高中生物 第三章 遗传和染色体 3.3 染色体变异及其应

第三节染色体变异及其应用
学习目标
1．简述染色体的结构变异和数目变异。

(重难点)
2．了解染色体变异在育种上的应用，收集染色体变异在育种上的应用实例。

(重点) 3．单倍体育种和多倍体育种在方法、原理上的异同，比较它们的优缺点，了解三倍体无子西瓜的培育过程。

(难点)
学习过程
一、染色体结构的变异
基础知识
1．主要起因
染色体断裂以及断裂后的片段。

2．遗传效应
染色体上基因的发生改变，从而导致的变异。

3．影响因素
电离辐射、或一些化学物质诱导。

4．对生物影响
大多数染色体结构变异对生物体是，有时甚至会导致生物体。

5．实例
猫叫综合征，是人的第5号染色体的造成的。

6．类型
缺失、、倒位、。

总结升华
类型概念实例示意图
缺失染色体中的某一片段及其带有的
基因一起丢失而引起变异的现象
猫叫综
合征
重复染色体上增加了某一片段引起的
变异
果蝇棒
状眼
易位染色体的某一片段移接到另一条
非同源染色体上引起的
夜来香
某些类
型的变异
倒位
染色体的某一片段位置颠倒引起
的变异
普通果蝇
3号染色
体上的某
些基因
1．如图中甲表示在野生型果蝇细胞内的一条染色体上排列的基因，图乙、丙、丁、戊分别表示四种不同突变型果蝇细胞内该染色体上的基因排列情况。

则乙、丙、丁、戊分别属于染色体变异中的( )
A．缺失、重复、倒位、易位
B．倒位、缺失、重复、易位
C．缺失、重复、易位、倒位
D．重复、缺失、倒位、易位
2．染色体之间的交叉互换可能导致染色体的结构或基因序列的变化。

下列图中甲、乙两图分别表示两种染色体之间的交叉互换模式，丙、丁、戊图表示某染色体变化的三种情形。

则下列有关叙述正确的是( )
A．甲可以导致戊的形成
B．乙可以导致丙的形成
C．甲可以导致丁或戊两种情形的产生
D．乙可以导致戊的形成
二、染色体数目变异
基础知识
1．体细胞中的染色体
正常情况下，每种生物的染色体数目都是的。

在不同物种之间，染色体数目往往。

生物体细胞中染色体一般都是存在的。

2．染色体组
细胞中各不相同，但互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的一组，称为一个染色体组。

3．二倍体与多倍体
由发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫二倍体。

体细胞中含有染色体组的叫做多倍体。

4．染色体数目的变异
(1)含义：染色体数目以的方式成倍地增加或减少，的增加或减少。

(2)类型
⎩⎪
⎨
⎪⎧
非整倍性变异：个别染色体的增加或减少
整倍性变异：以染色体组的形式成倍地增
加或减少
(3)整倍性变异
①一倍性变异：体细胞只含有染色体组的变异。

特点：高度。

②单倍体变异：体细胞含有的染色体数等于染色体数的变异。

a．成因：由配子直接发育成新个体，如植物的单倍体，蜜蜂的雄蜂(由未经受精的卵细胞直接发育而来)。

b．特点：植株，高度不育。

③多倍性变异：指与正常的二倍体细胞相比，具有更多的变异。

5．染色体变异在育种上的应用
(1)单倍体育种
①过程图
②优点：a.后代是，自交后不发生。

b.能明显。

(2)多倍体育种
①原理
细胞有
丝分裂
――――――→
内外环境骤变
抑制纺锤体形成
染色体不能分
配到细胞两极
―
细胞内染色体
数目加倍
―――――――――――→
染色体数目加倍的细胞
进行正常的有丝分裂，发育
多倍体
植株
②方法：用低温处理或用处理。

③处理对象：萌发的种子或幼苗。

④实例：三倍体无子西瓜的培育。

⑤优点：茎秆粗壮，果实、叶子、种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质含量有所提高。

6．低温诱导植物染色体数目的变化
(1)实验原理
①进行正常有丝分裂的植物组织细胞，在有丝分裂后期，染色体的着丝点分裂，子染色体在纺锤丝的作用下分别移向两极，最终平均分配到两个子细胞中去。

②用低温处理植物组织细胞，使的形成受到抑制，以致影响染色体被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞发生变化。

(2)方法步骤：蚕豆根尖培养→取材→制片( →漂洗→→制片)→观察。

(3)结论：适当的低温可诱导细胞中的染色体。

总结升华
1．染色体组的特征
(1)一个染色体组中不含同源染色体，是一组非同源染色体；
(2)每条染色体的形态、大小和功能各不相同；
(3)携带着控制生物生长发育的全部遗传信息；
(4)同种生物的一个染色体组中染色体数目是一定的，不同生物一个染色体组中染色体数目不同。

2．染色体组数目的判断
(1)据染色体形态判断
细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。

如图所示的细胞中，形态相同的染色体在a中有3条、b中两两相同、c中各不相同，则可判定它们分别含三、二、一个染色体组。

(2)据基因型判断
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基因或相同基因，如图所示：(d～g中依次含四、二、三、一个染色体组)
(3)据染色体数/形态数的比值判断
染色体数/形态数的比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组。

如果果蝇该比值为8条/4种形态＝2，则果蝇含二个染色体组。

3．二倍体、多倍体和单倍体的比较
(1)材料培养：将一些蚕豆或豌豆种子放入培养皿，加入适量的清水浸泡，在培养皿上覆盖2～3层潮湿的纱布。

(2)低温处理：当蚕豆根长至1.0～1.5 cm时，将其中的两个培养皿放入冰箱的低温室内，4 ℃下诱导培养36 h。

(3)固定：剪取诱导处理的根尖5 mm左右，放入卡诺氏固定液中浸泡0.5～1 h，固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的乙醇溶液冲洗2～3次。

(4)制作装片：具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同。

(5)观察：先用低倍镜观察，找到视野中染色体形态较好的分裂相，注意视野中有染色体数
目发生改变的细胞，再换高倍镜继续观察。

例题分析
1．如图所示细胞中所含的染色体，下列叙述不正确的是(
)
A ．①代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含4条染色体
B ．②代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含3条染色体
C ．③代表的生物可能是四倍体，其每个染色体组含2条染色体
D ．④代表的生物可能是单倍体，其每个染色体组含4条染色体 2．下图表示培育高品质小麦的几种方法，下列叙述正确的是( ) YYRR×yyrr―→YyRr ⎩⎪⎨⎪⎧
―→y R ――→a
yyRR ――→b
yyRR
――→c YYyyRRrr
A ．图中涉及的育种方法分别是杂交育种、单倍体育种和多倍体育种
B ．a 过程只能用秋水仙素处理
C ．a 、c 过程都需要用秋水仙素处理萌发的种子
D ．要获得yyRR ，b 过程需要进行不断自交来提高纯合率
3．用浓度为2%的秋水仙素处理植物分生组织5～6 h ，能够诱导细胞内染色体加倍。

那么，用一定时间的低温(如4 ℃)处理水培的洋葱根尖(2N ＝16条)时，是否也能诱导细胞内染色体加倍呢？请对这个问题进行实验探究。

(1)针对以上的问题，你作出的假设是_______________________________________________ ________________________________________________。

你提出此假设的依据是___________________________________________________________ ______________________________________________。

(2)低温处理植物材料时，通常需要较长时间才能产生低温效应，根据这个提示将你设计的实验组合以表格的形式列出来。

(3)按照你的设计思路，以_______________________________________________________ ____________________________________________________
作为鉴别低温是否诱导细胞内染色体加倍的依据。

为此你要进行的具体操作是：
第一步：剪取根尖2～3 mm。

第二步：按照__________→__________→__________的操作顺序对根尖进行处理。

第三步：将洋葱根尖制成临时装片，在显微镜下用一个分裂期的细胞观察染色体加倍的动态变化过程。

根据该同学的实验设计回答：
该同学设计的实验步骤有一处明显的错误，请指出错误所在，并加以改正。

___________________________________________________________________。

(4)该实验和秋水仙素处理的共同实验原理是_________________________
_______________________________________________________________。

(5)若在显微镜下观察时，细胞中染色体数可能为_____________________________________ _______________________________________________。

参考答案
一、染色体结构的变异
例题分析
1．【答案】 A
【解析】与甲比，乙缺少了e段，为染色体变异中的缺失；丙多了d段，为染色体变异中的重复；丁的c与e颠倒了180°，为染色体变异中的倒位；戊多了g段，但g段来自甲的非同源染色体，为染色体变异中的易位。

2．【答案】 D
【解析】由图可知，甲表示同源染色体的非姐妹染色单体之间发生的交叉互换，乙表示非同源染色体之间的易位。

前者的变异类型属于基因重组，发生交叉互换后在原来的位置可能会换为原基因的等位基因，可导致丁的形成；后者属于染色体结构变异，由于是与非同源染色体之间发生的交换，因此易位后原位置的基因被换成控制其他性状的基因，可导致戊的形成。

丙属于染色体结构变异中的“重复”。

二、染色体数目变异
例题分析
1．【答案】 B
【解析】因题干中未涉及细胞的发育起点，所以一般说“可能是”几倍体，①～④的染色体组数分别是2、3、4、1，所以其代表的生物依次可能是二倍体、三倍体、四倍体、单倍体，当然①②③代表的生物也可能是单倍体。

2．【答案】 D
【解析】图中涉及的育种方法分别是单倍体育种、杂交育种和多倍体育种，A错误；a过程可用秋水仙素或低温处理诱导染色体加倍，B错误；单倍体yR不结种子，a过程只能处理单倍体幼苗，C错误。

3．【答案】(1)用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖，能够诱导细胞内染色体加倍低温能够影响酶的活性(或纺锤丝的形成、着丝点的分裂)，使细胞不能正常进行有丝分裂(2)如下表：
(
进行取样。

)
(3)在显微镜下观察和比较经过不同处理后根尖细胞内染色体的数目解离漂洗染色细胞已被杀死，在第三步中不能再观察染色体加倍的动态变化
(4)抑制纺锤体的形成，染色体不能被拉向细胞两极，结果使染色体数目加倍
(5)2N＝16,4N＝32,8N＝64(加倍后的细胞有丝分裂后期)
【解析】低温能影响代谢的正常进行，从而诱导细胞不能正常分裂得到染色体加倍的个体。

因此，通过观察在不同温度下染色体加倍的细胞多少就可以确定温度是否能影响细胞分裂从而诱导染色体加倍。

设计实验时需要遵循单因子变量原则、平行重复原则等。