第2节 染色体变异.docx

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第2节染色体变异

第2节　染色体变异

课程标准要求

核心素养对接

学业质量水平

举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡。

1.生命观念——利用结构与功能观，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。

水平二

2.科学思维——准确理解染色体组的概念，并能运用染色体组的概念结合发育的起点区别单倍体与二（多）倍体。

水平一

3.社会责任——理解单倍体育种和多倍体育种利用了染色体数目变异的原理，并通过与杂交育种的比较，认同单倍体育种可以明显缩短育种的年限。

水平二

染色体数目的变异

———————————————自主梳理———————————————

[典例1]用马铃薯的花粉在一定的条件下直接培养形成马铃薯植株。

该马铃薯植株的某些细胞进行减数分裂时，观察到染色体正常联会，此时细胞内共有15个四分体。

据此推测，马铃薯正常个体的体细胞中共含有的染色体组数目为（　　）

A.2个B.3个

C.4个D.5个

解析　在减数分裂形成花粉过程中，同源染色体分离，那么花粉直接培养形成的马铃薯植株，其染色体数目减半，染色体组数目也减半。

而用花粉直接培养形成的马铃薯植株细胞进行减数分裂时，观察到染色体正常联会，并形成15个四分体，说明其含有2个染色体组，所以马铃薯正常个体的体细胞中共含有的染色体组数目为4个。

答案　C

[对点练1]下图表示细胞中所含的染色体，①②③④的基因型可以表示为（　　）

A.①：

AABb　②：

AAABBb　③：

ABCD　④：

A

B.①：

Aabb　②：

AaBbCc　③：

AAAaBBbb　④：

AB

C.①：

AaBb　②：

AaaBbb　③：

AAaaBBbb　④：

Ab

D.①：

AABB　②：

AaBbCc　③：

AaBbCcDd　④：

ABCD

解析　根据细胞中所含的染色体的类型判断，①含有两个染色体组，②含有三个染色体组，③含有四个染色体组，④含有一个染色体组。

答案　C

———————————————素养提升———————————————

单倍体育种与多倍体育种的比较

[典例2]如图表示无子西瓜的培育过程：

根据图解，结合你学过的生物学知识，判断下列叙述错误的是（　　）

A.秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的茎尖，主要是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成

B.四倍体植株所结的西瓜，果皮细胞内含有4个染色体组

C.无子西瓜既没有种皮，也没有胚

D.四倍体西瓜的根细胞中含有2个染色体组

解析　秋水仙素抑制纺锤体的形成，是在有丝分裂的前期；四倍体西瓜的果皮是由子房壁发育而成的，来自母本，应含有4个染色体组；无子西瓜由于不能产生正常配子，所以不能形成受精卵，而种皮来自于母本，所以有种皮，而没有胚；由于植株的地下部分没有经秋水仙素处理，四倍体西瓜的根细胞中仍含有2个染色体组。

答案　C

[对点练2]下图表示两种育种方式，请据图思考下列问题：

（1）甲图表示的育种方式为________，乙图表示的育种方式为________，二者的育种原理分别为________________和________________。

（2）甲图和乙图中都有秋水仙素诱导染色体组加倍，其原理是____________________________。

甲图中用秋水仙素处理的目的是_____________________________________________________________。

（3）乙图中获得无子西瓜至少需要________年。

图乙中有两次传粉过程，它们的目的分别是________________和____________________。

（4）甲图中所示育种方式的优点是____________________，原因是因为____________________________。

答案　

（1）单倍体育种　多倍体育种　染色体数目的变异　染色体数目的变异

（2）秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，从而诱导染色体组加倍　使染色体组加倍，从而变得可育

（3）两　得到三倍体种子　刺激三倍体的子房发育成果实

（4）能明显缩短育种年限　秋水仙素处理单倍体幼苗直接得到纯合体

【归纳总结】

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或幼苗

花药离体培养后，人工诱导染色体数目加倍

优点

操作简单

明显缩短育种年限

缺点

适用于植物，在动物方面难以操作

技术复杂一些，需与杂交育种配合

联想质疑

★染色体变异能用显微镜观察到，基因突变无法用显微镜观察。

★21三体综合征的核型

★三倍体无子西瓜

★蜂王、雄蜂与工蜂

★单倍体发育的起点是配子

【方法归纳】　染色体组数目的判断方法

（1）根据染色体的形态判断：

在细胞内任选一条染色体，细胞内与该染色体形态相同的染色体共有几条，则含有几个染色体组，如图甲中含有4个染色体组。

（2）根据基因型判断：

在生物体的基因型中，控制同一性状的基因出现几次（发同一个音的字母出现几次），则有几个染色体组，如图乙含有4个染色体组。

低温诱导植物细胞染色体数目的变化（选学）

———————————————自主梳理———————————————

1.实验原理

用低温处理植物的分生组织细胞，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.方法步骤

（1）培养、诱导：

将长出约1cm长不定根的洋葱整个放入冰箱的冷藏室内（4℃），诱导培养48～72h。

（2）固定、漂洗：

剪取诱导处理的根尖0.5～1cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h，以固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次。

（3）制片、观察：

包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤；先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂象。

确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察。

[典例3]下列关于低温诱导染色体数目变化实验操作的相关叙述，错误的是（　　）

A.剪取的根尖用卡诺氏液处理的目的是固定细胞的形态

B.卡诺氏液处理后应用清水漂洗两次

C.制片时应先解离、漂洗，再染色、制片

D.观察时应先用低倍镜寻找到染色体形态较好的分裂象

解析　卡诺氏液固定后应用95%的酒精漂洗两次，故选B。

答案　B

[对点练3]下列关于低温诱导染色体数目变化实验中制片操作的相关叙述，错误的是（　　）

A.解离的目的是为了让组织细胞彼此分离

B.可用清水对解离后的根尖进行漂洗

C.染色所用的改良苯酚品红染液是一种碱性染料

D.制片时的操作顺序为解离→染色→漂洗→制片

解析　制片时的操作顺序为解离→漂洗→染色→制片，故选D。

答案　D

联想质疑

【归纳总结】

（1）低温和秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理：

有丝分裂前期，低温和秋水仙素都能抑制纺锤体的形成；后期，着丝粒分裂后染色体数目加倍；末期，由于没有纺锤体，染色体不能被牵拉到细胞两极，细胞无法实现一分为二，从而使得细胞内的染色体数目加倍。

当温度恢复正常或秋水仙素被细胞代谢消耗完全之后，染色体数目加倍的细胞又通过正常的有丝分裂产生更多的染色体数目加倍的子代细胞。

（2）两次漂洗的对比：

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95%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。

染色体结构的变异

———————————————自主梳理———————————————

1.类型（连线）

光学显微镜下对染色体形态大小进行观察可以检测

2.结果

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

大多数对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。

[典例4]（2018·海南卷，14）杂合体雌果蝇在形成配子时，同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换，导致新的配子类型出现，其原因是在配子形成过程中发生了（　　）

A.基因重组B.染色体重复C.染色体易位D.染色体倒位

解析　在减数分裂过程中，同源染色体上的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换导致基因重组；在减数分裂Ⅰ后期，非同源染色体的自由组合也能导致基因重组。

染色体重复、染色体易位、染色体倒位属于染色体变异。

答案　A

[对点练4]导致遗传物质变化的原因有很多，下图字母代表不同基因，其中变异类型①和②依次是（　　）

A.突变和倒位B.重组和倒位C.重组和易位D.易位和倒位

解析　染色体的结构变异包括缺失、重复、易位和倒位，①a、b基因的位置出现新的j基因，则只能为易位（染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上）；

②染色体臂上的c基因和d、e基因发生了倒位（染色体中某一片段位置颠倒），D正确。

答案　D

【归纳总结】　易位与交叉互换的区别

易位

交叉互换

图示

区别

位置

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

原理

染色体结构变异

基因重组

观察

可用光学显微镜直接观察

光学显微镜下无法直接观察

联想质疑

请分析以上各属于哪种变异？

1.缺失　2.重复3.倒位　4.易位

课堂小结

随堂检测

1.下列关于染色体结构变异的叙述中，错误的是（　　）

A.猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的

B.染色体结构的改变，都会使染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变

C.大多数染色体结构变异对生物体是有利的

D.用显微镜可以直接观察到染色体结构变异

解析　染色体结构的变异包括缺失、重复、倒位、易位四种类型，猫叫综合征是由于人的第5号染色体部分缺失引起的。

染色体结构的改变不论是哪一种类型，都会使染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，并且大多数染色体结构的变异对生物体是有害的，有的甚至会导致生物体死亡。

答案　C

2.已知某二倍体生物的体细胞中含有8条染色体，则下列可表示该生物一个染色体组的是（　　）

A.①②B.③④

C.①③D.②④

解析　由于是二倍体生物，且体细胞中含有8条染色体，所以每个染色体组中含有4条染色体，且一定不含有同源染色体，①③均满足上述条件。

答案　C

3.下列有关单倍体的叙述中，正确的是（　　）

A.未经受精的卵细胞发育成的植物，一定是单倍体

B.含有两个染色体组的生物体，一定不是单倍体

C.生物的精子或卵细胞一定都是单倍体

D.含有奇数染色体组的个体一定是单倍体

解析　由配子发育成的植株一定是单倍体；细胞内含有两个染色体组的生物可能是单倍体，也可能是二倍体；精子或卵细胞是细胞而非个体；三倍体生物体细胞中含有三个染色体组。

答案　A

4.下列是无子西瓜培育的过程简图，有关叙述错误的是（　　）

A.①过程也可进行低温诱导处理，与秋水仙素的作用原理不同

B.三倍体植株不育的原因是在减数分裂过程中联会发生紊乱

C.培育得到的无子西瓜与二倍体有子西瓜相比个大、含糖量高

D.要得到无子西瓜，需每年制种，很麻烦，所以可用无性繁殖进行快速繁殖

解析　低温诱导和秋水仙素的作用原理相同，都是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成。

答案　A

5.下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，错误的是（　　）

A.一个染色体组中不含同源染色体

B.由受精卵发育成的，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体

C.单倍体生物体细胞中不一定只含有一个染色体组

D.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

解析　人工诱导多倍体的方法很多，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；染色体组是一组非同源染色体，单倍体生物体细胞中不一定只含有一个染色体组，如四倍体的单倍体植株体细胞中含有2个染色体组。

答案　D

6.下列各图中，所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，理由是

___________________________________________________________。

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

（4）如果C图中的生物是由某生物的卵细胞直接发育形成的，那么它是几倍体？

________。

形成它的那个生物是几倍体？

________。

答案　

（1）D　二　

（2）A　含有三个染色体组，但染色体组的数目为奇数，减数分裂时联会紊乱　（3）B、C　（4）单倍体　四倍体

课时作业

（时间：

30分钟）

强化点1　染色体数目的变异

1.下列关于染色体组的表述，错误的是（　　）

A.起源相同的一组完整的非同源染色体

B.通常指二倍体生物的一个配子中的染色体

C.人的体细胞中有两个染色体组

D.普通小麦的花粉细胞中有一个染色体组

解析　普通小麦是六倍体，其体细胞中含六个染色体组，减数分裂形成的花粉细胞中应含三个染色体组。

答案　D

2.韭菜的体细胞中含有32条染色体，这32条染色体有8种不同的形态结构，韭菜是（　　）

A.二倍体B.四倍体

C.六倍体D.八倍体

解析　韭菜的体细胞中含有32条染色体，有8种不同的形态结构，那么相同形态的染色体有32/8＝4（条），即韭菜体细胞中含有4个染色体组，韭菜是四倍体。

答案　B

3.单倍体生物的体细胞中染色体数应是（　　）

A.只含一条染色体B.只含一个染色体组

C.染色体数是单数D.含本物种配子的染色体数

解析　体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，叫做单倍体。

如果是多倍体，其单倍体生物体细胞应含有不止一个染色体组。

答案　D

4.用秋水仙素处理幼苗可诱导形成多倍体植株，秋水仙素的主要作用是（　　）

A.使染色体再次复制

B.使染色体着丝粒不分裂

C.抑制纺锤体的形成

D.使细胞稳定在间期阶段

解析　秋水仙素能够抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，这样细胞中的染色体虽然完成了复制，但染色体不能被拉向两极，导致细胞中的染色体数目加倍。

答案　C

5.四倍体水稻的花粉经离体培养得到的植株是（　　）

A.单倍体；含1个染色体组

B.单倍体；含2个染色体组

C.二倍体；含1个染色体组

D.二倍体；含2个染色体组

解析　由配子直接发育成的个体是单倍体，四倍体水稻有4个染色体组，其配子中含2个染色体组。

答案　B

6.单倍体育种的原理是（　　）

A.基因突变B.基因重组

C.染色体结构变异D.染色体数目变异

答案　D

强化点2　低温诱导植物细胞染色体数目的变化

7.（2019·哈尔滨六中期中）下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，正确的是（　　）

A.原理：

低温抑制染色体着丝粒分裂，使子染色体不能分别移向两极

B.解离：

盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离

C.染色：

改良苯酚品红溶液和醋酸洋红溶液都可以使染色体着色

D.观察：

显微镜下可以看到细胞的染色体数目都发生了改变

解析　低温能抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成，但着丝粒能正常分裂，使子染色体不能移向两极，导致细胞中染色体数目加倍，A错误；卡诺氏液的作用是固定细胞形态，不是使洋葱根尖解离，B错误；在显微镜下可以看到大多数细胞处于间期，看不到染色体，因此只有少数细胞染色体会加倍，D错误。

答案　C

8.选取生理状况相同的二倍体草莓（2n＝14）幼苗若干，随机分组，每组30株，用不同浓度的秋水仙素溶液处理幼苗，得到的实验结果如图所示。

下列有关叙述中错误的是（　　）

A.该实验的自变量有两个

B.高倍镜下观察草莓茎尖细胞的临时装片，发现有的细胞分裂后期的染色体数目为56

C.秋水仙素与龙胆紫溶液一样属于碱性染料，能对染色体着色，从而诱导染色体加倍

D.实验表明：

与其他处理组相比，用0.2%的秋水仙素处理草莓幼苗1天，诱导成功率最高

解析　秋水仙素不能对染色体着色，其诱导染色体加倍的原理是抑制纺锤体的形成，故选C。

答案　C

9.（2019·天津市期末联考）如图是某学生用二倍体植物（2N＝20）做低温诱导染色体加倍实验时，所拍摄的显微照片，下列说法正确的是（　　）

A.该生通过构建物理模型来研究低温诱导染色体加倍的过程

B.在图中N时期，一定有4个染色体组

C.低温发挥作用的时期是图中M所示的时期

D.图中看不到由N→M时期的连续变化过程

解析　图示为拍摄的显微照片，属于放大后的图像，故不属于物理模型，A错误；图中N时期为分裂中期图示，可能为诱导加倍前的细胞中期图（2个染色体组），也可能为诱导加倍后的细胞中期图（4个染色体组），故可能有2个或4个染色体组，B错误；低温抑制了纺锤体的形成，而纺锤体形成是在分裂前期，因此低温发挥作用的时期是分裂前期，而图中M所示的时期为分裂后期，C错误。

答案　D

强化点3　染色体结构的变异

10.下列属于染色体结构变异的是（　　）

①染色体缺失　②染色体重复　③染色体易位　④染色体倒位　⑤碱基对替换

A.①②③⑤B.①②④⑤

C.①②③④D.②③④⑤

答案　C

11.下列变异中，不属于染色体结构变异的是（　　）

A.染色体缺失了某一片段

B.染色体增加了某一片段

C.染色体中DNA的一个碱基对发生了改变

D.染色体某一片段位置颠倒了180°

解析　DNA中一个碱基对发生改变，这属于基因突变。

选项A、B、D依次属于缺失、重复和倒位。

答案　C

12.下列关于染色体结构变异和基因突变的主要区别的叙述，错误的是（　　）

A.基因突变是由于DNA分子发生碱基改变而引起的基因碱基序列的变化

B.染色体结构变异是染色体上较大片段的改变

C.基因突变一般是微小突变，其效应小，染色体结构变异是较大变异，其效应大

D.染色体结构变异可通过显微镜观察进行鉴别，而基因突变则不能

解析　基因突变一般是微小突变，但是能产生新基因，可能改变生物的性状，甚至导致个体死亡，所以其效应不一定小。

答案　C

13.（2019·徐州学考模拟）如图为某校师生对玉米（2N＝20）的花粉进行离体培养和再生植株进行研究的过程图。

下列叙述错误的是（　　）

A.过程①为花药离体培养

B.过程②若正常培养，则植株B为单倍体

C.过程②若使用秋水仙素，则植株B为二倍体纯合子

D.若该过程为单倍体育种，育种原理为基因重组

解析　过程①为花药离体培养，获得的幼苗为单倍体，A正确；过程②单倍体幼苗若正常培养，则植株B为单倍体，B正确；过程②对单倍体幼苗（只有1个染色体组）若使用秋水仙素，则植株B为二倍体纯合子，C正确；若该过程为单倍体育种，育种原理为染色体变异，D错误。

答案　D

14.（2019·金华十校联考）在观察细胞减数分裂过程中发现一个细胞中染色体的配对出现如甲图所示的“环”状结构，另一个细胞中出现如乙图所示的“环”状结构，且相应细胞中都只有一对染色体出现这样的异常配对情况。

下列相关叙述，正确的是（　　）

A.甲和乙所示的变异都发生在减数分裂Ⅰ后期

B.甲图出现的原因是染色体①发生了重复

C.乙图出现的原因是染色体③或④发生了倒位

D.由乙图所示细胞形成的子细胞中都有异常染色体

解析　对甲图分析可知，细胞中染色体的配对出现如甲图所示的“环”状结构，可能是染色体①发生了重复，也可能是染色体②发生了缺失。

对乙图分析可知，细胞中出现如乙图所示的“环”状结构，可能是③或④发生了倒位。

甲和乙所示的变异可发生在减数第一次分裂前期同源染色体配对之前，A错误；甲图出现的原因是染色体①发生了重复或染色体②发生了缺失，B错误；乙图出现的原因是染色体③或④发生了倒位，C正确；由乙图所示细胞形成的子细胞中含异常染色体的细胞占1/2，D错误。

答案　C

15.（2019·松江区期末）某二倍体生物细胞中分别出现下图①至④系列状况，则对图的解释正确的是（　　）

A.①为基因突变，②为倒位

B.③可能是重复，④为染色体组加倍

C.①为易位，③可能是缺失

D.②为基因突变，④为染色体结构变异

解析　分析图示可知：

①染色体上的dF所示的片段被非同源染色体上的KL所示的片段取代，为染色体结构变异中的易位；②染色体上eHG所在的片段发生了位置颠倒，属于染色体结构变异中的倒位；③中“环形圈”的出现，是由于两条同源染色体中的上面一条多了一段或是下面一条少了一段，属于染色体结构变异中的重复或缺失；④中有一对同源染色体多了一条，属于染色体数目变异。

综上分析，C正确。

答案　C

16.下图表示某动物细胞分裂过程中染色体变化的示意图，请据图回答下列问题：

（1）图中，从细胞①到细胞②变化是由于发生了________而造成的，经过Ⅱ、Ⅲ后形成的4种子细胞中，属于变异后特有的子细胞的是________________。

（2）可遗传的变异有三种来源，三倍体香蕉这种变异属于________，人们用什么技术能将这种变异遗传给子代？

______________________________________

________________________________________________________________。

（3）野生香蕉是二倍体，无法食用，三倍体香蕉可食。

由于一种致命真菌使香蕉可能在5年左右濒临灭绝，假若生物学家找到了携带该真菌抗性基因的野生纯合（AA，A代表二倍体香蕉的一个染色体组）香蕉，如何培育出符合要求的无子香蕉？

请你简要写出遗传育种图解。

解析　

（1）图中细胞发生的染色体片段的交换是发生在非同源染色体之间，所以属于染色体结构变异。

从染色体的结构可以看出，⑤⑥⑦中的染色体组成发生了染色体片段的交换。

（2）三倍体香蕉的染色体数量相对于正常的二倍体多了一个染色体组，属于染色体数目的变化，属于可遗传变异的三种来源中的染色体变异。

由于三倍体香蕉不能通过减数分裂产生正常的配子，所以只能通过无性生殖的方式产生后代。

（3）由二倍体产生三倍体的过程，可以借鉴三倍体无子西瓜的培育过程，由含有抗性基因的二倍体诱导产生四倍体，产生的四倍体再与含有抗性基因的二倍体杂交，最后产生含有抗性基因的三倍体。

答案　

（1）易位（或染色体结构变异）　⑤⑥⑦

（2）染色体（数目）变异　植物组织培养

（3）P：

野生二倍体香蕉

17.已知二倍体西瓜的体细胞中含有22条染色体，西瓜的绿皮（A）对白皮（a）为显性，大子（B）对小子（b）为显性，这两对等位基因分别位于两对同源染色体上。

现对一批纯种绿皮大子与白皮小子西瓜种子进行了下列操作：

a.将这批种子播种，并用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大子幼苗，使之成为四倍体；

b.当被处理后的绿皮大子西瓜植株开花后，将白皮小子西瓜植株的花粉授予绿皮大子植株，使之杂交获得F1。

（1）亲本杂交当年结________（选填“有子”或“无子”）西瓜，其果皮颜色为__________________________________________________________________。

（2）秋水仙素的作用是___________________________________________。

（3）由于工作人员的疏忽，进行a操作时，其中有一株幼苗没有用秋水仙素处理，其通过杂交获得了有子西瓜。

第二年，工作人员将