5.2 染色体变异-高一生物同步课堂(人教版2019必修2)

5.2 染色体变异
一、染色体数目的变异
1.染色体变异的概念及种类：生物体的体细胞或生殖细胞内染色体或的变化，称为染色体变异。

染色体变异分为染色体的变异和染色体的变异两类。

染色体数目变异可以分为细胞内的增加或减少，细胞内染色体数目以成倍地增加或成套地减少。

2.在大多数生物的体细胞中，染色体都是的，也就是说含有两套，其中称为一个染色体组。

3.由发育形成的个体，体细胞中含有个染色体组的个体叫作二倍体。

在自然界中，几乎全部和过半数的都是二倍体。

4.由发育而来，体细胞中含有染色体组的个体称为多倍体。

与二倍体植株相比，多倍体植株常常是茎秆，叶片、果实和种子都比较，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所，也存在结实率低，晚熟等缺点。

5.人工诱导多倍体
①方法：用处理或用诱发等。

②处理对象：的种子或。

③原理：能够抑制的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目。

6.单倍体是体细胞中的染色体数目与本物种染色体数目相同的个体，如蜜蜂中的蜂。

与正常植株相比，单倍体植株长得，而且。

7.单倍体育种常用的方法是采用的方法来获得植株，然后这些植株的染色体数目，恢复到正常植株的染色体数目。

用单倍体育种培育的植株每对染色体上成对的基因都是，自交后代发生性状分离。

单倍体育种的突触优点是能。

二、低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1.实验原理：用低温处理植物细胞，能够抑制的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能，于是，植物细胞的染色体数目发生变化。

2.实验步骤与现象
(1)实验步骤
①诱导培养：将蒜（或洋葱）在℃环境放置一周后取出，放置在装满清水的容器上方，让其底部接触水面与室温（约℃）培养至长出约 cm长的不定根时，将装置转入冰箱（℃）诱导培养 h。

②细胞固定：剪取诱导培养的根尖 cm，放入浸泡0.5～1h，然后用体积分数为 %的酒
精冲洗次。

③制作装片：包括、、和制片4个步骤。

④显微观察：先用寻找染色体形态较好的分裂像。

视野中既有正常的二倍体细胞，也有发生改变的细胞。

确认某个细胞发生后，再用观察。

3．注意事项
①在显微镜下观察到的细胞已经死亡，（“能、不能”）观察到细胞中染色体数目的变化过程。

②选材只能是细胞，不能进行细胞分裂的细胞不会出现染色体数目的变化。

三、染色体结构的变异
1.染色体结构的变异类型
图解变化名称举例
染色体b片段缺失猫叫综合征；果蝇缺刻翅的形成
染色体b片段重复果蝇棒状眼的形成
染色体的某一片段
(d、g)移接到另一
条上
易位果蝇花斑眼的形成
同一条染色体上某
一片段(a、b)
倒位果蝇卷翅的形成
2.染色体结构的变异的结果：染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因或发生改变，导致的变异。

大多数染色体结构变异对生物体是的，有的甚至会导致生物体死亡。

一、1.数目结构数目结构个别染色体一套完整的非同源染色体为基数
2.两两成对非同源染色体每套非同源染色体
3.受精卵两动物高等植物
4.受精卵三个或三个以上粗壮大增加
5.低温秋水仙素萌发幼苗纺锤体加倍
6.配子雄弱小高度不育
7.花药（或花粉）离体培养单倍体人工诱导加倍纯合不会明显缩短育种年限
二、1.分生组织纺锤体分裂成两个子细胞
2.①4 25 1 4 48～72
②0.5～1 卡诺氏液 95 2
③解离漂洗染色
④低倍镜染色体数目染色体数目变化高倍镜
3.①不能②分生区
三、1.丢失增加非同源染色体位置颠倒
2.数目排列顺序性状不利
1.染色体组
实例
分析
图中雄果蝇体细胞染色体中的一个染色体组可表示为：
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、
Y
组成
特点
形态上是细胞中的一组非同源染色体，形态各不相同
功能上是控制生物生长、发育、遗传和变异的一组染色体
①染色体形态法：同一形态的染色体→有几条就有几组。

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→有几个就有几组。

如AAabbb个体中有3个染色体组。

③公式法：染色体组数＝染色体数÷一个染色体组中的染色体数，如图中染色体组数为8÷4＝2。

1.观察图中a～h所示的细胞图，关于它们所含的染色体组数的叙述，正确的是( )
A．细胞中含有一个染色体组的是h图
B．细胞中含有二个染色体组的是e、g图
C．细胞中含有三个染色体组的是a、b图
D．细胞中含有四个染色体组的是c、f图
【答案】C
【解析】图中所示细胞中有一个染色体组的是d、g，有两个染色体组的是c、h，有三个染色体组的是a、b，有四个染色体组的是e、f。

2.单倍体、二倍体和多倍体的比较
项目
单倍体二倍体多倍体
发育起点配子受精卵受精卵
植株特点①植株弱小
②高度不育
正常可育
①茎秆粗壮
②叶、果实、种子较大
③营养物质含量丰富
体细胞染色体组数≥1 2 ≥3
形成过程单倍体的自然形成方式：雄配子直接发育形成，雌配子直接发育形成；单倍体人工培育：花药离体培养。

多倍体自然形成，染色体组加倍；多倍体人工培育：人工诱导多倍体，多倍体加倍。

形成原因
自然成因单性生殖正常的有性生殖外界环境条件剧变(如低温) 人工诱导花药离体培养
秋水仙素处理单倍
体幼苗
秋水仙素处理萌发的种子或
幼苗
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
特别提醒：
①基因突变、染色体变异与物种形成的关系：基因突变不会改变生物的种类，但染色体变异可能改变生物的种类，如二倍体西瓜与四倍体西瓜属于不同的物种。

②单倍体细胞中不一定含有1个染色体组：二倍体植物的单倍体含有1个染色体组，四倍体和六倍体的单倍体分别含有2个和3个染色体组。

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。

2.下列有关单倍体、二倍体及染色体组的叙述，错误的是( )
A．有的单倍体生物的体细胞内存在同源染色体
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．蜜蜂的蜂王是二倍体，由其卵细胞直接发育成的雄蜂是单倍体
【答案】B
【解析】四倍体生物的单倍体细胞中含有两个染色体组，存在同源染色体，A正确；21三体综合征患者体细胞第21号染色体有三条，并不是有三个染色体组，B错误；人的初级卵母细胞的一个染色体组内的每条染色体都含有两条姐妹染色单体，姐妹染色单体的同一位置上可能存在等位基因(发生了交叉互换)，C正确；由配子发育成的个体为单倍体。

3.染色体结构的变异
类型图解变异杂合体
染色体组成
显微观察的
联会异常
缺失
重复
易位
倒位
规律总结：
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化，光学显微镜下观察不到；染色体变异属于亚细胞水平的变化，光学显微镜下可以观察到。

④关于变异的“质”和“量”问题。

基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量，但转基因技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。

3.下列与变异有关的叙述中，正确的是( )
A．染色体结构变异可导致基因数目改变，在光学显微镜下看不见
B．染色体中DNA的脱氧核苷酸数量发生改变会导致染色体结构变异
C．肺炎双球菌抗药性的变异来源有基因突变、基因重组和染色体变异三种类型
D．若蝗虫的两个次级精母细胞中由一个着丝点相连的两条染色单体所携带的基因不完全相同，其原因最可能是发生过交叉互换
【答案】D
【解析】染色体结构变异在光学显微镜下可见；染色体中单个或少数脱氧核苷酸数量发生改变有可能仅仅是会导致基因结构的改变从而引起基因突变；肺炎双球菌属于原核生物，没有染色体，因此只能发生基因突变；若两个次级精母细胞中由一个着丝点相连的两条染色单体所携带的基因不完全相同，其原因最可能是发生过交叉互换，因为交叉互换的概率高。

4.单倍体育种与多倍体育种
单倍体育种多倍体育种
原理染色体数目变异染色体数目变异
方法花药离体培养获得单倍体，再用秋
水仙素处理幼苗
秋水仙素处理正在萌发的种子或幼
苗
优点明显缩短育种年限器官大，营养成分含量高，产量增
加
缺点技术复杂，需要与杂交育种配合适用于植物，动物难以开展。

多倍体植物生长周期延长，结实率降低
举例
①单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同。

两种育种方式都出现了染色体加倍情况，但操作对象不同。

单倍体育种操作的对象是单倍体幼苗，通过组织培养得到纯合子植株；多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。

③诱变育种：多用于植物和微生物。

原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。

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。

4.如图为利用纯合高秆(D)抗病(E)小麦和纯合矮秆(d)染病(e)小麦快速培育纯合优良矮秆抗病小麦(ddEE)品种的示意图，下列有关此图的叙述错误的是( )
A．①过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起
B．②过程中发生了非同源染色体的自由组合
C．③过程依据的主要生物学原理是细胞增殖
D．④过程中要用到一定浓度的秋水仙素溶液
【答案】C
【解析】①过程为杂交，目的是获得含不同优良性状的杂合子；②过程为减数分裂产生配子的过程，该过程发生了同源染色体分离和非同源染色体自由组合；③过程为花药离体培养，其依据的原理是细胞的全能性；④过程实现染色体数目加倍，用一定浓度的秋水仙素溶液处理单倍体幼苗。

5．水稻的高秆、矮秆分别由A和a控制，抗病和不抗病分别由B和b控制。

现有基因型为aabb与AABB的水稻品种，如图为不同的育种方法培育矮秆抗病植株的过程，下列有关叙述正确的是( )
A．杂交育种包括①③过程，其原理是基因突变和基因重组
B．人工诱变育种为②过程，B可能来自b的基因突变
C．单倍体育种包括①④⑤过程，⑤过程常用花药离体培养法
D．多倍体育种包括①⑥⑦过程，原理是染色体结构和数目变异
【答案】B
【解析】过程①③为杂交育种，其原理是基因重组，而不是基因突变，A错误；②过程为人工诱变育种，将aabb人工诱变可获得aaBB，b变成B源于基因突变，B正确；过程①④⑤为单倍体育种，子一代产生的配子经花药离体培养(④)得到单倍体，单倍体经秋水仙素处理(⑤)染色体加倍成为纯合体，选育得到aaBB，C错误；过程①⑥⑦为多倍体育种，可获得多倍体aaaaBBBB，多倍体育种的原理是染色体数目加倍，即染色体数目变异，D错误。

5.低温诱导植物染色体数目变化的实验中的试剂及其作用
试剂使用方法作用
卡诺氏液将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 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
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
解离根尖细胞蒸馏水浸泡解离后的根尖约10 min
漂洗根尖，去掉
解离液
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3～5 min
使染色体着色
特别提醒：
①显微镜下观察到的细胞是已被盐酸杀死的细胞。

②选材时应选用能进行分裂的分生组织细胞，否则不会出现染色体数目加倍的情况。

6．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( )
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．低温处理和利用秋水仙素处理材料的原理是相同的
D．观察洋葱根尖装片时要先在低倍镜下找到所要观察的细胞，将所要观察的细胞移到视野的中央，调节视野的亮度，再转动粗准焦螺旋直至物像清晰
【答案】C
【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。

基础巩固
1．如图为某果蝇体细胞染色体组成示意图，下列说法正确的是（）
A．该果蝇为雌性，含两个染色体组
B．一个染色体组含有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X和Y各一个
C．果蝇的体细胞都含有两个染色体组
D．此图所示果蝇细胞含有4对同源染色体
2．下列关于植物染色体变异的叙述，正确的是（）
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
3．下列有关单倍体的叙述，最恰当的是（）
A．体细胞中只含有一个染色体组的个体
B．体细胞中染色体的数目为奇数的个体
C．体细胞中含有奇数个染色体组的个体
D．由本物种生殖细胞直接发育成的个体
4．下列关于多倍体的叙述，错误的是（）
A．在植物中多倍体很常见，在动物中多倍体很少见
B．多倍体草莓的果实一般长得比二倍体草莓的大
C．利用三倍体无子西瓜不能培育出三倍体的无子西瓜
D．经低温处理得到的多倍体，不是所有细胞的染色体数目都加倍
5．萝卜和甘蓝杂交，能得到的种子一般是不育的，但偶然发现个别种子种下去后可能产生能育的后代。

出现这种现象的原因是（）
A．基因自由组合B．基因突变C．染色体结构变异D．染色体加倍
6．下列关于染色体变异的叙述，正确的是
A．染色体结构变异和数目变异都可在有丝分裂和减数分裂过程中发生
B．染色体结构变异能改变细胞中基因数量，数目变异不改变基因数量
C．染色体结构变异导致生物性状发生改变，数目变异不改变生物性状
D．染色体结构变异通常用光学显微镜可以观察到，数目变异观察不到
7．下面有关单倍体的叙述中，不正确的是
A．由未受精的卵细胞发育而成的个体
B．花药经过离体培养而形成的个体
C．凡是体细胞中含有奇数染色体组的个体
D．普通小麦含6个染色体组，42条染色体，它的单倍体含3个染色体组，21条染色体
8．“猫叫综合征”是人的第5号染色体部分缺失引起的，这种遗传病的类型是
A．常染色体单基因遗传病B．性染色体多基因遗传病
C．常染色体数目变异疾病D．常染色体结构变异疾病
9．下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，正确的是
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
10.野生香蕉是二倍体，通常有大量的硬籽，无法食用。

在大约1万年前的东南亚，人们发现一种很少见的香蕉品种，这种香蕉无籽、可食，是世界上第一种可食用的香蕉，后来人们发现这种无籽香蕉是三倍体。

（1）三倍体香蕉的变异属于_______________，之所以无籽是因为此香蕉在减数分裂时
______________________________，不能产生正常配子。

（2）由一种变异的致命真菌引起的香蕉叶斑病正在全球蔓延。

在世界许多香蕉农场，每年多次、大量喷洒杀菌剂来抑制真菌的散播。

但此做法未能起到较好的效果。

在此，杀菌剂的使用对真菌起到了
_______________作用。

（3）生物学家到目前仍然没有找到携带该真菌抗性基因的二倍体野生香蕉，说明基因突变具有
_______________的特点。

如果找到具有抗真菌基因的二倍体野生香蕉，可以尝试用_______________育种方式，以获得______倍体香蕉作母本，然后与二倍体野生香蕉杂交，从其后代的三倍体无籽香蕉中选育出抗病的品种。

能力提升
11.如图表示细胞中所含的染色体，①②③④的基因型可以表示为( )
A．①：AABb ②：AAABBb ③：ABCD ④：A
B．①：Aabb ②：AaBbCc ③：AAAaBBbb ④：AB
C．①：AABB ②：AaBbCc ③：AaBbCcDd ④：ABCD
D．①：AaBb ②：AaaBbb ③：AAaaBBbb ④：AbCD
12.下列关于单倍体、二倍体、多倍体的叙述不正确的是 ( )
A．由合子发育成的生物体细胞中有几个染色体组就叫几倍体
B．由配子发育成的生物体，细胞中无论有几个染色体组也只能叫单倍体
C．单倍体一般高度不孕，多倍体一般茎秆粗壮，果实、种子较大
D．单倍体都是纯种，多倍体等位基因至少有三个
13．下列变异中，不属于染色体结构变异的是（）
A．染色体缺失了某一片段B．染色体增加了某一片段
C．染色体中DNA的一个碱基对发生了改变D．染色体某一片段位置颠倒了180°
14．染色体结构变异会引起生物性状的变化，下列对原因的叙述正确的是（）
A．染色体结构变异可以产生新基因
B．—定导致基因的数量发生变化
C．可能导致基因的排列顺序发生变化
D．使控制不同性状的基因发生基因重组
15.玉米糯性与非糯性、甜粒与非甜粒为两对相对性状。

一般情况下用纯合非糯非甜粒与糯性甜粒两种亲本进行杂交时，F1表现为非糯非甜粒，F2有4种表现型，其数量比为9：3：3：1。

若重复该杂交实验时，偶然发现一个杂交组合，其F1仍表现为非糯非甜粒，但某一F1植株自交，产生的F2只有非糯非甜粒和糯性甜粒2种表现型。

对这一杂交结果的解释，理论上最合理的是( )
A．发生了染色体易位
B．染色体组数目整倍增加
C．基因中碱基对发生了替换
D．基因中碱基对发生了增减
16．下列有关变异的说法，正确的是( )
A．染色体中DNA的一个碱基对缺失属于染色体结构变异
B．染色体变异、基因突变均可以用光学显微镜直接观察
C．同源染色体上非姐妹染色单体之间的交叉互换属于基因重组
D．秋水仙素诱导多倍体形成的原因是抑制着丝点的分裂
17．有关“低温诱导大蒜根尖细胞染色体加倍”的实验，正确的叙述是（）
A．多倍体形成过程中增加了非同源染色体重组的机会
B．盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离
C．在诱导染色体数目变化方面，低温与秋水仙素诱导的原理相似
D．显微镜下可以看到大多数细胞染色体数目加倍
18.（不定项）下列有关生物变异的叙述不正确的是( )
A．由于基因碱基序列改变出现的新性状一定能遗传给后代
B．基因重组不能产生新的基因，但肯定会表现出新的性状
C．染色体片段的缺失不一定会导致基因种类、数目的变化
D．非同源染色体间某片段的移接只能发生在减数分裂过程中
19．（不定项）果蝇红眼（B）对白眼（b）为显性，某基因型为X B X b的果蝇受精卵，第一次有丝分裂形成的两个细胞核中只有一个细胞核发生变异，导致该受精卵发育成一个左侧躯体正常而右侧躯体为雄性（XO型为雄性）的嵌合体，则该嵌合体果蝇右眼性状及变异细胞核产生的原因可能是（）
A．红眼；含基因b的X染色体丢失
B．红眼；含基因b的X染色体结构变异
C．白眼；含基因B的X染色体丢失
D．白眼；含基因B的X染色体结构变异
20.水稻（2n=24）是我国主要的粮食作物之一，请回答下列问题：
（1）提高水稻产量的一个重要途径是利用杂交种的杂种优势，但杂交种只能种植一代，其原因是
_______________，进而影响产量。

（2）水稻的抗病和感病性状由一对等位基因控制，研究人员通常用单体（2n－1）进行基因的染色体定位，人工构建水稻的单体系（抗病）应有______种单体，若感病是由一对隐性基因控制，将感病水稻与水稻单体系中的全部单体分别杂交，留种并单独种植，当子代出现表现型以及比例为______时，可将感病基因定位于该单体所缺少的染色体上。

（3）现研究人员将抗病，感病基因（R/r）定位于2号染色体上，已知n－1型配子对外界环境敏感，雄配子不育，现有两个2号单体品种，甲品种抗病但其他性状较差，乙品种不抗病但其他性状优良，育种时通
常以__________杂交，在其后代中选出单体，再连续多代与乙品种杂交，每次均选择_____________单体植株，最后让该单体自交，获得稳定遗传的抗病且其他性状优良的品种。

高考真题
21．（2021·浙江1月，4）野生果蝇的复眼由正常眼变成棒眼和超棒眼，是由于某个染色体中发生了如下图所示变化，a、b、c表示该染色体中的不同片段。

棒眼和超棒眼的变异类型属于染色体畸变中的（）
A．缺失B．重复C．易位D．倒位
22．（2020·课标Ⅱ卷，4）关于高等植物细胞中染色体组的叙述，错误的是（）
A．二倍体植物的配子只含有一个染色体组
B．每个染色体组中的染色体均为非同源染色体
C．每个染色体组中都含有常染色体和性染色体
D．每个染色体组中各染色体DNA的碱基序列不同
23．（2020·北京卷，5）为探究干旱对根尖细胞有丝分裂的影响，用聚乙二醇溶液模拟干旱条件，处理白刺花的根尖，制片（压片法）后用显微镜观察染色体变异（畸变）的情况，细胞图像如图。

相关叙述正确的是（）
A．制片需经龙胆紫染色→漂洗→盐酸解离等步骤
B．直接使用高倍物镜寻找分生区细胞来观察染色体
C．染色体的形态表明该细胞正处于细胞分裂的间期
D．观察结果表明该细胞染色体发生了变异（畸变）
24．（2020·江苏卷，8）下列叙述中与染色体变异无关
．．的是（）
A．通过孕妇产前筛查，可降低21三体综合征的发病率
B．通过连续自交，可获得纯合基因品系玉米
C．通过植物体细胞杂交，可获得白菜-甘蓝
D．通过普通小麦和黑麦杂交，培育出了小黑麦。