学年高中生物第章遗传信息的改变染色体变异Ⅱ教学案.docx

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学年高中生物第章遗传信息的改变染色体变异Ⅱ教学案

第23课时　染色体变异（Ⅱ）

[目标导读]　1.通过探究实验，进一步理解多倍体形成的原因，并以无子西瓜的培育为例，阐明多倍体育种的一般流程。

2.阐明单倍体的概念，结合图5－17掌握单倍体育种的方法。

3.概述染色体的非整倍性变异及应用。

[重难点击]　1.单倍体的概念。

2.多倍体育种和单倍体育种的一般流程。

一　探究低温对植物染色体数目变异的影响

阅读教材P87内容，试通过实验探究低温对植物染色体数目变异的影响。

1．原理

用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是植物细胞染色体数目发生了变化。

2．实验步骤

培养洋葱根尖：

洋葱根部接触水→长出不定根1cm→

1～4℃下低温诱导36h

取材：

取根尖约0.5～1cm→浸泡在卡诺氏液中0.5～1h

→95%酒精冲洗2次

制作装片：

解离→漂洗→染色→制片

观察

3．实验结论

低温可以诱导染色体加倍，产生多倍体。

归纳提炼

人工诱导多倍体的方法

（1）方法：

低温、温度激变法、化学诱变法（用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗）。

（2）机理：

抑制正在分裂的细胞形成纺锤体，导致染色体不分离，因而引起细胞内染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞进行正常的有丝分裂，将来就可以发育成多倍体植株。

（3）秋水仙素作用于细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成；秋水仙素不仅可用于人工诱导多倍体，还可作为化学诱变剂，诱发细胞发生基因突变。

活学活用

1．下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验叙述中，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，可以看到细胞中染色体的变化情况

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先要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

答案　C

解析　洋葱根尖成熟区细胞不再进行细胞分裂，制成的洋葱根尖装片，细胞已经死亡，看到的只是细胞分裂某一时期的瞬间图像，看不到细胞分裂的连续变化情况。

低温处理和用秋水仙素处理材料都可以抑制细胞分裂时纺锤体的形成。

用高倍物镜观察装片时，应该用细准焦螺旋将物像调清晰。

二　多倍体育种

阅读教材P87～88内容，完善无子西瓜的培育过程，探讨多倍体育种的方法。

1．流程分析

（1）第一年用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗时，处理的部位是芽尖，因为秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，芽尖细胞的有丝分裂旺盛，有利于秋水仙素发挥作用，使染色体数目加倍。

（2）两次传粉：

过程②传粉是为了杂交得到三倍体种子，过程④传粉是为了提供生长素刺激子房发育成果实。

（3）过程①利用秋水仙素处理后，新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍，根细胞中含有两个染色体组。

（4）四倍体植株上结的西瓜f，种皮和瓜瓤为四个染色体组，而种子e的胚为三个染色体组。

（5）三倍体西瓜c进行减数分裂时，由于联会紊乱，不能产生正常配子。

（6）获取三倍体种子e是在第一年四倍体植株a上；获取三倍体无子果实g则是在第二年的三倍体植株c上。

2．由无子西瓜的培育过程，总结多倍体育种的一般方法、原理、过程

（1）方法：

用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。

（2）原理：

当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体形成，导致染色体不分离，从而引起细胞内染色体数目加倍。

（3）过程

萌发的种子或幼苗

分裂间期细胞染色体（2n）正常复制，分裂前期不能形成纺锤体―→细胞中染色体数目加倍（4n）―→多倍体植株。

小贴士　异源八倍体小黑麦的培育过程（A、B、D、R均代表染色体组）

归纳提炼

多倍体育种的方法

项目

多倍体育种

依据原理

染色体变异

常用方法

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

优点

器官大，提高产量和营养成分

缺点

结实率低

活学活用

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

问题导析　

（1）子房发育成果实，子房壁发育成果皮。

（2）受精后的胚珠发育成种子，珠被发育成种皮，受精卵发育成胚，胚包括胚芽、胚轴、胚根、子叶，受精极核发育成胚乳。

（3）三倍体作母本，二倍体作父本，二者杂交，由于三倍体不产生卵细胞，所以结出的无子西瓜没有胚，但珠被可以正常发育成种皮。

答案　C

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，无子西瓜是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，细胞中仍含有2个染色体组。

三　单倍体及单倍体育种

1．单倍体

在生物的体细胞中，染色体的数目也可以成倍地减少，试结合相关材料，分析单倍体的知识。

（1）概念

材料　蜜蜂的生殖过程如图

由材料可知：

蜜蜂的蜂王和工蜂都是二倍体，它们的体细胞中有32条染色体，而雄蜂的体细胞中只有16条染色体。

像雄蜂这样，体细胞中具有本物种配子染色体数目的个体，叫做单倍体。

（2）类型

①玉米是二倍体，它的体细胞中含有两个染色体组，20条染色体，它的单倍体植株的体细胞中含有一个染色体组，10条染色体。

像玉米这样的单倍体就是单元单倍体。

②普通小麦是六倍体，它的体细胞中含有六个染色体组，42条染色体，那么它的单倍体植株的体细胞中就含有三个染色体组，21条染色体。

像小麦这样的单倍体就是多元单倍体。

（3）特点：

与正常的二倍体相比，单倍体植株较小，生活力较弱，而且往往表现出高度不育，结实率较低。

原因是染色体在减数分裂时不能正常联会和分离，所以使形成的配子高度不育。

2．单倍体育种

单倍体虽然一般高度不育，但是利用单倍体培育新品种却有一定的优势，结合下图分析单倍体育种的过程。

（1）①是某种杂合的二倍体植物（基因型为AaBb，两对基因自由组合），②→⑥的过程称为花药离体培养，⑥得到的幼苗是单倍体，基因型有AB、ab、Ab、aB。

（2）⑥→⑦过程使用秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，阻止染色体分离，这样得到的植株为二倍体，基因型为AABB、aabb、AAbb、aaBB，基因组成均为纯合的，自交后代不会发生性状分离。

（3）由此可见，单倍体育种的优点是：

短时间内获得纯合体，明显缩短了育种年限。

3．孤雌生殖

孤雌生殖是雌雄配子未经融合，而由雌配子单性发育成种子的一种无融合生殖。

孤雌生殖可以自发产生，也可以人工诱发。

植物中自发产生孤雌生殖的频率通常是很低的，不能满足育种的需要。

而用人工方法诱发孤雌生殖，常常可以提高孤雌生殖的频率。

小贴士　快速判定生物是几倍体

（1）如果生物体是由受精卵或合子发育形成的，生物体细胞内有几个染色体组就叫做几倍体。

（2）如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，不论细胞内含有几个染色体组，都不能叫做二倍体、三倍体等，仍然称为单倍体。

（3）单倍体、二倍体和多倍体都是能独立生活的个体，因此，精子、卵细胞、花粉属于配子，不能称为单倍体。

归纳提炼

单倍体育种和多倍体育种的比较

方式

多倍体育种

单倍体育种

原理

两者都是利用染色体数目变异的原理。

不同的是，多倍体育种是使染色体数以染色体组的形式成倍增加；单倍体育种是使染色体数目以染色体组的形式成倍减少，再加倍后获得纯种

常用

方法

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗（或低温诱导植物染色体数目加倍）

花药离体培养，然后进行人工诱导染色体加倍（秋水仙素处理萌发的种子或幼苗、低温诱导植物染色体数目加倍），形成纯合体

缺点

适用于植物，在动物方面难以开展

技术复杂，需与杂交育种相结合

实例

三倍体西瓜、甜菜等

抗病植株的快速育成

活学活用

3．已知普通小麦是六倍体，含42条染色体。

下列有关普通小麦的叙述中，错误的是（　　）

A．它的单倍体植株的体细胞中含21条染色体

B．它的每个染色体组含7条染色体

C．它的胚乳含3个染色体组

D．离体培养它的花粉，产生的植株表现高度不育

问题导析　

（1）普通小麦是六倍体，可推知体细胞中含6个染色体组；6个染色体组含42条染色体，可推知1个染色体组中含7条染色体。

（2）受精极核发育成胚乳，可推知它的胚乳含9个染色体组。

（3）普通小麦的花粉含3个染色体组，离体培养它的花粉，产生的植株高度不育。

答案　C

解析　单倍体体细胞的染色体数与该物种配子中的染色体数相同，即21条。

每个染色体组的染色体数为42÷6＝7。

胚乳所含的染色体组数为配子中染色体组数的3倍，即9组。

离体培养它的花粉所得到的植株含有3个染色体组，因此高度不育。

四　非整倍性变异

阅读教材P90内容，结合材料，分析非整倍性变异的有关内容。

1．非整倍性变异的机理

非整倍性变异的形成原因有两种：

（1）减数分裂Ⅰ的后期，个别同源染色体没有分开。

（2）减数分裂Ⅱ的后期，个别姐妹染色单体分开后移向细胞同一极。

2．染色体工程

材料

（1）材料说明细胞内个别染色体的增加或减少，也会引起生物性状的改变，甚至导致生物体死亡。

（2）为了在一定程度上达到定向改变遗传特性、选育出新品种的目的，人们可以按照预定的目标，通过有计划地削减、添加和代换同种或异种的一条或若干条染色体或染色体的一部分，达到改变特定的遗传性状的目的，这种方法称做染色体工程。

归纳提炼

非整倍性变异

（1）含义：

在染色体正常数目的基础上增加或减少一条或几条染色体。

（2）结果：

引起生物性状改变，甚至导致生物体死亡。

（3）应用：

染色体工程。

活学活用

4．曾经有几篇新闻报道描述了一个惊人发现：

有2%～4%的精神病患者的性染色体组成为XYY。

下列关于XYY综合征的叙述，正确的是（　　）

A．患者为男性，是由于母方减数分裂产生异常的卵细胞所致

B．患者为男性，是由于父方减数分裂产生异常的精子所致

C．患者为女性，是由于母方减数分裂产生异常的卵细胞所致

D．患者为女性，是由于父方减数分裂产生异常的精子所致

问题导析　

（1）XYY个体中的X染色体来自母亲，而两条Y染色体来自父亲。

（2）父亲的精子中含有两条Y染色体的原因是在减数分裂Ⅱ后期，两条Y染色体没分开。

答案　B

解析　含有Y染色体的应为男性，原因是父亲的次级精母细胞在减数分裂Ⅱ的后期，姐妹染色单体分开后，没有均分到两个子细胞中去，形成异常精子（含两条Y染色体）。

当堂检测

1．下列关于探究低温对植物染色体数目变异的影响的实验中，不正确的是（　　）

A．用低温处理植物分生组织细胞，能抑制纺锤体的形成

B．洋葱根尖长出约1cm时，剪下，置于4℃冰箱中，诱导36h

C．卡诺氏液浸泡根尖，固定细胞的形态

D．装片制作包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤

答案　B

解析　低温诱导的原理也是抑制纺锤体的形成；当洋葱根尖长出约1cm时，才能开始诱导，这样有利于根的形成，而不能剪下，这样会使其失去生命力，卡诺氏液的作用是固定细胞的形态；在制作装片时，过程和“观察植物细胞的有丝分裂”相同，包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤。

2．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