版高考生物一轮复习第7单元第2讲染色体变异与生物育种教学案苏教版必修2.docx
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版高考生物一轮复习第7单元第2讲染色体变异与生物育种教学案苏教版必修2
第2讲 染色体变异与生物育种
[考纲展示] 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.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．染色体数目变异
（1）类型
①非整倍性变异：
在正常的染色体组中，丢失或添加了一条或几条完整的染色体，即个别染色体的增加或减少等。
②整倍性变异：
细胞内染色体数目成倍地增加或减少，可分为单倍性变异和多倍性变异。
（2）染色体组
①概念：
细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异。
②组成
如图中雄果蝇体细胞染色体中的一个染色体组可表示为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。
（3）二倍体、多倍体和单倍体的比较
比较项目
二倍体
多倍体
单倍体
个体发育起点
受精卵
受精卵
配子
染色体组数
2个
3个或3个以上
配子中染色体组数
成因
有丝分裂或减数分裂染色体不分离
由配子直接发育而成
植株特点
正常可育
器官大、营养物质含量较高
长得弱小，且高度不育
实例
人、果蝇、玉米
香蕉、马铃薯
蜜蜂的雄蜂等
[判断与表述]
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）染色体缺失有利于隐性基因的表达，可提高个体的生存能力。
（×）
提示：
染色体缺失也有可能导致隐性基因丢失，不利于隐性基因的表达。
（2）基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变。
（×）
提示：
基因突变与染色体结构变异都有可能使个体表现型改变。
（3）染色体易位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响。
（×）
提示：
染色体易位不改变细胞内基因的数量，可能对当代生物体不产生影响，也可能产生影响，并且染色体变异大多对生物体是不利的。
（4）在减数分裂和有丝分裂过程中，非同源染色体之间交换一部分片段，可导致染色体结构变异。
（√）
（5）三倍体西瓜植株的高度不育与减数分裂同源染色体联会行为有关。
（√）
（6）染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增减。
（×）
提示：
染色体组整倍性增加会导致基因的数量增加，但基因的种类不变。
（7）二倍体生物花药离体培养后即可得到纯合子。
（×）
提示：
二倍体生物花药离体培养得到单倍体，后经秋水仙素加倍才得到纯合子。
2．思考回答（规范表述）
二倍体植物生活在某些环境条件下容易发生细胞分裂异常，若某二倍体植物经有性生殖产生的子一代植株具有下列变异表现：
叶片等器官比较大；抗逆性增强；高度不育等。
则这种变异产生的途径最可能是什么？
并作出简要分析。
提示：
单倍体和三倍体植株体细胞中同源染色体不是成对存在的，其中单倍体植株矮小，因此该子一代植株应为三倍体植株，父本在幼苗期有丝分裂受阻形成四倍体，母本减数分裂形成正常雌配子，两者杂交后将形成三倍体。
1．易位与交叉互换的区别
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
发生于同源染色体的非姐妹染色单体间
原理
属于染色体结构变异
属于基因重组
观察
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
2.多倍体的产生过程
3．染色体数目非整倍性变异原因的分析方法
假设某生物体细胞中含有2n条染色体，减数分裂时，某对同源染色体没有分开或者姐妹染色单体没有分开，导致产生含有（n＋1）、（n－1）条染色体的配子，如下图所示：
性染色体数目的增加或减少与精子、卵细胞形成过程中的染色体分配的异常有关。
减数第一次分裂和减数第二次分裂染色体分配异常，产生的结果不同，现总结如下：
时期
卵原细胞减数分裂异常（精原细胞减数分裂正常）
精原细胞减数分裂异常（卵原细胞减数分裂正常）
不正常卵细胞
不正常子代
不正常精子
不正常子代
减Ⅰ时异常
XX
XXX，XXY
XY
XXY
O
XO，YO
O
XO
减Ⅱ时异常
XX
XXX，XXY
XX
XXX
O
XO，YO
YY
XYY
－
－
O
XO
4.关于生物变异的四点提醒
（1）染色体结构变异中的缺失和重复都不会产生新基因，染色体缺失会导致基因种类的减少，染色体重复不会改变基因的种类。
（2）基因突变在显微镜下不能观察到，但是由基因突变引起的性状改变有可能用显微镜可观察到，如镰刀型细胞贫血症可以用显微镜观察红细胞的形态进行判断。
（3）体细胞中含有奇数个染色体组的单倍体或多倍体均是高度不育的，原因是进行减数分裂时无同源染色体联会或同源染色体联会紊乱，不能产生可育的配子。
◎考法1 考查染色体结构变异
[解题指导]染色体结构变异与基因突变的判断
1．（2019·聊城月考）如图中甲、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．个体甲的变异对表现型无影响
B．个体乙细胞减数分裂形成的四分体异常
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，表现型无异常
B [据图可知个体甲的变异是缺失，个体乙的变异是倒位，均会导致表现型异常，A和D选项错误；个体甲自交，后代可能出现缺失染色体纯合个体致死现象，后代性状分离比不一定是3∶1，C项错误；个体乙细胞减数分裂形成的四分体异常，B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减数分裂过程中出现的“环形圈”“十字形结构”现象，图中字母表示染色体上的基因。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．甲、乙两图所示变异类型分别属于染色体结构变异、基因重组
B．甲图所示为个别碱基对的增添或缺失，导致染色体上基因数目改变
C．乙图所示为四分体时期同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换的结果
D．甲、乙两图常出现在减数第一次分裂前期，染色体数目与DNA数目之比为1∶2
D [甲图中染色体增添或缺失了部分片段，属于染色体结构变异；乙图表示的是两对同源染色体之间的片段互换，也属于染色体结构变异，而不是四分体时期同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换。
染色体的出现及同源染色体的联会发生在减数第一次分裂前期，此时每条染色体上有两条姐妹染色单体，故染色体数目与DNA数目之比为1∶2。
]
◎考法2 考查染色体数目变异
3.二倍体生物如果某一对同源染色体多出一条染色体，则称之为“三体”。
三体在减数第一次分裂联会时，3条同源染色体中的任意2条随意配对联会正常分离，另1条同源染色体不能配对，随机地移向细胞的一极。
某基因型为AaBb的二倍体番茄（A、a位于5号染色体，B、b位于6号染色体），自交后代中出现一株基因型为AaBbb的三体（如图所示）。
下列关于此三体的描述不正确的是（ ）
A．可以确定该三体是其亲本减数第一次分裂时6号染色体出错，产生了ABb基因型配子而形成的
B．该三体减数分裂产生花粉的基因型为AB、Ab、Abb、ABb、aB、abb、ab、aBb，共8种
C．三体的出现丰富了生物的遗传多样性，但还不是一个新的物种
D．三体的形成属于染色体变异，可用显微镜观察其根尖细胞有丝分裂装片进行辨别
A [亲本为二倍体，子代中出现三体，可能是精子或卵细胞形成过程出错，产生了基因型为ABb或aBb或Abb或abb的配子。
三体不是一个新的物种，其形成属于染色体变异中的染色体数目变异。
]
4．（2019·辽宁省实验中学高三模拟）二倍体（染色体组成为2n）生物中，某一对同源染色体少一条，染色体表示为2n－1的个体称为单体；缺失一对同源染色体，染色体表示为2n－2的个体称为缺体。
请回答有关问题：
（1）单体、缺体这些植株的变异类型为________，缺体形成的原因之一可能是亲代中的一方在减数第一次分裂过程中____________________所致。
理想情况下，某单体植株（2n－1）自交后代中，染色体组成和比例为________。
（2）小麦的染色体数为2n＝42，无芒（S）对有芒（s）是显性。
现有21种无芒的单体品系，可利用杂交实验把S基因定位在具体染色体上。
现想了解S基因是否在6号染色体上，请写出实验的基本思路，预期实验结果和结论。
基本思路：
__________________________________________________。
预期实验结果和结论：
______________________________________________________________。
解析：
（1）由题干信息可知单体、缺体这些植株的变异类型为染色体数目变异。
若亲代中的双方在减数第一次分裂后期有一对同源染色体未分离，则可能产生n－1的配子，两种n－1配子的结合后发育的个体为2n－2的缺体。
单体（2n－1）产生的配子有n和n－1两种类型，故单体自交后代为2n∶2n－1∶2n－2（正常∶单体∶缺体）＝1∶2∶1。
（2）为确定S基因是否在6号染色体上，可让正常有芒植株（ss）与无芒的6号单体品系进行杂交，观察并统计后代表现型及比例。
若S不在缺失的6号染色体上，则无芒单体品系的基因型为SS，杂交后代均为无芒；若S在缺失的6号染色体上，则无芒单体品系的基因型为S0，杂交后代中无芒（Ss）∶有芒（s0）＝1∶1。
答案：
（1）（个别）染色体（数目）变异 同源染色体未分离 2n∶2n－1∶2n－2（正常∶单体∶缺体）＝1∶2∶1
（2）基本思路：
正常有芒植株（ss）与无芒的6号单体品系进行杂交，观察并统计后代表现型及比例
预期实验结果和结论：
如果后代都是无芒的，则表明S基因不在缺失的6号染色体上；
如果后代无芒∶有芒＝1∶1，则表明S基因在缺失的6号染色体上
◎考法3 综合考查生物变异类型及其判断
1.可遗传变异与不可遗传变异及判断方法
2．基因突变与基因重组的判断
3．染色体变异与基因突变的判断
（1）判断依据：
光学显微镜下能观察到的是染色体变异，不能观察到的是基因突变。
（2）具体操作：
制作正常个体与待测变异个体的有丝分裂临时装片，找到中期图进行染色体结构与数目的比较可以判断是否发生了染色体变异。
5．如图①、②、③、④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。
有关说法正确的是（ ）
A．图①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期
B．图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失
C．图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复
D．图中4种变异能够遗传的是①③
C [图①表示交叉互换，发生在减数分裂的四分体时期，图②表示易位；图③中的变异属于基因突变中的碱基对的缺失；图④中，若染色体3正常，则染色体4发生染色体结构变异中的缺失，若染色体4正常，则染色体3发生染色体结构变异中的重复；图中4种变异原因都是遗传物质的改变，都能够遗传。
]
6．一只红眼雄果蝇（XBY）与一只白眼雌果蝇（XbXb）杂交，子代中发现有一只白眼雌果蝇。
分析认为，该白眼雌果蝇出现的原因有两种：
亲本果蝇在产生配子过程中发生了基因突变或染色体片段缺失。
（注：
控制某一性状的基因都缺失时，胚胎致死；各型配子活力相同）
（1）甲同学想通过一次杂交的方法以探究其原因。
请你帮助他完成以下实验设计。
实验步骤：
①____________________________________________________________
②____________________________________________________________。
结果预测：
Ⅰ.如果________________________，则为基因突变；
Ⅱ.如果________________________，则为染色体片段缺失。
（2）乙同学认为可以采用更简便的方法验证甲同学的实验结论，乙同学的方法是______________________________________________________________。
解析：
（1）用代入法进行倒推，通过一次杂交的方法（让这只雌果蝇与正常红眼雄果蝇交配）来确定变异的类型。
若发生了基因突变，这只雌果蝇的基因型为XbXb，子代中雌果蝇为红眼，雄果蝇为白眼，雌雄个体数之比为1∶1；若发生了含B基因的染色体片段缺失，这只雌果蝇的基因型为XXb，产生的子代中雌果蝇均为红眼，雄果蝇都是白眼，雌雄个体数之比为2∶1。
（2）可以用显微镜检查该白眼雌果蝇细胞中的X染色体形态验证甲同学的结论。
答案：
（1）实验步骤：
①让这只雌果蝇与正常红眼雄果蝇交配 ②观察并记录子代中雌雄比例
结果预测：
Ⅰ.子代中雌∶雄＝1∶1 Ⅱ.子代中雌∶雄＝2∶1
（2）用显微镜检查该白眼雌果蝇细胞中的X染色体形态
考点二|低温诱导植物染色体数目的变化（实验）
1．实验原理
低温处理植物分生组织细胞→纺锤体不能形成→染色体不能被拉向两极→细胞不能分裂→细胞染色体数目加倍。
2．实验流程
1．实验中各种试剂的作用
（1）卡诺氏液：
固定细胞形态。
（2）体积分数为95%的酒精：
冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液。
（3）解离液（体积分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒精以1∶1混合）：
使组织中的细胞相互分离开来。
（4）清水：
洗去解离液，防止解离过度影响染色。
（5）改良苯酚品红染液：
使染色体着色，便于观察染色体的形态、数目和行为。
2．材料选用及处理
（1）本实验选用洋葱（或大葱、蒜）作实验材料，原因是洋葱（或大葱、蒜）染色体数目较少，便于观察。
（2）低温诱导：
应设常温、低温4℃、0℃三种，以作对照，否则实验设计不严谨。
3．实验结果观察
（1）观察染色体数目是否加倍，应选择根尖分生区进行观察，该区的细胞特点是细胞呈正方形，排列紧密。
（2）观察染色体数目是否加倍，应选择处于有丝分裂中期的细胞进行观察。
（3）能使染色体染成深色的物质除了改良苯酚品红染液外，还有龙胆紫溶液、醋酸洋红液等试剂。
1．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点分裂，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：
显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变
C [低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不分离，从而产生染色体数目加倍的细胞，A项错误；卡诺氏液能固定细胞的形态，而盐酸酒精混合液可以使洋葱根尖解离，不能把两种试剂的作用混淆，B项错误；改良苯酚品红溶液和醋酸洋红溶液都可使染色体着色，C项正确；洋葱根尖装片中的细胞大部分处于有丝分裂间期，因此在显微镜下能观察到染色体数目发生改变的只是少数细胞，D项错误。
]
2．科学工作者在研究不同浓度的秋水仙素对科优527和博Ⅱ优128两种水稻品种染色体加倍的影响时得到的数据如下表。
请回答下列问题：
品种
浓度（%）
处理芽数（个）
芽成活率（%）
染色体加倍株数（株）
染色体加倍比率（%）
科优527
0.01
200
71
1
0.71
0.02
67
3
2.34
0.03
65
7
5.93
博Ⅱ优128
0.01
200
67
6
4.72
0.02
64
9
7.37
0.03
61
15
13.16
（1）该实验的自变量为____________________________；实验选择芽作为处理对象的原因是___________________________________________________。
（2）利用秋水仙素处理或用药物破坏水稻芽尖生长点细胞中的高尔基体都可以使细胞内染色体数目加倍，但二者的原理不同，前者是不能形成纺锤体，后者是__________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
（3）分析表中数据可知，对于同一品种水稻来说，秋水仙素浓度与芽成活率、染色体加倍比率的关系为________________________________________；同一浓度的秋水仙素对不同品种水稻染色体加倍比率的影响不同，原因可能是____________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
解析：
（1）据表中信息可知，该实验的自变量是秋水仙素的浓度和水稻的品种。
选取芽尖生长点作为处理对象，理由是芽尖生长点部分细胞分裂能力强，易发生变异。
（2）在诱导染色体加倍的过程中，在药物的作用下，高尔基体遭到破坏影响细胞壁的形成，从而使加倍的染色体不能进入两个细胞中。
（3）依据表中数据可知，对于同一品种水稻来说，随着秋水仙素浓度的增大，芽成活率降低，染色体加倍比率增大。
不同品种的水稻对秋水仙素的敏感程度不同，从而导致同一浓度秋水仙素对不同品种水稻染色体加倍比率不同。
答案：
（1）秋水仙素的浓度和水稻的品种 芽尖生长点细胞分裂旺盛，易发生变异
（2）不能形成细胞壁
（3）随着秋水仙素浓度的增大，芽尖成活率降低，染色体加倍比率增大 不同品种水稻对秋水仙素反应的敏感程度不同
考点三|生物变异在育种上的应用
1．单倍体育种
（1）单倍体的特点：
植株弱小且高度不育。
（2）单体体育种流程
写出图中①②③代表的步骤：
①杂交；②花药离体培养；③秋水仙素处理。
（3）单倍体育种原理：
染色体数目变异。
（4）单倍体育种特点
①优点：
能明显缩短育种年限。
②缺点：
技术复杂，需要与杂交育种配合。
2．多倍体育种
（1）多倍体育种方法：
用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗。
（2）多倍体育种原理：
秋水仙素或低温处理能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，引起细胞内染色体数目加倍。
（3）实例：
三倍体无子西瓜
①
②三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）概念：
将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
（2）过程：
①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。
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。
（3）优良性状的选择
①若采用杂交育种，一般应从F2开始进行筛选，原因是F2才出现性状分离。
②若采用单倍体育种，对优良性状的选择应在秋水仙素处理之后（填“前”或“后”），原因是秋水仙素处理之前为单倍体，一般植株较小，不能表现出优良性状。
4．诱变育种
（1）概念：
利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法。
（2）过程：
选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。
（3）诱变育种与上述杂交育种相比，二者最大的区别在于诱变育种能创造出新基因。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）将大豆种子用60Co处理后，筛选出一株杂合子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。
（×）
提示：
杂合子自交，随自交后代数增加，纯合子逐代增多。
（2）通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育，培育出作物新类型。
（√）
（3）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，此实践活动包含基因工程技术。
（×）
提示：
此育种方式属于杂交育种，原理是基因重组，不包含基因工程技术。
（4）通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。
（√）
（5）自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后，其DNA整合到细菌DNA上属于基因工程。
（×）
提示：
基因工程是在人为作用下进行的，噬菌体感染细菌无人为因素，所以不属于基因工程。
2．思考回答（规范表述）
如图甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别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，请思考：
（1）图中③→⑤为单倍体育种。
（用序号及箭头表示）
（2）图中哪一标号处需用秋水仙素处理？
应如何处理？
提示：
图中⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合子；图中⑥处，需用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。
（3）图中④、⑥的育种原理分别是基因突变、染色体变异。
（4）图中最简便的育种途径是①→②所示的杂交育种，最难以达到育种目的是④诱变育种。
几种常考的育种方法
◎考法1 考查育种原理、过程及方法等
1．（2017·江苏高考）研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株，决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。
请回答下列问题：
（1）要判断该变异株的育种价值，首先要确定它的______物质是否发生了变化。
（2）在选择育种方法时，需要判断该变异株的变异类型。
如果变异株是个别基因的突变体，则可采用育种方法①，使早熟基因逐渐________，培育成新品种1。
为了加快这一进程，还可以采集变异株的________进行处理，获得高度纯合的后代，选育成新品种2，这种方法称为________育种。
（3）如果该早熟植株属于染色体组变异株，可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式，由此造成不规则的____________，产生染色体数目不等、生活力很低的________，因而得不到足量的种子。
即使得到少量后代，早熟性状也很难稳定遗传。
这种情况下，可考虑选择育种方法③，其不足之处是需要不断制备____________，成本较高。
（4）新品种1与新品种3均具有早熟性状，但其他性状有差异，这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次________，产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。
解析：
（1）育种的目的是获得人类所需要的有价值的性状，只有由遗传物质改变引起的性状改变才能遗传下去，才具有育种价值。
（2）方法①是自交，连续自交过程中，早熟基因逐渐纯合，培育成新品种1。
单倍体育种能明显缩短育种年限，可先通过花药离体培养，再用秋水仙素处理单倍体幼苗。
（3）若是由染色体组数目改变引起的变异，则该变异株减数分裂时联会紊乱，从而造成不规则的染色体分离，产生染色体数目不等、生活力很低的异常配子，只有极少数配子正常，故只能得到少量的种子。
方法③需要先进行植物组织培养获得柑橘苗，此过程操作复杂、成本较高。
（4）在新品种1的选育过程中，连续自交使早熟性状相关基因与其他性状相关基因发生了多次重组。
而在植物组织培养过程中不发生基因重组。
答案：
（1）遗传
（2）纯合 花药 单倍体 （3）染色体分离 配子 组培苗 （4）重组
◎考法2 育种方案的选择与设计
2．在家兔中黑毛（B）对褐毛（b）是显性，短毛（E）对长毛（e）是显性，
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