人教版生物高中必修二《染色体变异》教案

染色体变异
一、染色体结构的变异
1．类型[连线]
2．染色体结构的改变，会使排列在染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。

3．大多数变异对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。

二、染色体数目的变异
1．染色体组
(1)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，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的一组染色体。

(2)写出图中的染色体组：X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

2．二倍体、多倍体
3．染色体数目变异与育种 (1)人工诱导多倍体的方法
(2)单倍体育种的方法
三、低温诱导植物染色体数目的变化实验
重点聚焦
1．染色体结构的变异有哪些类型？
2．什么是单倍体、二倍体和多倍体？
3．什么是染色体组？利用染色体数目变异的育种方法有哪些？
[共研探究]
1．仔细观察下图，回答下列问题：
(1)图1表示交叉互换，发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组。

(2)图2表示易位，发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异。

2．染色体结构变异与基因突变
[总结升华] 1．染色体结构变异类型
续表
2.染色体的缺失、重复、倒位与基因突变的区别(如图所示)
【易错易混】染色体易位与交叉互换的比较
[对点演练]
1．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 的一个碱基发生了改变
D ．染色体某一片段位置颠倒了180°
解析：选C DNA 中一个碱基发生改变，属于基因突变，选项A 、B 、D 依次属于染色体结构变异的缺失、重复和倒位。

2．图1和图2表示发生在常染色体上的变异，则二者所表示的变异类型分别属于()
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：选A图1为同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换，属于基因重组；图2发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异中的易位。

[共研探究]
1．请根据图示，回答下列问题：
(1)图甲有三个染色体组，判断依据是形态大小相同的染色体有几条，就有几个染色体组。

(2)图乙有四个染色体组，判断依据是控制同一性状的基因出现几次，则有几个染色体组。

(3)某生物的体细胞含32条染色体，有8种形态，则该生物的体细胞中含有4个染色体组，计算公式为染色体组的数目＝染色体数/染色体形态数。

2．单倍体、二倍体和多倍体
(1)①单倍体是指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。

②单倍体不一定不育：体细胞中染色体组为奇数的单倍体高度不育；体细胞中染色体组为偶数的单倍体能进行正常的减数分裂，是可育的。

(2)①若甲、乙均是由配子直接发育而来，则甲、乙均为单倍体。

②若甲、乙均是由受精卵发育而来，则甲所示生物为三倍体，乙所示生物为四倍体。

(3)诱导多倍体产生的措施有低温、秋水仙素处理等。

(4)一般情况下，单倍体高度不育，一般无种子，所以在单倍体育种时，用
秋水仙素处理幼苗，以使染色体数目加倍。

[总结升华]
1．判断染色体组和一个染色体组含有几条染色体的方法
(1)根据染色体形态判断
①细胞中同一形态的染色体有几条，该细胞内就含有几个染色体组。

②细胞中染色体共有几种形态，该细胞的一个染色体组中就含有几条染色体。

(2)根据基因型判断
①在细胞或生物体基因型中，控制同一性状的基因(相同基因或等位基因)共有几个，该细胞或生物体就含有几个染色体组。

②在细胞或生物体的基因型中，控制不同性状的基因有几个，该细胞或生物体的一个染色体组中就含有几条染色体。

(3)根据细胞中染色体数及染色体形态数计算
染色体组数＝染色体数目/染色体形态数。

2．二倍体、多倍体和单倍体的比较
3.单倍体育种
4．多倍体育种
(1)原理
(2)实例(三倍体无子西瓜的培育)
②秋水仙素处理后，新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍，而未处理的
根细胞中仍为两个染色体组。

③四倍体植株上结的西瓜，种皮和瓜瓤为四个染色体组，而种子的胚为三个染色体组。

④三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。

【易错易混】花药离体培养≠单倍体育种
单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等过程。

花药离体培养只得到单倍体，再用秋水仙素处理才能得到可育的纯合子。

[对点演练]
3．判断正误
(1)根据某生物的体细胞基因型为AAaaBBbb，可判断该生物为二倍体生物。

()
(2)体细胞中含有一个染色体组的生物是单倍体，含有两个染色体组的生物是二倍体。

()
(3)用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍就是多倍体育种。

()
解析：(1)根据某生物的体细胞基因型为AAaaBBbb，可判断该生物可能为四倍体生物，也可能为单倍体生物。

(2)含有两个染色体组的生物如果由配子直接发育而来就是单倍体。

(3)在单倍体育种中也用到了秋水仙素。

答案：(1)×(2)×(3)×
4．如图为A、B两种生物体细胞中的染色体，则其基因型可依次表示为()
A．DdEeGG；DDEeGgHHMmNN
B．DdEEGg；DddEEEgggHHh
C．DddEEe；DdddeeeeHHHh
D．DDdEee；DdEEGgHhMmNn
解析：选C由图可知，A生物含有两种染色体，且有三个染色体组，A、B 错误，B生物含有三种染色体，且有四个染色体组，D错误。

[共研探究]
仔细阅读教材P88“实验”内容，分析探讨下列问题：
1．选材：选择能正常进行有丝分裂的植物分生组织。

2．低温处理时间：实验中必须在洋葱长出1 cm左右不定根之后进行低温处理，因为若在生根前进行低温处理，低温抑制细胞代谢，进而抑制根尖分生区的形成，从而观察不到根尖分生区的有丝分裂受低温影响的现象。

3．染色：在染色时，除了用改良苯酚品红染色剂外，还可以用龙胆紫染液或醋酸洋红染液。

此时细胞已死亡。

4．观察：洋葱为二倍体，在显微镜下能观察到二倍体细胞、四倍体细胞等。

5．低温诱导和秋水仙素处理在原理上的相似之处：二者都作用于有丝分裂前期，抑制纺锤体的形成。

6．低温诱导的优点：低温条件容易创造和控制，成本低、对人体无害、易于操作。

[总结升华]
1．实验中几种溶液的作用
(1)卡诺氏液：固定细胞的形态。

(2)改良苯酚品红染液：细胞核染色，便于观察染色体的形态。

除此之外，醋酸洋红或龙胆紫都是碱性染料，都可使染色体着色。

(3)质量分数为15%的盐酸溶液：解离，使细胞分散开。

(4)体积分数为95%的酒精：可用于洗去附着在根尖表面的卡诺氏液，还可与15%的盐酸溶液混合，解离、分散细胞。

2．本实验的其他问题
(1)低温的作用与秋水仙素的作用基本相似。

(2)此实验可通过设置不同的温度来探究温度对植物染色体数目变化的影响。

[对点演练]
5．下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，错误的是()
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才能进行染色
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处在分裂期并且细胞中的染色体数目发生改变
解析：选D低温处理植物的分生组织细胞，通过抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍；解离后洋葱根尖经过漂洗可去掉盐酸，有利于染色体着色；洋葱根尖装片中的细胞大部分处于有丝分裂间期，因此在显微镜下能观察到染色体数目发生改变的只是少数细胞。

1．在植物体细胞有丝分裂的过程中，可能引起的可遗传变异是()
①基因突变②基因重组③染色体变异
A．①②B．①③
C．②③D．①②③
解析：选B基因重组主要发生在减数分裂形成配子的过程中，基因突变和染色体变异可发生在个体发育的任何时期。

2．普通小麦是六倍体，有42条染色体，科学家们用花药离体培养培育出的小麦幼苗是()
A．三倍体、21条染色体B．单倍体、21条染色体
C．三倍体、三个染色体组D．单倍体、一个染色体组
解析：选B花药中的花粉是经过减数分裂发育而成的，由其培育出的幼苗比普通小麦的染色体数减少了一半，含有三个染色体组，体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体叫单倍体。

3．基因突变和染色体变异的一个重要的区别是()
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：选A基因突变是基因内部的碱基种类、数量、排列顺序发生变化而引起生物变异，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均使遗传物质发生改变，都是可遗传的变异。

4．关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，不正确的是()
A．一个染色体组中不含同源染色体
B．由受精卵发育成的，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体
C．单倍体生物体细胞中不一定含有一个染色体组
D．人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
解析：选D一个染色体组中不含有同源染色体；个体若由受精卵发育而来则含有几个染色体组就是几倍体；单倍体是由配子发育而成的，不一定只含有一个染色体组；人工诱导多倍体的方法有秋水仙素或低温处理等。

5．已知西瓜的染色体数目2N＝22，请根据西瓜育种流程图回答有关问题：
(1)图中所用的试剂①是____________________________________________，该试剂的作用是________________________________________________。

(2)培育无子西瓜A的育种方法称为___________________________________。

(3)③过程中形成单倍体植株所采用的方法是____________。

该过程利用了植物细胞的________性。

(4)为确认某植株是否为单倍体，应在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体，观察的最佳时期为_________________________________。

解析：(1)试剂①为秋水仙素，其作用是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。

(2)培育无子西瓜A的育种方法为多倍体育种。

(3)单倍体育种的基本流
程是花药离体培养→单倍体植株→秋水仙素处理→筛选以获得纯合子。

(4)观察染色体数目、形态最好的时期是有丝分裂中期。

答案：(1)秋水仙素抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍(2)多倍体育种
(3)花药离体培养全能
(4)有丝分裂中期
【基础题组】
1．由于种种原因，某生物体内某条染色体上多了或少了几个基因，这种遗传物质的变化属于()
A．基因内部结构的改变B．染色体结构变异
C．染色体数目变异D．染色单体的交叉互换
解析：选B变异发生在某条染色体上，发生的变化是几个基因的增加或减少，应属于染色体的结构变异。

2．如图显示了染色体及其部分基因，对①和②过程最恰当的表述分别是()
A．交换、缺失B．倒位、缺失
C．倒位、易位D．交换、易位
解析：选C①过程中F与m位置相反，表示染色体的倒位，②过程只有F，没有m，但多出了一段原来没有的染色体片段，表示染色体的易位。

3．下列有关单倍体的叙述，正确的是()
A．未经受精的卵细胞发育成的植物，一定是单倍体
B．含有两个染色体组的生物体，一定不是单倍体
C．生物的精子或卵细胞一定都是单倍体
D．含有奇数染色体组的个体一定是单倍体
解析：选A由配子发育成的植株一定是单倍体。

细胞内含有两个染色体组的生物可能是单倍体，也可能是二倍体。

精子或卵细胞是细胞而非个体。

三倍体生物体细胞中含有三个染色体组。

4．单倍体经秋水仙素处理后，得到的()
A．一定是二倍体B．一定是多倍体
C．一定是纯合子D．是纯合子或杂合子
解析：选D多倍体的配子发育成的单倍体，可能是纯合子也可能是杂合子。

5．下列关于染色体组的叙述，不正确的是()
A．起源相同的一组完整的非同源染色体
B．通常指二倍体生物的一个配子中的染色体
C．人的体细胞中有两个染色体组
D．普通小麦的花粉细胞中有一个染色体组
解析：选D普通小麦是六倍体，其体细胞中含六个染色体组，减数分裂形成的花粉细胞中应含三个染色体组。

6．某地发现罕见人类染色体异常核型。

其46条染色体中有4条变异无法成对。

经研究发现：X染色体上有一个片段“搬”到了1号染色体上，3号染色体的一个片段插入13号染色体上。

上述变化属于染色体结构变异中的() A．缺失B．片段重复
C．易位D．倒位
解析：选C发生在非同源染色体之间的染色体片段的移接，属于易位。

7．下列有关生物变异的叙述，正确的是()
A．三倍体植物不能由受精卵发育而来
B．观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置
C．在减数分裂中，会由于非同源染色体之间交换一部分片段，导致染色体结构变异
D．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导致染色体加倍
解析：选C三倍体植物可以由二倍体和四倍体的配子结合发育而来，故A 错误；基因突变属于分子水平的变异，用显微镜观察不到，故B错误；在减数分裂过程中，非同源染色体之间的交换属于染色体结构变异，故C正确；低温能够抑制纺锤体的形成，故D错误。

8．如图是果蝇体细胞的染色体组成，以下说法正确的是()
A．染色体1、2、4、5组成果蝇的一个染色体组
B．染色体3、6之间的交换属于基因重组
C．控制果蝇红眼或白眼的基因位于1号染色体上
D．控制不同性状的非等位基因在减数分裂时进行自由组合
解析：选C果蝇的性别决定是XY型，X、Y染色体是一对形态大小不完全相同、所含遗传信息也不完全相同的同源染色体。

3、6为非同源染色体，二者之间发生的交换属于染色体结构变异。

若控制不同性状的非等位基因位于同源染色体上，则在其减数分裂时不能进行自由组合。

【能力题组】
9．如图为利用纯合高秆(D)抗病(E)小麦和纯合矮秆(d)易感病(e)小麦快速培育纯合矮秆抗病小麦(ddEE)的示意图，有关此图叙述不正确的是()
A．图中进行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．实施③过程依据的主要生物学原理是细胞分化
D．④过程的实施中通常用一定浓度的秋水仙素
解析：选C题图表示单倍体育种的过程，其中①②③④分别表示杂交、减数分裂、花药离体培养(植物组织培养)、秋水仙素处理。

杂交的目的是将位于不同亲本上的优良性状集中到同一个体上；减数分裂过程中存在非同源染色体的自由组合；花药离体培养依据的原理是细胞的全能性；诱导染色体加倍的常用方法是秋水仙素处理。

10．将二倍体玉米的幼苗用秋水仙素处理，待其长成后用其花药进行离体培养得到了新的植株，有关新植株的叙述正确的一组是()
①是单倍体②体细胞内没有同源染色体③不能形成可育的配子④体细胞内有同源染色体⑤能形成可育的配子⑥可能是纯合子也可能是杂合子
⑦一定是纯合子⑧是二倍体
A．④⑤⑦⑧B．①④⑤⑥
C．①②③⑥D．①④⑤⑦
解析：选B二倍体玉米的幼苗用秋水仙素处理，染色体加倍变成四倍体，
对其花药进行离体培养得到单倍体，但其体细胞内含有两个染色体组，故有同源染色体，仍能进行正常的减数分裂形成可育的配子。

若原二倍体玉米是杂合子，则处理后得到的单倍体可能是纯合子也可能是杂合子。

11．洋葱是二倍体植物，体细胞中有16条染色体，某同学用低温诱导洋葱根尖细胞染色体加倍获得成功。

下列相关叙述不正确的是()
A．该同学不会观察到染色体加倍的过程
B．低温诱导细胞染色体加倍时不可能发生基因重组
C．分生区同时存在染色体数为8、16、32、64的细胞
D．低温诱导染色体加倍的原理是抑制纺锤体的形成
解析：选C制片时经过解离的细胞已经死亡，不会观察到染色体加倍的过程，故A正确。

低温诱导染色体数目加倍发生在有丝分裂中，基因重组发生在减数分裂过程中，故B正确。

分生区有的含2个染色体组，有的含4个染色体组，但不可能出现8条染色体的情况，因为根尖不进行减数分裂，故C错误。

低温诱导染色体加倍的原理是抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极，导致染色体数目加倍，故D正确。

12．由受精卵发育而来的雌蜂(蜂王)是二倍体(2n＝32)，由未受精的卵细胞发育而来的雄蜂是单倍体(n＝16)。

下列相关叙述正确的是()
A．蜜蜂属于XY型性别决定的生物
B．雄蜂是单倍体，因此高度不育
C．由于基因重组，一只雄蜂可以产生多种配子
D．雄蜂体细胞有丝分裂后期含有两个染色体组
解析：选D蜜蜂性别是由细胞中染色体数目来决定的，而不是XY型性别决
定方式；雄蜂可进行假减数分裂产生精子，因此雄蜂是可育的单倍体；雄蜂中只有一个染色体组，在减数分裂过程中不发生基因重组，一只雄蜂只可以产生一种与自身基因型相同的精子而不是多种。

13．如图表示一些细胞中所含的染色体，据图完成下列问题：
(1)图A所示是含________个染色体组的体细胞。

每个染色体组有________条染色体。

(2)若图C所示细胞为体细胞，则其所在的生物是________倍体，其中含有________对同源染色体。

(3)图D表示一个生殖细胞，这是由________倍体生物经减数分裂产生的，内含________个染色体组。

(4)图B若表示一个生殖细胞，它是由________倍体生物经减数分裂产生的，由该生殖细胞直接发育成的个体是______倍体。

每个染色体组含______条染色体。

(5)图A细胞在有丝分裂的后期包括______个染色体组。

解析：(1)图A中染色体是两两相同的，故含有两个染色体组，并且每个染色体组中有两条染色体；(2)图C中染色体两两相同，故有两个染色体组，如果是由受精卵发育而来，则该生物为二倍体，如果是由配子发育而来，则该生物是单倍体。

图C所示细胞中，每个染色体组中有三条染色体，共有三对同源染色体。

(3)图D中染色体形态、大小各不相同，则只有一个染色体组。

(4)图B 中染色体每三条是相同的，故为三倍体，由配子直接发育成的生物个体，都称
为单倍体。

答案：(1)两两(2)二或单三(3)二一(4)六单三(5)四
14．如图是培育三倍体西瓜的流程图，请据图回答问题。

(1)用秋水仙素处理____________，可诱导多倍体的产生，因为它们的某些细胞具有________的特征，秋水仙素的作用为_________________________________________。

(2)三倍体植株需要授以二倍体的成熟花粉，这一操作的目的是____________________________________________________________________ ____
________________________________________________________________ ________。

(3)四倍体母本上结出的三倍体西瓜，其果肉细胞为________倍体，种子中的胚为________倍体。

三倍体植株不能进行减数分裂的原因是________________________________。

(4)三倍体西瓜高产、优质，这些事实说明染色体组倍增的意义是________________________；上述过程需要的时间为________。

(5)育种过程中，三倍体无子西瓜偶尔有少量子。

请从染色体组的角度解释，其原因是____________________________________________________________________ ____
________________________________________________________________ ________。

(6)三倍体无子西瓜的性状________(填“能”或“不能”)遗传，请设计一个简单的实验验证你的结论，并做出实验结果的预期。

解析：(1)用秋水仙素诱导多倍体形成，处理对象多是萌发的种子或幼苗，萌发的种子和幼苗的分生组织细胞具有分裂旺盛的特征，秋水仙素的作用机理是抑制细胞分裂前期纺锤体的形成。

(2)给三倍体植株授以二倍体的成熟花粉的目的是刺激子房产生生长素，供给无子果实的发育。

(3)四倍体母本上结出的三倍体西瓜，其果肉是由四倍体的子房壁发育而来的，细胞内含有四个染色体组。

种子中的胚是由二倍体产生的花粉与四倍体产生的卵细胞融合形成的受精卵发育而来的，细胞内含有三个染色体组。

由于三倍体植株细胞内不含成对的同源染色体，故在减数第一次分裂时联会紊乱，不能形成正常的生殖细胞。

(4)染色体组的倍增可以促进基因效应的增强，这是三倍体西瓜高产、优质的主要原因。

(5)若三倍体西瓜在减数第一次分裂过程中，一个染色体组的全部染色体移向细胞一极，另外两个染色体组的全部染色体移向细胞另一极，则可以形成正常的配子。

(6)三倍体西瓜的无子性状是由遗传物质的改变引起的，该性状能够遗传，但需要通过无性生殖的方式来实现，如植物组织培养、嫁接等。

答案：(1)萌发的种子或幼苗分裂旺盛抑制细胞(分裂前期)形成纺锤体(2)通过授粉刺激子房产生生长素，供给无子果实的发育(或生长素促进生长)
(3)四三联会紊乱(4)促进基因效应的增强两年(5)三倍体西瓜减数分裂过程中，一个染色体组的全部染色体正好被纺锤丝拉向细胞的一极，另两个染色体组的全部染色体正好被纺锤丝拉向细胞的另一极，碰巧产生了正常的配子(6)
能实验：将三倍体无子西瓜果皮的任意一部分进行植物组织培养(或无性繁殖)，观察果实中是否有种子。

预期结果：成活长大后的植株仍然不能结出有子果实。

15．四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，设计了如下实验。

(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%的酒精溶液、显微镜、改良苯酚品红染液。

(2)实验步骤：
①取五个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。

②将培养皿分别放入－4℃、0℃、________、________、________的恒温箱中1 h。

③
____________________________________________________________________ ____。

④分别取根尖________cm，放入________中固定0.5～1 h，然后用____________________冲洗2次。

⑤制作装片：解离→________→________→制片。

⑥低倍镜检测，____________________________________________________，并记录结果。

(3)实验结果：染色体加倍率最高的一组为最佳低温。

(4)实验分析：
①设置实验步骤②的目的是________________________________________________。

②对染色体染色还可以用________、________等。

③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，在细胞分裂时尽可能使细胞处于设定温度中，以排除其他温度的干扰。

但低温并不可能使所有细胞的染色体数加倍，所以要统计加倍率来确定最佳低温。

答案：(2)②4℃8℃12℃③取大蒜随机均分为五组，分别放入五个培养皿中诱导培养36 h④0.5～1卡诺氏液体积分数为95%的酒精溶液⑤漂洗染色⑥统计每组视野中的染色体加倍率(4)①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
②龙胆紫溶液醋酸洋红溶液③秋水仙素抑制纺锤体形成。