1、第2節染色體變異目標素養1.準確理解染色體組的概念,通過比較二倍體、多倍體和單倍體的區別,提升歸納概括的能力2.通過探究低溫誘導植物細胞染色體數目的變化,提高實驗操作能力3.理解單倍體育種和多倍體育種利用了染色體數目變異的原理,并通過與雜交育種的比較,認同單倍體育種可以明顯縮短育種的年限4.理解染色體缺失、重復、倒位和易位可以引起染色體結構的變異知識概覽一、染色體變異的概念生物體的體細胞或生殖細胞內染色體數目或結構的變化,稱為染色體變異。二、染色體數目的變異1.類型(1)個別染色體變化:細胞內個別染色體的增加或減少。(2)染色體成套變化:細胞內染色體數目以一套完整的非同源染色體為基數成倍地增加

2、或成套地減少。 染色體數目變異可否借助顯微鏡識別?提示:因為染色體相對較大,染色體發生數目變異可以借助顯微鏡進行識別。2.二倍體和多倍體(1)染色體組:在大多數生物的體細胞中,染色體都是兩兩成對的,也就是說含有兩套非同源染色體,其中每套非同源染色體稱為一個染色體組。(2)二倍體:體細胞中含有兩個染色體組的個體。(3)多倍體:體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。(4)人工誘導多倍體技術:人工誘導多倍體的方法很多,如低溫處理、用秋水仙素誘發等。其中,用秋水仙素來處理萌發的種子或幼苗,是目前最常用且最有效的方法。3.單倍體(1)單倍體是指體細胞中的染色體數目與本物種配子染色體數目相同的個體。(

3、2)特點:與正常植株相比,單倍體植株長得弱小,而且高度不育。(3)應用:單倍體育種。過程優點:明顯縮短育種年限。 三、低溫誘導植物細胞染色體數目的變化1.實驗原理用低溫處理植物的分生組織細胞,能夠抑制紡錘體的形成,以致影響細胞有絲分裂中染色體被拉向兩極,導致細胞不能分裂成兩個子細胞,于是,植物細胞的染色體數目發生變化。2.實驗步驟 四、染色體結構的變異1.類型 染色體結構變異中的易位與互換型基因重組有什么不同?提示:染色體結構變異中的易位是發生在非同源染色體間的染色體片段的交換,而互換型基因重組是發生在同源染色體的非姐妹染色單體間的相應片段的交換。2.結果染色體結構的改變,會使排列在染色體上的

4、基因數目或排列順序發生改變,導致性狀的變異。大多數染色體結構變異對生物體是不利的,有的甚至會導致生物體死亡。一 染色體數目的變異重難歸納1.染色體組數的判斷方法(1)根據染色體形態判斷。依據:細胞內形態相同的染色體有幾條,則含有幾個染色體組。實例:如下圖所示的細胞中,形態相同的染色體,a中有4條,b中有3條,c中有2條,d中無,則可判定它們分別含4個、3個、2個、1個染色體組。(2)根據基因型判斷。依據:控制同一性狀的基因出現幾次,就含幾個染色體組(每個染色體組內不含等位基因或相同基因)。實例:據圖可知,eh中依次含4、2、3、1個染色體組。(3)根據染色體數和形態數的比值判斷。依據:染色體數

5、與形態數的比值意味著每種形態染色體數目的多少,每種形態的染色體有幾條,即含幾個染色體組。實例:果蠅體內該比值為8條染色體/4種形態=2,則果蠅含2個染色體組。2.單倍體、二倍體和多倍體(1)比較。(2)判斷方法。 如果生物體由受精卵(或合子)發育而成,體細胞中含有幾個染色體組,該生物就是幾倍體。如果生物體由生殖細胞直接發育而成,無論體細胞中含有幾個染色體組,都是單倍體。 關于單倍體的三個易錯點(1)單倍體的體細胞中并不一定只有一個染色體組,如四倍體生物的配子形成的單倍體的體細胞中含有兩個染色體組。(2)單倍體并非都不育:二倍體的配子發育成的單倍體,表現為高度不育;多倍體的配子若含有偶數個染色體

6、組,則發育成的單倍體含有同源染色體及等位基因,可育并能產生后代。(3)單倍體是生物個體,而不是配子;精子和卵細胞屬于配子,但不是單倍體。下圖表示2種育種方式,請據圖回答下列問題。(1)圖甲和圖乙分別表示哪種育種方式?它們的育種原理是否相同?提示:圖甲表示的是單倍體育種,圖乙表示的是多倍體育種。它們的育種原理相同,都是染色體數目變異。(2)圖乙中獲得無子西瓜至少需要幾年?圖中有2次傳粉過程,它們的目的分別是什么?提示:2年。第1次傳粉的目的是得到三倍體種子,第2次傳粉是為了刺激三倍體的子房發育成果實。典例剖析1.馬鈴薯的花粉在一定條件下可直接培養成馬鈴薯植株。該馬鈴薯植株的某些細胞進行減數分裂時

7、,觀察到染色體正常聯會,此時細胞內共有15個四分體。據此推測,馬鈴薯正常個體的體細胞中共含有的染色體組數目為()A.2個B.3個C.4個D.5個答案:C解析:在減數分裂形成花粉過程中,同源染色體分離,那么花粉直接培養形成的馬鈴薯植株,其染色體數目減半,染色體組數目也減半。而用花粉直接培養形成的馬鈴薯植株細胞進行減數分裂時,觀察到染色體正常聯會,并形成15個四分體,說明其含有2個染色體組,所以馬鈴薯正常個體的體細胞中共含有的染色體組數目為4個。2.下圖表示無子西瓜的培育過程。根據圖解,結合你學過的生物學知識判斷,下列敘述錯誤的是()A.用秋水仙素處理二倍體西瓜幼苗的莖尖,主要是抑制有絲分裂前期紡

8、錘體的形成B.四倍體植株所結的西瓜,果皮細胞內含有4個染色體組C.無子西瓜既沒有種皮,也沒有胚D.四倍體西瓜的根細胞中含有2個染色體組答案:C解析:秋水仙素能抑制紡錘體的形成,紡錘體的形成發生在有絲分裂的前期。四倍體植株上所結的西瓜,其果皮是由子房壁發育而成的,來自母本,應含有4個染色體組。三倍體西瓜不能產生正常配子,所以無子西瓜不能形成受精卵,而種子的種皮來自母本,所以無子西瓜有種皮,沒有胚。由于植株的地下部分沒有經秋水仙素處理,四倍體西瓜的根細胞中仍含有2個染色體組。 判斷多倍體是否可育。一看染色體組的數量,若為奇數,則該多倍體是不可育的。二看染色體組的來源,同源四倍體、同源八倍體都是可育

9、的;異源四倍體有的不可育,如普通小麥(六倍體)和黑麥(二倍體)雜交,得到的異源四倍體不可育。學以致用1.下圖所示細胞含三個染色體組的是()答案:D2.下列關于染色體組、單倍體和二倍體的敘述,錯誤的是()A.一個染色體組中不含同源染色體B.由受精卵發育而來,體細胞中含有兩個染色體組的個體叫二倍體C.含一個染色體組的個體是單倍體,單倍體不一定只含一個染色體組D.由六倍體普通小麥花藥離體培育出來的個體是三倍體答案:D解析:染色體組是由一組非同源染色體組成的;由受精卵發育而來的個體,體細胞中含有幾個染色體組就是幾倍體;而由配子發育而來的個體,體細胞中不管含有幾個染色體組都是單倍體。所以,由六倍體普通小

10、麥花藥離體培育出來的個體為單倍體。二 低溫誘導植物細胞染色體數目的變化重難歸納1.方法步驟2.實驗現象:視野中既有正常的二倍體細胞,也有染色體數目發生改變的細胞。3.注意事項(1)低溫和秋水仙素誘導染色體數目加倍的原理:用低溫或秋水仙素處理植物的分生組織細胞,能夠抑制紡錘體的形成,以致影響細胞有絲分裂中染色體被拉向兩極,導致細胞不能分裂成兩個子細胞,于是,植物細胞的染色體數目發生變化。(2)兩次漂(沖)洗的對比。時間不同:第一次沖洗在固定之后、解離之前,第二次漂洗在解離之后、染色之前。試劑不同:第一次用體積分數為95%的酒精沖洗,第二次用清水漂洗。目的不同:第一次是為了洗去多余的卡諾氏液,第二

11、次是為了洗去多余的解離液。 “低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗中的理解誤區(1)顯微鏡下觀察到的是死細胞:植物細胞經卡諾氏液固定后細胞死亡。(2)選擇材料不能隨意:誤將低溫處理“分生組織細胞”等同于“任何細胞”。染色體數目變化發生在細胞分裂過程中,處理高度分化的細胞不會出現染色體數目加倍的情況。(3)低溫處理的理解誤區:低溫處理的目的只是抑制紡錘體形成,使染色體不能被拉向兩極。如果低溫持續時間過長,會影響細胞的各項功能,甚至導致細胞死亡。(4)著絲粒分裂不是紡錘絲牽引的結果:誤將“抑制紡錘體形成”等同于“著絲粒不分裂”。著絲粒是自動分裂的,不需要紡錘絲牽引,紡錘絲牽引的作用是將染色體拉向

12、兩極。1.本實驗中,是否溫度越低效果越顯著?提示:不是,必須為“適當低溫”,以防止溫度過低對根尖細胞造成傷害。2.觀察時是否所有細胞中染色體均已加倍?提示:不是,只有少部分細胞實現“染色體加倍”,大部分細胞仍為二倍體狀態。典例剖析下列關于“低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗的敘述,錯誤的是()A.實驗原理是低溫抑制紡錘體的形成,影響細胞有絲分裂中染色體被拉向兩極B.解離后的洋蔥根尖應漂洗后才能進行染色C.甲紫溶液可以使細胞中的染色體著色D.顯微鏡下可以看到大多數細胞處在分裂期且染色體數目發生了改變答案:D解析:“低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗的原理是低溫能抑制有絲分裂前期紡錘體的形

13、成,以致影響細胞有絲分裂中染色體被拉向兩極,導致細胞不能分裂成兩個子細胞;解離后要用清水漂洗根尖殘留的鹽酸以免影響著色;甲紫溶液可將細胞中的染色體染成紫色;顯微鏡下可看到大多數細胞處于分裂間期,部分細胞染色體數目加倍。學以致用1.下列關于“低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗操作的敘述,錯誤的是()A.剪取的根尖用卡諾氏液處理的目的是固定細胞的形態B.卡諾氏液處理后應用清水沖洗兩次C.制片時應先解離、漂洗,再染色、制片D.觀察時應先用低倍鏡尋找到染色體數目變化的細胞答案:B解析:卡諾氏液固定后應用體積分數為95%的酒精沖洗兩次。2.用秋水仙素處理某二倍體植物的愈傷組織,誘導再分化形成植株,從

14、獲得的再生植株中篩選四倍體植株。預實驗結果如下表,正式實驗時秋水仙素溶液的質量濃度設計最合理的是()A.0、2、3、4、5、6B.0、4、5、6、7、8C.0、6、7、8、9、10D.0、3、6、9、12、15答案:B解析:預實驗結果表明用質量濃度為6 g/L的秋水仙素處理愈傷組織,誘導形成的四倍體植株數目最多,誘導率最高,所以正式實驗時秋水仙素溶液的質量濃度應在6 g/L左右。三 染色體結構的變異重難歸納1.染色體缺失、重復與基因突變的區別2.易位與互換的區別 下圖甲為某正常染色體,為顯微鏡觀察到的變異雜合子染色體聯會異常現象,通過圖示辨析染色體結構變異的類型。答案:缺失重復易位倒位 典例剖

15、析導致遺傳物質變化的原因有很多。下圖字母代表不同基因,其中變異類型和分別是()A.突變和倒位 B.重組和倒位C.重組和易位D.易位和倒位答案:D解析:染色體的結構變異包括缺失、重復、易位和倒位。a、b基因的位置出現新的j基因,為易位(染色體的某一片段移接到另一條非同源染色體上);染色體臂上的c基因和d、e基因位置顛倒,為倒位。學以致用1.雜合子雌果蠅在形成配子時,同源染色體的非姐妹染色單體間的相應片段發生交換,導致新的配子類型出現,其原因是在配子形成過程中發生了()A.基因重組 B.染色體重復C.染色體易位D.染色體倒位答案:A解析:在減數分裂過程中,同源染色體上的非姐妹染色單體間的相應片段發

16、生交換導致基因重組;在減數分裂后期,非同源染色體的自由組合也能導致基因重組。染色體重復、染色體易位、染色體倒位屬于染色體變異。2.下圖表示某生物細胞中2條染色體及其部分基因。下列4種情況的產生不屬于該細胞染色體結構變異的是()A.B.C.D.答案:C解析:是基因突變或減數分裂的四分體時期發生互換所致。1.下圖分別表示4個生物的體細胞,下列有關敘述正確的是()A.圖中屬于單倍體的體細胞的有3個B.圖中的丁一定是單倍體的體細胞C.每個染色體組中含有3條染色體的是甲、乙、丁D.與乙相對應的基因型可以是aaa、abc、AaaBBBcccDDd、aabbcc等答案:B解析:可根據相同形態染色體的個數判斷

17、染色體組數,甲、乙、丙、丁中分別含有3、3、2、1個染色體組,其中圖丁一定是單倍體。而甲、乙、丙可能分別是三倍體、三倍體、二倍體,也可能都是單倍體。與圖乙對應的基因型應包含3個等位基因,所以abc、aabbcc這兩種基因型不能對應乙。2.單倍體生物的體細胞中()A.只含一條染色體B.只含一個染色體組C.染色體數是單數D.染色體數目與配子相同答案:D3.用秋水仙素處理幼苗可誘導形成多倍體植株,秋水仙素的主要作用是()A.使染色體再次復制B.使染色體著絲粒不分裂C.抑制紡錘體的形成D.使細胞穩定在間期階段答案:C解析:秋水仙素能夠抑制細胞分裂過程中紡錘體的形成,這樣有絲分裂的細胞雖然完成了復制,但染色體不能被拉向兩極,導致細胞中的染色體數目加倍。4.下列關于“低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗的敘述,正確的是()A.低溫抑制染色體的著絲粒分裂,使子染色體不能分別移向兩極B.鹽酸和酒精的混合液和卡諾氏液都可以固定細胞形態C.甲紫溶液和醋酸洋紅液都可以使染色體著色D.顯微鏡下可以看到細胞的染色體數目都發生了改變答案:C解析:低溫能抑制有絲分裂過程中紡錘體的形成,但著絲粒能正常分裂,只是染色體不能被拉向兩極,導致細胞中染色體數目加倍,A項錯誤。卡諾氏液的作用是固定細胞形態,鹽酸和酒精的混