《染色体变异及其应用》教案5.docx

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《染色体变异及其应用》教案5

染色体变异及其应用

（教师用书独具）

●课标要求

1．根据有关示意图能准确说出染色体结构变异的类型名称。

2．结合雌雄果蝇体细胞中染色体及染色体组的分布图解理解染色体组的概念并掌握染色体组的判断方法。

3．以蜜蜂为实例来分析蜂王、工蜂和雄蜂体内的染色体组数目，理解掌握单倍体、二倍体的概念。

能辨别二倍体、多倍体和单倍体。

4．采用实例分析并结合流程图能准确描述单倍体育种与多倍体育种的原理、操作方法，继而总结出优缺点。

●课标解读

1．简述染色体的结构变异和数目变异。

2．收集染色体变异在育种上应用的事例。

●教学地位

本课时内容是细胞分裂的继续，属于异常的细胞分裂的结果，又是理解单倍体和多倍体育种，染色体异常病的基础。

近三年的高考中，对染色体结构变异、数目变异的类型及遗传病的结合的考查尤为突出。

●教法指导

对于染色体结构与数目的变异运用学生展示与小组合作形式。

（1）学生上台展示的形式，学生分别绘制出四种染色体变异的形式，让大家通过图示的形式，熟悉结构变异的四种形式。

（教师点拨指导）

（2）教师：

出示5幅图，让小组讨论其染色体组数依次是多少，并尝试总结其中的规律。

（3）小组：

汇报结果，并且总结规律，不准确或者不完善的，教师补充完善起来。

（4）在立足小组掌握了染色体组的概念后，小组开始探索单倍体、二倍体和多倍体的概念。

区分三个概念，并举出实例，说出其中的实质区别。

3分钟后，同学上台展示成果。

（教师用书独具）

●新课导入建议

1．先向学生播放一段有关响彻世界的音乐“天才”舟舟指挥世界名曲的视频，接着展示一段材料介绍，这个音乐“奇才”的长相跟常人不同，他患有21三体综合征即先天性智力障碍，这种病有何引起的呢？

引入本课课题。

2．据报道，在上海第五人民医院降生一猫叫综合征男婴，婴儿面容特殊：

小头小脸、眼距宽、塌鼻梁、皮纹改变，生长发育迟缓，智力低下，因哭声像猫而得名，发病率只有十万分之一，解放后全国有记载的仅20例。

研究证明，这是因为人的第5号染色体部分缺失而引起的遗传病。

为什么染色体部分缺失就会引起这么严重的后果呢？

引出本节内容。

●教学流程设计

课前自主导学：

阅读教材P43－48，填充“【课前自主导学】知识1、知识2和知识3，完成思考交流1、2”。

⇒步骤1：

课程导入：

选择【新课导入建议】中的三种形式之一激趣导入，引出课题—染色体变异。

⇒步骤2：

（1）学生回答【正误判断】，检测预习情况。

（2）课件打出几个细胞图，学生口答含有几个染色体组。

⇒步骤3：

课件展示四种染色体结构变异类型的图片，由学生观察其差异，结合教材P43图片描述变异类型名称。

学生分析回答【例1】。

⇓

步骤7：

结合教材P46和P47分析单倍体育种和多倍体育种的方法及原理，通过【探究3】比较两种育种方法，并对【例3】进行评析。

当堂完成【当堂双基达标】。

⇐步骤6：

阅读教材P45有关二倍体和单倍体的概念，强调“几倍体”均是对生物体而言，并非对个别细胞而言，“单倍体和二倍体或多倍体”的划分依据在于是否由受精卵发育而成，通过【探究2】的2、3总结，学生分析解答【例2】。

⇐步骤5：

课件展示几幅不同类型的细胞图，结合【探究1】和知识点2口答图解中的染色体组的数目。

⇐步骤4：

课件展示果蝇体细胞中的染色体图解，观察哪些为同源染色体，哪些为非同源染色体，引出“染色体组”的概念，结合【探究2】进行解读。

　　　⇓

步骤8:

默诵【结论语句】，自主完成教材P48【评价指南】，尝试构建最佳知识网络，课下完成【课时作业】。

课　标　解　读

重　点　难　点

1.简述染色体的结构变异和数目变异。

2．收集染色体变异在育种上应用的事例。

1.区别染色体结构变异的几种类型。

（难点）

2．单倍体和多倍体育种的原理、方法及特点。

（重难点）

3．辨别染色体组、二倍体、多倍体和单倍体。

（重点）

染色体结构的变异

1.原因

染色体断裂以及断裂后的片段不正常的重新连接。

2．结果

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。

3．影响因素

电离辐射、病毒感染或一些化学物质诱导。

4．对生物影响

大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有时甚至会导致生物体死亡。

5．实例

猫叫综合征，是人的第5号染色体的部分缺失造成的。

6．类型

缺失、重复、倒位、易位。

1．减数分裂的四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换属于染色体结构变异吗？

【提示】　不属于，同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换后，染色体的结构并没有改变。

染色体数目的变异

1.体细胞中的染色体

正常情况下，数目都是恒定的，体细胞中的染色体一般都是成对存在的。

2．染色体组

二倍体生物配子中所具有的全部染色体。

3．概念

染色体数目的成倍增加或减少，或者个别染色体的增加或减少等，都称为染色体数目的变异。

4．类型

2．所有单倍体都高度不育吗？

【提示】　不是的。

绝大多数生物为二倍体，其单倍体中只含一个染色体组，减数分裂时产生正常配子的几率极小，几乎无法产生，故是高度不育的。

但并非所有的单倍体都高度不育，如含有2、4、6等偶数染色体组数目的单倍体，则可产生正常的配子，因而是可育的。

染色体变异在育种上的应用

1.单倍体育种

（1）原理

F1花粉

单倍体

纯合二倍体

优良品种

（2）优点：

①后代是纯合子，自交后代不发生性状分离。

②能明显缩短育种年限。

2．多倍体育种

（1）原理

细胞有

丝分裂

染色体不

能移向细

胞两极―→细胞内染色

体数目加倍

多倍体

植株

（2）优点：

多倍体植株的茎秆粗壮，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也有所增加。

（3）实例：

三倍体无子西瓜的培育。

1．染色体结构变异使染色体上基因的数目或排列顺序发生改变。

（√）

2．一个染色体组中不含同源染色体。

（√）

3．体细胞中含两个染色体组的生物一定是二倍体。

（×）

【提示】　可能是四倍体的单倍体（由配子发育来）。

4．用秋水仙素处理单倍体后得到的一定是二倍体。

（×）

【提示】　单倍体可能含有二个、三个或四个染色体组。

5．秋水仙素能促进着丝点分裂，诱导染色体加倍。

（×）

【提示】　秋水仙素能抑制纺锤体的形成。

染色体结构变异的类型比较

【问题导思】

①猫叫综合征患者的病因是由哪种变异引起的？

②用图形如何表示染色体结构变异？

类型

概念

实例

示意图

缺失

染色体中的某一片段及其带有的基因一起丢失而引起变异的现象

猫叫综

合征

重复

染色体上增加了某一片段引起的变异

果蝇棒

状眼

易位

染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起的

夜来香

某些类

型的变

异

倒位

染色体的某一片段位置颠倒引起的变异

普通果

蝇3号

染色体

上的某

些基因

1．易位与交叉互换的区别：

易位发生在非同源染色体之间，是指一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上；交叉互换发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于变异中的基因重组。

2．染色体结构的变异可以用光学显微镜直接观察。

　（2012·西安高一检测）已知某物种的一条染色体上依次排列着A、B、C、D、E五个基因，下图所示的若干种变化中，不属于染色体结构发生变化的是（　　）

【审题导析】　将选项染色体与已知的染色体对比，结合染色体结构变异的特点，确定是否发生染色体结构变异。

【精讲精析】　染色体结构变异的类型主要有4种：

①染色体中某一片段的缺失（如A项）；②染色体中增加了某一片段（如B项）；③染色体中某一片段的位置颠倒了180°（如C项）；④染色体中某一片段移接到另一条非同源染色体上。

D图所示为已知染色体的同源染色体，只是所带基因与已知染色体不同。

【答案】　D

染色体组、单倍体、多倍体的判断

【问题导思】

①如何判断染色体组数？

②染色体组与单倍体、二倍体、多倍体有什么关系？

1．染色体组数目的判别方法

由于一个染色体组内，各染色体的形态、大小均不同，细胞内染色体组数目可按下列两种方法加以判别：

（1）细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组，如右图所示细胞中相同的染色体有4条，此细胞有4个染色体组。

（2）根据染色体数目和形态推算含有几个染色体组。

染色体组数＝

2．生物体几倍体的判别方法

由于多倍体的生殖细胞内含有不止一个染色体组，而这样的生殖细胞直接发育成的个体是单倍体，所以不能根据细胞内染色体组的数目判断。

由此可见，生物是几倍体的判别不能只看细胞内含有多少个染色体组，还要考虑生物个体发育的直接来源。

（1）如果生物体由受精卵或合子发育而成，生物体细胞内有几个染色体组就叫几倍体。

（2）如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成的，无论细胞内含有几个染色体组，都只能叫单倍体。

3．二倍体、多倍体和单倍体的比较

二倍体

多倍体

单倍体

概念

体细胞中含2个染色体组的个体

体细胞中含3个或3个以上染色体组的个体

体细胞中含本物种配子染色体数的个体

染色

体组

2

3个或3个以上

1至多个

来源

受精卵发育

受精卵发育

配子发育

自然

成因

正常有性生殖

未减数的配子受精；合子染色体数目加倍

单性生殖（孤雌生殖或孤雄生殖）

植株

特点

正常

果实、种子较大，生长发育延迟，结实率低

植株弱小，高度不育

举例

几乎全部动物、过半数高等植物

香蕉、普通小麦

玉米、小麦的单倍体

单倍体和一倍体

1．一倍体、二倍体、多倍体都是根据生物体细胞中染色体组的数目而命名的。

体细胞中含1个染色体组的个体叫一倍体。

而单倍体是指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。

2．一倍体生物的个体均是单倍体，而单倍体个体体细胞中却不一定只含一个染色体组。

　（2013·江苏滨海中学高一质检）如图所示细胞中所含的染色体，下列叙述不正确的是（　　）

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代表的生物可能是四倍体，其每个染色体组含2条染色体

D．④代表的生物可能是单倍体，其每个染色体组含4条染色体

【思维导图】　

【精讲精析】　因题干中未涉及细胞的发育起点，所以一般说“可能是”几倍体，①～④的染色体组数分别是2、3、4、1，所以其代表的生物依次可能是二倍体、三倍体、四倍体、单倍体，当然①②③代表的生物也可能是单倍体。

【答案】　B

染色体变异在育种上的应用

【问题导思】　

①单倍体育种与多倍体育种有什么主要区别？

②单倍体育种的优缺点是什么？

1．单倍体育种和多倍体育种比较

多倍体育种

单倍体育种

原理

染色体组成倍增加

染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种（指每对染色体上成对的基因都是纯合的）

常用

方法

秋水仙素处理萌发的种子、幼苗

花粉的离体培养后，人工诱导染色体加倍

优点

操作简单

明显缩短育种年限

缺点

适用于植物，在动物方面难以开展

技术复杂一些，须与杂交育种配合

2．单倍体育种实例分析

单倍体育种要经过杂交、花药的离体培养、秋水仙素处理单倍体幼苗等过程。

用纯种高秆抗锈病和纯种矮秆不抗锈病的小麦培育矮秆抗锈病新品种，采用单倍体育种方法可以在较短的时间内培育出我们需要的新品种。

其过程如下图所示：

高杆抗锈病

（DDTT）

矮秆不抗锈病

（ddtt）×

高秆抗锈病

（DdTt）

　P　　　　　　　F1　　　花粉　　　　单倍体

　　　　　　纯合子

矮秆抗锈病是我们需要的新品种，但抗锈病和矮秆两个优良性状在两个个体上，通过单倍体育种，可以在两年时间内培育出矮秆抗锈病的新品种。

3．多倍体育种实例分析

目前多倍体育种的方法有以下几种，但每种方法都涉及秋水仙素的利用。

方法一：

同种生物经染色体加倍形成的多倍体，如四倍体水稻的形成。

二倍体正在

萌发的种子

或幼苗（2N）

四倍体

（4N）

　四倍体

（4N）

方法二：

两种生物杂交，再经染色体加倍形成的多倍体，如下图所示。

　无籽西瓜的培育过程如下列简图所示，请根据图解，结合你学过的生物学知识，分析回答：

（1）用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的茎尖，是因为茎尖具有分生组织，进行________分裂，秋水仙素能抑制细胞分裂________期________的形成，从而形成染色体数目加倍的细胞，这些细胞继续分裂就形成四倍体。

（2）以四倍体作母本，二倍体作为父本进行杂交，在四倍体上所结的果实，果皮含有________个染色体组，所结种子的胚含有________个染色体组。

（3）将三倍体种子种下，长成的植株是三倍体植株，当三倍体植株开花时，由于__________________，故不能形成正常的__________________，这时用二倍体的花粉进行刺激三倍体的子房就会发育为果实，不过这时的果实中是没有种子的。

【审题导析】　

（1）理解图解表示的过程。

（2）理解秋水仙素的作用和三倍体不育的原因。

【精讲精析】　二倍体西瓜幼苗茎尖的分生组织进行的是有丝分裂，有丝分裂的前期形成纺锤体，秋水仙素能抑制纺锤体的形成，此时染色体已经复制过，由于染色体不能移向两极，故形成染色体数目加倍的细胞。

四倍体形成的卵细胞中含有2个染色体组，二倍体提供的精子中含有1个染色体组，受精卵中含有3个染色体组，由受精卵发育成的胚也含有3个染色体组，果皮是由子房壁发育来的，故四倍体上所结果实的果皮含有4个染色体组。

【答案】　

（1）有丝　前　纺锤体　

（2）4　3

（3）减数分裂过程中染色体联会紊乱　卵细胞（或雌配子）

本课知识小结

网络构建

染色体变异及应用染色体结构变异缺失重复易位倒位染色体变异在育种上的应用单倍体育种多倍体育种染色体数目变异非整倍性变异整倍性变异

结论语句

1．染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位4种类型。

2．二倍体生物正常配子中的全部染色体是一个染色体组。

3．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。

4．单倍体并不一定只含一个染色体组。

5．单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等阶段，能明显缩短育种年限。

1．（2013·江苏仪征中学期中测试）下列变异中不属于染色体结构变异的是（　　）

A．非同源染色体之间互相交换片段

B．染色体中DNA的一个碱基发生改变

C．染色体缺失片段

D．染色体增加片段

【解析】　染色体中DNA的一个碱基发生改变属于基因突变。

【答案】　B

2．下图是观察到的同源染色体（A1和A2）的配对情况。

若A1正常，A2发生的改变可能是（　　）

A．缺失　　　　　　　B．倒位

C．重复D．易位

【解析】　配对的同源染色体A1和A2，A1正常，A2发生的改变为缺失。

【答案】　A

3．一个染色体组应是（　　）

A．配子中的全部染色体

B．二倍体生物配子中的全部染色体

C．体细胞中的一半染色体

D．来自父方或母方的全部染色体

【答案】　B

4．（2013·南通高一检测）单倍体植株矮小，育种工作者获得单倍体植株常用的方法是（　　）

A．用花粉进行离体培养

B．用叶肉细胞进行离体培养

C．用X射线照射萌发的种子

D．用秋水仙素处理幼苗

【解析】　单倍体是指含有本物种正常体细胞中染色体数目一半的个体，也就是与配子中染色体数目相同，所以对花粉进行离体培养发育而成的个体即为单倍体。

【答案】　A

5．（多选）下列有关水稻的叙述，正确的是（　　）

A．二倍体水稻含有两个染色体组

B．二倍体水稻经秋水仙素处理，可得到四倍体水稻，稻穗、米粒变大

C．二倍体水稻与四倍体水稻杂交，可得到三倍体水稻，含三个染色体组

D．二倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、米粒变大

【解析】　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做二倍体。

多倍体植株与二倍体植株相比，多倍体植株的茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，营养物质含量增加。

单倍体植株弱小，高度不育。

【答案】　ABC

6．（2013·徐州市第三中学高一期末）下列各图表示的是某些植物的体细胞，请根据下列条件判断：

（1）肯定是单倍体的是________图，它是由________倍体的生殖细胞直接发育形成的。

（2）茎秆较粗壮但不能产生种子的是________图，判断的理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）如果都不是由生殖细胞直接发育形成的，则其中肯定是二倍体的是________图。

（4）如果C图的植株是由某植物的卵细胞直接发育形成的，那么它是________倍体，形成它的那个植物是________倍体。

该植物有性生殖形成种子时，发育中的胚乳细胞内含________个染色体组。

【解析】　A、B、C、D四图中依次含有的染色体组数是3、2、2、1，含有一个染色体组的一定是单倍体。

染色体组数大于或等于3的多倍体植株茎秆较粗壮，染色体组数为奇数的细胞减数分裂时会发生染色体联会紊乱，不能产生生殖细胞，也就不能产生种子。

由受精卵发育而来的，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体。

由卵细胞直接发育形成的是单倍体，若单倍体细胞中含有两个染色体组，则原体细胞中含有4个染色体组，是四倍体。

胚乳是由受精极核发育而来的。

【答案】　

（1）D　二　

（2）A　含有三个染色体组，在减数分裂时会因染色体联会紊乱而不能形成生殖细胞，不能产生种子　（3）B、C　（4）单　四　6

一、选择题

1．（2013·江苏仪征中学期中测试）关于染色体变异，正确的观点是（　　）

A．染色体变异是指染色体结构的变异

B．染色体数目变异是指染色体数目个别的增加或减少

C．以染色体组的形式成倍地增加或减少不属于染色体变异

D．染色体变异可以用显微镜直接观察到

【解析】　染色体变异包括染色体结构变异和数目变异两种情况，染色体数目变异包括染色体数目个别的增加或减少和染色体以染色体组的形式成倍地增加或减少两种情况。

【答案】　D

2．有丝分裂间期由于某种原因，DNA复制中途停止，致使一条染色体上的DNA分子缺少若干基因，这属于（　　）

A．基因突变　　　　　　B．染色体变异

C．基因的自由组合D．基因重组

【解析】　染色体上基因的数目减少属于染色体结构变异。

【答案】　B

3．（2013·江苏梅村高级中学高一测试）果蝇的一条染色体上，正常基因的排列顺序为123－456789，中间的“—”代表着丝粒，下表表示了由该正常染色体发生变异后基因顺序变化的四种情况。

有关叙述错误的是（　　）

染色体

基因顺序变化

a

123－476589

b

123－4789

c

1654－32789

d

123－45676789

A.a是染色体某一片段位置颠倒引起的

B．b是染色体某一片段缺失引起的

C．c是染色体着丝粒改变引起的

D．d是染色体增加了某一片段引起的

【解析】　将a、b、c、d分别与正常的基因排列顺序123－456789分别作比较，可知：

a是5、6、7这三个基因所在片段的位置颠倒引起的；b是5、6这两个基因所在片段缺失引起的；c是2、3、4、5、6这五个基因所在的片段颠倒而引起的；d则是增加了6、7这两个基因所在的片段而引起的。

【答案】　C

4．下列关于染色体组的叙述正确的是（　　）

A．染色体组内不存在同源染色体

B．染色体组只存在于生殖细胞中

C．染色体组只存在于体细胞中

D．染色体组在减数分裂过程中消失

【解析】　二倍体生物生殖细胞中的一组染色体就叫一个染色体组。

对于每种生物来说，每个染色体组所包括的染色体在形态、大小方面各不相同，也就不存在同源染色体。

【答案】　A

5．下列关于单倍体的叙述中，不正确的是（　　）

A．单倍体的体细胞中只有一个染色体组

B．花粉粒发育成的花粉植株是单倍体

C．卵细胞直接发育成的雄蜂是单倍体

D．体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体叫单倍体

【解析】　单倍体是由配子直接发育来的，体细胞中可能有一个或多个染色体组。

【答案】　A

6．（2011·海南高考）关于植物染色体变异的叙述，正确的是（　　）

A．染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加

B．染色体组非整倍性变化必然导致新基因的产生

C．染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化

D．染色体片段的倒位和易位必然导致基因排列顺序的变化

【解析】　染色体组整倍性变化不会增加基因种类；染色体组非整倍性变化可以导致基因数目改变，不会产生新基因；染色体片段的缺失可能导致基因种类减少，但也可能不变（同源染色体中一条缺失）；染色体片段的倒位和易位一定会引起基因排列顺序的改变。

【答案】　D

7．水稻抗病（T）对易染病（t）、高杆（D）对矮秆（d）完全显性。

以杂合子（TtDd）种子为原始材料，在最短的时间内获得纯合子（TTDD）的方法是（　　）

A．种植→自交→选双显性个体→纯合子

B．种植→花药离体培养→生长素处理→纯合子

C．种植→花药离体培养→秋水仙素处理→纯合子

D．种植→秋水仙素处理→花药离体培养→纯合子

【解析】　以杂合子（TtDd）种子为原始材料，在最短的时间内获得纯合子（TTDD）的方法应用单倍体育种的方法。

【答案】　C

8．（2011·南京高一期末）用X射线处理蚕蛹，使其第2号染色体上的斑纹基因易位于决定雌性的W染色体上，使雌体都有斑纹。

再将雌蚕与白体雄蚕交配，其后代凡是雌蚕都有斑纹，凡是雄蚕都无斑纹。

这样有利于去雌留雄，提高蚕丝的产量。

这种育种方法所依据的原理是（　　）

A．基因突变

B．染色体的数目变异

C．染色体的结构变异

D．基因互换

【解析】　第2号染色体上的斑纹基因易位于另一非同源染色体W染色体上，故属于染色体结构变异中的染色体片段的易位。

【答案】　C

9．下图表示某生物细胞中两条染色体及其上部分基因。

下列选项的结果中，不属于染色体变异引起的是（　　）

【解析】　此题考查染色体结构变异与基因突变的区别，具体分析如下：

A为染色体中某一片段的缺失，B为染色体中某一片段移接到另一条非同源染色体上，D为染色体某一片段的位置颠倒，而C为基因突变或染色体的交叉互换。

【答案】　C

10．（2013·苏州高一测试）某些类型的染色体结构和数目的变异，可通过对细胞有丝分裂中期或减数第一次分裂时期的观察来识别。

a、b、c、d为某些生物减数第一次分裂时期染色体变异的模式图，它们依次属于（　　）

A．三倍体、染色体片段增加、三体、染色体片段缺失

B．三倍体、染色体片段缺失、三体、染色体片段增加

C．三体、染色体片段增加、三倍体、染色体片段缺失

D．染色体片段缺失、三体、染色体片段增加、三倍体

【解析】　图a中多了一条染色体为三体，图b为染色体片段增加，图c有三个染色体组为三倍体，图d为染色体片段缺失。

【答案】　C

二、非选择题

11．下图是各细胞中所含的染色体的示意图，据图回答下列问题：

（1）图中可表示二倍体生物体细胞的是________；表示三