届高考生物一轮总复习精品讲义 第21讲 染色体变异 新人教版.docx

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届高考生物一轮总复习精品讲义第21讲染色体变异新人教版

第21讲　染色体变异

[考纲要求]　1.染色体结构变异和数目变异（Ⅰ）。

2.实验：

低温诱导染色体加倍。

考点一　染色体结构的变异[重要程度：

★★☆☆☆]

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。

1．观察下列图示，填出变异类型并回答相关问题

（1）已知的染色体：

（2）可在显微镜下观察到的是A、B、C（填字母）。

（3）基因数目和排列顺序均未变化的是D。

2．染色体易位与交叉互换的不同点

染色体易位

交叉互换

图解

染色体角度

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

变异类型

属于染色体结构变异

属于基因重组

显微镜下是否观察到

可在显微镜下观察到

在显微镜下观察不到

易错警示　与三种可遗传变异有关的3个注意点

（1）基因突变、基因重组、染色体变异都会引起遗传物质的改变，均可传给后代。

（2）基因突变是基因内部碱基对的改变，属于DNA分子水平上的变化；染色体变异是染色体结构或数目的变异，属于细胞水平上的变化。

（3）染色体的某一个位点上基因的改变属于基因突变，这种改变在光学显微镜下是无法直接观察到的。

而染色体上几个基因的改变属于染色体变异，这种改变可以用显微镜直接观察到。

1．下列关于染色体变异和基因突变的主要区别的叙述中，错误的是（　　）

A．染色体结构变异是染色体的一个片段增加、缺失或替换等，而基因突变则是DNA分子中碱基对的替换、增加或缺失

B．原核生物和真核生物均可以发生基因突变，但只有真核生物能发生染色体变异

C．基因突变一般是微小突变，其对生物体影响较小，而染色体结构变异是较大的变异，其对生物体影响较大

D．多数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

答案　C

解析　基因突变是分子水平上的变异，只涉及基因中一个或几个碱基对的改变，在光学显微镜下观察不到，原核生物和真核生物都可以发生；染色体结构变异是染色体的一个片段的变化，只有真核生物可以发生。

基因突变和染色体结构变异都可能对生物的性状产生较大影响。

2．普通果蝇的第3号染色体上的三个基因，按猩红眼－桃色眼－三角翅脉的顺序排列（St－P－DI）；同时，这三个基因在另一种果蝇中的顺序是St－DI－P，我们把这种染色体结构变异方式称为倒位。

仅仅这一倒位的差异便构成了两个物种之间的差别。

据此，下列说法正确的是（　　）

A．倒位和发生在同源染色体之间的交叉互换一样，属于基因重组

B．倒位后的染色体与其同源染色体完全不能发生联会

C．自然情况下，这两种果蝇之间不能产生可育子代

D．由于倒位没有改变基因的种类，所以发生倒位的果蝇性状不变

答案　C

解析　倒位发生在非同源染色体之间，属于染色体的结构变异，交叉互换发生在同源染色体之间，属于基因重组；倒位后的染色体与其同源染色体也可能发生联会；两种果蝇属于两个物种，它们之间存在生殖隔离，因此两种果蝇之间不能产生可育子代；倒位虽然没有改变基因的种类，但由于染色体上基因的排列顺序改变，往往导致果蝇性状改变。

1．变换角度理解三种变异的实质

若把基因视为染色体上的一个位“点”，染色体视为点所在的“线段”，则基因突变为“点”的变化（点的质变，但量不变）；基因重组为“点”的结合或交换（点的质与量均不变）；染色体变异为“线段”发生结构或数目的变化。

2．利用4个“关于”区分三种变异

（1）关于“互换”问题。

同源染色体上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。

（4）关于变异的“质”和“量”问题。

基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量，但转基因技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。

考点二　染色体数目的变异[重要程度：

★★☆☆☆]

一、染色体数目的变异

1．类型

（1）细胞内个别染色体的增加或减少，如21三体综合征。

（2）细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少，如多倍体、单倍体。

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，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。

（2）组成：

如图为一雄果蝇的染色体组成，其染色体组可表示为：

Ⅱ、Ⅲ、

Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。

3．二倍体、多倍体和单倍体的比较

二倍体

多倍体

单倍体

概念

体细胞中含有两个染色体组的个体

体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体

体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体

染色

体组

两个

三个或三个以上

一至多个

发育

起点

受精卵

受精卵

配子

二、单倍体育种和多倍体育种

1．图中①和③的操作是秋水仙素处理，其作用原理是抑制纺锤体的形成。

2．图中②过程是花药离体培养。

3．单倍体育种的优点是能明显缩短育种年限。

1．染色体组的特点

观察下图雄果蝇的染色体组成，概括染色体组的组成特点

（1）从染色体来源看，一个染色体组中不含同源染色体。

（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）从所含的基因看，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。

2．染色体组数量的判断方法

（1）根据细胞分裂图像进行识别判断（适用于二倍体）

减Ⅰ前期

减Ⅰ后期

减Ⅰ末期或

减Ⅱ前期

有丝分

裂后期

图像

染色体数

4条

4条

2条

8条

染色体组数

2个

2个

1个

4个

生殖细胞

中染色体数

2条

2条

2条

2条

每个染色体组

中的染色体数

2条

2条

2条

2条

（2）根据染色体形态判断

细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。

如图所示的细胞中所含的染色体组数分别是：

a为3个，b为2个，c为1个。

（3）根据基因型判断：

控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组——每个染色体组内不含等位或相同基因。

如图所示的细胞中，它们所含的染色体组数分别是：

a为4个，b为2个，c为3个，d为1个。

（4）根据染色体数与形态数的比值判断：

染色体数与形态数比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组。

如玉米的体细胞中共有20条染色体，10种形态，则玉米含有2个染色体组。

3．单倍体、二倍体和多倍体的判断方式

（1）如果生物体由受精卵（或合子）发育而成，其体细胞中含有几个染色体组，该生物就称为几倍体。

（2）如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，则无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。

4．单倍体育种与多倍体育种的不同点

观察下列两种育种图示，并对两种育种方式进行比较。

（1）A为单倍体育种，B为多倍体育种。

（2）比较两种育种方式

单倍体育种

多倍体育种

原理

染色体数目以染色体组的形式成倍减少，然后再加倍从而获得纯种

染色体数目以染色体组的形式成倍增加

方式

花药离体培养获得单倍体，再用秋水仙素处理幼苗

秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗

优点

明显缩短育种年限

器官大，营养成分含量高，产量增加

缺点

技术复杂，需要与杂交育种配合

适用于植物，动物难以开展。

多倍体植物生长周期延长，结实率降低

易错警示　与单倍体、多倍体有关的3个易错点

（1）单倍体的体细胞中并非只有一个染色体组，因为大部分的生物是二倍体，所以有时认为单倍体的体细胞中只含有一个染色体组，但是多倍体的配子形成的单倍体的体细胞中含有不只一个染色体组。

（2）单倍体并非都不育。

二倍体的配子发育成的单倍体，表现为高度不育；多倍体的配子如含有偶数个染色体组，则发育成的单倍体含有同源染色体及等位基因，可育并能产生后代。

（3）单倍体与多倍体育种过程不同。

单倍体育种要经过花药离体培养和秋水仙素处理；多倍体育种只用秋水仙素处理这一步骤。

1．下列据图叙述不正确的是（双选）（　　）

A．①代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含一条染色体

B．②代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含三条染色体

C．③代表的生物可能是三倍体，其每个染色体组含二条染色体

D．④代表的生物可能是单倍体，其每个染色体组含四条染色体

答案　BC

解析　分析简图可知，图①细胞中含有2个染色体组，每个染色体组含一条染色体，则代表的生物可能是二倍体；图②细胞中含有3个染色体组，每个染色体组含两条染色体，则代表的生物可能是三倍体；图③细胞中含有2个染色体组，每个染色体组含三条染色体，则代表的生物可能是二倍体；图④细胞中含有1个染色体组，每个染色体组含四条染色体，则代表的生物可能是单倍体。

2．下列有关单倍体的叙述中，不正确的是（　　）

①未经受精的卵细胞发育成的植物，一定是单倍体

②含有两个染色体组的生物体，一定不是单倍体

③生物的精子或卵细胞一定都是单倍体

④基因型为aaaBBBCcc的植株一定不是单倍体

⑤基因型为Abcd的生物体一般是单倍体

A．③④⑤B．②③④C．①③⑤D．②④⑤

答案　B

解析　单倍体通常是由配子直接发育而来的个体，①正确；含有两个染色体组的配子发育成的个体也为单倍体，②错误；单倍体指的是个体，而不是细胞，③错误；若aaaBBBCcc的植株是由配子直接发育而来，则为单倍体，④错误；基因型为Abcd的生物体，只含有一个染色体组，一般是单倍体，⑤正确。

3．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．培育无子西瓜通常需要年年制种，用植物组织培养技术可以快速进行无性繁殖

答案　C

解析　图示无子西瓜的培育中使用的秋水仙素，其机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成；四倍体植株的体细胞中均含4个染色体组；无子西瓜没有种子，实际操作中会看到发育不完全的种皮，胚是一定没有的；因无子西瓜是三倍体，不能自己繁殖后代，因此需年年制种，可以通过无性繁殖的技术快速繁殖。

4．玉米植株有高茎、矮茎之分。

据此完成下列问题：

矮茎玉米幼苗经适宜浓度的生长素类似物处理，可以长成高茎植株。

为了探究该变异性状是否能稳定遗传，生物科技小组设计实验方案如下。

请你写出实验预期及相关结论，并回答问题。

（1）实验步骤：

①在这株变异的高茎玉米雌花、雄花成熟之前，分别用纸袋将雌穗、雄穗套住，防止异株之间传粉。

②雌花、雄花成熟后，人工授粉，使其自交。

③雌穗上种子成熟后，收藏保管，第二年播种观察。

（2）实验预期及相关结论：

①_______________________________________________________________________；

②____________________________________________________________________。

（3）问题：

①预期最可能的结果：

_________________________________________________。

②对上述预期结果的解释：

________________________________________________。

答案　

（2）①子代玉米苗有高茎植株，说明生长素类似物引起的变异能够遗传　②子代玉米苗全部是矮茎植株，说明生长素类似物引起的变异不能遗传　（3）①子代玉米植株全是矮茎　②适宜浓度的生长素类似物能促进细胞的伸长生长，但不能改变细胞的遗传物质（其他正确答案也可）

解析　如果玉米的高茎变异是由环境引起的，遗传物质没有改变，则自交后代的植株都是矮茎；如果遗传物质发生了改变，则自交后代仍然会有高茎存在。

1．“三看法”判断可遗传变异的类型

（1）DNA分子内的变异

一看基因种类：

即看染色体上的基因种类是否发生改变，若发生改变则为基因突变，由基因中碱基对的替换、增添或缺失所致。

二看基因位置：

若基因种类和基因数目未变，但染色体上的基因位置改变，则为染色体结构变异中的“易位”或“倒位”。

三看基因数目：

若基因的种类和位置均未改变，但基因的数目改变，则为染色体结构变异中的“重复”或“缺失”。

（2）DNA分子间的变异

一看染色体数目：

若染色体的数目发生改变，可根据染色体的数目变化情况，确定是染色体数目的“整倍变异”还是“非整倍变异”。

二看基因位置：

若染色体的数目和基因数目均未改变，但基因所处的染色体位于非同源染色体上，则应为染色体变异中的“易位”。

三看基因数目：

若染色体上的基因数目不变，则为减数分裂过程中同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换的结果，属于基因重组。

2．判断可遗传变异和不可遗传变异的方法

（1）两类变异的本质区别即遗传物质是否改变，改变则能遗传给后代，环境引起性状改变，但遗传物质未改变，则不能遗传给后代；故是否发生了遗传物质的改变是实验假设的切入点，新性状能否遗传是实验设计的出发点。

（2）若是染色体变异，可直接借助显微镜观察染色体形态、数目、结构是否改变。

（3）与原来类型在相同环境下种植，观察变异性状是否消失，若不消失，则为可遗传变异；反之，则为不可遗传变异。

（4）自交观察后代是否发生性状分离。

实验十一　低温诱导植物染色体数目的变化[重要程度：

★☆☆☆☆]

1．选材的时候必须选用能够进行分裂的分生组织的原因是：

不分裂的细胞染色体不复制，不会出现染色体数目加倍的情况。

2．比较下面试剂的使用和作用

项目

成分及比例

使用注意

作用

卡诺氏液

无水酒精与冰醋酸，按体积比3∶1混合

现配现用

固定细胞的形态

改良苯酚

品红染液

现配现用

使染色体着色

解离液

15%的盐酸和95%的酒精按1∶1混合

使细胞分散开

3．实验过程中，低温诱导时，应设常温、低温4_℃、0_℃三种，以作对照，否则实验设计不严密。

易错警示　与低温诱导植物染色体数目变化实验有关的3个注意问题

（1）显微镜下观察到的细胞是已被盐酸杀死的细胞。

（2）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。

（3）对低温诱导植物染色体数目变化的实验原理的理解

关键信息：

低温处理分生组织细胞、抑制纺锤体形成、染色体不能被拉向两极、不能形成两个子细胞。

错误理解：

将“抑制纺锤体形成”等同于“着丝点不分裂”，将低温处理“分生组织细胞”等同于“任何细胞”。

1．判断下列关于低温诱导洋葱根尖分生组织细胞染色体数目变化的叙述：

（1）原理：

低温抑制染色体的着丝点分裂，使子染色体不能分别移向两极（　×　）

（2）解离：

盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离（　×　）

（3）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（　√　）

（4）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（　×　）

（5）处于分裂间期的细胞最多（　√　）

（6）在显微镜视野内可以观察到二倍体细胞和四倍体细胞（　√　）

（7）在高倍显微镜下可以观察到细胞从二倍体变为四倍体的过程（　×　）

（8）在诱导染色体数目变化方面，低温与秋水仙素诱导的原理相似（　√　）

2．用质量分数为2%的秋水仙素处理植物分生组织5～6h，能够诱导细胞内染色体加倍。

那么，用一定时间的低温（如4℃）处理水培的洋葱根尖（2N＝16条）时，是否也能诱导细胞内染色体加倍呢？

请对这个问题进行实验探究。

（1）针对以上的问题，你作出的假设是________________________________________

________________________________________________________________________。

你提出此假设的依据是____________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）低温处理植物材料时，通常需要较长时间才能产生低温效应，根据这个提示将你设计的实验组合以表格的形式列出来。

（3）按照你的设计思路，以______________________________________________

______________________________________作为鉴别低温是否诱导细胞内染色体加倍的依据。

为此，你要进行的具体操作是：

第一步：

剪取根尖2～3mm。

第二步：

按照________→________→________的操作顺序对根尖进行处理。

第三步：

将洋葱根尖制成临时装片，在显微镜下用一个分裂期的细胞观察染色体加倍的动态变化过程。

根据该同学的实验设计回答：

该同学设计的实验步骤有一处明显的错误，请指出错误所在，并加以改正。

________________________________________________________________________

（4）解离所用的试剂是________________________________________________________________________

__________________，其作用是____________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）显微镜下观察到的细胞中染色体数可能为_______________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖，能够诱导细胞内染色体加倍　低温能够影响酶的活性（或纺锤丝的形成、着丝点的分裂），使细胞不能正常进行有丝分裂

（2）

　　　　培养时间

培养温度

5h

10h

15h

20h

常温

4℃

0℃

注：

设计的表格要达到以下两个要求：

①至少做两个温度的对照；②间隔相等的培养时间进行取样。

（3）在显微镜下观察和比较经过不同处理后根尖细胞内染色体的数目　解离　漂洗　染色　细胞已被杀死，在第三步中不会再观察到染色体加倍的动态变化

（4）质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精1∶1混合　固定细胞的分裂相，以尽可能保持原来的结构供观察

（5）2N＝16、4N＝32、8N＝64（加倍后的细胞有丝分裂后期）

解析　

（1）探究实验中，假设是由探究的问题决定的，该实验探究的问题是低温是否也能诱导细胞内染色体加倍，由此得出该探究实验的假设。

根据低温能够影响酶的活性（或纺锤丝的形成、着丝点的分裂），而推断低温状态下细胞不能正常进行有丝分裂，所以提出“低温能诱导细胞内染色体数目加倍”的假设。

（2）设计表格时要注意题干中的要求是测量低温效应的时间，分别设置温度梯度和时间梯度两个实验变量。

考虑到一般植物细胞周期的时间单位为小时，因此表格内培养时间应以小时为单位。

（3）通过观察细胞内染色体的数目并和不经过低温处理的正常根尖细胞内染色体数目进行比较，从而得出实验结论。

制作装片的步骤是：

解离→漂洗→染色→制片。

由于在解离时已经杀死根尖细胞，所以不会再观察到细胞分裂的动态变化。

（4）解离液是用质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精1∶1混合而成，解离液可使细胞的原生质凝固不发生变化，固定细胞的分裂相，以尽可能保持原来的结构供观察。

（5）由于大部分细胞没有发生染色体加倍，其染色体数目仍为2N＝16条，部分细胞进行正常的有丝分裂，并处于后期，其染色体数目加倍，为4N＝32条，还有个别加倍后的细胞，进行有丝分裂，并处于后期，其细胞内染色体数目为8N＝64条。

1．染色体变异的实质是基因数目和位置的改变。

2．配子发育成的个体一定是单倍体，单倍体细胞中不一定只含一个染色体组。

3．外界条件剧变，有丝分裂过程中纺锤体形成受阻，染色体数目加倍，可形成多倍体。

4．染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同；携带着控制生物生长发育的全部遗传信息。

5．体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，叫单倍体。

与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，并且高度不育。

6．体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫多倍体。

多倍体植株常常茎秆粗壮，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较高。

7．目前最常用而且最有效的人工诱导多倍体的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

高考模拟　提能训练

高考题组

1．（2013·福建卷，5）某男子表现型正常，但其一条14号和一条21号染色体相互连接形成一条异常染色体，如图甲。

减数分裂时异常染色体的联会如图乙，配对的三条染色体中，任意配对的两条染色体分离时，另一条染色体随机移向细胞任一极。

下列叙述正确的是（　　）

A．图甲所示的变异属于基因重组

B．观察异常染色体应选择处于分裂间期的细胞

C．如不考虑其他染色体，理论上该男子产生的精子类型有8种

D．该男子与正常女子婚配能生育染色体组成正常的后代

答案　D

解析　图甲所示的变异属于染色体结构变异；观察异常染色体可选择有丝分裂的中期或减数分裂的联会或四分体时期；在不考虑其他染色体的情况下，理论上该男子产生的精子类型有6种，即仅具有异常染色体、同时具有14号和21号染色体、同时具有异常染色体和14号染色体、仅具有21号染色体、同时具有异常染色体和21号染色体、仅具有14号染色体；该男子的14号和21号染色体在一起的精子与正常女子的卵细胞结合能生育染色体组成正常的后代。

2．（2013·安徽卷，4）下列现象中，与减数分裂同源染色体联会行为均有关的是（　　）

①人类的47，XYY综合征个体的形成　②线粒体DNA突变会导致在培养大菌落酵母菌时出现少数小菌落　③三倍体西瓜植株的高度不育　④一对等位基因杂合子的自交后代出现3∶1的性状分离比　⑤卵裂时个别细胞染色体异常分离，可形成人类的21三体综合征个体

A．①②B．①⑤C．③④D．④⑤

答案　C

解析　③三倍体西瓜植株的高度不育是因为奇数的同源染色体减数分裂联会时