1、第2节 染色体变异从容说课本节内容包括“染色体结构的变异”和“染色体数目的变异”以及实验“低温诱导植物染色体数目的变化”。“染色体结构的变异”与人类遗传病有关，“染色体数目的变异”与单倍体、多倍体育种关系密切，染色体组是一个难点，学生不易掌握，但它是掌握单倍体、多倍体等有关知识的基础。本节中的实验“低温诱导植物染色体数目的变化”是课程标准中“活动建议”部分所列入的活动，旨在锻炼学生的动手能力。通过这个实验，学生能够用显微镜观察到细胞中染色体数目的增加，但增加的确切数目难以确定。在复习基因突变的基础上，教师可以引导学生回忆基因和染色体的关系。基因能够发生突变，那么染色体能不能发生变化呢？如果染色
2、体发生变化，它会发生什么样的变化呢？生物的性状又会发生什么样的变化呢？从而引出染色体变异包括染色体结构的变异和染色体数目的变异。染色体结构的变异是学生了解的内容，教材通过4个示意图直观形象地说明了染色体结构变异的类型。但需要提醒学生的是，尽管大多数染色体结构的变异对生物是有害的，但也有少数变异是有利的，人们研究染色体结构的变异可以为生产实践服务，也可以为人类健康服务。染色体组的概念较为复杂，如果直接讲述，学生是很难理解其实质的。教师从雌雄果蝇体细胞和生殖细胞的染色体的形态和数目分析入手，设置一系列的问题情境，通过联系以前所学的知识，帮助学生认识染色体组的概念。问题情境如下。观察课本雌雄果蝇体细
3、胞的染色体图解和雄果蝇的染色体组图解，回答下列问题。(1)果蝇体细胞有几条染色体？几对常染色体？(8条。3对)(2)号和号染色体是什么关系？号和号染色体是什么关系？(同源染色体。非同源染色体)(3)雄果蝇的体细胞中共有哪几对同源染色体？(和，和，和，X和Y)(4)果蝇的精子中有哪几条染色体？这些染色体在形态、大小和功能上有什么特点？这些染色体之间是什么关系？它们是否携带着控制生物生长发育的全部遗传信息？(、X或、Y。这些染色体在形态、大小和功能上各不相同。它们是非同源染色体。它们携带着控制生物生长发育的全部遗传信息)(5)如果将果蝇的精子中的染色体看成一组，那么果蝇的体细胞中有几组染色体？(两
4、组)通过以上的问题情境，再加上教师的引导和总结，学生能够比较容易理解染色体组的概念，并能很好地理解二倍体和多倍体与染色体组之间的关系。单倍体的概念是教学中的难点。教师可以采用教材中提供的蜜蜂的实例来分析蜂王、工蜂和雄蜂体内的染色体组数目，提出单倍体的概念，并设置一些问题情境，让学生区分单倍体与一倍体，单倍体、二倍体和多倍体之间的区别和联系。学生很容易将单倍体与一倍体相混淆。一倍体只含有一个染色体组，肯定是单倍体，但单倍体不一定只含有一个染色体组，因此，不一定是一倍体。对于多倍体的配子所形成的单倍体，学生又容易与二倍体、三倍体和四倍体等相混淆。区分的关键是判断生物体是由受精卵还是由配子发育而成的
5、。由受精卵发育而成的个体，含有几个染色体组就是几倍体；由配子直接发育而成的生物个体，不管含有几个染色体组，都只能称作单倍体。之所以将多倍体和单倍体育种放在一起来学习，是因为二倍体、多倍体和单倍体具有可比性，有助于学生对概念的理解。同时，育种的学习是建立在这些概念的基础之上的。对于多倍体和单倍体育种的教学可采用实例分析并结合流程图的方法，使学生非常清晰育种的过程和方法。最后列表让学生总结两种育种方法的原理、操作方法和优缺点，表中的内容由学生讨论填写。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
6、花药的离体培养后人工诱导染色体加倍优点器官大，提高产量和营养成分明显缩短育种年限缺点适用于植物，在动物方面难开展技术复杂一些，须与杂交育种配合 在“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验中，教师在实验开始前，可以先复习染色体组、二倍体、多倍体和单倍体的概念，以及多倍体和单倍体育种的原理、操作方法和优点。同时复习“观察植物细胞的有丝分裂”的实验步骤，为本实验打好基础。在低温诱导植物染色体数目的变化的实验中，低温的作用与秋水仙素的作用基本相似。与秋水仙素相比，低温条件容易创造和控制，成本低、对人体无害、易于操作。三维目标 1知识与技能(1)说出染色体结构变异的基本类型。(2)说出染色体数目的变异。(
7、3)学习低温诱导植物染色体数目变化的方法。能够解释低温诱导染色体加倍的原理，评价不同作物、不同的温度对染色体加倍实验的影响效果。关注染色体加倍对人类未来的发展影响，进行低温诱导植物染色体数目的变化的实验。2过程与方法(1)以辨图、设问、讨论和复习的方式理解染色体组的概念。(2)通过对具体实例、概念的辨析和对比，认识单倍体、二倍体和多倍体之间的关系。(3)用图解、事例和图表的形式引导学生学习多倍体和单倍体育种。(4)以实验的方式认识低温对诱导染色体数目的变化的作用。3情感态度与价值观(1)了解染色体数目变化原理在农业生产上的应用，激发学生学以致用的理想。(2)通过实验，养成与他人合作、共享并能够
8、欣赏别人的观点和创意的习惯。(3)培养学生的动手能力，激发学生勇于探索的热情，使学生关注染色体加倍对人类未来的发展影响。教学重点染色体数目的变异。教学难点1染色体组的概念。2二倍体、多倍体和单倍体的概念及其联系。3低温诱导植物染色体数目的变化的实验。教具准备1染色体变异实例图片。2雄果蝇染色体组图解动画。课时安排2课时。第1课时完成理论教学部分，第2课时完成低温诱导植物染色体数目变化的实验。第1课时教学过程课前准备1制作教具。2学生根据教材“本节聚焦”预习课文，思考相应问题。情境创设学生：阅读教材中的“问题探讨”，然后分学习小组讨论：无子西瓜是怎样形成的？(无子西瓜是三倍体植株，不能进行正常的
9、减数分裂形成生殖细胞，因此，不能形成种子。但并不是绝对一颗种子都没有，其原因是在进行减数分裂时，有可能形成正常的卵细胞)师生互动教师：基因突变是染色体的某一个位点上的改变，这种改变在光学显微镜下是无法直接观察到的。而染色体变异是可以用显微镜直接观察到的。染色体变异有结构变异和数目变异两种。不论哪一种变异，都会造成生物性状的改变，播放染色体变异实例图片。教师：请同学们阅读教材中“染色体结构的变异”后，回答：染色体结构的变异有哪四种？学生：染色体发生的结构变异主要有以下四种：(1)染色体中某一片段缺失引起变异。(2)染色体中增加某一片段引起变异。(3)染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起
10、变异。(4)染色体中某一片段位置颠倒引起变异。教师：请同学们思考：染色体结构变异对生物都是有害的吗？学生：大多数染色体结构变异对生物是有害的，但也有少数变异是有利的。教师：请同学们讨论：染色体变异与基因突变相比，哪一种变异引起的性状变化较大一些？学生：每条染色体上含有许多基因，染色体变异会引起多个基因的变化，引起的性状变化较大一些。教师：请同学们阅读教材中“染色体数目的变异”后，回答：染色体数目的变异有哪两种？学生：染色体数目的变异可以分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。教师：请同学们观察教材“雌雄果蝇体细胞的染色体图”和“雄
11、果蝇的染色体组图”，回答下列问题：(1)果蝇体细胞有几条染色体？几对常染色体？(8条。3对)(2)号和号染色体是什么关系？号和号染色体是什么关系？(同源染色体。非同源染色体)(3)雄果蝇的体细胞中共有哪几对同源染色体？(和，和，和，X和Y)(4)果蝇的精子中有哪几条染色体？这些染色体在形态、大小和功能上有什么特点？这些染色体之间是什么关系？它们是否携带着控制生物生长发育的全部遗传信息？(、X或、Y。这些染色体在形态、大小和功能上各不相同。它们是非同源染色体。它们携带着控制生物生长发育的全部遗传信息)(5)如果将果蝇的精子中的染色体看成一组，那么果蝇的体细胞中有几组染色体？(两组)教师：细胞中的
12、一组非同源染色体，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，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。(播放雄果蝇染色体组图解动画)这样的一个染色体组，具有怎样的特点？学生：不含同源染色体，但含有每对同源染色体中的一条。教师：请同学们阅读教材中的“二倍体和多倍体”，回答：(1)什么叫二倍体和多倍体？它们是根据什么命名的？学生：体细胞中含有两个染色体组的个体叫做二倍体。细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫做多倍体。教师：大家一定要注意这两个概念的前提条件：由受精卵发育而成的个体，否则就会与下面所学的单倍体混淆。(2)多倍体植株有什么特点？学生：与二倍体植株相比，多倍体植株常常是
13、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。教师：目前人工诱导多倍体的常用方法是什么？学生：低温和秋水仙素法。教师：秋水仙素法的具体做法是什么？原理是什么？学生：用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。原理：当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，将来就可能发育成多倍体植株。教师：为什么要处理萌发的种子或幼苗，处理成熟的植株行吗？学生：不行，秋水仙素作用的对象是正在有丝分裂的细胞，成熟的植株不一定进行有丝分裂。教师：请同学们阅读教材“单倍体”，回答下列问题：(1
14、)一倍体一定是单倍体吗？单倍体一定是一倍体吗？(一倍体一定是单倍体；单倍体不一定是一倍体)(2)二倍体物种所形成的单倍体中，其体细胞中只含有一个染色体组，这种说法对吗？为什么？(对，因为在体细胞进行减数分裂形成配子时，同源染色体分开，导致染色体数目减半)(3)如果是四倍体、六倍体物种形成的单倍体，其体细胞中就含有两个或三个染色体组，我们可以称它为二倍体或三倍体，这种说法对吗？(不对，尽管其体细胞中含有两个或三个染色体组，但因为是正常的体细胞的配子所形成的物种，因此，只能称为单倍体)(4)单倍体中可以只有一个染色体组，但也可以有多个染色体组，对吗？(对，如果本物种是二倍体，则其配子所形成的单倍体
15、中含有一个染色体组；如果本物种是四倍体、六倍体等多倍体，则其配子所形成的单倍体含有两个或两个以上的染色体组)教师：对一个个体称单倍体还是几倍体，关键看什么？学生：关键看它是由受精卵发育而成的个体，还是由配子发育而成的个体。由受精卵发育而成的个体叫几倍体，由配子发育而成的个体叫单倍体。教师：单倍体植株有什么特点？学生：单倍体植株长得弱小，而且高度不育。教师：单倍体育种的措施和优点是什么？学生：单倍体育种常常采用花药离体培养的方法来获得单倍体植株，然后经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。其优点是用这种方法培育得到的植株，不仅能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合
16、的，自交产生的后代不会发生性状分离。教师精讲1染色体变异：可以用显微镜直接观察到的变异。 (1)染色体结构的变异染色体结构的改变，都会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。染色体发生的结构变异主要有以下四种：染色体中某一片段缺失引起变异。染色体中增加某一片段引起变异。染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异。染色体中某一片段位置颠倒引起变异。(2)染色体数目的变异染色体数目的变异可以分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。2染色体组细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，携带着控制
17、生物生长发育的全部遗传信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。特点：(1)在一个染色体组中，所有染色体在形状、大小方面各不相同，即不含同源染色体。(2)不同的生物，其染色体组数和每个染色体组所包含的染色体的数目、形状、大小都是不同的。3二倍体和多倍体二倍体是指体细胞中含有两个染色体组的个体，多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。(1)多倍体成因体细胞在有丝分裂的过程中，染色体完成复制，但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变)或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，于是形成染色体数目加倍的细胞。(2)多倍体植株特点与二倍体植株
18、相比，多倍体植株常常是茎秆粗壮，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)人工诱导多倍体在育种上的应用用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，将来就可能发育成多倍体植株。4单倍体体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。抓住重点词语“配子染色体数目”来理解。对一个个体称单倍体还是几倍体，关键看它是由受精卵发育而成的个体，还是由配子发育而成的个体。由受精卵发育而成的个体叫几倍体，由配子发育而成的个体叫单倍体。(1)单倍体植株的特
19、点单倍体植株长得弱小，而且高度不育。(2)单倍体育种单倍体育种常常采用花药离体培养的方法来获得单倍体植株，然后经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。其优点是用这种方法培育得到的植株，不仅能够正常生殖，而且是纯种，自交产生的后代不会发生性状分离，能明显缩短育种年限。评价反馈学生做教材中的练习题，教师检查评讲。课堂小结课后拓展1基因重组、基因突变和染色体变异三者的共同点是( )A都能产生可遗传的变异 B都能产生新的基因C产生的变异均对生物不利 D产生的变异均对生物有利2用杂合子种子尽快获得纯合子植株的方法是( )A种植F2选不分离者纯合子B种植秋水仙素处理纯合子C种植花药离
20、体培养秋水仙素处理纯合子D种植秋水仙素处理花药离体培养纯合子3四倍体水稻受精卵连续三次有丝分裂后，所生成的每个子细胞染色体数目是( )A12条 B24条 C36条 D48条4用亲本基因型为DD和dd的植株进行杂交，对其子一代的幼苗用秋水仙素处理产生了多倍体，其基因型是( )ADDDD BDDdd Cdddd DDDDd5蔷薇有多个品系，其中因减数分裂过程中同源染色体配对紊乱不能产生正常配子的是( )A2n14 B2n21 C2n28 D2n42解析与答案：1解析：基因重组、基因突变和染色体变异三者的共同点是都发生了遗传物质的变化，故产生的变异都是可遗传的。但产生的变异有的对生物不利，有的对生物
21、有利，三者只有基因突变可产生新的基因。答案：A2解析：利用花药离体培养获得单倍体，再经人工诱导使染色体加倍，可迅速获得纯系植株。答案：C3解析：二倍体水稻细胞中有24条染色体，四倍体水稻细胞中有48条染色体，四倍体水稻受精卵有48条染色体，有丝分裂前后染色体数目不变。答案：D4解析：亲本基因型为DD和dd的植株进行杂交，其子一代幼苗的基因型是Dd，用秋水仙素处理后，染色体数目加倍，造成基因数目加倍，基因型是DDdd。答案：B5解析：2n表示的是二倍体的染色体数目，当它为双数时，可以配对，单数时不能配对。答案：B板书设计第2节 染色体变异1染色体变异2染色体组(1)概念(2)特点3二倍体(1)概
22、念(2)特点4多倍体(1)概念(2)成因(3)特点(4)应用5单倍体(1)概念(2)成因(3)特点(4)应用备课资料1单倍体单倍体可以分为两大类，一类是一倍体，即二倍体物种产生的单倍体；另一类是多单倍体，即多倍体物种产生的单倍体。单倍体在动物中比较少见，而且一般很难存活，在果蝇中出现的一些单倍体个体，生活力大大降低。在蛙、小鼠和鸡中出现的单倍体，生理上很不正常，多在胚胎发育过程中死亡。但是在某些昆虫(如蜜蜂)中，单倍体个体是正常的，而且与性别有关：未受精的单倍体卵发育成雄性个体，受精后的二倍体卵发育成雌性个体。在许多高等植物，如棉、水稻、咖啡、甜菜、大麦、大麻、可可、油菜、西红柿、芦笋和小麦等
23、中，都发现过自发产生的单倍体；某些低等的生物，如酵母、霉菌和苔藓等，则以单倍体为主要的生活世代。产生单倍体的方法有许多种。例如，不同种间或属间杂交。有文献报道，当用远源物种的花粉授粉或把授粉时间延迟时，可以明显地提高曼陀罗和玉米中单倍体产生的频率。有的学者用辐射或化学的方法处理白杨、玉米、烟草、小麦等也获得了单倍体。比较常用的人工获得单倍体的方法是花药和子房培养法。花药离体培养的方法是通过花粉粒直接培养出单倍体植株。花药离体培养法具有技术简单、诱导容易和诱导频率高等优点，许多栽培物种都用这种方法获得了单倍体。子房培养是20世纪70年代发展起来的一门新技术，已经在小麦、玉米、水稻、大卫百合、烟草
24、等植物中获得了成功。2同源多倍体和异源多倍体(1)同源多倍体同一物种经过染色体加倍形成的多倍体，称为同源多倍体，同源多倍体在植物界是比较常见的。由于大多数植物是雌雄同株的，两性配子有可能同时发生减数分裂异常，结果使配子中染色体数目不减半，然后通过自交形成多倍体。多倍体在动物中比较少见，这是因为动物大多数是雌雄异体，染色体稍微不平衡，就容易引起不育，甚至使个体不能生存，所以多倍体动物个体通常只能依靠无性生殖来传代。例如，有一种甲壳动物，它的二倍体个体进行有性生殖，而四倍体个体则进行无性生殖。此外，在蝾螈、蛙以及家蚕等动物中，也发现过三倍体和四倍体的个体，但是都没有能够连续传代。同源多倍体中最常见
25、的是同源四倍体和同源三倍体。同源四倍体是正常二倍体通过染色体加倍形成的。例如，马铃薯就是一个天然的同源四倍体。人为地用化学药剂秋水仙素等处理发芽的水稻种子，可以获得人工同源四倍体水稻。大麦、烟草、油菜等用化学药剂处理，也可以获得同源四倍体。同源四倍体与二倍体相比，大多表现出细胞体积的增大，有时出现某些器官的巨型化。这种巨型化一般都表现在花瓣、果实和种子等有限生长的器官上，但是多倍体化却很少导致整个植株的巨型化，有时甚至相反。这是因为植株的体积不仅取决于细胞的体积，还取决于生长期间所产生的细胞的数目。通常情况下，同源多倍体的生长速率比其二倍体亲本低，因而大大限制了生长过程中细胞数目的增加。在自然
26、条件下，同源三倍体的出现，大多是因减数分裂不正常，由未经减数分裂的配子与正常的配子结合而形成的。香蕉是天然的三倍体植物。它一般只有果实，种子退化，以营养体进行无性繁殖。采用人工手段使同种植物的四倍体与正常二倍体杂交，也可以获得同源三倍体植物。在减数分裂过程中，三倍体植物由于染色体配对发生紊乱，通常很难正常分裂并形成有功能的配子。例如，在分裂前期，每种染色体有三条，它们既可以组成三价体(三条染色体连在一起)，也可以组成二价体(两条染色体连在一起)和单价体(一条染色体单独存在)。在分裂后期，二价体分离正常，但是三价体一般是两条染色体进入一极，一条进入另一极。而单价体有两种可能，或是随机进入某一极，
27、或是停留在赤道板上，随后在细胞质中消失。无论是哪一种方式，最终得到有功能、全部染色体都成对存在配子的概率只有(1/2)n(n代表一个染色体组中所有染色体的数目)，而得到全部染色体都是单个、全部染色体都不成对配子的概率也是(1/2)n，这些配子虽然有功能、能正常受精，但是数目很少。绝大多数配子都是染色体数目不平衡的配子，不能正常地受精结实。因此，三倍体是高度不育的。三倍体的西瓜、香蕉和葡萄与相应的二倍体品种相比，不仅果实大、品质好，而且无子、便于食用。在农业生产中，人们常用人工诱导的方法培育三倍体优良品种，如无子西瓜。(2)异源多倍体异源多倍体是指不同物种杂交产生的杂种后代经过染色体加倍形成的多
28、倍体。常见的多倍体植物大多数属于异源多倍体，例如，小麦、燕麦、棉、烟草、苹果、梨、樱桃、菊、水仙、郁金香等。异源多倍体可以通过人工的方法进行培育。例如，萝卜和甘蓝是十字花科中不同属的植物，它们的染色体都是18条(2n18)，但是两者的染色体间没有对应关系。如果将两者杂交，虽然能够得到杂种，但由于萝卜和甘蓝的染色体之间不能配对，杂种不能产生有功能的配子，因而杂种高度不育。不过，如果用杂种染色体数目尚未减半的配子受精，或者用秋水仙素处理，人工诱导杂种的染色体加倍，就可以得到异源四倍体。这种异源四倍体分别含有两个物种的两套染色体，因而又称为双二倍体。从外观上分类，这种双二倍体既不是萝卜也不是甘蓝，它
29、是一个新种，叫做萝卜甘蓝。很可惜，萝卜甘蓝的根像甘蓝根，叶像萝卜叶，没有经济价值。不过，上述方法为我们提供了通过种间或属间杂交在短期内(只需两代)创造新种的方法。通过这种方法，人们已经培育出越来越多的异源多倍体新种。我国已故遗传育种学家鲍文奎经过30多年的研究，在20世纪六七十年代用普通小麦(六倍体)与黑麦(二倍体)杂交，成功地培育出异源八倍体小黑麦新物种。普通小麦和黑麦分别属于不同的属，两个属的物种一般是难以杂交的。但是也有少数的普通小麦品种含有可杂交基因，称为“桥梁品种”。桥梁品种之间的杂交一代及其后代都很容易与黑麦杂交。非桥梁品种也可以先与桥梁品种杂交；将可杂交基因传给后代，这样就可以广
30、泛利用小麦资源与黑麦杂交了。用普通小麦作母本，雌配子中有3个染色体组(ABD)，共21条染色体，用黑麦作父本，雄配子中有1个染色体组(R),7条染色体，杂交后的子一代包括4个染色体组(ABDR)。这4个染色体组来自不同属的种，因此，子一代不能进行正常的减数分裂，需要用人工的方法将子一代的染色体加倍，形成正常的雌、雄配子，才能受精、结实，繁殖后代。由普通小麦和黑麦杂交，杂种子一代染色体加倍产生的小黑麦具有56(4214)条染色体，是7的八倍，这些染色体组又来自不同属的物种，因此，把这种小黑麦称为异源八倍体小黑麦。小黑麦具有穗大、粒重、抗病性强、耐瘠性强、抗逆性强和营养品质好等优点，已经在我国西北、西南高寒地区试种成功，并且正在进一步推广。