学年高中生物人教版必修2第5章基因突变及其他变异 第2节 染色体变异.docx
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学年高中生物人教版必修2第5章基因突变及其他变异第2节染色体变异
第2节 染色体变异
学习目标
知识概览
1.分析基因突变和染色体结构变异的异同。
2.理解染色体组、单倍体、二倍体和多倍体的概念及特点。
（重、难点）
3.概述单倍体育种与多倍体育种的原理和过程。
（重点）
[自主预习·探新知]
一、染色体结构变异
1．染色体结构变异的类型[连线]
2．染色体结构变异的结果
（1）染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。
（2）大多数对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。
二、染色体数目变异
1．变异类型和实例
类型
实例
个别染色体的增减
21三体综合征
以染色体组形式成倍增减
三倍体无子西瓜
2.染色体组
（1）组成
写出上图雄果蝇体细胞中一个染色体组所含的染色体：
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。
（2）组成特点
项目
特点
形态上
细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同
功能上
控制生物生长、发育、遗传、变异的一组染色体
3.二倍体
4．多倍体
（1）概念
（2）特点：
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都有所增加。
（3）人工诱导（多倍体育种）
方法
用秋水仙素处理或用低温处理
处理对象
萌发的种子或幼苗
原理
能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使染色体数目加倍
5.单倍体
（1）概念：
体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
（2）特点
（3）应用——单倍体育种。
①方法：
②优点：
明显缩短育种年限。
三、低温诱导植物染色体的数目变化
1．实验原理
2．实验流程及结论
↓
↓
↓
观察：
先用低倍镜观察，找到变异细胞，再换用高倍镜观察
↓
结论：
低温能诱导植物染色体数目加倍
[基础自测]
1．判断对错
（1）猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的。
（ ）
（2）基因突变、基因重组、染色体变异在光学显微镜下都可以观察到。
（ ）
（3）染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化。
（ ）
（4）体细胞中含两个染色体组的个体是二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体。
（ ）
（5）人工诱导多倍体最常用、最有效的方法是用秋水仙素处理休眠的种子。
（ ）
（6）经低温诱导后，在显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变。
（ ）
提示：
（1）√
（2）× 基因突变和基因重组在光学显微镜下观察不到。
（3）× 染色体片段的重复会导致基因数目增加，基因种类不会变化；染色体片段缺失会导致基因数目减少，还有可能导致基因种类减少。
（4）× 由配子发育而来的生物，无论含有几个染色体组，都是单倍体。
（5）× 秋水仙素可抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，诱导染色体加倍，休眠种子细胞不进行细胞分裂。
（6）× 由于分裂间期较长，大多数细胞处于分裂间期，看不到染色体。
2．下列变异中，不属于染色体结构变异的是（ ）
【导学号：
77782129】
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的一个碱基发生了改变
D．染色体某一片段位置颠倒了180°
C [DNA中一个碱基发生改变，这属于基因突变，选项A、B、D依次属于缺失、重复和倒位。
]
3．关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，不正确的是（ ）
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
D [染色体组中不含有同源染色体；个体若由受精卵发育而来则含有几个染色体组就是几倍体；单倍体是由配子发育而成的，不一定只含有一个染色体组；人工诱导多倍体的方法有秋水仙素或低温处理等。
]
[合作探究·攻重难]
染色体结构变异
[思考交流]
1．如图表示某种生物的部分染色体发生了两种变异的示意图，图中①和②、③和④互为同源染色体，这两种变异分别属于哪一种可遗传变异？
图a
图b
提示：
图a发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组；图b发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异。
2．下图是染色体变异的几种方式，它们分别属于哪种染色体变异？
提示：
图a为个别染色体数目的增加；图b为染色体结构变异中的重复；图c为三倍体；图d为染色体结构变异中的缺失。
[归纳总结]
1．染色体结构变异对染色体上基因的影响
（1）图解：
①缺失 ②重复
③倒位 ④易位
（2）结果：
染色体上的基因数目和排列顺序均改变，细胞中基因数目改变（①②）；染色体上基因的数目不变，排列顺序改变（③）；染色体上基因的数目和排列顺序均改变，但细胞中基因数目不变（④）。
2．易位与交叉互换的比较
项目
染色体易位
交叉互换
图解
区别
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
属于染色体结构变异
属于基因重组
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
3.染色体结构变异与基因突变的辨析
项目
染色体结构变异
基因突变
本质
染色体片段的缺失、重复、易位和倒位
碱基对的替换、增添或缺失
基因数目变化
1个或多个
1个
变异水平
细胞
分子
光镜检测
可见
不可见
[活学活用]
1．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，表型无异常
B [个体甲的变异为染色体结构变异中的缺失，由于基因互作，缺失了e基因对表型可能有影响，A选项错误；个体乙的变异为染色体结构变异中的倒位，变异后个体乙细胞减数分裂时同源染色体联会形成的四分体异常，B选项正确；若E、e基因与其他基因共同控制某种性状，则个体甲自交的后代性状分离比不一定为3∶1，C选项错误；个体乙虽然染色体没有基因缺失，但是基因的排列顺序发生改变，可能引起性状的改变，D选项错误。
]
2．如图①②③④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。
下列有关说法正确的是（ ）
【导学号：
77782130】
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
【方法规律】 “两看法”判断染色体结构的变异类型
一看：
染色体上基因的数目是否变化，如发生变化，则可能是增添、缺失或易位；
二看：
染色体上基因顺序是否变化，如变化，则可能是倒位。
染色体结构变异往往是多个基因的变化，如果是一个基因变成它的等位基因，则是基因突变。
C [图①表示基因重组中的交叉互换，因为其发生在同源染色体之间；图②表示染色体结构变异中的易位，因为其发生在非同源染色体之间；图③表示基因突变中碱基对的缺失；图④表示染色体的缺失或重复。
图中4种变异都是可遗传的变异。
]
染色体数目的变异
[归纳总结]
1．染色体组的理解
（1）果蝇染色体的组成
项目
性别
染色体数目
同源染色体
常染色体
性染色体
染色体组
甲图
♂
8
4对
Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、
Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ
XY
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y
乙图
♀
8
4对
Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ、
Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ
XX
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
（2）染色体组的特点
2．染色体组数的判断方法
（1）根据染色体形态判断
①依据：
细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
②实例：
如图所示的细胞中，形态相同的染色体a中有4条，b中有3条，c中两两相同，d中各不相同，则可判定它们分别含4个、3个、2个、1个染色体组。
（2）根据基因型判断
①依据：
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）。
②实例：
据图可知，e～h中依次含4、2、3、1个染色体组。
（3）根据染色体数和形态数的比值判断
①依据：
染色体数与形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态的染色体有几条，即含几个染色体组。
②实例：
果蝇体内该比值为8条/4种形态＝2，则果蝇含2个染色体组。
3．单倍体、二倍体和多倍体
（1）比较
项目
单倍体
二倍体
多倍体
染色体组
一个或多个
两个
三个或三个以上
来源
配子发育
受精卵发育
受精卵发育
特点
植株弱小，高度不育
正常
茎秆粗壮，叶、果实、种子较大，营养物质多，发育延迟，结实率低
实例
玉米、水稻
的单倍体
几乎全部动物和过半数的高等植物
香蕉、普通水稻
（2）判断方法
①如果生物体由受精卵（或合子）发育而成，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，无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。
易错提醒：
关于单倍体的三个易错点
（1）单倍体的体细胞中并不一定只有一个染色体组；如四倍体的配子形成的单倍体的体细胞中含有两个染色体组。
（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）单倍体是生物个体，而不是配子：
精子和卵细胞属于配子，但不是单倍体。
下图为某植物的体细胞中染色体数示意图，将其花粉经离体培养得到植株的基因型最可能是（ ）
A．AB B．AaBb
C．abD．AAaaBBbb
【技巧点拨】 提示：
（1）读图：
图中细胞类型为________细胞，形态相同的染色体有________条，说明该细胞含有________个染色体组。
（2）扫清障碍：
花粉是________细胞，染色体数目________。
【技巧点拨】 提示：
（1）体 4 4
（2）生殖 减半
B [从图上可以看出，该植物体细胞有4个染色体组，是四倍体植株，经过减数分裂后染色体数目减半，形成的花粉中含有2个染色体组，所以单倍体植株应含2个染色体组，B项正确。
AB和ab只能代表一个染色体组，AAaaBBbb表示4个染色体组，因此A、C、D项错误。
【深化探究】
（1）该植物体一个染色体组中含有多少条非同源染色体？
试解释原因。
（2）本题中4个选项中哪项可表示该植物体的基因型？
为什么？
【深化探究】
（1）提示：
3条。
图中共有3种不同形态的染色体，则一个染色体组中应含有3条非同源染色体。
（2）提示：
D项。
植物花粉基因型为AaBb，染色体数目是体细胞的一半，则体细胞基因型为AAaaBBbb。
[活学活用]
1．某二倍体生物的一个染色体组含有8条染色体，下列相关说法中不正确的是（ ）
【导学号：
77782131】
A．此生物产生的生殖细胞中有8条染色体
B．此生物体细胞内一般有8种形态的染色体
C．这8条染色体在减数分裂中能构成4对同源染色体
D．这8条染色体包含该生物生长发育所需的全部遗传信息
C [二倍体生物的体细胞中有2个染色体组，产生的生殖细胞中一般有一个染色体组即8条染色体。
一般来说，一个染色体组中的每一条染色体都是独特的，为一组非同源染色体，在一个染色体组中，同源染色体的对数为0，一个染色体组包含了生物体生长发育所需的全部遗传信息。
]
2．下列有关单倍体的叙述中不正确的是（ ）
①由未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的植株一定是单倍体 ⑤基因型为Abcd的生物体一般是单倍体
A．③④⑤ B．②③④
C．①③⑤D．②④⑤
B [由未受精的卵细胞发育而来的个体一定是单倍体，①正确；含有两个染色体组的生物体，可能是二倍体，也可能是四倍体生物的单倍体，②错误；生物的精子或卵细胞是生殖细胞，不是个体，所以不能称之为单倍体，③错误；基因型为aaaBBBccc的植株可能是单倍体，也可能是三倍体，④错误；基因型为Abcd的生物体细胞中只有一个染色体组，一般是单倍体，⑤正确。
]
单倍体育种和多倍体育种
[背景材料1]
下图是三倍体西瓜的培育过程，据图分析：
[思考交流1]
1．①过程是经过哪种处理过程？
其原理是什么？
提示：
①过程是用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，其作用是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。
2．②和④都是传粉，目的有什么不同？
提示：
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来刺激子房发育成果实。
3．①过程处理后新产生的四倍体，各部分细胞都含有四个染色体组吗？
提示：
不是。
地上部分的茎、叶、花的染色体数目加倍，含有四个染色体组；根细胞染色体数目没有加倍，只含有两个染色体组。
4．西瓜f的瓜瓤、种子e的胚分别含有几个染色体组？
提示：
西瓜f的瓜瓤来自母本，含有四个染色体组，而种子e的胚含有三个染色体组。
5．为什么三倍体西瓜没有种子？
是真的一颗都没有吗？
提示：
三倍体西瓜进行减数分裂时，由于联会紊乱，一般不能产生正常配子。
但是也有很小的几率可以产生正常配子，也有可能产生种子。
[背景材料2]
如图表示用纯种的高秆（D）抗锈病（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，据图分析：
[思考交流2]
1．F1能产生几种雄配子？
提示：
F1的基因型是DdTt，能产生四种雄配子：
DT、dT、Dt、dt。
2．过程③是哪种处理？
其原理是什么？
提示：
过程③是花药离体培养过程；原理是细胞的全能性。
3．过程④是哪种处理？
处理后符合要求的植株占的比例是多少？
提示：
过程④是用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗。
处理后ddTT占的比例为1/4。
[归纳总结]
1．单倍体育种
（1）原理：
染色体数目以染色体组的形式成倍减少，然后经人工诱导使染色体数目加倍从而获得纯种。
（2）过程与方法
单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体加倍两个基本步骤。
育种中通过杂交把不同品种的优良性状集中到F1植物体上，然后利用F1个体产生的花粉进行离体培养，培育出单倍体幼苗，再诱导染色体数目加倍，进而获得目标品种（过程如图所示）。
（3）优点与不足
①优点：
与杂交育种相比，在获得显性纯合子的育种过程中，单倍体育种能明显缩短育种年限，一般只需要2年时间，便可得到纯合新品种。
②不足：
技术性较强，并且必须和杂交技术以及诱导染色体加倍技术结合使用。
注意：
单倍体育种时，若亲本为二倍体，则获得的品种为纯合子；若亲本为多倍体，则获得的品种不一定为纯合子。
2．多倍体育种
（1）原理：
染色体数目以染色体组的形式成倍增加。
（2）过程与方法
目前最常用而且最有效的方法，是利用秋水仙素直接处理萌发的种子或幼苗，以获得具有优良性状的多倍体植株。
三倍体无子西瓜的培育就是一个典型案例，其过程如图所示。
（3）优点与不足
①优点：
经多倍体育种获得的植株和二倍体相比，茎秆粗壮，叶片、果实和种子都较大，糖类和蛋白质含量都有所增加，有些植物的抗寒性等抗逆能力增强。
②不足：
多倍体育种适用于植物，在动物方面难以开展，且多倍体植株往往发育迟缓，结实率低。
[活学活用]
1．用纯种的高秆（D）抗锈病（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是（ ）
A．过程①的作用原理为染色体变异
B．过程③必须经过受精作用
C．过程④必须使用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D．此育种方法选出的符合生产要求的品种占1/4
D [过程①表示杂交，其原理为基因重组。
过程③常用的方法为花药离体培养。
过程④使用秋水仙素或低温处理幼苗，因为单倍体高度不育，不产生种子。
]
2．如图是三倍体无子西瓜的培育过程流程图（假设四倍体西瓜减数分裂过程中同源染色体两两分离）。
下列有关叙述错误的是（ ）
【导学号：
77782132】
A．①过程涉及的变异是染色体变异
B．②过程中四倍体西瓜产生的配子基因型及比例是AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1
C．②过程获得的三倍体植株中，aaa基因型个体占1/12
D．②过程获得的三倍体植株是可育的
D [图中①过程表示用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，获得四倍体植株，依据原理是染色体变异；四倍体植株的基因型为AAaa，其产生的配子为：
1AA、1aa、1Aa、1Aa、1Aa、lAa，即AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1；四倍体西瓜产生的配子中aa占1/6，二倍体Aa产生两种配子，A∶a＝1∶1，a占1/2，故aaa基因型个体占1/12；三倍体的同源染色体是3条，减数分裂时联会紊乱，不能形成配子，导致高度不育。
]
低温诱导植物染色体数目的变化
[背景材料]
1．讨论必须在洋葱培养出1cm左右不定根之后才能低温处理的原因。
提示：
若生根前就进行低温处理，低温会抑制细胞代谢，进而抑制根尖分生区的形成，不会发生根尖分生区的有丝分裂受低温影响的过程。
2．在染色时，除了用上述染色剂外，还可以用哪几种染色剂？
此时细胞处于哪种生理状态（死亡还是存活）?
提示：
龙胆紫染液或醋酸洋红染液，此时细胞已死亡。
3．洋葱为二倍体，在该实验观察时，能看到哪些类型的细胞？
提示：
二倍体细胞，四倍体细胞等。
4．与秋水仙素相比，低温诱导多倍体的形成有哪些优点？
提示：
低温条件容易创造和控制，成本低，对人体无害，易于操作。
[归纳总结]
1．实验中几种溶液的作用
（1）卡诺氏液：
固定细胞的形态。
（2）改良苯酚品红染液：
对染色体染色，便于观察染色体的形态。
除此之外，醋酸洋红或龙胆紫都是碱性染料，都可以使染色体着色。
（3）质量分数为15%的盐酸：
解离，使细胞分散开。
（4）体积分数为95%的酒精：
可用于洗去附着在根尖表面的卡诺氏液，还可与15%的盐酸混合解离、分散细胞。
2．本实验的其他问题
（1）低温的作用与秋水仙素的作用基本相似。
（2）此实验可通过设置不同的温度来探究温度对植物染色体数目变化的影响。
[活学活用]
下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，错误的是（ ）
A．实验原理是低温抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向两极
B．解离后的洋葱根尖应漂洗后才能进行染色
C．龙胆紫溶液可以使细胞中的染色体着色
D．显微镜下可以看到大多数处在分裂期细胞中的染色体数目发生改变
D [低温处理植物的分生组织细胞，抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍；解离后洋葱根尖经过漂洗可去掉盐酸，有利于染色体着色；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。
]
[当堂达标·固双基]
1．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
D [①中少了基因ab，多了基因J，是非同源染色体间发生了片段交换，属于染色体结构变异中的易位；②cde基因位置发生了颠倒，属于倒位。
]
2．下列是对a～h所示的生物体细胞图中各含有几个染色体组的叙述，正确的是（ ）
【导学号：
77782133】
A．细胞中含有一个染色体组的是h图，该个体是单倍体
B．细胞中含有两个染色体组的是g、e图，该个体是二倍体
C．细胞中含有三个染色体组的是a、b图，但该个体未必是三倍体
D．细胞中含有四个染色体组的是c、f图，该个体一定是四倍体
C [根据染色体组数目的判断方法可以判断，a、b图含有三个染色体组，c、h图含有两个染色体组，d、g图只有一个染色体组，e、f图含有四个染色体组，故A、B、D项错误。
确认单倍体、二倍体、三倍体时，必须先看发育起点——若由配子发育而来，无论含几个染色体组均属于单倍体，若由受精卵发育而来，有几个染色体组即为几倍体，故C项正确。
]
3．用某种方法破坏了植物根尖分生区细胞的高尔基体，但不影响细胞的正常活性。
下列哪些方法能使细胞产生与此最相似的效果（ ）
①一定浓度的秋水仙素处理 ②通入二氧化碳 ③低温处理
A．①②B．①②③
C．②③D．①③
D [高尔基体与细胞壁的形成有关，破坏高尔基体会导致有丝分裂时细胞板不能形成，使原来细胞的染色体加倍；一定浓度的秋水仙素处理和低温处理可抑制纺锤体的形成，促使细胞内染色体数目加倍。
]
4．下列关于低温诱导染色体数目加倍实验的叙述，正确的是（ ）
【导学号：
77782134】
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：
改良苯酚品红染液和醋酸洋红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 [低温诱导染色体数目加倍的原理是低温抑制纺锤体的形成，使子染色体不能分别移向两极；卡诺氏液用于固定细胞形态，解离液为盐酸酒精混合液；低温诱导染色体加倍的时期是有丝分裂的前期，而大多数细胞处于间期；改良苯酚品红染液和醋酸洋红液都可以用于染色体的染色。
]
5．已知西瓜的染色体数目2n＝22，请根据下面的西瓜育种流程回答有关问题。
（1）图中①过程所用的试剂是________。
（2）培育无子西瓜A的育种方法称为________。
（3）③过程中形成单倍体植株所采用的方法是________。
该过程利用了植物细胞的________性。
（4）为确认某植株是否为单倍体，应在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体，观察的最佳时期为________。
[解析]
（1）从二倍体到四倍体，染色体数目加倍，最常用的试剂为秋水仙素，因为其能抑制纺锤体形成，诱导染色体数目加倍。
（2）无子西瓜A是三倍体，其培育过程应为多倍体育种。
（3）题中要求得到单倍体植株，所以可用花药离体培养的方法，该方法利用了植物细胞的全能性。
（4）有丝分裂中期染色体数目最清晰，是计数染色体的最佳时期。
[答案]
（1）秋水仙素
（2）多倍体育种 （3）花药离体培养 全能 （4）有丝分裂中期
[核心语句归纳]
1．染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位等几种类型。
2．染色体结构变异可改变染色体上的基因的数目或排列顺序，可在显微镜下观察到。
3．二倍体生物正常配子中的一组染色体是一个染色体组。
4．由受精卵发育而来的个体，体细胞中含几个染色体组，就是几倍体。
5．单倍体并不一定只含一个染色体组。
6．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。
7．秋水仙素或低温能抑制纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍。
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