1、第20课染色体变异课程标准要求学业质量水平3.3.5举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡1.通过染色体变异基本原理及其在生物学中意义的理解，建立起进化与适应的观点。(生命观念)2.通过三种可遗传变异的比较及育种方法的比较，培养归纳与概括的能力。(科学思维)3.通过低温诱导植物染色体数目的变化、生物变异类型的判断与实验探究以及育种方案的选择与设计，培养实验设计及结果分析的能力以及学以致用的思想意识。(科学探究社会责任)一、染色体变异的判断与分析1染色体数目的变异(1)类型细胞内个别染色体的增加或减少。细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。
2、(2)染色体组一个染色体组中不含同源染色体。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。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。(3)单倍体、二倍体和多倍体项目单倍体二倍体多倍体发育起点配子受精卵受精卵特点植株弱小；高度不育正常植株茎秆粗壮；叶、果实、种子较大；营养物质含量丰富体细胞染色体组数配子中染色体组数2个3个或3个以上举例蜜蜂的雄蜂几乎全部的动物和过半数的高等植物香蕉(三倍体)；马铃薯(四倍体)；八倍体小黑麦2染色体结构的变异(1)类型(连线)提示：DCBA(2)结果：使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。二、染色体变
3、异在育种中的应用1单倍体育种(1)原理：染色体(数目)变异。(2)过程(3)优点：明显缩短育种年限。(4)缺点：技术复杂。2多倍体育种(1)方法：用秋水仙素或低温处理。(2)处理材料：萌发的种子或幼苗。(3)原理(4)实例：三倍体无子西瓜的培育两次传粉用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数目不变。三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。三、低温诱导植物细胞染色体数目的变化1实验原理：用低温处理植物的分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致
4、细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞的染色体数目发生变化。2方法步骤(1)培养、诱导：将长出约1 cm长不定根的蒜整个放入冰箱的冷藏室内(4 )，诱导培养4872 h。(2)固定、漂洗：剪取诱导处理的根尖0.51 cm，放入卡诺氏液中浸泡0.51 h，以固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次。(3)制片、观察：包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤；先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂象。确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察。1染色体变异包括染色体数目变异和染色体结构变异(1)染色体增加某一片段可提高基因表达水平，是有利变异。()(2)染色体缺失有利于隐性基因表达，可提
5、高个体的生存能力。()(3)染色体易位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响。()(4)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。() (5)体细胞中含有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。() (6)单倍体含有的染色体组数都是奇数。()2染色体变异可应用于育种 (1)通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种。()(2)单倍体育种中，通过花药离体培养所得的植株均为纯合的二倍体。() (3)用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉，则四倍体植株上会结出三倍体无子西瓜。()(4)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体。()3低温诱导植物细胞染色体数目的
6、变化(1)低温诱导植物细胞染色体数目变化的原理与秋水仙素处理的原理相同。()(2)实验中需要用卡诺氏液固定细胞的形态，然后用体积分数为75%的酒精冲洗2次。()(3)装片制作过程包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤。()(4)观察装片时只需低倍镜观察。()染色体组的判断1“二看法”确认单倍体、二倍体、多倍体2“三法”判定染色体组的数目(1)根据染色体形态判定细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。下图所示的细胞中，形态相同的染色体a中有4条，b中两两相同，c中各不相同，则可判定它们分别含4、2、1个染色体组。(2)根据基因型判定在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因(包括同一字母
7、的大、小写)出现几次，则含有几个染色体组。下图所示的细胞中，甲、乙、丙分别含1、2、3个染色体组。(3)根据染色体数和染色体的形态数推算染色体组数染色体数/染色体形态数。例如果蝇体细胞中有8条染色体，分为4种形态，则染色体组的数目为2。考向1| 染色体组数目的判断1用马铃薯的花粉在一定的条件下直接培养形成马铃薯植株。该马铃薯植株的某些细胞进行减数分裂时，观察到染色体正常联会，此时细胞内共有15个四分体。据此推测，马铃薯正常个体的体细胞中共含有的染色体组数目为()A2个 B3个 C4个 D5个C解析：在减数分裂形成花粉过程中，同源染色体分离，那么花粉直接培养形成的马铃薯植株中染色体数目减半，染色
8、体组数目也减半。而用花粉直接培养形成的马铃薯植株细胞进行减数分裂时，观察到染色体正常联会，并形成15个四分体，说明细胞中含有2个染色体组，所以马铃薯正常个体的体细胞中共含有的染色体组数目为4个。考向2| 染色体组与基因型2下图表示细胞中所含的染色体，的基因型可以表示为()A：AABb：AAABBb：ABCD：AB：Aabb：AaBbCc：AAAaBBbb：ABC：AaBb：AaaBbb：AAaaBBbb：AbD：AABB：AaBbCc：AaBbCcDd：ABCDC解析：根据细胞中所含的染色体的形态判断，含有两个染色体组，含有三个染色体组，含有四个染色体组，含有一个染色体组。考向3| 染色体组与
9、生物体倍性的判断3一般认为烟草是由两个二倍体野生种合并起来的异源四倍体，其中一种甲含24条染色体，染色体组成用SS表示；另一种乙含24条染色体，染色体组成用TT表示，故烟草的染色体组成可表示为SSTT。某烟草单体含47条染色体，染色体组成用SSTT1表示，与甲杂交的F1群体内，一些植株有36条染色体，另一些植株有35条染色体。细胞学检测表明，35条染色体的F1植株在减数分裂时，有22条染色体联会成11对同源染色体，还有13条染色体不联会。请回答下列问题：(1)F1植株的染色体组成可表示为_。(2)该烟草单体所缺的那条染色体属于_(填“S组”或“T组”)染色体组。如果所缺的那条染色体属于另一个染
10、色体组，则上述的35条染色体的F1植株在减数分裂时应该有_条染色体联会成对，同时形成_条不联会的染色体。(3)判断甲、乙烟草属于不同物种的依据是_。解析：(1)某烟草单体(SSTT1)可产生配子的染色体组成类型是ST、ST1或者ST、S1T。甲(SS)产生的配子染色体组成为S。则该烟草单体与甲杂交后F1群体内，一些植株有36条染色体，染色体组成为SST，另一些植株有35条染色体，染色体组成为SST1或SS1T。(2)细胞学检测表明，35条染色体的F1植株在减数分裂时，有22条染色体联会成11对同源染色体，还有13条染色体不联会，可以推断出该烟草单体所缺失的那条染色体属于S组。如果所缺失的那条染
11、色体属于另一个染色体组，即T组，则上述的35条染色体的F1植株在减数分裂时应该有24条染色体(SS)联会成对，同时形成11条不联会的染色体(T)。(3)甲、乙烟草属于不同物种的依据是二者间存在生殖隔离，即不能交配或交配后不能产生可育后代。答案：(1)SST、SST1或SS1T(2)S组2411(3)不能交配或交配后不能产生可育后代(或有生殖隔离)染色体变异在育种中的应用图中甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b分别表示位于两对同源染色体上的两对等位基因，表示培育水稻新品种的过程，请分析：(1)图中哪种途径为单倍体育种？这种方法为什么能缩短育种年限？答案：图中过程表示单倍体育种。采用花药离体培养
12、获得的单倍体植株，经人工诱导染色体加倍后，植株细胞内每对染色体上的基因都是纯合的，自交后代不会发生性状分离，因此缩短了育种年限。(2)图中哪一标号处需用秋水仙素处理？应如何处理？答案：图示处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合子；处常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。(3)的育种方法属于什么育种？原理是什么？答案：多倍体育种；染色体变异。(4)图中最简便及最难以达到育种目标的育种途径分别是哪个过程？答案：图中最简便的育种途径为过程所示的杂交育种，但育种周期较长；最难以达到育种目标的途径为过程所示的诱变育种。 (5)在培育无子西瓜的过程中，为何用一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍
13、体西瓜的芽尖？三倍体西瓜为什么无种子？一颗种子都没有吗？答案：西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，从而形成四倍体西瓜植株。三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞，因此不能形成种子。但并非绝对一颗种子都没有，原因是在进行减数分裂时，有可能形成正常的卵细胞。1多倍体育种和单倍体育种的比较比较项目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套减少，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或幼苗花药离体培养后，人工诱导染色体数目加倍优点操作简单明显缩短育种年限缺点适用于植物，在动物方面难以操作技术
14、复杂一些，需与杂交育种配合2.其他育种方法图解图解中各字母表示的处理方法：A表示杂交，D表示自交，B表示花药离体培养，C表示人工诱导染色体数目加倍，E表示诱变处理，F表示人工诱导染色体数目加倍，G表示转基因技术，H表示脱分化，I表示再分化。3根据提供的材料选择合适的育种方法(1)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，则在选育显性纯合子时最简便的方法是自交。(2)实验植物若为营养繁殖类，如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。(3)实验材料若为原核生物，则不能运用杂交育种，细菌一般采用诱变育种和基因工程育种。4育种易错点提示(1)可遗传变异与可育不等价三倍体无子西瓜、二倍体
15、的单倍体、骡子等均表现为不育，但它们的遗传物质均发生了改变，均属于可遗传变异，虽然它们不能通过有性生殖繁殖后代，但可通过无性生殖将性状遗传给子代。要注意与仅由环境引起的不可遗传的变异的区别。(2)染色体组与基因组的差别染色体组：二倍体配子中的一组染色体。基因组：对有性染色体的生物(二倍体)，其基因组为常染色体/2性染色体。如研究人类染色体组时应研究23条染色体(22条常染色体1条性染色体)；而研究基因组时应研究24条染色体(22条常染色体及X和Y染色体)。1(多选)下图为某二倍体植物单倍体育种过程，下列叙述错误的是()A中发生了染色体数目变异B一般采用花药离体培养的方法C中秋水仙素抑制着丝粒分
16、裂D中选到的植株中1/4为纯合子ACD解析：为杂交过程，产生的子代染色体数目没有改变，A错误；为花药离体培养过程，可获得单倍体植株，B正确；中秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，而不是抑制着丝粒的分裂，C错误；过程产生比例相等的4种纯合子，D错误。2下图表示两种育种方式，请据图思考并回答下列问题：(1)甲图表示的育种方式为_，乙图表示的育种方式为_，二者的育种原理分别为_和_。(2)甲图和乙图中都有秋水仙素诱导染色体组加倍，其原理是_。甲图中用秋水仙素处理的目的是_。(3)乙图中获得无子西瓜至少需要_年。图中有两次传粉过程，它们的目的分别是_和_。(4)甲图中所示育种方式的优点是_，原因是_。解
17、析：(1)甲图表示的是单倍体育种，乙图表示的是多倍体育种。它们的育种原理都是染色体数目的变异。(2)秋水仙素能抑制纺锤体的形成，从而诱导染色体组加倍。由于甲图中花药离体培养得到的单倍体中只有一个染色体组，所以是不育的，需要通过秋水仙素处理使染色体组加倍，从而变成可育的。(3)乙图中获得无子西瓜至少需要两年。图中第一次传粉的目的是得到三倍体种子，第二次传粉是为了刺激三倍体的子房发育成果实。(4)甲图为单倍体育种，因为秋水仙素处理单倍体幼苗直接得到纯合体，所以能明显缩短育种年限。答案：(1)单倍体育种多倍体育种染色体数目的变异染色体数目的变异(2)秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，从而诱导染色体组加倍
18、使染色体组加倍，从而变得可育(3)两得到三倍体种子刺激三倍体的子房发育成果实(4)能明显缩短育种年限秋水仙素处理单倍体幼苗直接得到纯合子低温诱导植物细胞染色体数目的变化1“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的4个问题(1)选材选用的实验材料既要容易获得，又要便于观察。常用的观察材料：洋葱、大蒜等。(2)根尖培养培养不定根：要使材料湿润以利于生根。低温诱导：应设常温、低温4 、0 三种，以作对照，否则实验设计不严谨。(3)制作装片：按观察有丝分裂装片制作过程进行。(4)观察：换用高倍镜观察材料，只能用细准焦螺旋进行调焦，切不可转动粗准焦螺旋。2“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中试剂的
19、使用方法及其作用试剂使用方法作用卡诺氏液将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.51 h固定细胞形态体积分数为95%的酒精冲洗用卡诺氏液处理的根尖洗去卡诺氏液质量分数为15%的盐酸与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液解离根尖细胞蒸馏水浸泡解离后的根尖约10 min洗去药液，防止解离过度甲紫溶液把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色35 min使染色体着色3.“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验与“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验的操作步骤的比较“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验与“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验的操作过程基本相同，但也有不同之处。实验名称低温诱导植
20、物细胞染色体数目的变化观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂培养待蒜长出1 cm左右不定根时4 低温培养适宜温度下培养固定解离前用卡诺氏液进行固定，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次不用固定染色用甲紫溶液用醋酸洋红液或甲紫溶液四倍体大蒜的产量比二倍体大蒜高许多，为探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，特设计如下实验：(1)主要实验材料：大蒜、培养皿、恒温箱、卡诺氏液、体积分数为95%的酒精、显微镜、甲紫溶液等。(2)实验步骤取五个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。将培养皿分别放入4 、0 、_、_、_的恒温箱中1 h。取大蒜随机均分成_组，分别_诱导培养36小时。分别取根尖_cm，放入_中固定
21、0.51 h，然后用_冲洗 2次。制作装片：解离_制片。低倍镜检测，_，并记录结果。(3)实验结果：染色体数目加倍率最高的一组为最佳低温。(4)实验分析a设置实验步骤的目的：_。b对染色体染色可以用_、_等。c除低温外，_也可以诱导染色体数目加倍，原理是_。解析：本实验的目的是探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，所以温度应设置为变量，不同温度处理是为了进行相互对照，恒温处理1 h是为了在DNA复制时尽可能使细胞处于设定温度中，以排除室温的干扰。因为低温不可能使所有细胞染色体数目均加倍，所以要统计加倍率来确定最佳低温。答案：(2)4 8 12 五放入五个培养皿中0.51卡诺氏液体积分数为95%
22、的酒精漂洗染色统计每组视野中的染色体数目加倍率(4)a.将培养皿放在不同温度下恒温处理，是为了进行相互对照；恒温处理1 h是为了排除室温对实验结果的干扰b甲紫溶液醋酸洋红液c秋水仙素抑制纺锤体的形成学习探索情境同源多倍体中最常见的是同源四倍体和同源三倍体。同源四倍体可正常产生配子。同源三倍体在分裂前期，每种染色体有3条，它们既可以组成三价体(3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(1条染色体单独存在)。在分裂后期，二价体分离正常；而三价体一般是两条染色体进入一极，一条进入另一极；单价体则有两种可能，或是随机进入某一极，或是停留在赤道板上，随后在细胞质中消失。无论是
23、哪一种方式，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。命题生长点1 染色体的变异(1)同源多倍体的产生是细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数的形式成倍地增加，属于染色体数目变异，该变异还包括细胞内染色体以个别染色体的形式增加或减少。(2)此外，染色体变异还包括染色体结构变异。将以下关于该变异的四种类型进行连线。答案：甲乙丙丁命题生长点2 同源多倍体产生配子的种类比例将基因型为AA和aa的两植株杂交，得到F1，将F1植株再进一步做如下图所示的处理。请分析回答：(1)乙植株的基因型是AAaa，属于四倍体。(2)用乙植株的花粉直接培育出的后代属于单倍体，其基因型及比例是A
24、AAaaa141。(3)丙植株的体细胞中有3个染色体组，基因型及比例是AAAAAaAaaaaa1551。解析：(1)由题图可知，F1植株的基因型为Aa，甲植株基因型为Aa，为二倍体，乙植株的基因型为AAaa，为四倍体。(2)乙植株的花粉是经减数分裂产生的，其发育的起点相当于配子，应属于单倍体，其基因型种类及比例应与乙植株(AAaa)产生的配子基因型及比例一致，即AAAaaa141。(3)丙植株是甲、乙杂交由受精卵发育而来，应是三倍体，含3个染色体组，其基因型及比例由甲植株(Aa)和乙植株(AAaa)产生的配子决定。形成配子的过程见下表：可遗传变异类型的辨析(1)关于“缺失或增加”：DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加)属于染色体结构变异；DNA分子上若干碱基的缺失、增添(增加)属于基因突变。(2)关于变异的水平：基因突变、基因重组属于分子水平的变异，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变异，在光学显微镜下可以观察到。同源多倍体AAaa产生配子的种类比例基因型为AAaa的个体进行减数分裂，染色体数目减半，基因数目也减半，产生的配子种类及比例属于组合问题。AA：C1 Aa：CC4aa：C1综合以上，AAaa产生配子的种类及比例为AAAaaa141。