2024-2025学年新教材高中生物第5章基因突变及其他变异第2节染色体变异学案新人教版必修21

PAGE13-第2节染色体变异课程要求核心素养学问导图举例说明染色体结构和数目的变异都可能导致生物性状的变更，甚至死亡1．结合染色体结构变异的示意图，了解染色体结构变异的常见类型。(科学思维)2．通过分析染色体的概念，理解二倍体、多倍体和单倍体的特点和生产中的应用。(社会责任)3．通过低温诱导染色体数目变更的试验，理解染色体数目变更的机制。(科学探究)基础学问·双基夯实一、染色体数目的变异1．类型：一类是细胞内的__个别染色体__的增加或削减，如21三体综合征；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削减，例如雄蜂。2．染色体组的概念：细胞中的一组__非同源__染色体，在__形态和功能__上各不相同，携带着限制生物生长和发育的__全部信息__。如图中的雄果蝇体细胞染色体中__X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ__就代表一个染色体组，与其__精子__中的染色体相同。3．二倍体、多倍体(1)二倍体：由__受精卵__发育而成，体细胞中含有__两个染色体组__的个体，包括几乎全部的__动物__和过半数的__高等植物__。(2)多倍体①概念：由__受精卵__发育而成，体细胞含__三个__或__三个以上__染色体组的个体。其中，体细胞中含有三个染色体组的叫作__三倍体__，含有四个染色体组的叫作__四倍体__。②植株的特点a．__茎秆粗大__；b__叶片、果实、种子__都比较大；c.__糖类和蛋白质__等养分物质的含量有所增加。(3)人工诱导多倍体①方法：目前最常用最有效的方法是用__秋水仙素__处理__萌发的种子或幼苗__。②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__移向细胞两极__，从而引起细胞内__染色体数目__加倍。4．单倍体(1)概念：由__配子__发育而来，染色体数和染色体组数是__体细胞__的一半，即体细胞中含有__本物种配子__染色体数目的个体。(2)特点：与正常植株相比，植株长得__弱小__，且__高度不育__。(3)实践应用：利用__单倍体植株__培育新品种。①方法：花药eq\o(→,\s\up7(离体培育))__单倍体植株__eq\o(→,\s\up7(幼苗人工诱导),\s\do5(__染色体数目__加倍))正常纯合子。②优点：__明显缩短育种年限__。二、染色体结构的变异1．类型(连线)：2．结果：导致排列在染色体上的基因的__数目或排列依次__发生变更，而导致__性状__的变异。3．意义：大多数染色体结构变异对生物体是__不利__的，有的甚至会导致生物体死亡。〔活学巧练〕推断下列叙述的正误(1)单倍体的体细胞中肯定只含一个染色体组。(×)(2)体细胞中含有两个染色体组的个体肯定是二倍体。(×)(3)单倍体经一次秋水仙素处理，可得到二倍体或多倍体。(√)(4)单倍体育种中，可用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。(×)(5)二倍体西瓜幼苗的基因型为Aa，则用秋水仙素处理后形成的四倍体为纯合子。(×)(6)二倍体水稻和四倍体水稻杂交，可获得三倍体，稻穗和籽粒变小。(×)(7)染色体之间发生的片段交换属于染色体结构变异。(×)(8)X射线可引起基因突变，也可引起染色体变异。(√)〔思索〕1．诱导染色体加倍时要处理萌发的种子或幼苗，为什么要处理萌发的种子，而不是休眠种子？提示：萌发的种子细胞分裂旺盛，秋水仙素能发挥作用。2．蜜蜂中的雄蜂是单倍体吗？提示：是。蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来的，为单倍体。3．若一条染色体发生结构变异，则位于该染色体上的基因M能不能变为m？说出你的理由。提示：不能。基因M变为m属于基因突变，不属于染色体结构变异。〔学霸记忆〕1．染色体结构的变异包括缺失、重复、易位和倒位等几种类型。2．染色体结构变异会使染色体上基因的数目或排列依次发生变更，从而导致性状的变异。3．染色体数目变异包括细胞内个别染色体的增加或削减和以染色体组的形式成倍地增加或削减。4．秋水仙素或低温能抑制纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍。课内探究·名师点睛学问点染色体数目变异及生物变异在育种中的应用要点归纳1．染色体组的特点2．单倍体、二倍体和多倍体的推断(1)假如生物体由受精卵(或合子)发育而来，体细胞中含有几个染色体组，该生物就称为几倍体。(2)假如生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉干脆发育而成，无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。3．生物变异的原理在育种中的应用杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异常用方法杂交辐射、激光、空间诱变等花药离体培育，秋水仙素处理(单倍体幼苗)用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗优点操作简洁，目标性强提高突变频率，加速育种进程明显缩短育种年限，后代不发生性状分别操作简洁，能在较短的时间内获得所需品种缺点育种时间长有利变异少，需大量处理试验材料技术困难，需与杂交育种协作只适用于植物，发育延迟，牢固率低实例矮秆抗病小麦青霉素高产菌株“京花1号”小麦三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦[易错提示]关于单倍体的三个易错点(1)单倍体的体细胞中并不肯定只有一个染色体组；如四倍体的配子形成的单倍体的体细胞中含有两个染色体组。(2)单倍体并非都不育；二倍体的配子发育成的单倍体，表现为高度不育；多倍体的配子如含有偶数个染色体组，则发育成的单倍体含有同源染色体及等位基因，可育并能产生后代。(3)单倍体是生物个体，而不是配子；精子和卵细胞属于配子，但不是单倍体。典例剖析典例1下列关于单倍体、二倍体、多倍体及染色体组的表述，正确的是(C)A．单倍体生物的体细胞中都没有同源染色体B．唐氏综合征患者的体细胞中有三个染色体组C．多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组D．单倍体植株都不育，多倍体植株长得较粗大[解析]多倍体生物形成的单倍体生物的体细胞中存在同源染色体，A错误；唐氏综合征患者的体细胞中有2个染色体组，B错误；多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组，C正确；单倍体植株一般不育，但四倍体植株的单倍体植株可育，D错误。┃┃变式训练1__■(2024·重庆一中期中)如图甲、乙表示小麦的两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑦表示培育小麦新品种的过程。下列说法不正确的是(B)A．①②过程操作简便，但培育周期长，原理是基因重组B．④的变异仅发生于有丝分裂，该育种方式的优点之一是可得到更多优良变异类型C．③过程常用的方法是花药离体培育，可以得到单倍体幼苗D．⑥过程与⑦过程的育种原理相同，过程中须要抑制纺锤体的形成[解析]①②为杂交育种，操作简便，但培育周期长，原理是基因重组，A正确；④为基因突变，主要发生在细胞分裂间期，如有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期，B错误；③为花药离体培育，可以得到单倍体幼苗，C正确；①⑦为多倍体育种，①③⑥为单倍体育种，⑥过程与⑦过程的育种原理相同，都是染色体数目变异，过程中须要抑制纺锤体的形成，D正确。学问点低温诱导植物细胞染色体数目的变更要点归纳1．试验原理eq\a\vs4\al(处理)用低温处理植物的分生组织细胞eq\a\vs4\al(导致)细胞的纺锤体不能形成染色体不能被拉向两极细胞不能分裂成两个子细胞eq\a\vs4\al(结果)细胞的染色体数目发生变更2．试验中的试剂和作用试剂运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，使细胞之间的联系变得疏松质量分数为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10min漂洗根尖，去掉解离液，防止解离过度影响染色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3～5min使染色体着色3．试验流程与结论eq\x(\a\al(根尖,的培,养及,诱导))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①培育方法：将蒜放在装满清水的容器上方，让蒜的,底部接触水面，于室温约25℃进行培育,②诱导时机：待蒜长出1cm左右的不定根时,③诱导措施：将整个装置放入冰箱的冷藏室内4℃，,诱导培育48～72h))↓eq\x(\a\al(取材,及,固定))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①取材：剪取诱导处理的根尖约0.5～1cm,②固定：放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h，以固定,细胞的形态,③冲洗：用体积分数为95%的酒精冲洗2次))↓eq\x(\a\al(制作,装片))eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①解离,②漂洗,③染色：运用质量浓度为0.01g/mL的甲紫溶液,④制片))eq\a\vs4\al(同“视察根尖分,生区组织细胞,的有丝分裂”)↓eq\x(视察)—先用低倍镜，找到染色体形态较好的分裂象，再换用高倍镜视察↓eq\x(结论)—低温能诱导植物染色体数目加倍典例剖析典例2(2024·四川成都外国语学校高一下期末)下列关于低温诱导染色体加倍试验的叙述，正确的是(C)A．原理：低温抑制染色体着丝粒分裂，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细胞解离C．染色：改良苯酚品红溶液和醋酸洋红液都可以使染色体着色D．视察：显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生变更[解析]该试验原理是低温抑制纺锤体的形成，使子染色体不能分别移向两极，A错误；卡诺氏液的作用是固定细胞形态，不是使洋葱根尖细胞解离，B错误；染色体易被碱性染料染成深色，因此用改良苯酚品红溶液或醋酸洋红液都可以使染色体着色，C正确；细胞周期中，大多数细胞处于分裂间期，因此显微镜下可看到少数细胞的染色体数目发生变更，D错误。┃┃变式训练2__■(2024·四川成都诊断改编)某生物爱好小组的同学将生长旺盛的蒜不定根置于4℃A．低温处理能阻断蒜根尖细胞中DNA的复制B．用甲紫溶液处理根尖可使染色体着色C．制作临时装片前可用卡诺氏液维持细胞的活性D．视野中全部细胞染色体数都已发生变更[解析]低温作用于细胞分裂前期，能抑制蒜根尖细胞中纺锤体的形成，A错误；甲紫溶液是碱性染料，可使根尖细胞中的染色体着色，B正确；经卡诺氏液固定后细胞已经死亡，C错误；低温作用于细胞分裂前期，而细胞周期中间期时间最长，故视野中间期细胞数目应最多，大多数细胞染色体数未发生变更，D错误。学问点染色体结构变异要点归纳1．染色体结构变异的类型类型定义实例示意图缺失染色体中某一片段缺失引起变异果蝇缺刻翅的形成、猫叫综合征重复染色体中增加某一片段引起变异果蝇棒状眼的形成倒位染色体的某一片段位置颠倒引起变异果蝇3号染色体上的倒位引起的猩红眼—桃色眼—三角翅脉易位(移接)一条染色体的某一片段接到另一条非同源染色体上引起变异人慢性粒细胞白血病的病因是22号染色体部分易位到14号染色体上2．染色体结构变异对染色体上基因的数目和排列依次的影响(1)图解：(2)结果：染色体上的基因数目和排列依次均变更，细胞中基因数目变更(①②)；染色体上基因的数目不变，排列依次变更(③)；染色体上基因的数目和排列依次均变更，但细胞中基因数目不变(④)。3．染色体易位与交叉互换的比较染色体易位交叉互换图解区分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属于染色体结构变异属于基因重组可在显微镜下视察到在显微镜下视察不到4．染色体结构变异与基因突变的比较项目染色体结构变异基因突变本质染色体片段的缺失、重复、易位或倒位碱基的替换、增加或缺失基因数目的变更1个或多个1个变异水平细胞分子光镜检测可见不行见典例剖析典例3(2024·宁夏石嘴山高一下期末)由于某种缘由，一生物体内某条染色体上多了几个基因，这种遗传物质变更属于(C)A．基因内部结构的变更 B．染色体数目变异C．染色体结构变异 D．染色单体的交叉互换[解析]基因内部结构的变更即基因突变不会变更基因的数量，A错误；染色体数目的变异不会导致染色体上的基因增多或削减，B错误；染色体结构变异中，片段的增加会导致该染色体上多几个基因，片段的缺失会导致该染色体上少几个基因，C正确；同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换会引起基因重组，但不会变更基因的数量，D错误。┃┃变式训练3__■(2024·陕西汉中期末)如图为染色体上基因(用字母表示)的排列次序及其变更，有关①和②过程所产生的变异叙述正确的是(D)A．①是基因突变 B．②是基因重组C．①是缺失 D．②是倒位[解析]①中少了基因a和b，多了基因j，应是从非同源染色体易位而来的；②中基因c、d与基因e位置发生了颠倒，属于倒位。指引迷津·拨云见日一、细胞中染色体组数目的推断染色体组数目的推断方法(1)依据染色体形态推断：在细胞内任选一条染色体，细胞内与该染色体形态相同的染色体共有几条，则含有几个染色体组。如上图中甲细胞含有四个染色体组。(2)依据基因型推断：在细胞或生物体的基因型中，限制同一性状的基因(限制1对相对性状的基因)出现几次，则含有几个染色体组。如上图中乙细胞含有四个染色体组。(3)依据染色体数和染色体形态数来推算：染色体组的数目＝染色体数/染色体形态数。如上图中丙细胞中共有8条染色体，染色体形态数(形态、大小均不相同)为2，所以染色体组数为8/2＝4。典例4推断下图中A～H所示的细胞中各含有几个染色体组，并依据要求分类。(1)细胞中含有1个染色体组的是__D、G__图。(2)细胞中含有2个染色体组的是__C、H__图。(3)细胞中含有3个染色体组的是__A、B__图。(4)细胞中含有4个染色体组的是__E、F__图。[解析]在细胞内形态相同的染色体有几条，就含有几个染色体组，如图E，每种形态的染色体含有4条，所以细胞中含4个染色体组。在细胞内，含有几个同音字母(不分大小写)，就含有几个染色体组，如D图中，同音字母仅有1个，所以该图所示细胞中只有1个染色体组。由此可知，A、B图所示细胞中含有3个染色体组，C、H图所示细胞中含有2个染色体组，E、F图所示细胞中含有4个染色体组，D、G图所示细胞中含有1个染色体组。二、与生物变异有关的几个方法1．生物体倍性的推断方法(1)推断细胞的发育起点①起点是配子的肯定是单倍体。由配子发育而成的个体，不论含有几个染色体组，都称为单倍体。单倍体的体细胞染色体组数一般为奇数，当其进行减数分裂形成配子时，由于同源染色体无法正常联会或联会紊乱，不能产生正常的配子。②起点是受精卵的，再依据染色体组数目推断，含有几个染色体组就是几倍体。(2)假如细胞内只含有一个染色体组，则是单倍体。2．可遗传的变异类型的推断方法(1)DNA分子内的变异一看基因种类：即看染色体上的基因种类是否发生变更，若发生变更则为基因突变，由基因中碱基对的替换、增加或缺失所致。二看基因位置：若基因种类和基因数目未发生变更，但染色体上的基因位置发生变更，则为染色体结构变异中的易位或倒位。三看基因数目：若基因的种类和位置均未变更，但基因的数目发生变更，则为染色体结构变异中的重复或缺失。(2)DNA分子间的变异一看染色体数目：若染色体的数目发生变更，可依据染色体数目的变更状况，确定是整倍性变异还是非整倍性变异。二看基因位置：若染色体的数目和基因数目均未发生变更，但基因所处的染色体位于非同源染色体上，则应为染色体变异中的易位。三看基因数目：若染色体上的基因数目不变，则为减数分裂过程中同源染色体的非姐妹染色单体间交叉互换的结果，属于基因重组。3．可遗传的变异和不行遗传的变异的推断方法(1)两类变异的本质区分是遗传物质是否发生变更，若发生变更则能遗传给后代。由环境引起的性状变更，若遗传物质未发生变更，则不能遗传给后代。(2)若为染色体变异，则可干脆借助显微镜视察染色体形态、数目是否发生变更。(3)与原来类型在相同环境中种植，视察变异性状是否消逝。若不消逝，则为可遗传的变异；反之，则为不行遗传的变异。(4)自交，视察后代是否发生性状分别。典例5在北京培育出的优质甘蓝品种，叶球最大的只有3.5kg，当引种到拉萨后，由于昼夜温差大，日照时间长，光照强，叶球可重达7kg左右。但再引回北京后，叶球又只有3.5kg，从甘蓝的引种过程可以看出(B)A．甘蓝具有遗传特性，而不具有变异特性B．仅由环境条件引起的变异不能遗传C．环境变更可引起生物产生可遗传的变异D．甘蓝在生殖过程中无基因重组发生[解析]在北京培育出的优质甘蓝品种叶球最大的只有3.5kg，引种到拉萨后，叶球可重达7kg左右，这是由于昼夜温差大、日照时间长、光照强等环境变更引起的变异。但将其再引回北京后，叶球又只有3.5kg，说明仅由环境条件引起的变异不能遗传。综上分析，B项正确，A、C、D三项均错误。三、与生物变异有关的几个易错点1．变换角度理解三种变异的实质若把基因视为染色体上的一个“点”，染色体视为点所在的“线段”，则基因突变为“点”的变更(点的质变，但量不变)；基因重组为“点”的结合或交换(点的质与量均不变)；染色体变异为“线段”发生结构或数目的变更。2．利用4个“关于”区分三种变异(1)关于“互换”问题。同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换，属于基因重组；非同源染色体之间的互换，属于染色体结构变异中的易位。(2)关于“缺失”问题。DNA分子上若干基因的缺失属于染色体结构变异；DNA分子上若干碱基对的缺失属于基因突变。(3)关于变异的水平问题。基因突变、基因重组属于分子水平的变更，光学显微镜下视察不到；染色体变异属于细胞水平的变更，光学显微镜下可以视察到。(4)关于变异的“质”和“量”问题。基因突变变更基因的质，不变更基因的量；基因重组不变更基因的质，一般也不变更基因的量，但转基因技术会变更基因的量；染色体变异不变更基因的质，但会变更基因的量或变更基因的排列依次。3．生物体不育的缘由生物体不育的标记是不能产生正常的配子。能否产生正常配子的关键是看减数分裂过程中有没有同源染色体的联会，若体细胞中没有同源染色体，则该生物不育，如马和驴交配产生的骡子；若体细胞中有同源染色体但数目是奇数，则减数分裂时染色体联会紊乱，也不能产生正常的配子，如无子西瓜。没有同源染色体的生物个体，通过基因突变和基因重组不会出现同源染色体，但是若发生染色体数目加倍，则会出现同源染色体而导致可育。典例6如图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图推断正确的有(D)花粉eq\o(→,\s\up7(①))植株Aeq\o(→,\s\up7(②))植株BA．过程②通常运用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂间期B．通过过程①得到的植株A基因型为aaBB的可能性为1/4C．过程①属于减数分裂，此过程中会产生肯定量的植物激素D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限[解析]过程②通常运用的试剂是秋水仙素，作用的时期为有丝分裂的前期；过程①是花药离体培育，得到的个体为单倍体，体细胞中含有一个染色体组，不行能产生aaBB的个体；由于经秋水仙素处理后得到的二倍体均为纯合子，不会出现性状分别，从而缩短了育种年限。教材问题·解疑答惑问题探讨☞P871．提示：见表格生物种类体细胞染色体数/条体细胞非同源染色体/套配子染色体数/条马铃薯野生祖先种24212栽培品种48424香蕉