2024届高考生物一轮复习第3单元变异育种和进化第1讲基因突变和基因重组学案新人教版必修220230605299

2024届高考生物一轮复习第3单元变异育种和进化第1讲基因突变和基因重组学案新人教版必修220230605299第1讲基因突变和基因重组考情研读·备考定位考点展示核心素养1．阐明基因重组和基因突变及其意义。2．阐明基因突变的特征和原因。1．生命观念——通过基因突变和基因重组的基本原理，建立起进化与适应的观点。2．理性思维——通过基因突变与生物性状的关系、基因突变和基因重组的比较，提高归纳与概括能力。考点一基因突变自主回顾·素养储备基础梳理1．变异类型的概述(1)“环境条件改变引起的变异”一定就是不可遗传的变异吗？__不一定__(填“一定”或“不一定”)。(2)基因突变和染色体变异均属于突变，基因重组未引起新基因产生。其中在光学显微镜下可见的可遗传变异为__染色体变异__，分子水平发生的变异为__基因突变和基因重组__，只在减数分裂过程中发生的变异为__基因重组__，真、原核生物和病毒共有的变异类型为__基因突变__。2．基因突变(1)实例分析：镰刀型细胞贫血症(2)概念：DNA分子中发生__碱基对的替换、增添和缺失__，而引起的__基因结构__的改变，叫做基因突变。3．时间主要发生在有丝分裂间期或__减数第一次分裂前的间期__。4．诱发因素(连线)5．突变特点(1)__普遍性__：一切生物都可以发生。(2)随机性：生物个体发育的__任何时期和部位__。(3)__低频性__：自然状态下，突变频率很低。(4)不定向性：一个基因可以向不同方向发生突变，产生一个以上的__等位基因__。(5)多害少利性：可能破坏__生物体____与现有环境的协调关系。6．意义(1)__新基因__产生的途径。(2)生物变异的__根本来源__。(3)生物进化的__原始材料__。思维辨析易错整合，判断正误。(1)基因突变通常发生在DNA→RNA的过程中(×)(2)病毒、大肠杆菌及动、植物都可发生基因突变(√)(3)有丝分裂前期不会发生基因突变(×)(4)基因突变的随机性表现在一个基因可突变成多个等位基因(×)(5)在没有外界不良因素的影响下，生物不会发生基因突变(×)(6)一个人是否患镰刀型细胞贫血症能通过光学显微镜观察到(√)(7)基因突变产生的新基因不一定传递给后代(√)(8)诱变因素可以提高突变频率并决定基因突变的方向(×)延伸探究热图导析：据图分析基因突变机理(1)①②③分别表示引起基因突变的什么因素？(2)④⑤⑥分别表示什么类型的基因突变？(3)为什么在细胞分裂的间期易发生基因突变？(4)基因突变一定产生等位基因吗？为什么？[提示](1)物理、生物、化学。(2)增添、替换、缺失。(3)细胞分裂的间期进行DNA复制，DNA复制时需要解旋成单链，单链DNA容易受到内、外因素的影响而发生碱基的改变。(4)不一定。真核生物基因突变一般可产生它的等位基因，而病毒和原核细胞中不存在等位基因，其基因突变产生的是一个新基因。剖析难点·考点突破重难精讲1．基因突变概念图解2．类型(1)显性突变：如a→A，该突变一旦发生即可表现出相应性状。(2)隐性突变：如A→a，突变性状一旦在生物个体中表现出来，该性状即可稳定遗传。3．基因突变与性状的关系(1)基因突变引起生物性状的改变类型影响程度对氨基酸的影响(不考虑终止密码子)替换小只改变1个(或不改变)氨基酸增添大插入位置前不影响，影响插入位置后的序列缺失大缺失位置前不影响，影响缺失位置后的序列(2)基因突变未引起生物性状改变的原因①突变发生在基因的非编码区。②根据密码子的简并性，有可能翻译出相同的氨基酸。③由纯合子的显性基因突变成杂合子中的隐性基因。4．基因突变对子代的影响(1)基因突变发生在有丝分裂过程中，一般不遗传，但有些植物可以通过无性生殖传递给后代。(2)如果发生在减数分裂过程中，可以通过配子传递给后代。■由基因突变可联系的知识(1)联系细胞分裂：在细胞分裂间期，DNA复制时，DNA分子双链打开，脱氧核苷酸链极其不稳定，容易发生碱基对的变化。(2)联系细胞癌变：癌细胞就是原癌基因和抑癌基因发生基因突变所致。(3)联系生物育种：诱变育种就是利用基因突变的原理进行的。(4)联系生物进化：基因突变为生物进化提供原始材料。精准命题突破点基因突变的原理及特点〔典例剖析〕例1(2020·邢台期末)用射线处理纯种小麦种子，使其体内一条染色体上的TD8基因突变成S基因，导致编码的多肽链的第18位的亮氨酸替换为赖氨酸，从而导致该纯种小麦种子发育为矮化的突变体小麦。下列叙述正确的是(A)A．突变产生的S基因对TD8基因为显性B．TD8基因和S基因的脱氧核苷酸的排列顺序相同C．TD8基因突变成S基因时基因结构没发生改变D．TD8基因与S基因在同源染色体上的位置不同[解析]根据题干信息“从而导致该纯种小麦种子发育为矮化的突变体小麦”可知，突变产生的S基因对TD8基因为显性，A正确；基因突变是指DNA分子中碱基对的增添、缺失或替换，TD8基因突变成S基因，则TD8基因和S基因的脱氧核苷酸的排列顺序不相同，B错误；基因突变会导致基因结构发生改变，因此TD8基因突变成S基因时基因结构发生改变，C错误；TD8基因与S基因是一对等位基因，它们在同源染色体上的位置相同，D错误。┃┃易错警示►(1)基因突变≠DNA中碱基对的增添、缺失和替换[点拨]①基因是有遗传效应的DNA片段，不具有遗传效应的DNA片段也可发生碱基对的改变。②有些病毒的遗传物质是RNA，RNA中碱基的增添、缺失和替换引起病毒性状改变，广义上也称为基因突变。(2)误认为基因突变会使得基因“位置”或“数目”发生改变或错将基因中“碱基对”缺失视作“基因”缺失[点拨]基因突变仅改变了基因内部结构，产生了新基因，并未改变基因位置，也未改变基因数量——基因中碱基对缺失，只是成了新基因，即基因仍在，只是“以旧换新”，并非“基因缺失”。(3)将基因突变的结果“产生新基因”与“产生等位基因”混淆[点拨]病毒和原核细胞的基因一般是单个存在的，不存在等位基因。因此，真核生物基因突变可产生它的等位基因，而原核生物和病毒基因突变产生的是一个新基因。〔对应训练〕1．(2021·安徽宣城期末)如图为人体某DNA片段上的若干基因，Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的片段，下列有关叙述正确的是(A)A．基因a、b、c最本质的区别在于脱氧核苷酸的序列不同B．片段Ⅰ、Ⅱ中发生碱基对的替换、增添和缺失属于基因突变C．基因a、b、c转录时的模板链同为α链或β链D．由基因突变引发的人类遗传病都不能直接通过显微镜检测[解析]Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的片段，若其中发生碱基对的替换、增添和缺失，不属于基因突变；不同的基因转录时的模板链不一定相同；由基因突变引发的人类遗传病如镰刀型细胞贫血症能直接通过显微镜检测。突破点基因突变对生物性状的影响〔典例剖析〕例2(2021·福建漳州质检)下列与基因突变相关的叙述，正确的是(C)A．基因突变可能导致DNA上的终止密码子提前或退后B．若某雌雄异株植物的突变基因位于雄株X染色体上，子代雌株就会出现突变性状C．如果一个基因的中部缺失1个碱基对，则其所控制合成的蛋白质可能减少多个氨基酸D．基因发生突变，种群基因频率一定改变，就形成新物种[解析]基因中碱基对的增添、缺失和替换，可能导致mRNA上的终止密码子提前或退后；若突变基因为显性(设为A)，且突变雄株的基因型为XAY，则子代中雌株全部表现为突变基因控制的性状，若突变基因为隐性(设为a)，且突变雄株的基因型为XaY，雌株的基因型为XAXA，则子代不出现突变基因控制的性状；基因突变的结果是产生新的等位基因，种群基因频率一定改变，但不一定形成新物种。〔对应训练〕2．(2020·山东枣庄模拟)野生型豌豆子叶黄色(Y)对突变型豌豆子叶绿色(y)为显性。Y基因和y基因的翻译产物分别是SGRY蛋白和SGRy蛋白。两种蛋白质都能进入叶绿体，它们的部分氨基酸序列如图。SGRY蛋白能促使叶绿素降解使子叶由绿色变为黄色；SGRy蛋白能减弱叶绿素降解，使子叶维持“常绿”。下列叙述正确的是(B)A．位点①②突变导致了该蛋白的功能丧失B．位点③的突变导致了该蛋白的功能减弱C．黑暗条件下突变型豌豆子叶的叶绿素含量维持不变D．Y基因突变为y基因的根本原因是碱基对发生缺失[解析]①②处是碱基对的替换，SGRy和SGRY都能进入叶绿体，说明①②处的突变没影响蛋白的功能；由③处变异引起的突变型的SGRy蛋白的功能改变，该蛋白调控叶绿素降解的能力减弱，最终使突变型豌豆子叶和叶片维持“常绿”；叶绿素的合成需要光照；Y基因突变为y基因的根本原因是碱基对发生增添。突破点显隐性突变的分析与判断〔典例剖析〕例3(2016·全国Ⅲ卷)基因突变和染色体变异是真核生物可遗传变异的两种来源。回答下列问题︰(1)基因突变和染色体变异所涉及的碱基对的数目不同，前者所涉及的数目比后者__少__。(2)在染色体数目变异中，既可发生以染色体组为单位的变异，也可发生以__染色体__为单位的变异。(3)基因突变既可由显性基因突变为隐性基因(隐性突变)，也可由隐性基因突变为显性基因(显性突变)。若某种自花授粉植物的AA和aa植株分别发生隐性突变和显性突变，且在子一代中都得到了基因型为Aa的个体，则最早在子__一__代中能观察到该显性突变的性状；最早在子__二__代中能观察到该隐性突变的性状；最早在子__三__代中能分离得到显性突变纯合体；最早在子__二__代中能分离得到隐性突变纯合体。[解析](1)基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失和替换而引起的基因结构的改变，所涉及的碱基对的数目较少，而染色体变异会涉及染色体上基因数量或排列顺序的改变，较基因突变所涉及的碱基对的数量多。(2)染色体数目变异有两类，一类是由细胞内个别染色体的增加或减少而引起的，另一类是由细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少而引起的。(3)对于显性突变而言，由aa(亲代)eq\o(→,\s\up7(突变))Aa(子代)，则在子一代中即能观察到突变性状，子二代会发生性状分离，且会出现AA的显性纯合子，但要分离得到AA的显性纯合子，需在子三代中观察确定(即不发生性状分离的为纯合子)；对于隐性突变而言，由AA(亲代)eq\o(→,\s\up7(突变))Aa(子一代)，最早在子二代中能观察到该隐性性状的个体，隐性性状一旦出现即能分离得到隐性突变纯合体，因此最早在子二代中能分离得到隐性突变纯合体。〔对应训练〕3．(2020·黄冈模拟)某种动物(ZW型)Z染色体上的某个基因突变后的表达产物会导致胚胎发育停滞而死亡，W染色体上无该基因或其等位基因。下列关于该种突变的叙述错误的是(C)A．若该突变为显性突变，则雌性个体产生的卵细胞不携带突变基因B．若该突变为显性突变，则该动物种群中雄性个体均为隐性纯合子C．若该突变为隐性突变，则该动物种群中雌、雄个体的数量相等D．若该突变为隐性突变，则雌、雄个体杂交，子代致死的均为雌性个体[解析]若该突变为显性突变，则雌性个体(ZaW)产生的卵细胞不携带突变基因，A正确；若该突变为显性突变，则出现突变基因的个体会死亡，所以该动物种群中雄性个体均为隐性纯合子，B正确；若该突变为隐性突变，则该种动物种群中雄性个体(ZAZA和ZAZa)与雌性个体(ZAW)的数量不相等，C错误；若该突变为隐性突变，则雌(ZAW)、雄(ZAZA和ZAZa)个体杂交，子代致死的均为雌性(ZaW)个体，D正确。考点二基因重组自主回顾·素养储备基础梳理1．概念2．类型(1)自由组合型：位于__非同源染色体__上的__非等位基因__随非同源染色体的__自由组合__而发生重组(如下图)。(2)交叉互换型：位于__同源染色体上的非等位基因__随四分体的非姐妹染色单体间的交叉互换导致位于__同源染色体上的非等位基因__发生重组(如下图)。(3)基因工程重组型：目的基因经__运载体______导入受体细胞，导致受体细胞中基因发生重组(如下图)。3．基因重组的结果产生__新的基因型__，导致__重组性状__出现。4．意义(1)是__生物变异__的来源之一；(2)为__生物进化__提供材料；(3)是形成__生物多样性__的重要原因之一。巧学妙记：巧判基因突变与基因重组变异个体数量→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(偶尔出现一个→基因突变,出现一定比例→基因重组))思维辨析易错整合，判断正误。(1)基因重组只能产生新基因型和重组性状，不能产生新基因和新性状(√)(2)原核生物不存在基因重组，而真核生物的受精过程中可进行基因重组(×)(3)Aa自交，因基因重组导致子代发生性状分离(×)(4)有丝分裂和减数分裂过程中均可发生非同源染色体之间的自由组合，导致基因重组(×)(5)基因重组为生物进化提供了最根本的原材料(×)(6)交叉互换和基因突变都能使染色体上原来的基因位置出现等位基因(√)延伸探究如图a、b为某二倍体生物细胞分裂不同时期的细胞图像，请分析：(1)图a细胞处于什么时期？细胞中的1、2号染色体发生了什么变异？(2)图b细胞处于什么时期？该细胞名称是什么？在该时期细胞中可发生哪种变异？(3)二倍体生物同源染色体的非姐妹染色单体间一定能发生交叉互换吗？为什么？[提示](1)图a细胞处于四分体时期。细胞中的1、2号染色体因交叉互换发生了基因重组。(2)图b细胞处于减数第一次分裂后期。该细胞名称为初级精母细胞。该时期细胞可发生非同源染色体上的非等位基因自由组合，即基因重组。(3)不一定。二倍体生物进行有性生殖产生生殖细胞的过程中(减数分裂时)，在四分体时期，会有一定数量的同源染色体的非姐妹染色单体间发生交叉互换。剖析难点·考点突破重难精讲基因突变与基因重组的比较项目基因突变基因重组发生时间有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期减数第一次分裂发生原因在一定外界或内部因素作用下，DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，引起基因结构的改变减数第一次分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换，或非同源染色体上非等位基因的自由组合适用范围所有生物都可以发生只适用于真核生物、有性生殖、细胞核遗传应用通过诱变育种培育新品种通过杂交育种使性状重组，可培育优良品种结果产生新基因，控制新性状产生新的基因型，不产生新的基因意义是生物变异的根本来源，生物进化的原始材料生物变异的重要来源，有利于生物进化联系通过基因突变产生新基因，为基因重组提供自由组合的新基因，基因突变是基因重组的基础■(1)交叉互换≠基因重组。如果交叉互换发生在同源染色体之间叫基因重组；如果发生在非同源染色体之间叫易位，属于染色体结构变异。(2)精卵结合并没有发生基因重组。来自父方、母方的染色体为同源染色体，每一对同源染色体上都有控制同一性状的基因。(3)基因重组在人工操作下也可以实现，如基因工程、肺炎双球菌转化中都发生了基因重组。精准命题突破点基因重组的概念〔典例剖析〕例4(2020·鄂州期末)下列有关基因重组的叙述，错误的是(B)A．非同源染色体的自由组合能导致基因重组B．两条非同源染色体之间互换片段也属于基因重组C．肺炎双球菌的转化实验可以证明细菌之间也可以发生基因重组D．同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换可引起基因重组[解析]非同源染色体的自由组合能导致其上的非等位基因自由组合，即导致基因重组，A正确；两条非同源染色体之间互换片段属于染色体结构变异(易位)，B错误；肺炎双球菌的转化实验可以证明细菌之间也可以发生基因重组，C正确；同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换可引起基因重组，D正确。┃┃易错提醒►1．基因重组只是原有基因间的重新组合。2．自然条件下基因重组发生在配子形成过程中，而不是受精作用发生时。3．基因重组一般发生于有性生殖产生配子的过程中，无性生殖的生物不发生，有性生殖的个体体细胞增殖时也不会发生。4．杂合子(Aa)自交产生的子代出现性状分离，不属于基因重组的原因是A、a控制的性状是同一性状中的不同表现型，而非不同性状。〔对应训练〕4．(2021·东胜区期末)以下各项与基因重组无关的是(A)A．基因型为Aa的个体自交，后代发生性状分离B．YyRr个体自交后代出现不同于亲本的新类型C．“肺炎双球菌转化实验”中R型菌转变为S型菌D．是生物变异的主要来源，有利于产生多样化的基因组合的子代[解析]基因型为Aa的个体自交，后代发生性状分离，这是基因分离的结果，与基因重组无关；YyRr个体自交后代出现不同于亲本的新类型，这是基因重组的结果；“肺炎双球菌转化实验”中R型菌转变为S型菌的实质是基因重组；基因重组是生物变异的主要来源，有利于产生多样化的基因组合的子代。突破点辨析基因突变和基因重组〔典例剖析〕例5(2020·张家港模拟)如图是某二倍体(AABb)动物的几个细胞分裂示意图。据图判断错误的是(D)A．甲图表明该动物发生了基因突变B．乙图表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变C．丙图表明该动物在减数第一次分裂时发生了交叉互换D．甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代[解析]甲、乙、丙是同一个二倍体动物的几个细胞分裂图，其基因型为AABb，由图分析可知，甲图表示有丝分裂后期，染色体上基因A与a不同，是基因突变的结果，A正确；乙图表示减数第二次分裂后期，其染色体上基因A与a不同，表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变，B正确；丙图也表示减数第二次分裂后期，基因B与b所在的染色体颜色不一致，是减数第一次分裂时发生了交叉互换造成的，C正确；甲细胞分裂后产生体细胞，其产生的变异一般不遗传给后代，D错误。┃┃技巧点拨►基因重组和基因突变判断方法(1)根据亲代基因型判断：①如果亲代基因型为BB或bb，而后代中出现b或B的原因是基因突变。②如果亲代细胞的基因型为Bb，而子代细胞中出现BB或bb的原因是基因突变或交叉互换。(2)根据细胞分裂方式判断：①如果是有丝分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，则为基因突变。②如果是减数分裂过程中姐妹染色单体上基因不同，可能是基因突变或交叉互换。(3)根据染色体图示判断：①如果是有丝分裂中期图中，两条姐妹染色单体上的两基因不同，则为基因突变的结果。(如图甲)②如果是减数第一次分裂中期图中，两条姐妹染色单体上的两基因(同白或同黑)不同，则为基因突变的结果。(如图甲)③如果是减数第二次分裂中期图中，两条姐妹染色单体上的两基因(颜色不一致)不同，则为交叉互换(基因重组)的结果。(如图乙)〔对应训练〕5．(2021·龙岩期末)下列有关基因突变与基因重组的叙述，正确的是(C)A．基因突变的不定向性是指基因突变可发生在个体发育的任何时期B．基因重组是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料C．基因突变是广泛存在的，且对生物自身大多是有害的D．同源染色体上的非等位基因自由组合可实现基因重组[解析]基因突变的随机性是指基因突变可发生在个体发育的任何时期，基因突变的不定向性表现为一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因，A错误；基因突变是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料，B错误；基因突变是广泛存在的，且对生物自身大多是有害的，C正确；非同源染色体上的非等位基因自由组合可实现基因重组，D错误。课末总结知识导图·思维缕析学科素养·核心释疑1．下图为具有2对相对性状的某自花传粉的植物种群中甲植株(纯种)的一个A基因和乙植株(纯种)的一个B基因发生突变的过程(已知A基因和B基因是独立遗传的)，请分析该过程，回答下列问题：(1)上述两个基因发生突变是由于一个碱基的替换(或碱基对改变或基因结构的改变)引起的。(2)乙植株发生基因突变后，该植株及其子一代均不能表现突变性状，其原因是该突变为隐性突变，且基因突变发生在乙植株的体细胞中，不能通过有性生殖传递给子代。可用什么方法让其后代表现出突变性状？取发生基因突变部位的组织细胞，通过组织培养技术获得试管苗，让其自交，其子代即可表现出突变性状。(3)该种植物野生型都为矮茎，现在野生种群中发现生长着少数高茎植株。若已证明高茎为基因突变所致，有两种可能：一是显性突变，二是隐性突变，请设计一个简单的实验方案加以判定。选用多株突变型植株自花传粉，若后代出现野生型，则为显性突变所致；若后代全为突变型，则为隐性突变所致。2．基因重组的准确描述是在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。3．同无性生殖相比，有性生殖产生的后代具有更大的变异性，其根本原因是产生新基因组合的机会多。探究高考·明确考向1．(2018·江苏卷，15)下列过程不涉及基因突变的是(C)A．经紫外线照射后，获得红色素产量更高的红酵母B．运用CRISPR/Cas9技术替换某个基因中的特定碱基C．黄瓜开花阶段用2,4－D诱导产生更多雌花，提高产量D．香烟中的苯并芘使抑癌基因中的碱基发生替换，增加患癌风险[解析]A错：基因突变是指由DNA分子中碱基对的增添、缺失或替换等引起的基因结构的改变。紫外线、X射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA，从而引起基因突变。B错：运用CRISPR/Cas9技术替换某个基因中的特定碱基能引起基因结构的改变，属于基因突变。C对：2,4－D属于生长素类似物，其促进黄瓜产生更多雌花不涉及基因突变。D错：香烟中的苯并芘使抑癌基因中的碱基发生替换，导致抑癌基因的结构发生改变，属于基因突变。2．(2018·全国卷Ⅰ，6)某大肠杆菌能在基本培养基上生长，其突变体M和N均不能在基本培养基上生长，但M可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长，N可在添加了氨基酸乙的基本培养基上生长。将M和N在同时添加氨基酸甲和乙的基本培养基中混合培养一段时间后，再将菌体接种在基本培养基平板上，发现长出了大肠杆菌(X)的菌落。据此判断，下列说法不合理的是(C)A．突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性丧失B．突变体M和N都是由于基因发生突变而得来的C．突变体M的RNA与突变体N混合培养能得到XD．突变体M和N在混合培养期间发生了DNA转移[解析]A对：突变体M不能在基本培养基上生长，但可在添加了氨基酸甲的培养基上生长，说明该突变体不能合成氨基酸甲，可能是催化合成氨基酸甲所需酶的活性丧失。B对：大肠杆菌属于原核生物，自然条件下其变异类型只有基因突变，故其突变体是由于基因发生突变而得来的。C错：大肠杆菌的遗传物质是DNA，突变体M的RNA与突变体N混合培养不能得到X。D对：突变体M和N在混合培养期间发生了DNA转移，使基因重组，产生了新的大肠杆菌X。3．(2020·山东卷，23)玉米是雌雄同株异花植物，利用玉米纯合雌雄同株品系M培育出雌株突变品系，该突变品系的产生原因是2号染色体上的基因Ts突变为ts，Ts对ts为完全显性。将抗玉米螟的基因A转入该雌株品系中获得甲、乙两株具有玉米螟抗性的植株，但由于A基因插入的位置不同，甲植株的株高表现正常，乙植株矮小。为研究A基因的插入位置及其产生的影响，进行了以下实验：实验一：品系M(TsTs)×甲(Atsts)→F1中抗螟︰非抗螟约为1︰1实验二：品系M(TsTs)×乙(Atsts)→F1中抗螟矮株︰非抗螟正常株高约为1︰1(1)实验一中作为母本的是__甲__，实验二的F1中非抗螟植株的性别表现为__雌雄同株__(填：“雌雄同株”“雌株”或“雌雄同株”和“雌株”)。(2)选取实验一的F1抗螟植株自交，F2中抗螟雌雄同株︰抗螟雌株︰非抗螟雌雄同株约为2︰1︰1。由此可知，甲中转入的A基因与ts基因__是__(填：“是”或“不是”)位于同一条染色体上，F2中抗螟雌株的基因型是__AAtsts__。若将F2中抗螟雌雄同株与抗螟雌株杂交，子代的表现型及比例为__抗螟雌雄同株︰抗螟雌株＝1︰1__。(3)选取实验二的F1抗螟矮株自交，F2中抗螟矮株雌雄同株︰抗螟矮株雌株︰非抗螟正常株高雌雄同株︰非抗螟正常株高雌株约为3︰1︰3︰1，由此可知，乙中转入的A基因__不位于__(填：“位于”或“不位于”)2号染色体上，理由是__抗螟性状与性别性状间是自由组合的，因此A基因不位于Ts、ts基因所在的2号染色体上__。F2中抗螟矮株所占比例低于预期值，说明A基因除导致植株矮小外，还对F1的繁殖造成影响，结合实验二的结果推断这一影响最可能是__含A基因的雄配子不育__。F2抗螟矮株中ts基因的频率为__1/2__，为了保存抗螟矮株雌株用于研究，种植F2抗螟矮株使其随机受粉，并仅在雌株上收获籽粒，籽粒种植后发育形成的植株中抗螟矮株雌株所占的比例为__1/6__。[解析](1)根据题意和实验结果可知，实验一中玉米雌雄同株M的基因型为TsTs，为雌雄同株，而甲品系的基因型为tsts，为雌株，只能做母本，根据以上分析可知，实验二中F1的非抗螟植株基因型为OOTsts，因此为雌雄同株。(2)实验一的F1AOTsts抗螟雌雄同株自交，后代F2为1AAtsts抗螟雌株︰2AOTsts抗螟雌雄同株︰1OOTsTs非抗螟雌雄同株，符合基因分离定律的结果，说明实验一中基因A与基因ts插入到同一条染色体上，后代中抗螟雌株的基因型为AAtsts，将F2中AAtsts抗螟雌株与AOTsts抗螟雌雄同株进行杂交，AAtsts抗螟雌株只产生一种配子Ats，AOTsts抗螟雌雄同株作为父本产生两种配子，即Ats、OTs，则后代为AAtsts抗螟雌株︰AOTsts抗螟雌雄同株＝1︰1。(3)根据以上分析可知，实验二中选取F1AOTsts抗螟矮株雌雄同株自交，后代中出现抗螟雌雄同株：抗螟雌株：非抗螟雌雄同株：非抗螟雌株＝3︰1︰3︰1，其中雌雄同株︰雌株＝3︰1，抗螟：非抗螟＝1︰1，说明抗螟性状与性别之间发生了自由组合现象，故乙中基因A不位于基因ts的2号染色体上，且F2中抗螟矮株所占比例小于理论值，说明A基因除导致植株矮小外，还影响了F1的繁殖，根据实验结果可知，在实验二的F1中，后代AOTsts抗螟矮株雌雄同株︰OOTsts非抗螟正常株高雌雄同株＝1︰1，则说明含A基因的卵细胞发育正常，而F2中抗螟矮株所占比例小于理论值，故推测最可能是F1产生的含基因A的雄配子不育导致后代中雄配子只产生了OTs和Ots两种，才导致F2中抗螟矮株所占比例小于理论值的现象。实验二的F2中雌雄同株：雌株＝3︰1，故F2中抗螟矮植株中ts的基因频率不变，仍然为1/2；F2中抗螟矮株的基因型雌雄同株为1/3AOTsTs、2/3AOTsts，雌株基因型为AOtsts，由于F1含基因A的雄配子不育，则1/3AOTsTs、2/3AOTsts产生的雄配子为2/3OTs、1/3Ots，AOtsts产生的雌配子为1/2Ats、1/2Ots，故雌株上收获的籽粒发育成的后代中抗螟矮植株雌株AOtsts所占比例为1/2×1/3＝1/6。第2讲染色体变异与育种一、选择题(每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求)1．下列有关生物变异的说法，不正确的是(A)A．DNA分子中碱基对的增添、缺失和替换，一定导致基因突变B．基因重组是生物变异的重要来源，一般发生在有性生殖的过程中C．多倍体育种可以打破物种间的生殖隔离，产生可育后代D．染色体结构变异会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变[解析]DNA分子中碱基对的增添、缺失和替换不一定是基因突变，只有引起了基因结构的变化，才是基因突变，A项错误；基因重组一般发生在有性生殖的减数分裂过程中，B项正确；通过多倍体育种，可以打破物种间的生殖隔离，产生可育后代，如六倍体普通小麦和二倍体黑麦通过杂交和染色体加倍，可以培育出可育的八倍体小黑麦，C项正确；染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，D项正确。2．下列关于染色体变异及其应用的叙述，正确的是(B)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．三倍体西瓜植株的高度不育与减数分裂同源染色体联会行为有关C．用秋水仙素处理单倍体植株萌发的种子或幼苗，一定能获得纯合子D．体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体[解析]染色体增加某一片段属于染色体结构变异，往往对生物体不利，A错误；三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，同源染色体联会紊乱，不能产生正常的生殖细胞，所以高度不育与同源染色体联会行为有关，B正确；用秋水仙素处理单倍体植株的幼苗，获得的植株不一定是纯合子，且单倍体植株不是由种子发育而来，而是由配子发育而来，C错误；含有三个或三个以上染色体组的个体不一定是多倍体。如果该生物体是由配子发育而来，则为单倍体；如果该生物体是由受精卵发育而来，则为多倍体，D错误。3．(2020·山东高考模拟)果蝇的性别决定是XY型，性染色体数目异常会影响果蝇的性别特征甚至使果蝇死亡，如性染色体组成XO的个体为雄性，XXX、OY的个体胚胎致死。果蝇红眼和白眼分别由基因R和r控制。某同学发现一只异常果蝇，该果蝇左半侧表现为白眼雄性，右半侧表现为红眼雌性。若产生该果蝇的受精卵染色体组成正常，且第一次分裂形成的两个细胞核中只有一个细胞核发生变异，则该受精卵的基因型及变异细胞核产生的原因可能是(A)A．XRXr；含基因R的X染色体丢失B．XrXr；含基因r的X染色体丢失C．XRXr；含基因r的X染色体结构变异D．XRXR；含基因R的X染色体结构变异[解析]由题意可知，该果蝇一半为白眼雄性，可能的基因型为XrY或XrO；另一半为红眼雌性，基因型可能为XRXR或XRXr。而该果蝇受精卵正常，第一次分裂产生的一个细胞异常。若①受精卵为XrY或XrO，则不会出现一半的红眼雌性；②受精卵为XRXR，不会出现一半的白眼雄性；③受精卵只有为XRXr且XR丢失后，才可能出现一半白眼雄性(XrO)，一半红眼雌性(XRXr)。故选A。4．(2020·山东省淄博市高三三模)普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，下图示甲、乙两个实验小组的育种实验方案。下列叙述错误的是(C)甲组P高秆抗病×矮秆易感病↓F1高秆抗病↓F2矮秆抗病Ⅰ乙组P高秆抗病×矮秆易感病↓F1高秆抗病↓花药离体培养↓F2矮秆抗病ⅡA.甲组进行杂交育种，原理是基因重组B．通过杂交可以集中两个亲本的优良基因C．矮秆抗病Ⅱ中全部基因纯合，能稳定遗传D．矮秆抗病Ⅰ中能稳定遗传的占1/3[解析]甲组进行的是杂交育种，其原理是基因重组，A正确；通过杂交可以将两个亲本的优良基因t和R集中在一起，B正确；F1的基因型为TtRr，通过花药离体培养得到的矮秆抗病Ⅱ的基因型为tR，属于单倍体，不能产生后代，C错误；F1(TtRr)自交所得F2中的矮秆抗病Ⅰ的基因型及其比例为ttRR∶ttRr＝1∶2，其中基因型为ttRR的个体能稳定遗传，占1/3，D正确。故选C。5．(2020·山东省威海市高三一模)细胞中断裂的染色体片段在细胞分裂末期不能进入子细胞核内，会形成核外团块，称为微核。下列相关叙述错误的是(D)A．用光学显微镜可以观察到细胞中的微核B．细胞分裂末期形成的子细胞核外有核膜包裹C．微核不能进入子细胞核可能是由于无纺锤丝牵引D．形成微核的细胞发生了染色体数目变异[解析]微核由断裂的染色体片段形成，用光学显微镜可以观察到，A正确；细胞分裂末期核膜会重建，故形成的子细胞核外有核膜包裹，B正确；可能由于无纺锤丝牵引，微核不能进入子细胞核，C正确；形成微核的细胞发生了染色体结构变异，D错误。故选D。6．(2020·山西运城市高三期末)在某基因型为aa的二倍体水稻根尖中，发现一个如图所示的细胞(图中Ⅰ、Ⅱ表示该细胞中部分染色体，其他染色体均正常)，以下分析合理的是(B)A．A基因产生的原因一定是发生了碱基对的替换B．该细胞没有发生基因自由组合而一定发生了染色体变异C．该细胞产生的变异一定能在光学显微镜下直接观察到D．该细胞的II号染色体有3条，故该细胞中一定含有三个染色体组[解析]水稻根尖细胞进行有丝分裂，A基因产生的原因可能是该过程中发生了基因突变，基因突变是指碱基对的增添、替换或缺失引起的，A错误；细胞中II号染色体是3条，一定发生了染色体变异，基因的自由组合发生在减数分裂过程中，根尖细胞发生的是有丝分裂，B正确；基因突变不能用光学显微镜直接进行观察，C错误；据题干信息可知，水稻是基因型为aa的二倍体，含有两个染色体组，D错误。7．(2021·威海模拟)利用基因型为Aa的二倍体植株培育三倍体幼苗，其途径如图所示。下列叙述正确的是(D)A．①过程需要秋水仙素处理，并在有丝分裂后期发挥作用B．②过程为单倍体育种，能明显缩短育种期限C．两条育种途径依据的生物学原理都主要是基因突变和染色体变异D．两条育种途径中，只有通过途径一才能获得基因型为AAA的三倍体幼苗[解析]①过程是人工诱导染色体数目加倍，该过程需要秋水仙素处理，而秋水仙素的作用原理是抑制纺锤体的形成，在有丝分裂前期发挥作用，A错误；②过程是花药离体培养，属于单倍体育种的步骤之一，B错误；图中途径一为多倍体育种，途径二为植物体细胞杂交育种，两条育种途径的原理都是染色体变异，C错误；途径一得到的三倍体的基因型为AAA、AAa、Aaa或aaa，途径二得到的三倍体的基因型为AAa或Aaa，D正确。8．(2021·晋冀鲁豫四省高三质检)电影《我不是药神》中的慢性粒细胞白血病的重要发病机制如图所示，该变化导致机体产生大量不成熟的白细胞在骨髓内聚集，抑制骨髓的正常造血。下列叙述错误的是(C)A．该病的发生不一定是遗传的结果B．该种变异不一定改变细胞内的基因数量C．该病是姐妹染色单体之间易位所造成的D．远离各种致癌因素可降低该病的发病风险[解析]由图可知该病的发生是自身染色体变异的结果；该变异是染色体结构变异中的易位，只是基因的位置改变，细胞内的基因数量一般没有变化；易位发生在非同源染色体之间；远离致癌因素，可以减少对染色体的影响，降低发病风险。9．(2020·福建省莆田第一中学、第四中学高三一模)如图1是果蝇体细胞示意图，图2、3是果蝇细胞中部分染色体在细胞分裂中的行为，请判断下列说法正确的是(D)A．图1中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中的一条染色体和X、Y染色体组成一个染色体组B．若图1果蝇一个精原细胞产生的一个精子基因组成为bcXDXD，则其余的三个精子的基因型为BCYd、BCYd、bcXDXDC．图2所示的果蝇细胞中A、a基因属于等位基因，位于同源染色体上D．图3中姐妹染色单体上出现基因A和a是基因突变或交叉互换的结果[解析]图1中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中的一条染色体和X或Y染色体组成一个染色体组，A错误；若图1果蝇一个精原细胞产生的一个精子基因组成为bcXDXD，说明组成X染色体的两条姐妹染色单体在减数第二次分裂后期形成的两条子染色体进入到了同一个精细胞中，则其余的三个精子的基因型为bc、BCYd、BCYd，B错误；图2所示的果蝇细胞正处于有丝分裂后期，其中的A、a基因不在同源染色体上，而是位于由两条姐妹染色单体分开后形成的两条子染色体上，C错误；图3处于减数第一次分裂后期，其中姐妹染色单体上出现的基因A和a是基因突变或交叉互换的结果，D正确。10．(2020·山西太原市高三上学期期末)下列关于染色体组和基因组的叙述中，错误的是(D)A．测定水稻的基因组，可以直接测定一个染色体组中所有的DNA序列B．测定人类的基因组，需要测定22条常染色体、X染色体和Y染色体上所有的DNA序列C．人类基因组计划对于诊治人类遗传病具有重要的意义D．对于某多倍体植物来说，体细胞中有几个染色体组就有几个基因组[解析]水稻无性别分化，无性染色体，故测定水稻的基因组，可以直接测定一个染色体组中所有的DNA序列，A正确；人的性别决定为XY型，故测定人类的基因组，需要测定22条常染色体、X染色体和Y染色体上所有的DNA序列，B正确；人类基因组计划对于诊治人类遗传病具有重要的意义，C正确；对于无性别分化的某多倍体植物来说，体细胞中有几个染色体组就有几个基因组，但有性别分化的生物则不是，D错误。11．(2021·安徽六安一中高考模拟)豌豆种群中偶尔会出现一种三体植株(多1条2号染色体)，减数分裂时2号染色体的任意两条移向细胞一极，剩下一条移向另一极。下列关于某三体植株(基因型AAa)的叙述，正确的是(D)A．该植株与人类猫叫综合征都属于染色体数目变异B．该植株正常体细胞中含3个染色体组C．三体豌豆植株能产生四种配子，比例为1∶1∶1∶1D．三体豌豆植株自交，产生含A基因的子代的概率为35/36[解析]由题意可知减数分裂时2号染色体的任意两条移向细胞一极，剩下一条移向另一极，变成三体植株，所以该植株为染色体结构变异，A错误；该植株正常体细胞中含2个染色体组，只是多1条2号染色体，B错误；基因型为AAa的植物体产生的配子的类型及比例是AA∶a∶Aa∶A＝1∶1∶2∶2，C错误；基因型为AAa的植物体产生的配子的类型及比例是AA∶a∶Aa∶A＝1∶1∶2∶2，a配子的概率为1/6，子代基因型不含A的只有aa＝1/6×1/6＝1/36，所以含A基因的子代概率为＝1－1/36＝35/36，D正确。故选D。12．(2021·山东省济南市二中高三模拟)果蝇的体色基因位于常染色体上，灰身(B)对黑身(b)为显性；生物钟基因位于X染色体上有节律(XA)对无节律(Xa)为显性。在基因型为BbXaY的雄蝇减数分裂过程中，若出现一个BBXAXa类型的变异细胞，有关分析正确的是(B)A．该细胞处于减数第一次分裂的后期B．该细胞的核DNA数与体细胞中的相等C．形成该细胞过程中，同源染色体上姐妹染色单体发生过交叉互换D．该变异细胞中，由染色体数目变异导致[解析]根据题意分析可知，该细胞处于减数第二次分裂过程中，A错误；该细胞可能处于减数第二次分裂前期、中期或后期，其核DNA数与体细胞相等，B正确；在形成该细胞的过程中发生过基因突变，且该果蝇的两对等位基因位于两对同源染色体上，两对基因间不存在连锁与交换现象，C错误；该变异细胞中，发生的是基因突变，D错误。故选B。13．(2020·宁波市北仑中学高三竞赛)研究发现小鼠第8号染色体短臂上的部分片段缺失导致小鼠血液中甘油三酯含量极高，具有动脉硬化倾向。下列有关叙述错误的是(C)A．该变异为可遗传变异B．小鼠8号染色体为近端着丝粒染色体C．该变异为碱基对缺失造成的基因突变D．缺失的片段中有影响甘油三酯含量的相关基因[解析]敲除的DNA片段具有遗传效应，该变异为可遗传变异，A正确；根据题意，小鼠第8号染色体有短臂，故可知8号染色体为近端着丝粒染色体，B正确；小鼠第8号染色体短臂上的一个DNA片段进行了敲除，属于可遗传变异中的染色体结构变异，C错误；由题意知，敲除8号染色体上的该片段与甘油三酯的合成有关，推测缺失的片段中有影响甘油三酯含量的相关基因，D正确。故选C。二、非选择题14．(2020·天津河西区高三期末)某自花且闭花授粉植物，抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。抗病和感病由基因R和r控制，抗病为显性；茎的高度由两对独立遗传的基因(D、d，E、e)控制，同时含有D和E表现为矮茎，只含有D或E表现为中茎，其他表现为高茎。现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子，欲培育纯合的抗病矮茎品种。请回答：(1)自然状态下该植物一般都是纯合子。(2)若采用诱变育种，在γ射线处理时，需要处理大量种子，其原因是基因突变具有不定向性、低频性和少利多害性这三个特点。(3)若采用杂交育种，可通过将上述两个亲本杂交，在F2等分离世代中选择抗病矮茎个体，再经连续自交等纯合化手段，最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种。据此推测，一般情况下，控制性状的基因数越多，其育种过程所需的年限越长。若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的F1在自然状态下繁殖，则理论上，F2的表现型及比例为高茎∶中茎∶矮茎＝1∶6∶9。(4)若采用单倍体育种，该过程涉及的原理有基因重组和染色体变异。请用遗传图解表示其过程(说明：选育结果只需写出所选育品种的基因型、表现型及其比例)。[解析](1)该植物为自花且闭花授粉植物，故一般情况下，其植株大多为纯合子。(2)诱变育种时用γ射线处理利用的原理是基因突变，由于基因突变具有不定向性、低频性以及少利多害性三个特点，故需要处理大量种子以获得所需品种。(3)如采用杂交育种的方式，将上述两个亲本杂交，即rrDDEE×RRddee→F1：ERDdEe，在F1自交所得的F2中选择抗病矮茎个体(D_E_R_)，再通过连续自交及逐代淘汰等纯合化的手段，最终获得能稳定遗传的抗病矮茎品种(RRDDEE)。一般情况下，控制性状的基因数量越多，需进行多次的自交和筛选操作才能得到所需的纯合品种，育种时间相对较长。若只考虑茎的高度，F1(DdEe)在自然状态下繁殖即自交后，F2中表现型及比例为9矮茎(9D_E_)、6中茎(3D_ee、3ddE_)、1高茎(1ddee)。(4)若采用单倍体育种的方式获得所需品种，首先需将花药进行离体培养得到单倍体，继而使用秋水仙素对其进行处理使其染色体数目加倍，该过程涉及的原理有基因重组和染色体变异；遗传图解：15．(2021·河北名校高三诊断)1917年，布里奇斯在培养的正常翅果蝇中偶然发现一只翅膀后端边缘有缺刻的红眼雌果蝇。研究表明，这是由于该果蝇的一条X染色体缺失一小段导致的。一对同源染色体中的一条缺失，个体存活，两条都缺失，个体死亡。染色体缺失过程中会断裂出无着丝点的片段，这些片段无法进入细胞核而只能留在细胞质中，在新的细胞周期中凝集成微核，游离在细胞核之外。(1)微核的形成是由于断裂的片段没有着丝点，从而无法通过星射线(纺锤丝)的牵引进入细胞核。依据以上的研究，科学工作者常通过观察处于间期的果蝇细胞中有无微核来确定染色体是否发生缺失。(2)控制果蝇眼色(红眼对白眼为显性)的基因(B、b)位于X染色体上。现有各种性状的雌雄果蝇若干只，请设计实验探究该缺刻翅红眼雌果蝇(不含白眼基因)的缺失片段中有无控制眼色的基因。实验思路：将这只缺刻翅红眼雌果蝇与正常翅白眼雄果蝇进行杂交，统计后代雌果蝇的眼色。预测结果及结论：①如果后代雌果蝇全部都是红眼，则缺失片段中没有控制眼色的基因。②如果后代雌果蝇有红眼有白眼，则缺失片段中有控制眼色的基因。[解析](1)牵引着丝点的是星射线；微核是由有丝分裂后期丧失着丝点的染色体片段凝集产生的，游离在细胞核之外，因此可通过观察处于间期的果蝇细胞中有无微核来确定染色体是否发生缺失。(2)由题干可知缺刻翅是一条X染色体缺失一小段导致的。若探究该缺刻翅红眼雌果蝇(不含白眼基因)的缺失片段中有无控制眼色的基因，可将这只缺刻翅红眼雌果蝇与正常翅白眼雄果蝇(XbY)进行杂交，统计后代雌果蝇的眼色。①如果缺失片段中没有控制眼色的基因，该雌果蝇的基因型可表示为XBXB，与正常翅白眼雄果蝇(XbY)进行杂交，则后代雌果蝇只有XBXb一种基因型，表现为红眼；②如果缺失片段中有控制眼色的基因，该雌果蝇的基因型可表示为XBXO，与正常翅白眼雄果蝇(XbY)进行杂交，子代雌果蝇的基因型为XBXb、XbXO，表现为红眼和白眼。第2讲染色体变异与育种考情研读·备考定位考点展示核心素养1．举例说明染色体结构变异和数目变异。2．生物变异在育种上的应用。1．生命观念——通过对染色体变异基本原理及在生物学中意义的理解，建立起进化与适应的观点。2．理性思维——通过三种可遗传变异的比较，培养归纳与概括能力。3．科学探究——通过生物变异类型的判断与实验探究，培养实验设计及结果分析的能力。考点一染色体结构变异自主回顾·素养储备基础梳理1．染色体结构变异(1)类型(连线)[答案](1)①－Ⅲ－D__②－Ⅳ－C__③－Ⅰ－B__④－Ⅱ－A(2)结果：使排列在染色体上的基因的数目或顺序发生改变，从而导致性状的变异。2．辨析易位与交叉互换(1)图1是易位，图2是交叉互换。(2)发生对象∶图1发生于非同源染色体之间，图2发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间。(3)变异类型∶图1属于染色体(结构)变异，图2属于基因重组。思维辨析易错整合，判断正误。(1)染色体易位不改变细胞中基因数量，对个体性状不会产生影响(×)(2)染色体上某个基因的缺失属于基因突变(×)(3)非同源染色体某片段移接，仅发生在减数分裂过程中(×)(4)基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变(×)(5)染色体缺失有利于隐性基因的表达，可提高个体的生存能力(×)延伸探究1．辨析三种染色体互换现象上图三种情况各属于哪类可遗传变异？并说明判断的依据。[提示]①属于基因重组，因为发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间。②③属于易位，因为②发生在非同源染色体之间，③发生在同源染色体的非姐妹染色单体的非对等部分之间。2．基因突变中碱基对的增添、缺失与染色体结构变异中的重复、缺失有何区别？[提示](1)基因突变中碱基对的增添、缺失是基因内部结构的变化，该基因还存在，只是变为原来的等位基因；而染色体结构变异中的重复、缺失是某个基因或染色体片段重复出现或减少。(2)基因突变中碱基对的增添、缺失属于分子水平的变化，在光学显微镜下观察不到；染色体结构变异中的重复、缺失属于细胞水平的变化，在光学显微镜下能观察到。3．任何一种类型的染色体结构变异发生后，排列在染色体上的基因的种类、数目及排列顺序都发生改变，这种说法你赞同吗？请用文字描述理由。[提示]不赞同。若基因种类和基因数目未变，但染色体上的基因排列顺序发生改变，则为倒位。若基因的种类和排列顺序未变，但基因的数目改变，则为重复。若基因的种类和数目发生改变，则为缺失。剖析难点·考点突破重难精讲1．染色体结构变异与基因突变的判断2．易位与交叉互换的区别项目染色体易位交叉互换图解位置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原理染色体结构变异基因重组观察可在显微镜下观察到在显微镜下观察不到精准命题〔典例剖析〕例1某二倍体生物细胞中分别出现下图①至④系列状况，则对图中的解释正确的是(C)A．①为基因突变，②为倒位B．③可能是重复，④为染色体组加倍C．①为易位，③可能是缺失D．②为基因突变，④为染色体结构变异[解析]据图分析，①发生了染色体片段的改变，且改变后的片段不属于同源染色体的部分，因此属于染色体结构变异中的易位；②染色体右侧发生了染色体上片段的倒位，属于染色体结构的变异；③在同源染色体片段中间出现了未配对现象，可能是缺失或重复；④细胞中有一对同源染色体多了一条，属于染色体数目的变异。┃┃题后提升►基因突变与染色体结构变异的判断〔对应训练〕1．如图为某动物细胞的一对同源染色体，其中一条发生变异(字母表示基因)。下列叙述正确的是(B)A．该变异与基因突变都可用显微镜直接观察B．变异染色体上基因的排列顺序发生了改变C．染色体上没有基因缺失，表现型一定正常D．若该细胞进行减数分裂，能形成正常的四分体[解析]由图可知，该变异属于染色体结构的变异，在光学显微镜下可直接观察，而基因突变在光学显微镜下观察不到；由图可知，变异染色体上基因的排列顺序发生了改变；染色体上没有基因缺失，但基因的排列顺序发生改变，因此表现型不一定正常；图示同源染色体中的一条发生了染色体结构变异(倒位)，因此若该细胞进行减数分裂，则不能形成正常的四分体。2．(2018·海南高考)杂合体雌果蝇在形成配子时，同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换，导致新的配子类型出现，其原因是在配子形成过程中发生了(A)A．基因重组 B．染色体重复C．染色体易位 D．染色体倒位[解析]生物体在形成配子时，同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换，导致位于非姐妹染色单体上的等位基因进行了重组，其变异属于基因重组。考点二染色体数目变异自主回顾·素养储备基础梳理1．染色体数目变异2．三种方法确定染色体组数量(1)染色体形态法同一形态的染色体→有几条就有几个染色体组，如图中有4个染色体组。(2)等位基因个数法控制同一性状的等位基因→有几个就有几个染色体组，如AAabbb个体中有3个染色体组。(3)公式法染色体组数＝eq\f(染色体数,染色体形态数)，如图中有4个染色体组。思维辨析易错整合，判断正误。(1)三倍体植物不能由受精卵发育而来(×)(2)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(√)(3)三倍体西瓜植株的高度不育与减数分裂同源染色体联会行为有关(√)(4)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(×)(5)单倍体体细胞中不一定只含有一个染色体组(√)(6)组成一个染色体组的染色体中不含减数分裂中能联会的染色体(√)(7)由受精卵发育而成，体细胞含有两个染色体组的个体叫二倍体(√)(8)人工诱导多倍体唯一的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗(×)延伸探究1．同源四倍体减数分裂形成配子的种类及比例同源四倍体(基因型为AAaa)产生配子时染色体以图示的情况排列在赤道板的两侧，从而形成不同基因型的配子。根据上述推导过程，可知∶(1)若同源四倍体的基因型为Aaaa，则产生的配子类型及比例∶Aa∶aa＝1∶1。(2)若同源四倍体的基因型为AAAa，则产生的配子类型及比例∶AA∶Aa＝1∶1。(3)若同源四倍体的基因型为AAaa，则产生的配子类型及比例∶AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1。2．让某品系的豌豆自交，子代出现了性状分离，但分离比并不是预期的3∶1，而是出现了高∶矮＝35∶1。请分析产生这一现象最可能的原因。(假设茎的高度由一对等位基因D、d控制)[提示]原因可能是染色体加倍形成了四倍体的豌豆DDdd。DDdd减数分裂产生配子种类和比例为DD∶Dd∶dd＝1∶4∶1，雌雄配子随机结合，产生的后代高∶矮＝35∶1。剖析难点·考点突破重难精讲1．细胞分裂图像中染色体组数的判断方法以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目中所给图像中的染色体组数。如图所示：(1)图a为处于减数第一次分裂前期的细胞，含染色体4条，生殖细胞中含染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。(2)图b为处于减数第二次分裂前期的细胞，含染色体2条，生殖细胞中含染色体2条，该细胞中有1个染色体组，染色体组中有2条染色体。(3)图c为处于减数第一次分裂后期的细胞，含染色体4条，生殖细胞中含染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。(4)图d为处于有丝分裂后期的细胞，含染色体8条，生殖细胞中含染色体2条，该细胞中有4个染色体组，每个染色体组有2条染色体。2．“两看法”判断单倍体、二倍体和多倍体精准命题〔典例剖析〕例2下列有关染色体组和染色体变异的叙述，正确的是(A)A．不同物种的染色体组中可能含有相同数目的染色体B．染色体组整倍性的变化必然会导致基因种类的增加C．染色体之间部分片段的交换属于染色体结构的变异D．进行有性生殖的生物配子中的染色体为一个染色体组[解析]染色体组整倍性变化导致基因数量变化，不能导致基因种类增加；非同源染色体之间片段的交换属于染色体结构变异；若生物为多倍体，则其产生的配子可能含有一个以上染色体组。〔对应训练〕3．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(C)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e、g、d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[解析]形态、大小各不相同的染色体组成一个染色体组，由此我们可知∶a、b图含有三个染色体组，c、h图含有两个染色体组，g图含有一个染色体组。e、f、d图含有四个染色体组。确认单倍体、二倍体、三倍体必须先看发育起点——若由配子发育而来，无论含几个染色体组均属单倍体；若由受精卵发育而来，有几个染色体组即为几倍体。4．下列关于单倍体、二倍体及染色体组的表述，正确的是(C)A．单倍体生物体的体细胞中都没有同源染色体B．21三体综合征患者的体细胞中有三个染色体组C．人的初级卵母细胞中的一个染色体组中可能存在等位基因D．用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的芽尖后，芽尖的细胞中都含有4个染色体组[解析]同源四倍体的单倍体生物的体细胞中含有两个染色体组，有同源染色体；21三体综合征患者的21号染色体为三条，并不是三倍体；人的初级卵母细胞中的一个染色体组中由于在复制时可能出现基因突变或在减数第一次分裂前期发生交叉互换，从而出现等位基因；多倍体通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体加倍，用秋水仙素处理的芽尖细胞中染色体数目不一定均加倍。考点三实验：低温诱导植物染色体数目变化自主回顾·素养储备基础梳理1．实验原理用低温处理植物分生组织细胞，如根尖分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，使植物细胞染色体数目加倍。2．实验步骤洋葱根尖培养→低温诱导→取材→制作装片(解离→漂洗→染色→制片)→观察。3．实验结论适当低温可以诱导染色体数目加倍。思维辨析易错整合，判断正误。(1)显微镜下观察到的细胞是活细胞(×)(2)选材时常用分生组织的细胞(√)(3)卡诺氏液可使组织细胞互相分离开(×)(4)低温诱导和利用秋水仙素都能使染色体加倍(√)(5)该实验可观察到整个细胞分裂过程(×)(6)观察时视野中处于分裂间期的细胞最多(√)延伸探究1．除低温诱导外，还有哪些常用的诱导染色体数目加倍的方法？试简述其原理。[提示]除低温诱导外，生产上还常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗来诱导染色体数目加倍。其原理是：秋水仙素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。2．二倍体幼苗经秋水仙素处理后，长成四倍植株，所有的细胞中染色体数目是否都加倍？[提示]只有部分细胞中染色体数目加倍。剖析难点·考点突破重难精讲1．实验原理(1)正常进行有丝分裂的组织细胞，在分裂后期着丝点分裂后，子染色体在纺锤体作用下分别移向两极，进而平均分配到两个子细胞中去。(2)低温可抑制纺锤体形成，阻止细胞分裂，导致细胞染色体数目加倍。2．实验流程根尖培养：将洋葱等材料放在装满清水的广口瓶上，底部接触水面，置于适宜条件下，使之生根低温诱导：待不定根长至1cm时，将整个装置放入冰箱的低温室内(4℃)，诱导培养36h材料固定：剪取根尖约0.5～1cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h固定其形态，然后用95%酒精冲洗2次制作装片：解离→漂洗→染色→制片(同观察植物细胞的有丝分裂)观察：先用低倍镜观察，找到变异细胞，再换用高倍镜观察3．实验结论低温能诱导植物染色体数目的变化。4．试剂的使用方法及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0.5～1h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与质量分数为15%的盐酸等体积混合，浸泡经固定的根尖解离根尖细胞质量分数为15%的盐酸与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液同上蒸馏水浸泡解离后的根尖约10min漂洗根尖，去掉解离液改良苯酚品红染液把漂洗干净的根尖放进盛有改良苯酚品红染液的玻璃皿中染色3～5min使染色体着色■实验注意的五个问题(1)为了观察到细胞在生活状态下的内部结构，必须先将细胞固定。(2)在进行本实验的过程中，和观察植物细胞的有丝分裂一样，所观察的细胞已经被卡诺试液杀死了，最终在显微镜下看到的是死细胞。(3)选材的时候必须选用能够进行分裂的分生组织细胞，不分裂的细胞染色体不复制，不会出现染色体加倍的情况。常用的观察材料有蚕豆(染色体较洋葱少故首选)、洋葱、大蒜等。(4)着丝点分裂与纺锤体无关：误将“抑制纺锤体形成”等同于“着丝点不分裂”。着丝点是自动分裂，无纺锤丝牵引，着丝点也分裂。(5)根尖培养①培养不定根：要使材料湿润以利生根。②低温诱导：应设常温、低温4℃、0℃三种，以作对照，否则实验设计不严密。精准命题例3下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，正确的是(C)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：改良苯酚品红溶液和醋酸洋红溶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[解析]低温可抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向两极。盐酸酒精混合液可用于解离，卡诺氏液用于固定。显微镜可观察到少部分细胞发生了染色体变异。〔对应训练〕5．(2021·南宁测试)下列关于低温诱导染色体加倍的实验的叙述，错误的是(D)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再进行染色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细胞的染色体数目发生改变[解析]低温诱导染色体加倍的实验原理是低温能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向细胞的两极，细胞不能分裂成两个子细胞，A正确。在低温诱导染色体加倍的实验中，根尖解离后要先进行漂洗，这样才容易染色，通常使用的染色剂有龙胆紫溶液或醋酸洋红液等，B、C均正确。洋葱根尖装片中的细胞大多数处于有丝分裂间期，在显微镜下能观察到染色体数目发生改变的只有少数细胞，D错误。考点四生物育种的原理和应用自主回顾·素养储备基础梳理1．单倍体育种(1)原理：染色体(数目)变异。(2)过程eq\x(\a\al(花,药))eq\o(→,\s\up7(离体),\s\do5(培养))eq\x(\a\al(单倍体,幼苗))eq\o(→,\s\up7(人工诱导),\s\do5(用秋水仙素###处理))eq\x(\a\al(染色体数目加倍，,得到正常纯合子))(3)优点：明显缩短育种年限，所得个体均为纯合子。(4)缺点：技术复杂。2．多倍体育种(1)原理：染色体数目变异。(2)方法：用秋水仙素或低温处理。(3)处理材料：萌发的种子或幼苗。(4)过程eq\x(分裂的细胞)eq\o(→,\s\up7(秋水仙素或低温处理))eq\x(抑制纺锤体###形成)eq\o(→,\s\up7(导致))eq\x(染色体###不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍)(5)实例：三倍体无子西瓜①两次传粉eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(第一次传粉：杂交获得三倍体种子###,第二次传粉：刺激子房发育成果实###))②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)的染色体数不变。③三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。3．杂交育种(1)原理：基因重组。(2)过程①培育杂合子品种选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。②培育隐性纯合子品种选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1eq\o(→,\s\up7(⊗))F2→选出表现型符合要求的个体种植并推广。③培育显性纯合子品种a．植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。b．动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。(3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。(4)缺点：获得新品种的周期长。4．诱变育种(1)原理：基因突变。(2)过程(3)优点①可以提高突变频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。②大幅度地改良某些性状。(4)缺点：有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。思维辨析易错整合，判断正误。(1)抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组可获得抗虫矮秆小麦(√)(2)抗病植株连续自交若干代，纯合抗病植株的比例逐代降低(×)(3)花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种(×)(4)诱变育种和杂交育种均可形成新基因(×)(5)利用高产、感病小麦与高产、晚熟小麦品种间杂交筛选可获得高产、抗病小麦的品种(×)延伸探究1．诱变育种一般不用于动物，请分析原因。[提示]诱变育种具有不定向性和低频性，需要处理大量材料，且发生在动物体细胞中的突变难以遗传给后代。2．热图导析：下图为生物育种程序图，据图回答有关问题：(1)识别图解中各字母表示的处理方法：A：杂交，D：自交，B：花药离体培养，C：秋水仙素(低温)处理，E：诱变处理，F：秋水仙素(低温)，处理G：DNA重组技术，H：脱分化，I：再分化，J：包裹人工种皮。(2)识别图中育种方法①“亲本eq\o(→,\s\up7(A、D))新品种”为杂交育种；②“亲本eq\o(→,\s\up7(B、C))新品种”为单倍体育种；③“种子或幼苗eq\o(→,\s\up7(E))新品种”为诱变育种；④“种子或幼苗eq\o(→,\s\up7(F))新品种”为多倍体育种；⑤“植物细胞eq\o(→,\s\up7(G、H、I、J))新品种”为基因工程育种。剖析难点·考点突破重难精讲1．单倍体育种与杂交育种的关系2．据不同育种目标选择不同育种方案育种目标育种方案集中双亲优良性状单倍体育种(明显缩短育种年限)杂交育种(耗时较长，但简便易行)对原品系实施“定向”改造基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种让原品系产生新性状(无中生有)诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)使原品系营养器官“增大”或“加强”多倍体育种精准命题〔典例剖析〕例4(2020·徐州二模)如图表示小麦育种的几种方式，下列有关叙述错误的是(D)A．获得①和⑥的育种原理是基因重组，②和③的育种原理是染色体变异B．获得④⑤的育种方式是诱变育种，得到的变异个体不全都符合农业生产需要C．获得⑥的育种方式可定向改变生物体的性状，克服远缘杂交不亲和的障碍D．秋水仙素作用的时间是有丝分裂后期，结果是细胞中染色体数加倍[解析]获得①和⑥的育种方式分别是杂交育种和基因工程育种，其原理是基因重组；②和③的育种方式分别是单倍体育种和多倍体育种，其原理是染色体变异，A正确；获得④⑤的育种方式是诱变育种，由于基因突变是不定向的，所以得到的变异个体不全都符合农业生产需要，B正确；获得⑥的育种方式是基因工程育种，可根据人们的意愿定向改变生物体的性状，克服远缘杂交不亲和的障碍，C正确；秋水仙素作用的时间是有丝分裂前期，抑制细胞纺锤体的形成，使细胞中染色体数加倍，D错误。┃┃易错提醒►几种育种方式的注意点(1)单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同。单倍体育种操作的对象是单倍体幼苗，多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。(2)诱变育种：多用于植物和微生物，一般不用于动物的育种。(3)杂交育种：不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状个体即可。〔对应训练〕6．某二倍体植株的体细胞中染色体数为24，基因型为AaBb。请据图完成下列问题：(1)图中A所示的细胞分裂方式是减数分裂。(2)产生的花粉基因型有4种，由花粉发育成的单倍体有哪几种基因型？AB、Ab、aB、ab。(3)若C处是指用秋水仙素处理，则个体①的体细胞中含染色体24条，它是纯合子还是杂合子？纯合子。(4)若该植物进行自花传粉，在形成的以个体②组成的群体中可能有几种基因型？9种。(5)若A表示水稻的高秆基因，a表示水稻的矮秆基因；B表示水稻的抗病基因，b表示水稻的不抗病基因，这两对基因按自由组合定律遗传。那么该水稻自花传粉的后代中，矮秆抗病的个体所占比例是eq\f(3,16)###，若要获得稳定遗传的矮秆抗病水稻，应让矮秆抗病的水稻进行自交，在自交的后代中纯种的矮秆抗病水稻所占比例为eq\f(1,2)###。(6)若要尽快获得纯种的矮秆抗病水稻，则应采用图中A、B、C(填字母)过程进行育种，这种育种方法称为单倍体育种。[解析]植物产生花粉或卵细胞要经过减数分裂，由于该植株基因型为AaBb，所以能产生4种基因型花粉，将花粉经花药离体培养产生的单倍体也应该有4种基因型：AB、Ab、aB、ab。花粉中染色体数是体细胞的一半，即12条，经秋水仙素处理后的纯合子染色体数应该为24条，基因型为AaBb的个体自交，后代应该有9种基因型。矮秆抗病的个体基因型有两种：aaBB和aaBb，在后代中所占比例是eq\f(1,16)(aaBB)＋eq\f(2,16)(aaBb)＝eq\f(3,16)。当矮秆抗病的水稻进行自交，纯合子(aaBB)是eq\f(1,3)，自交后代中纯种矮秆抗病比例为eq\f(1,3)，而杂合子(aaBb)是eq\f(2,3)，自交的后代中纯种矮秆抗病比例为eq\f(2,3)×eq\f(1,4)＝eq\f(1,6)，所以矮秆抗病的水稻进行自交，后代中矮秆抗病纯合子所占比例为eq\f(1