高中生物第3章遗传和染色体第3节基因的自由组合定律学案苏教版.docx
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高中生物第3章遗传和染色体第3节基因的自由组合定律学案苏教版
第三节 染色体变异及其应用
1．简述染色体的结构变异和数目变异。
（重难点）
2．了解染色体变异在育种上的应用，收集染色体变异在育种上的应用实例。
（重点）
3．单倍体育种和多倍体育种在方法、原理上的异同，比较它们的优缺点，了解三倍体无子西瓜的培育过程。
（难点）
染色体结构的变异
1．主要起因
染色体断裂以及断裂后的片段不正常的重新连接。
2．遗传效应
染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。
3．影响因素
电离辐射、病毒感染或一些化学物质诱导。
4．对生物影响
大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有时甚至会导致生物体死亡。
5．实例
猫叫综合征，是人的第5号染色体的部分缺失造成的。
6．类型
缺失、重复、倒位、易位。
下图是染色体之间发生的变化，分析图片探究下面的问题：
探讨
：
图甲中的两条染色体是什么关系？
【提示】 非同源染色体。
探讨
：
图乙中交换后染色体的结构是否发生改变？
【提示】 图乙是同源染色体，交换后染色体结构没有改变。
探讨
：
图甲、图乙的变异分别属于何种类型的变异？
【提示】 甲是染色体结构变异中的易位，乙是交叉互换属于基因重组。
类型
概念
实例
示意图
缺失
染色体中的某一片段及其带有的基因一起丢失而引起变异的现象
猫叫综
合征
重复
染色体上增加了某一片段引起的变异
果蝇棒
状眼
易位
染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起的
夜来香
某些类
型的变异
倒位
染色体的某一片段位置颠倒引起的变异
普通果蝇
3号染色
体上的某
些基因
1．如图中甲表示在野生型果蝇细胞内的一条染色体上排列的基因，图乙、丙、丁、戊分别表示四种不同突变型果蝇细胞内该染色体上的基因排列情况。
则乙、丙、丁、戊分别属于染色体变异中的（ ）
A．缺失、重复、倒位、易位
B．倒位、缺失、重复、易位
C．缺失、重复、易位、倒位
D．重复、缺失、倒位、易位
【解析】 与甲比，乙缺少了e段，为染色体变异中的缺失；丙多了d段，为染色体变异中的重复；丁的c与e颠倒了180°，为染色体变异中的倒位；戊多了g段，但g段来自甲的非同源染色体，为染色体变异中的易位。
【答案】 A
2．染色体之间的交叉互换可能导致染色体的结构或基因序列的变化。
下列图中甲、乙两图分别表示两种染色体之间的交叉互换模式，丙、丁、戊图表示某染色体变化的三种情形。
则下列有关叙述正确的是（ ）【导学号：
21920029】
A．甲可以导致戊的形成
B．乙可以导致丙的形成
C．甲可以导致丁或戊两种情形的产生
D．乙可以导致戊的形成
【解析】 由图可知，甲表示同源染色体的非姐妹染色单体之间发生的交叉互换，乙表示非同源染色体之间的易位。
前者的变异类型属于基因重组，发生交叉互换后在原来的位置可能会换为原基因的等位基因，可导致丁的形成；后者属于染色体结构变异，由于是与非同源染色体之间发生的交换，因此易位后原位置的基因被换成控制其他性状的基因，可导致戊的形成。
丙属于染色体结构变异中的“重复”。
【答案】 D
染色体数目变异
1．体细胞中的染色体
正常情况下，每种生物的染色体数目都是恒定的。
在不同物种之间，染色体数目往往差别很大。
生物体细胞中染色体一般都是成对存在的。
2．染色体组
细胞中形态和功能各不相同，但互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体，称为一个染色体组。
3．二倍体与多倍体
由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫二倍体。
体细胞中含有三个或三个以上染色体组的叫做多倍体。
4．染色体数目的变异
（1）含义：
染色体数目以染色体组的方式成倍地增加或减少，个别染色体的增加或减少。
（2）类型
（3）整倍性变异
①一倍性变异：
体细胞只含有一个染色体组的变异。
特点：
高度不育。
②单倍体变异：
体细胞含有的染色体数等于配子染色体数的变异。
a．成因：
由配子直接发育成新个体，如植物的单倍体，蜜蜂的雄蜂（由未经受精的卵细胞直接发育而来）。
b．特点：
植株弱小，高度不育。
③多倍性变异：
指与正常的二倍体细胞相比，具有更多染色体组的变异。
5．染色体变异在育种上的应用
（1）单倍体育种
①过程图
②优点：
a.后代是纯合体，自交后不发生性状分离。
b.能明显缩短育种年限。
（2）多倍体育种
①原理
―→
②方法：
用低温处理或用秋水仙素处理。
③处理对象：
萌发的种子或幼苗。
④实例：
三倍体无子西瓜的培育。
⑤优点：
茎秆粗壮，果实、叶子、种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质含量有所提高。
6．低温诱导植物染色体数目的变化
（1）实验原理
①进行正常有丝分裂的植物分生组织细胞，在有丝分裂后期，染色体的着丝点分裂，子染色体在纺锤丝的作用下分别移向两极，最终平均分配到两个子细胞中去。
②用低温处理植物组织细胞，使纺锤体的形成受到抑制，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变化。
（2）方法步骤：
蚕豆根尖培养→取材→制片（解离→漂洗→染色→制片）→观察。
（3）结论：
适当的低温可诱导细胞中的染色体加倍。
无子西瓜是三倍体，在减数分裂形成配子过程中，因联会紊乱不能产生正常的生殖细胞，导致无法受精形成正常种子。
给三倍体植株授于二倍体花粉只是刺激子房合成大量生长素，促进子房发育成无子果实。
探讨
：
三倍体无子西瓜是如何得到的？
【提示】 用二倍体和四倍体杂交得到。
探讨
：
培育无子西瓜时如何获得四倍体西瓜？
【提示】 利用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗。
探讨
：
培育三倍体无子西瓜的方法是什么育种方法？
【提示】 多倍体育种。
1．染色体组的特征
（1）一个染色体组中不含同源染色体，是一组非同源染色体；
（2）每条染色体的形态、大小和功能各不相同；
（3）携带着控制生物生长发育的全部遗传信息；
（4）同种生物的一个染色体组中染色体数目是一定的，不同生物一个染色体组中染色体数目不同。
2．染色体组数目的判断
（1）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，形态相同的染色体在a中有3条、b中两两相同、c中各不相同，则可判定它们分别含三、二、一个染色体组。
（2）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基因或相同基因，如图所示：
（d～g中依次含四、二、三、一个染色体组）
（3）据染色体数/形态数的比值判断
染色体数/形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组。
如果果蝇该比值为8条/4种形态＝2，则果蝇含二个染色体组。
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2个染色体组的个体
体细胞中含3个或3个以上染色体组的个体
体细胞中含本物种配子染色体数的个体
染色
体组
2
3个或3个以上
1至多个
来源
受精卵发育
受精卵发育
配子发育
自然
成因
正常有性生殖
未减数的配子受精；合子染色体数目加倍
单性生殖（孤雌生殖或孤雄生殖）
植株
特点
正常
果实、种子较大，生长发育延迟，结实率低
植株弱小，高度不育
举例
几乎全部动物、过半数高等植物
香蕉（三倍体）、普通小麦（四倍体）
玉米、小麦的单倍体
4.单倍体育种和多倍体育种比较
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、幼苗
花粉离体培养后，人工诱导染色体加倍
优点
操作简单
明显缩短育种年限
缺点
适用于植物，在动物方面难以开展
技术复杂一些，须与杂交育种配合
如何区分单倍体育种和多倍体育种
（1）通过秋水仙素的作用对象判断。
如果处理的是单倍体则是单倍体育种，如果处理的是受精卵发育成的个体则是多倍体育种。
（2）通过过程中所用技术判断。
如果用到花药离体培养，则是单倍体育种，如果用到秋水仙素处理，但没有花药离体培养，则是多倍体育种。
（3）通过染色体组数判断。
单倍体育种多为二倍体生物，最后获得的个体体细胞中有两个染色体组，多倍体育种要获得染色体组数较多的个体。
5．低温诱导染色体加倍实验的操作步骤
（1）材料培养：
将一些蚕豆或豌豆种子放入培养皿，加入适量的清水浸泡，在培养皿上覆盖2～3层潮湿的纱布。
（2）低温处理：
当蚕豆根长至1.0～1.5cm时，将其中的两个培养皿放入冰箱的低温室内，4℃下诱导培养36h。
（3）固定：
剪取诱导处理的根尖5mm左右，放入卡诺氏固定液中浸泡0.5～1h，固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的乙醇溶液冲洗2～3次。
（4）制作装片：
具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同。
（5）观察：
先用低倍镜观察，找到视野中染色体形态较好的分裂相，注意视野中有染色体数目发生改变的细胞，再换高倍镜继续观察。
1．（2016·江苏滨海中学高一质检）如图所示细胞中所含的染色体，下列叙述不正确的是（ ）
A．①代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含4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3条染色体
C．③代表的生物可能是四倍体，其每个染色体组含2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4条染色体
【解析】 因题干中未涉及细胞的发育起点，所以一般说“可能是”几倍体，①～④的染色体组数分别是2、3、4、1，所以其代表的生物依次可能是二倍体、三倍体、四倍体、单倍体，当然①②③代表的生物也可能是单倍体。
【答案】 B
2．（2016·河南洛阳统考）下图表示培育高品质小麦的几种方法，下列叙述正确的是（ ）
YYRR×yyrr―→YyRr
A．图中涉及的育种方法分别是杂交育种、单倍体育种和多倍体育种
B．a过程只能用秋水仙素处理
C．a、c过程都需要用秋水仙素处理萌发的种子
D．要获得yyRR，b过程需要进行不断自交来提高纯合率
【解析】 图中涉及的育种方法分别是单倍体育种、杂交育种和多倍体育种，A错误；a过程可用秋水仙素或低温处理诱导染色体加倍，B错误；单倍体yR不结种子，a过程只能处理单倍体幼苗，C错误。
【答案】 D
3．用浓度为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）该实验和秋水仙素处理的共同实验原理是_________________________
_______________________________________________________________。
（5）若在显微镜下观察时，细胞中染色体数可能为_____________________
_______________________________________________________________。
【解析】 低温能影响代谢的正常进行，从而诱导细胞不能正常分裂得到染色体加倍的个体。
因此，通过观察在不同温度下染色体加倍的细胞多少就可以确定温度是否能影响细胞分裂从而诱导染色体加倍。
设计实验时需要遵循单因子变量原则、平行重复原则等。
【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）如下表：
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，在第三步中不能再观察染色体加倍的动态变化
（4）抑制纺锤体的形成，染色体不能被拉向细胞两极，结果使染色体数目加倍
（5）2N＝16,4N＝32,8N＝64（加倍后的细胞有丝分裂后期）
1．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．某染色体增加了一条
D．染色体某一片段位置颠倒了180°
【解析】 某染色体增加一条属于染色体数目变异。
【答案】 C
2．下图表示某生物细胞中两条染色体及其上面的部分基因，下列选项的结果中，不属于染色体变异引起的是（ ）
【解析】 A项是染色体缺失；B项是易位；D项是染色体重复。
C项中染色体上的基因的数目和排列顺序没有发生变化，故不属于染色体变异。
【答案】 C
3．如图的四个细胞中，含两个染色体组的是（ ）
【解析】 染色体组是指一套形态结构、功能各不相同的、具有控制生物生长发育全部遗传信息的一组染色体。
根据此概念得知，A含有三个染色体组，B含有一个染色体组，C含有两个染色体组，D含有四个染色体组。
【答案】 C
4．（2016·徐州高一检测）普通小麦为六倍体，有42条染色体，科学家用其花药经离体培养出的小麦幼苗是（ ）【导学号：
21920030】
A．三倍体，含3个染色体组，21条染色体
B．单倍体，含3个染色体组，21条染色体
C．六倍体，含6个染色体组，42条染色体
D．单倍体，含1个染色体组，21条染色体
【解析】 花粉是普通的六倍体小麦的雄性生殖细胞，其含有体细胞一半的染色体，即为21条，3个染色体组。
由花药离体培养出的小麦为单倍体。
【答案】 B
5．将杂合的二倍体植株的花粉培育成一株幼苗，然后用秋水仙素处理，使其能正常开花结果。
该幼苗发育成的植株具有的特征是（ ）
A．单倍体B．能稳定遗传
C．高度不育D．含四个染色体组
【解析】 杂合的二倍体植株的花粉培育成单倍体植株，用秋水仙素处理后成为纯合的二倍体，A错误；杂合的二倍体植株有两个染色体组，花粉中含有一个染色体组，花药离体培养后得到单倍体植株，再用秋水仙素处理，染色体数目加倍后基因型为纯合子，自交后代不发生性状分离，即能稳定遗传，B正确；该植株为纯合二倍体，能正常开花结果，C错误；得到的纯合子植株含有两个染色体组，D错误。
【答案】 B
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位4种类型。
2.一个染色体组内的染色体形态和功能各不相同。
3.由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体。
4.单倍体并不一定只含一个染色体组。
5.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。
学业分层测评
（建议用时：
45分钟）
[学业达标]
1．下列关于单倍体、二倍体、多倍体的叙述，不正确的是（ ）
A．由受精卵发育成的生物，体细胞中有几个染色体组就叫几倍体
B．由配子发育成的生物，体细胞中无论有几个染色体组也只能叫单倍体
C．单倍体一般高度不孕，多倍体一般茎秆粗壮，果实、种子较大
D．单倍体一定含一个染色体组
【解析】 由受精卵（即合子）发育成的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体，A正确；由配子发育而来的个体都叫单倍体，与染色体组数无关，B正确，D错误；单倍体植株长得弱小，高度不育，多倍体一般茎秆粗壮，果实和种子比较大，糖类等营养物质含量比较高，C正确。
【答案】 D
2．（2016·江苏高考）右图中甲、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
【解析】 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。
【答案】 B
3．用基因型为DdTt植株所产生的花粉粒，分别经离体培养成幼苗，再用秋水仙素处理，使其成为二倍体，这些幼苗长成后的自交后代
（ ）【导学号：
21920031】
A．全部为纯合子 B．全部为杂合子
C.
为纯合子D.
为纯合子
【解析】 经二倍体植物的花药离体培养形成的单倍体，再经秋水仙素处理后形成的个体均是纯合子。
无论上述纯合子基因型如何，纯合子自交的后代均为纯合子。
【答案】 A
4．（2016·山东淄博桓台二中阶段测试）用杂合体种子尽快获得纯合植株的方法是（ ）
A．种植→F2→选不分离者→纯合体
B．种植→秋水仙素处理→纯合体
C．种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合体
D．种植→秋水仙素处理→花药离体培养→纯合体
【解析】 单倍体育种能明显缩短育种年限。
C项有花药离体培养和秋水仙素处理，为单倍体育种。
D项中不一定得到纯合体。
【答案】 C
5．将二倍体芝麻的种子萌发成的幼苗用秋水仙素处理后得到的四倍体芝麻，下列说法正确的是（ ）
A．对花粉进行离体培养，可得到二倍体芝麻
B．产生的配子没有同源染色体，所以无遗传效应
C．与原来的二倍体芝麻杂交，产生的是不育的三倍体芝麻
D．秋水仙素诱导染色体加倍时，最可能作用于细胞分裂的后期
【解析】 二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有4个染色体组，而且每个染色体组之间都有同源染色体。
由四倍体的配子发育而来的芝麻是单倍体，含两个染色体组，所以该单倍体芝麻是可育的。
四倍体芝麻的配子中有两个染色体组，二倍体芝麻的配子中有一个染色体组，所以四倍体芝麻与二倍体芝麻杂交产生的是三倍体芝麻，由于三倍体芝麻在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，所以不育。
秋水仙素诱导染色体加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成。
【答案】 C
6．下列有关“一定”的说法正确的是（ ）
①生物的生殖细胞中含有的全部染色体一定就是一个染色体组 ②经花药离体培养得到的单倍体植株再经秋水仙素处理后一定得到纯合子 ③体细胞中含有两个染色体组的个体一定是二倍体 ④体细胞中含有奇数染色体组的个体一定是单倍体
A．全部正确 B．①④
C．③④D．全部不对
【解析】 如果此生物是二倍体，生物的生殖细胞中含有的全部染色体一定就是一个染色体组，如果是四倍体，则配子中含两个染色体组。
如果单倍体中含有等位基因，则经秋水仙素处理后得到的是杂合子。
如果生物体是由受精卵发育而来的，而且体细胞中含有两个染色体组的个体一定是二倍体。
配子不经过受精作用，直接发育而成的生物个体，叫单倍体。
【答案】 D
7．已知某物种的一条染色体上依次排列着A、B、C、D、E五个基因，下图所示的若干种变化中，不属于染色体结构发生变化的是（ ）
【解析】 染色体结构变异的类型主要有4种：
①染色体中某一片段的缺失（如A项）；②染色体中增加了某一片段（如B项）；③染色体中某一片段的位置颠倒了180°（如C项）；④染色体中某一片段移接到另一条非同源染色体上。
D图所示为已知染色体的同源染色体，只是所带基因是已知染色体上基因的等位基因。
【答案】 D
8．对于“低温诱导蚕豆染色体数目变化”的实验，不正确描述是（ ）
A．低温诱导的染色体数目变化将引起可遗传变异
B．在显微镜视野内可以观察到二倍体细胞和四倍体细胞
C．用根尖分生区作材料，在高倍镜下可以观察到细胞从二倍体变为四倍体的全过程
D．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
【解析】 染色体数目的变异和结构的变异都是可遗传变异。
蚕豆本身就是二倍体，低温和秋水仙素都能抑制纺锤体的形成，着丝点分裂染色体数目加倍，但是细胞没有分裂成两个细胞，所以可以看到四倍体的细胞。
在制片过程中利用解离液处理细胞导致细胞被杀死和固定，所以看不到细胞从二倍体变为四倍体的全过程。
【答案】 C
9．（2014·江苏高考）下列关于染色体变异的叙述，正确的是（ ）
A．染色体增加某一片段可提高基因表达水平，是有利变异
B．染色体缺失有利于隐性基因表达，可提高个体的生存能力
C．染色体易位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响
D．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
【解析】 本题考查染色体结构和数目变异。
染色体变异导致生物性状的改变包括有利和不利变异，是否有利取决于能否更好地适应环境，与基因表达水平的提高无直接联系，所以A选项错误。
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，所以B选项错误。
染色体易位不改变基因的数量，但有可能会影响基因的表达，从而导致生物的性状发生改变，所以C选项错误。
远缘杂交获得杂种，其染色体可能无法联会而导致不育，经秋水仙素等诱导成可育的异源多倍体从而培育出作物新品种类型，故D选项正确。
【答案】 D
10．（2016·盐城高一检测）分析下图中各细胞内染色体组成情况，并完成相关问题。
（1）一般情况下，一定属于单倍体生物体细胞染色体组成的图是__________。
（2）由C细胞组成的生物体可育吗？
__________；如何处理才能产生有性生殖的后代？
___________________________
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