方法
优点
缺点
杂交
育种
基因
重组
杂交、自交
集中优良性状,操作简便
育种时间长,局限于亲缘关系较近的个体
诱变
育种
基因
突变
用物理因素和化学因素诱导
提高变异频率,加速育种进程,大幅度改良性状
具有盲目性,有利变异少,需大量实验材料
单倍体
育种
染色体
变异
花药离体培养后,用秋水仙素处理
明显缩短育种年限
技术较复杂
多倍体
育种
染色体
变异
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
器官大,营养成分含量高,产量增加
发育迟缓,结实率较低
基因工
程育种
基因
重组
导入目的基因
定向改造生物的性状
技术复杂,可能存在安全性问题
2.杂交育种的一般步骤
（1）培育显性纯合子品种
①选取双亲（P）杂交（♀×♂）→F1
F2→选出表现型符合要求的个体
F3
……
选出稳定遗传的个体推广种植。
②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。
（2）培育隐性纯合子品种
选取双亲（P）杂交（♀×♂）→F1
F2→选出表现型符合要求的个体推广种植。
3.单倍体育种的基本步骤
4.多倍体育种的一般步骤
正在萌发的种子或幼苗
抑制纺锤体形成
着丝点分裂后的子染色体不分离
细胞中染色体数目加倍
多倍体植物。
角度1 考查各种育种方法的比较
1.有关生物育种方法的叙述,错误的是（ ）
A.通过基因工程方法可生产的药物有干扰素、白细胞介素、溶血栓剂等
B.诱变育种可以提高突变率,在短时间内获得更多的优良变异类型
C.获得无子西瓜和无子番茄的方法和原理相同
D.杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起
2.现用高秆抗病（AABB）品系和矮秆不抗病（aabb）品系培育矮秆抗病（aaBB）品系,对其过程分析正确的是（ ）
A.F1中虽未表现出矮秆抗病的性状组合,但已经集中了相关基因
B.F2中出现重组性状的原因是F1雌、雄配子随机结合导致的基因重组
C.选种一般从F3开始,因为F3才有能稳定遗传的矮秆抗病品系
D.通常利用F2的花粉进行单倍体育种,可以明显缩短育种年限
角度2 考查育种过程分析及应用
3.[2019·广东汕头二模]杂交育种是植物育种的常规方法,其选育纯合新品种的一般方法是（ ）
A.从子一代中即可选出
B.从子三代中选出,因为子三代才出现纯合子
C.隐性品种可从子二代中选出;经隔离选育后,显性品种从子三代中选出
D.只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种
4.如图7-21-14表示培育高品质小麦的几种方法,下列叙述错误的是（ ）
图7-21-14
A.a过程可用秋水仙素处理幼苗而快速获得纯合子
B.b过程需要不断进行自交来提高纯合子的比例
C.YYyyRRrr通过花药离体培养获得的植株为二倍体
D.图中的育种方法有单倍体育种、杂交育种和多倍体育种
易错提醒 不同育种方法需注意的问题
（1）原核生物不能进行减数分裂,所以不能运用杂交的方法进行育种,如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。
（2）杂交育种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,则只要出现该性状个体即可。
（3）设计育种方案时,应该注意是“动物育种”还是“植物育种”。
①植物育种时,可以用连续自交的方法获得纯合子,这是由于植物中雌雄同体的物种较多。
②动物只能选相同性状的个体相互交配,待性状出现分离后进行筛选,然后用测交方法检测纯合子,这是由于动物大多是
雌雄异体,不能“自交”。
（4）花药离体培养只是单倍体育种中的一个程序,要想得到可育的品种,一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体加倍。
考点四 低温诱导植物染色体数目的变化
1.原理、步骤和现象
图7-21-15
2.实验中的试剂及其作用
试剂
使用方法
作用
卡诺氏液
将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5~1h
固定细胞形态
体积分数为
95%的酒精
冲洗用卡诺氏液处理过的根尖
洗去卡诺氏液
与质量分数为15%的盐酸等体积混合,浸泡经过固定的根尖
解离根尖细胞
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
解离根尖细胞
蒸馏水
浸泡解离后的根尖细胞约10min
漂洗根尖,去掉解离液
改良苯酚
品红染液
把漂洗干净的根尖放进盛有改良苯酚品红染液的玻璃皿中染色3~5min
使染色体着色
3.实验注意事项
（1）选材:
①选材应选用能进行分裂的分生组织细胞,否则不会出现染色体数目加倍的情况;②常用的观察材料有蚕豆（染色体较洋葱少,故首选）、洋葱、大蒜等。
（2）根尖培养
①培养不定根:
要使材料湿润以利于生根;②低温诱导:
应设常温、4℃、0℃三种,以作为对照,否则实验设计不严密。
（3）在用显微镜观察时,先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂期,再换上高倍镜并调节细准焦螺旋和反光镜,使物像清晰,仔细观察,辨认哪些细胞发生染色体数目变化,找出处于细胞分裂中期的细胞,进行染色体计数。
（4）为了能观察到细胞在生活状态下的内部结构,必须先将细胞固定;显微镜下观察到的细胞是已被盐酸杀死的细胞;实验原理中低温处理会抑制纺锤体的形成;染色体不能被拉向两极不等同于“着丝点不分裂”。
1.下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述中,正确的是（ ）
A.低温处理洋葱根尖后会引起成熟区细胞染色体数目的变化
B.在观察低温处理的洋葱根尖装片时,通过一个细胞可以看到染色体的变化情况
C.低温处理和利用秋水仙素处理材料的原理是相同的
D.观察洋葱根尖装片时要先在低倍镜下找到所要观察的细胞,将所要观察的细胞移到视野的中央,调节视野的亮度,再转动粗准焦螺旋直至物像清晰
2.[2019·西宁一检]某科研小组的工作人员通过用不同浓度的秋水仙素对大蒜（二倍体）鳞茎生长点进行不同时间的处理,研究了不同处理对大蒜根尖细胞染色体加倍率（某一分裂组织或细胞群中染色体数目加倍的细胞所占的百分数）的影响,其实验结果如图7-21-16所示,据图判断,下列叙述中正确的是（ ）
图7-21-16
A.秋水仙素处理后的根尖细胞均为四倍体细胞
B.染色体加倍率与秋水仙素浓度和处理时间长短有关
C.当秋水仙素浓度为0.03%时,处理时间越长加倍率越高
D.本实验中的自变量为秋水仙素浓度,无关变量为处理时间
历年真题明考向
1.[2019·天津卷]基因型为AaBbDd的二倍体生物,其体内某精原细胞减数分裂时同源染色体变化示意图如图7-21-17。
叙述正确的是（ ）
图7-21-17
A.三对等位基因的分离均发生在次级精母细胞中
B.该细胞能产生AbD、ABD、abd、aBd四种精子
C.B（b）与D（d）间发生重组,遵循基因自由组合定律
D.非姐妹染色单体发生交换导致了染色体结构变异
2.[2019·江苏卷]一株同源四倍体玉米的基因型为Aaaa,其异常联会形成的部分配子也可受精形成子代。
下列相关叙述正确的是（ ）
图7-21-18
A.题图表示的过程发生在减数第一次分裂后期
B.自交后代会出现染色体数目变异的个体
C.该玉米单穗上的籽粒基因型相同
D.该植株花药培养加倍后的个体均为纯合子
3.[2019·江苏卷]图7-21-19中甲、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.个体乙细胞减数分裂形成的四分体异常
图7-21-19
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
4.[2019·海南卷]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导致个体表现型改变
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用光学显微镜观察
5.[2019·全国卷Ⅲ]基因突变和染色体变异是真核生物可遗传变异的两种来源。
回答下列问题:
（1）基因突变和染色体变异所涉及的碱基对的数目不同,前者所涉及的数目比后者 。
（2）在染色体数目变异中,既可发生以染色体组为单位的变异,也可发生以 为单位的变异。
（3）基因突变既可由显性基因突变为隐性基因（隐性突变）,也可由隐性基因突变为显性基因（显性突变）。
若某种自花受粉植物的AA和aa植株分别发生隐性突变和显性突变,且在子一代中都得到了基因型为Aa的个体,则最早在子 代中能观察到该显性突变的性状;最早在子 代中能观察到该隐性突变的性状;最早在子 代中能分离得到显性突变纯合体;最早在子 代中能分离得到隐性突变纯合体。
完成课时作业（二十一）
拓展微课 育种流程图的分析与设计
难点一 育种流程图分析
图7-21-20
图解中各字母表示的处理方法:
A表示杂交,D表示自交,B表示花药离体培养,C表示秋水仙素处理,E表示诱变处理,F表示秋水仙素处理,G表示转基因技术,H表示脱分化,I表示再分化,J表示包裹人工种皮。
这是识别各种育种方法的主要依据。
【典题示导】
1.水稻的高秆、矮秆分别由A和a控制,抗病和不抗病分别由B和b控制。
现有基因型为aabb与AABB的水稻品种,如图7-21-21为不同的育种方法培育矮秆抗病植株的过程,下列有关叙述正确的是（ ）
图7-21-21
A.杂交育种包括①③过程,其原理是基因突变和基因重组
B.人工诱变育种为②过程,B可能来自b的基因突变
C.单倍体育种包括①④⑤过程,⑤过程常用花药离体培养法
D.多倍体育种包括①⑥⑦过程,原理是染色体结构和数目变异
难点二 从育种材料和方法特点的角度确定育种方法
图7-21-22
【典题示导】
2.现有小麦种子资源包括:
①高产、感病;②低产、抗病;③高产、晚熟等品种。
为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求,育种专家要培育3类品种:
a.高产、抗病;b.高产、早熟;c.高产、抗旱。
下列育种方法可行的是（ ）
A.利用品种①③进行品种间杂交筛选获得a
B.对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b
C.a、b和c的培育均可采用诱变育种的方法
D.利用品种①②和③进行品种间杂交筛选获得c
难点三 生物育种方案设计题目的一般步骤
【典题示导】
3.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前三代即可。
）
4.现有甲、乙、丙、丁四个品系的纯种玉米,基因型分别为AABBGG、aaBBGG、AAbbGG、AABBgg。
若想培育出AaaBBbGGG新类型,试用遗传图解表示育种的过程。
（要求写出
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