新教材生物人教版必修2学案5-2染色体变异

第2节染色体变异核心素养能力培优知识点一染色体数目的变异1．细胞内个别染色体的增加或减少。2．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。(1)染色体组：①从组成上看：组成一个染色体组的所有染色体，互为非同源染色体，在一个染色体组中无同源染色体存在。②从形式上看：一个染色体组中的所有染色体的形态、大小各不相同。(2)二倍体和多倍体：①概念：②多倍体的特点：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多倍体形成原因：在低温或秋水仙素处理的情况下，抑制了纺锤体的形成，导致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。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。(3)单倍体：①概念：体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。②特点：植株长得弱小，而且高度不育。3．染色体变异与生物育种：(1)多倍体育种：①育种原理：染色体变异。②处理材料：萌发的种子或幼苗。③处理方法：用秋水仙素或低温处理。④实例：三倍体无子西瓜培育过程(2)单倍体育种：①原理：染色体变异。②方法：eq\x(花药)eq\o(→,\s\up15(离体),\s\do15(培养))eq\x(单倍体幼苗)eq\o(→,\s\up15(人工诱导),\s\do15(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：所得个体均为纯合子，明显缩短育种年限。④缺点：需要和杂交育种配合使用，技术复杂。1．染色体组数的判断：(1)根据染色体形态判断：①依据：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。②实例：如图所示的细胞中，形态相同的染色体a中有4条，b中有3条，c中两两相同，d中各不相同，则可判定它们分别含4个、3个、2个、1个染色体组。(2)根据基因型判断：①依据：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或相同基因)。②实例：据图可知，e～h中依次含4、2、3、1个染色体组。(3)根据染色体数和形态数的比值判断：①依据：染色体数与形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态的染色体有几条，即含几个染色体组。②实例：果蝇体内该比值为8条/4种形态＝2，则果蝇含2个染色体组。2．单倍体、二倍体和多倍体的判断：★思考·讨论某男性个体(XY)在减数分裂中发生了一次性染色体未分离，用染色体表示产生配子的情况。(科学思维)1．若减数分裂Ⅰ时XY未分离，减数分裂Ⅱ正常，产生两种配子：22条常染色体＋XY染色体、22条常染色体。2．若减数分裂Ⅰ时正常，减数分裂Ⅱ时姐妹染色单体X和X未分离，产生3种配子：22条常染色体＋XX染色体、22条常染色体、22条常染色体＋Y染色体；当Y和Y未分离时，产生3种配子：22条常染色体＋YY染色体、22条常染色体、22条常染色体＋X染色体。1．如图分别表示4个生物的体细胞，下列有关描述正确的是(B)A．图中是单倍体的细胞有3个B．图中的④一定是单倍体的体细胞C．每个染色体组中含有3条染色体的是①②④D．与②相对应的基因型可以是aaa、abc、AaaBBBcccDDd、aabbcc等解析：凡是由配子直接发育而来的个体，均称为单倍体，故题图中可能是单倍体的细胞有4个，A项错误；仅有一个染色体组的生物体一定是单倍体，所以题图中的④一定是单倍体的体细胞，B项正确；①的每个染色体组中含有1条染色体，②③④的每个染色体组中均含有3条染色体，C项错误；图②细胞中含有3个染色体组，故与②相对应的基因型可以是aaa和AaaBBBcccDDd，而基因型是abc的个体体细胞中含有1个染色体组，基因型为aabbcc的个体体细胞中含有2个染色体组，D项错误。★素养·探究——情境迁移已知单倍体与三倍体都是高度不育。假如某单倍体生物含有7条染色体，三倍体生物含有21条染色体。请回答相关问题。(1)单倍体与三倍体高度不育的原因是否完全相同？为什么？(科学思维)提示：不完全相同。前者在减数分裂Ⅰ时没有联会，后者是联会紊乱。(2)该单倍体产生正常配子的概率是多少？(科学思维)提示：(1/2)×(1/2)×(1/2)×(1/2)×(1/2)×(1/2)×(1/2)＝1/27。【误区警示】单倍体不一定仅含1个染色体组单倍体一般只含有一个染色体组，但不一定只含1个染色体组，如四倍体的单倍体含两个染色体组。单倍体可能含同源染色体，可能含等位基因，也可能可育并产生后代。2．下列关于染色体组的叙述，错误的是(C)A．人的一个染色体组中含有23条染色体B．二倍体的体细胞中含有两个染色体组C．单倍体的体细胞中只有一个染色体组D．六倍体产生的配子中含有三个染色体组解析：人的体细胞中含有23对同源染色体，一个染色体组中含有23条染色体，A正确；二倍体的体细胞中含有两个染色体组，B正确；单倍体的体细胞中不一定含有一个染色体组，如四倍体的单倍体含有2个染色体组，C错误；六倍体产生的配子中含有三个染色体组，D正确。知识点二染色体数目变异实验1．实验步骤：2．实验要点：结合低温诱导染色体数目变化的实验，判断下列说法的正误：(1)低温抑制纺锤体形成，使着丝粒无法分裂，子染色体不能移向两极。(×)提示：低温只是抑制纺锤体的形成，但不影响着丝粒分裂。(2)实验中所用的染料为酸性染色剂。(×)提示：染料为甲紫等碱性染色剂。(3)实验中所用的材料只要是活细胞即可。(×)提示：只有分裂细胞在诱导下，才有可能实现染色体数目加倍。(4)卡诺氏液的作用是使细胞分散。(×)提示：卡诺氏液的作用是固定细胞形态。(5)观察时要先用低倍镜找到目标，再换用高倍镜观察。(√)1．低温诱导植物染色体数目的变化实验应注意的问题：(1)选材：应选用能进行分裂的分生组织细胞，否则不会出现染色体加倍的情况。(2)温度不是越低越好：温度过低对根尖细胞造成伤害，应选择适宜温度。(3)并不是所有细胞中染色体均已加倍：只有少部分细胞实现“染色体加倍”，大部分细胞仍为二倍体状况。(4)细胞是死的而非活的：显微镜下观察到的细胞是已被解离液杀死的细胞。(5)着丝粒分裂与纺锤体无关：着丝粒到有丝分裂后期才分裂，与有无纺锤体无关。2．多倍体育种与单倍体育种比较：多倍体育种单倍体育种原理染色体变异染色体变异方法秋水仙素处理萌发的种子或幼苗花药离体培养后用秋水仙素处理优点器官大、营养物质含量高缩短育种年限缺点动物中难以开展技术含量较高★思考·讨论人们利用萝卜(2N＝18)和甘蓝(2N＝18)杂交，可以得到杂交后代。3．萝卜和甘蓝杂交产生的后代为几倍体？是否可育？为什么？(生命观念)提示：二倍体，不可育。因为后代细胞中的两个染色体组来自两个不同的物种，没有同源染色体，减数分裂时联会紊乱，不能产生正常的可育配子。4．如何使萝卜、甘蓝的杂交后代可育？(科学思维)提示：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体数目加倍。这样在减数分裂过程中，可以正常联会，产生可育配子。3．在三倍体西瓜的培育过程中，用秋水仙素溶液处理二倍体西瓜(2N＝22)的幼苗，获得四倍体植株。经过研究发现，四倍体植株中有的体细胞含2N条染色体，有的含有4N条染色体。下列有关该四倍体植株的叙述，错误的是(D)A．可能产生含22条染色体的精子和卵细胞B．该植株的不同花之间传粉可以产生三倍体的子代C．该植株体细胞染色体数目不同的原因之一是细胞分裂不同步D．该植株根尖分生区产生的子细胞含有44条染色体解析：四倍体植株中，有的细胞含有4N条染色体，即44条染色体，则这些细胞减数分裂形成的精子或卵细胞的染色体数目是22条，A正确；由于四倍体植株同时含有2N条染色体的细胞和4N条染色体的细胞，产生的配子中有的含11条染色体，有的含22条染色体，所以该植株的不同花之间相互传粉，会产生2、3、4共3种不同染色体组数的子代，即产生的后代可能是二倍体、三倍体或四倍体，B正确；该植株体细胞染色体数目不同的原因之一是细胞分裂不同步，C正确；四倍体植株的根尖分生区未接触到秋水仙素，所以产生的子细胞中染色体数目仍然是22条，D错误。★素养·探究——情境迁移中国女科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理学或医学奖，她从青蒿(二倍体)中提取的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。(1)四倍体青蒿中青蒿素的含量比二倍体高，请设计一个方案，培育四倍体青蒿，以提高青蒿素的产量。(科学探究)提示：用低温或秋水仙素处理二倍体青蒿的种子或幼苗，抑制纺锤体形成，从而得到四倍体青蒿。(2)青蒿素不是蛋白质，在青蒿细胞内合成青蒿素的过程中，基因如何控制青蒿素的合成？(科学思维)提示：基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制青蒿素的合成。【方法规律】单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同(1)由于单倍体往往高度不育，育种操作的对象一般是单倍体幼苗，通过组织培养得到纯合子植株。(2)多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。4．下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述中，正确的是(C)A．低温处理洋葱根尖后会引起成熟区细胞染色体数目的变化B．在观察低温处理的洋葱根尖装片时，通过一个细胞可以看到染色体的变化情况C．利用低温和秋水仙素处理材料均可抑制纺锤体形成D．观察洋葱根尖细胞装片时要先在低倍镜下找到所要观察的细胞并移到视野的中央，调节视野的亮度，再转动粗准焦螺旋直至物像清晰解析：洋葱根尖成熟区细胞不能进行有丝分裂，A错误；制成装片时细胞已经死亡，所以不能通过一个细胞观察染色体的变化情况，B错误；低温处理和利用秋水仙素处理都是通过抑制纺锤体的形成诱导细胞染色体数目加倍的，C正确；在高倍镜下观察时不能使用粗准焦螺旋，D错误。知识点三染色体结构的变异1．类型：2.结果：排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。3．对生物体的影响：大多数对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。1．染色体易位与互换的区别：2.染色体结构变异与基因突变的区别：项目染色体结构变异基因突变实质染色体片段变化导致染色体结构改变碱基变化导致基因碱基序列改变对象染色体片段碱基结果基因数目、排列顺序改变碱基排列顺序不同，导致基因种类改变显微镜下观察可见不可见★思考·讨论5．若某个体两条非同源染色体之间发生了易位，那么该个体产生正常配子的概率是多少？(假设易位不影响原染色体之间的联会)(科学思维)提示：1/2×1/2＝1/4。6．某生物个体(含2对染色体)两个四分体之间均可以发生互换，则该个体可以产生多少种配子？(同源染色体之间有多个基因差异，互换的部分含等位基因)(科学思维)提示：假设一对同源染色体含AaBb，另一对同源染色体含CcDd。考虑第一对染色体，可以产生4种配子；考虑第二对染色体，可以产生4种配子。总共可以产生4×4＝16(种)配子。5．如图表示果蝇体细胞内一条染色体发生的变异，①②表示染色体，字母表示相关的基因。下列说法中正确的是(D)A．果蝇的缺刻翅是基因中碱基缺失造成的B．①和②构成一对非同源染色体C．该变异能导致新基因的形成D．①和②都能被甲紫溶液染色解析：据图分析可知，果蝇的缺刻翅是染色体片段缺失造成的，A项错误；②染色体是①染色体中含有基因b的某一片段缺失后形成的，它们仍为一对同源染色体，B项错误；该变异只能造成基因缺失，不能导致新基因的形成，C项错误；染色体能被碱性染料染色，所以①和②都能被甲紫溶液染色，D项正确。★素养·探究——母题追问(1)生命观念——结构与功能观基因突变与缺失均可以产生新的性状，试述这两者之间的区别。提示：基因突变导致新性状产生的原因是产生新基因，增加了基因的多样性，从而增加了性状的多样性。缺失是由于染色体片段的缺失，造成控制相应性状的基因丢失，从而引起了性状的改变。(2)科学思维——演绎与推理假如题中该染色体缺失类型的雌雄果蝇杂交，且染色体缺失导致1/2雄配子致死。请分析后代的表型及比例。提示：利用棋盘法(A表示正常、O表示缺失)雄配子应为eq\f(2,4)A、eq\f(1,4)O(不死)、eq\f(1,4)O(死)，去掉eq\f(1,4)O(死)，雄配子变为eq\f(2,3)A、eq\f(1,3)O。所以后代中正常翅缺刻翅＝51。【方法规律】“三看法”判断可遗传变异类型(1)DNA分子内的变异：(2)DNA分子间的变异：6．关于基因突变和染色体结构变异的叙述，正确的是(C)A．基因突变都会导致染色体结构变异B．基因突变与染色体结构变异都导致个体表型改变C．基因突变与染色体结构变异都导致碱基序列的改变D．基因突变与染色体结构变异通常都用光学显微镜观察解析：基因突变的实质是基因中碱基序列的改变，结果是产生等位基因，不会导致染色体结构变异，A项错误；基因突变不一定引起个体表型的改变，B项错误；由于染色体是DNA的主要载体，染色体结构变异会引起DNA碱基序列的改变，C项正确；基因突变在光学显微镜下是看不见的，D项错误。课题调研：关于染色体数目变异应用类题目[典范例题]下面是八倍体小黑麦培育过程(A、B、D、E各表示一个染色体组)，据图作答：(1)普通小麦的配子中含有个染色体组，黑麦配子中含有个染色体组，杂交后代含个染色体组。(2)普通小麦和黑麦杂交后代不育的原因是，可用处理将染色体加倍，加倍后含个染色体组，加倍后可育的原因是。[模板构建·思路导引]eq\a\vs4\al(读题)通过读题及示意图可知，八倍体小黑麦的培育过程eq\a\vs4\al(找词)题中出现的核心关键词是“A、B、D、E各表示一个染色体组”“普通小麦与黑麦杂交”，杂交后代的“不育”与“可育”eq\a\vs4\al(分析)普通小麦体细胞中有6个染色体组，黑麦体细胞中有2个染色体组，普通小麦配子中有3个染色体组，黑麦配子中有1个染色体组，后代细胞中有4个染色体组，但无同源染色体，故不可育，用秋水仙素处理，会抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍，有8个染色体组，有同源染色体，能联会，正常产生配子[规范答案·警示失误](1)314错答：普通小麦的配子中有1个染色体组。错因：忽略题干信息A、B、D、E各表示一个染色体组，受思维定式的影响，将普通小麦当作一般的二倍体。(2)无同源染色体秋水仙素8有同源染色体，能联会，正常产生配子答题要点：第二空回答“低温诱导”也可。课堂对点素养达标一、选择题1．基因突变和染色体变异的一个重要的区别是(A)A．基因突变在光学显微镜下看不见B．染色体变异是定向的，而基因突变是不定向的C．基因突变是可以遗传的D．染色体变异是不能遗传的解析：基因突变是基因内部的碱基种类、数量、排列次序的变化而引起的生物的变异，属于分子水平的变化，光学显微镜下观察不到。染色体的变化可在光学显微镜下直接观察到。生物的变异是不定向的。基因突变和染色体变异的遗传物质发生改变，都是可遗传的。2．下列关于染色体组的正确叙述是(A)A．染色体组内不存在同源染色体B．染色体组只存在于生殖细胞中C．染色体组只存在于体细胞中D．染色体组在减数分裂过程中消失解析：根据染色体组的概念可知，染色体组中无同源染色体。在减数分裂的过程中同源染色体分离，但染色体组不会消失。3．如图中①和②表示发生在常染色体上的变异。①和②所表示的变异类型分别属于(A)A．重组和易位 B．易位和易位C．易位和重组 D．重组和重组解析：由染色体图像可判断①中两条为同源染色体，②中两条为非同源染色体。①是同源染色体的非姐妹染色单体间交换部分染色体片段属于重组，②是在非同源染色体之间交换部分染色体属于易位。4.某植株的一条染色体发生缺失突变，获得该缺失染色体的花粉不育，缺失染色体上具有红色显性基因B，正常染色体上具有白色隐性基因b(见下图)。如以该植株为父本，测交后代中部分表现为红色性状。下列解释最合理的是(D)A．减数分裂时染色单体1或2上的基因b突变为BB．减数分裂Ⅱ时姐妹染色单体3与4自由分离C．减数分裂Ⅱ时非姐妹染色单体之间自由组合D．减数分裂Ⅰ时非姐妹染色单体之间交叉互换解析：该植株的基因型为Bb，其配子的基因型为B或b，而含B的配子由于染色体缺失而不育，所以，这种个体作为父本只能产生b的可育配子，如果产生了红色后代，可能是基因突变，但基因突变的频率太低，无法解释这种现象；只有交叉互换会导致该个体产生一定量的B可育配子。B项叙述是产生配子过程中的正常情况，不会导致变异出现；C项中的现象不会存在。5．关于植物染色体变异的叙述，不正确的是(多选)(ABC)A．染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加B．染色体组非整倍性变化必然导致新基因的产生C．染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化D．染色体片段的倒位和易位必然导致基因排列顺序的变化解析：染色体组整倍性变化会使基因整倍性变化，但基因种类不会改变；染色体组非整倍性变化也会使基因非整倍性增加或减少，但基因种类不一定会改变；染色体片段的缺失和重复会导致基因的缺失和重复，缺失可导致基因种类减少，但重复只导致基因重复，种类不变；染色体片段的倒位和易位会导致其上的基因排列顺序发生变化。二、非选择题6．无子西瓜是由二倍体(2n＝22)与同源四倍体杂交后形成的三倍体。回答下列问题：(1)杂交时选用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植株的雌蕊(或柱头)上，授粉后套袋。四倍体植株上产生的雌配子含有22条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合，形成含有33条染色体的合子。(2)上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。该植株