高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 染色体变异学案设计

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 染色体变异学案设计，共16页。学案主要包含了染色体数目的变异，染色体结构的变异等内容，欢迎下载使用。
一、染色体数目的变异
1．染色体变异的概念及种类
(1)概念：生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。
(2)种类：染色体数目的变异和染色体结构的变异。
2．染色体数目变异的类型
(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。
3．染色体组
在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
4．二倍体和多倍体
(1)二倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体。
(2)三倍体、四倍体的形成过程
(3)多倍体
①概念：由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
②特点：常常是茎秆粗壮，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。
③三倍体不育的原因：三倍体的原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，因此不能形成可育的配子。
④人工诱导多倍体的方法
5.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eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(植株长得弱小,高度不育))
(3)应用：单倍体育种。
①方法：eq \x(\a\al(花,药))eq \(――→,\s\up8(离体),\s\d14(培养))eq \x(\a\al(单倍体,幼苗))eq \(――――――――→,\s\up8(人工诱导),\s\d14(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))
②优点：明显缩短育种年限。
二、染色体结构的变异
1．染色体结构变异的类型
2.染色体结构变异的结果
(1)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。
(2)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。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．体细胞中含两个染色体组的个体是二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体。( )
2．人工诱导多倍体最常用、最有效的方法是用秋水仙素处理休眠的种子。( )
3．易位只可以发生在同源染色体之间。( )
4．单倍体缺少生长发育所需的全部遗传信息，植株弱小，种子和果实比较少。( )
5．猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的。( )
6．基因突变、基因重组、染色体变异在光学显微镜下都可以观察到。( )
7．染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化。( )
提示：1．× 由配子发育而来的生物，无论含有几个染色体组，都是单倍体。
2．× 秋水仙素可抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，诱导染色体加倍，但休眠种子细胞不进行细胞分裂。
3．× 易位发生在非同源染色体之间。
4．× 单倍体含有生长发育所需的全部遗传信息，植株弱小，高度不育。
5．√
6．× 基因突变和基因重组在光学显微镜下观察不到。
7．× 染色体片段的重复会导致基因数目增加，基因种类不会变化；染色体片段缺失会导致基因数目减少，还有可能导致基因种类减少。
染色体数目的变异
1．染色体组数的判断方法
(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基因或相同基因)。
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(8条/4种形态)为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方法
(1)如果生物体由受精卵(或合子)发育而成，体细胞中含有几个染色体组，该生物就称为几倍体。
(2)如果生物体是由生殖细胞——卵细胞或花粉直接发育而成，无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。
关于单倍体的三个易错点
(1)单倍体的体细胞中并不一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。
1．关于如图所示细胞的叙述正确的是( )
a b c d
e f g h
A．细胞中含有一个染色体组的是h图
B．细胞中含有两个染色体组的是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
C [一个染色体组中所有染色体的形态、大小各不相同，根据图中各细胞染色体的形态和大小判断：a图中含有三个染色体组，c图中含有两个染色体组，e图中含有四个染色体组，g图中含有一个染色体组。控制相对性状的基因出现几次，就有几个染色体组，据此可判断：b图中含有三个染色体组，d图中含有一个染色体组，f图中含有四个染色体组，h图中含有两个染色体组。]
2．下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，错误的是( )
A．一个染色体组中不含同源染色体
B．由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体
C．含一个染色体组的个体是单倍体，单倍体不一定含一个染色体组
D．由六倍体普通小麦花药离体培养获得的个体就是三倍体
D [由六倍体普通小麦花药离体培养获得的个体为单倍体，D项错误。]
染色体变异在育种中的应用
1．多倍体育种
(1)原理：染色体数目变异。
(2)多倍体育种的过程
正在萌发的种子或幼苗eq \(――――――→,\s\up8(秋水仙素处理))抑制纺锤体形成eq \(――→,\s\up8(导致))染色体不分离eq \(――→,\s\up8(导致))细胞中染色体数目加倍eq \(――――――――→,\s\up8(正常分裂、分化))多倍体植株。
(3)特点
①优点：与二倍体相比，多倍体植株常常是茎秆粗壮，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。
②缺点：多倍体育种适用于植物，在动物方面难以开展，且多倍体植物往往发育迟缓，结实率低。
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育过程
①b过程传粉是为了杂交得到三倍体种子，c过程传粉是为了提供生长素刺激子房发育成果实。
②获取三倍体种子是在第一年四倍体植株上；获取三倍体无子果实则是在第二年的三倍体植株上。
③无子的原因：三倍体西瓜进行减数分裂时，由于同源染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
2．单倍体育种
(1)原理：染色体数目变异。
(2)过程
用高秆抗病(DDTT)和矮秆不抗病(ddtt)小麦品种，培育矮秆抗病小麦的过程，见下图：
其中单倍体育种的核心步骤为①花药离体培养和②秋水仙素处理诱导染色体数目加倍。
(3)特点
①优点：与杂交育种相比，单倍体育种能明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程。
②缺点：技术复杂且需与杂交技术结合使用。
1．中国女科学家屠呦呦获2019年“共和国勋章”，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。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。
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．如图甲乙表示水稻(含12对染色体)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，①～⑥表示培育水稻品种的过程，请据图回答：
(1)①③④⑤育种过程最大的优点是什么？
提示：明显缩短育种的年限。
(2)水稻新品种丁中，一个原始生殖细胞减数分裂产生的Abb雄配子的原因是什么？
提示：减数分裂Ⅱ后期含有b的子染色体移向细胞的同一极。
1．如图表示获得多倍体玉米植株采用的技术流程。下列有关说法错误的是( )
A．可用秋水仙素或低温诱导处理萌发的种子
B．可用显微镜观察根尖细胞染色体数目的方法鉴定多倍体
C．得到的多倍体植株一般具有茎秆粗壮、果穗大等优点
D．将得到的多倍体植株进行花药离体培养又可得到二倍体植株
D [用秋水仙素或低温诱导处理萌发的种子，抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成，使细胞中的染色体数目加倍，A正确；染色体数目变异在光学显微镜下可见，故可用显微镜观察根尖细胞染色体数目的方法鉴定多倍体，B正确；与二倍体植株相比，多倍体植株常常表现为茎秆粗壮，叶片、果实和种子比较大，C正确；将得到的多倍体植株进行花药离体培养得到的植株是单倍体，D错误。]
2．下图表示某种二倍体农作物不同的育种方法，据图判断不正确的是 ( )
A．通过①③④⑤途径培育新品种的过程为单倍体育种
B．D植株的后代可能发生性状分离
C．⑤过程中也可用秋水仙素处理E的种子获得F植株
D．④过程体现了植物细胞的全能性
C [④为花药离体培养获得单倍体植株，⑤可为用秋水仙素处理幼苗，所以通过①③④⑤途径培育新品种的过程为单倍体育种，A项正确；D植株为杂合子自交后代，其可能为杂合子，所以自交后代可能发生性状分离，B项正确；通过④花药离体培养获得的是单倍体，高度不育，不能产生种子，C项错误；④过程为花药离体培养，获得单倍体植株，体现了植物细胞的全能性，D项正确。]
染色体结构的变异
1．染色体缺失、重复与基因突变的区别
2.染色体易位与交换的区别
1．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)
提示：1/2×1/2＝1/4。
2．如图表示某种生物的部分染色体发生了两种变异的示意图，图中①和②、③和④互为同源染色体，这两种变异分别属于哪一种可遗传变异？
图a
图b
提示：图a发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，属于基因重组；图b发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异。
1．下图中，甲、乙分别表示两种果蝇的一个染色体组，丙表示果蝇的X染色体及其携带的部分基因。下列有关叙述正确的是 ( )
甲 乙
丙
A．甲、乙两种果蝇杂交产生的F1减数分裂都正常
B．甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同
C．丙中①过程，可能是发生在X和Y染色体的非姐妹染色单体之间的易位
D．丙中①②所示变异都可归类于染色体结构变异
D [与甲相比，乙中的1号染色体发生了倒位，所以甲、乙两种果蝇杂交产生的F1减数分裂过程中1号染色体不能正常联会，不能产生正常配子，A项错误；因为乙中的1号染色体发生了倒位，所以甲、乙的1号染色体上的基因排列顺序不完全相同，B项错误；丙中①过程基因的位置发生颠倒，属于倒位，②过程染色体片段发生改变，①②都属于染色体结构变异，C项错误，D项正确。]
2．如图中甲、乙两个体的一对同源染色体中各有一条发生变异(字母表示基因)。下列叙述正确的是( )
甲 乙
A．个体甲的变异对表型无影响
B．个体乙的细胞在减数分裂的形成的四分体异常
C．个体甲自交的后代，性状分离比为3∶1
D．个体乙染色体没有基因缺失，表型无异常
B [个体甲的变异为染色体结构变异中的缺失，缺失了e基因对表型可能有影响，A选项错误；个体乙的变异为染色体结构变异中的倒位，变异后个体乙的细胞在减数分裂时同源染色体联会形成的四分体异常，B选项正确；若E、e基因与其他基因共同控制某种性状，则个体甲自交的后代中性状分离比不一定为3∶1，C选项错误；个体乙虽然染色体没有基因缺失，但是基因的排列顺序发生改变，可能引起性状的改变，D选项错误。]
“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
石刁柏(幼茎俗称芦笋)是一种名贵蔬菜，为XY型性别决定的雌雄异株植物。野生型石刁柏叶片窄、产量低，在野生种群中，发现生长着少数几株阔叶石刁柏(突变型)，雌株、雄株均有，且雄株产量高于雌株。
通过对几种常见育种方式的综合分析和比较，应选择的合理方案为无性繁殖及单倍体育种，从而提高经济效益。建构遗传图解可体现亲子代之间的内在联系。
1．突变型的阔叶石刁柏，其雄株的产量超过雌株，请你从提高经济效益的角度考虑，提出两种科学合理的育种方案。(科学探究)
提示：方案一：利用植物组织培养技术进行无性生殖；方案二：利用单倍体育种方法得到XX和YY植株，再让其杂交产生大量植株。
2．写出方案二的遗传图解。(科学思维)
提示：
花粉eq \(――――――→,\s\up8(花药离体培养))eq \b\lc\(\rc\}(\a\vs4\al\c1(含X单倍体植株\(――――→,\s\up8(秋水仙素))XX植株,含Y单倍体植株\(――――→,\s\up8(秋水仙素))YY植株))eq \(――→,\s\up8(杂交))大量的XY植株
3．有人认为阔叶突变型株是具有杂种优势或具有多倍体特点的缘故。请设计一个简单实验来鉴定突变型的出现是否是染色体加倍所致？(科学探究)
提示：取根尖分生区制成装片，显微镜观察有丝分裂中期细胞内染色体数目。若观察到染色体数目加倍，则属于染色体加倍所致；否则不是。
[课堂小结]
1．下列关于染色体组的叙述，错误的是 ( )
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
C [人是二倍体生物，体细胞中含有两个染色体组，46条染色体，所以一个染色体组中含有23条染色体，A、B正确；四倍体的单倍体的体细胞中含有两个染色体组，六倍体的单倍体中含有三个染色体组，所以C错误，D正确。]
2．《科学》杂志曾报道过“人的卵细胞可发育成囊胚”，有人据此推测，随着科学的发展，将来有可能培育出单倍体人。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而成的个体一定是单倍体
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
A [凡是由配子发育而成的个体，均称为单倍体，A正确；含有两个染色体组的生物体，如果是由配子发育而来，则为单倍体，如果是由受精卵发育而来，则为二倍体，B错误；生物的精子或卵细胞只是细胞，而单倍体是个体，由生物的精子或卵细胞直接发育成的个体一定都是单倍体，C错误；三倍体生物体细胞中含有3个染色体组，但不是单倍体，D错误。]
3．在观察细胞减数分裂过程中发现一个细胞中染色体的配对出现如甲图所示的“环”状结构，另一个细胞中出现如乙图所示的“环”状结构，且相应细胞中都只有一对染色体出现这样的异常配对情况。下列相关叙述，正确的是( )
甲 乙
A．甲图和乙图所示的变异都发生在减数分裂Ⅰ后期
B．甲图出现的原因是染色体①发生了重复
C．乙图出现的原因是染色体③或④发生了倒位
D．发生乙图所示变异的细胞形成的子细胞中都有异常染色体
C [甲图和乙图所示的变异都发生在减数分裂Ⅰ前期同源染色体配对之前，A错误；甲图出现的原因可能是染色体①发生了重复或染色体②发生了缺失，B错误；乙图出现的原因是染色体③或④发生了倒位，C正确；发生乙图所示变异的细胞形成的子细胞中有一半存在异常染色体，D错误。]
4．下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述，错误的是( )
A．选材应选能进行有丝分裂的植物分生区细胞，否则不会出现染色体加倍
B．将根尖放入卡诺氏液中浸泡的目的是固定细胞形态，便于后期进行观察
C．使用酒精和盐酸混合液的目的是解离根尖细胞，使细胞相互分离开来
D．若实验操作正确，显微镜下可观察到大多数细胞的染色体数目发生改变
D [显微镜下可看到大多数细胞的染色体数目未发生改变，因为大多数细胞处于有丝分裂的间期，只有有丝分裂后期和末期细胞中染色体数目发生改变，D错误。]
5．已知西瓜的染色体数目为2n＝22，请根据下面的西瓜育种流程回答有关问题。
(1)图中①过程所用的试剂是____________。
(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)从二倍体到四倍体，染色体数目加倍，最常用的试剂为秋水仙素，因为其能抑制纺锤体的形成，诱导染色体数目加倍。(2)无子西瓜A是三倍体，其培育过程应为多倍体育种。(3)题中要求得到单倍体植株，所以可用花药离体培养的方法，该方法利用了植物细胞的全能性。(4)有丝分裂中期染色体数目最清晰，是计数染色体的最佳时期。
[答案] (1)秋水仙素 (2)多倍体育种 (3)花药离体培养 全能 (4)有丝分裂中期
课标内容要求
核心素养对接
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改变甚至死亡。
1．生命观念：根据结构和功能观说出染色体结构变异种类及影响。
2．科学思维：通过比较、归纳与概括掌握染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的区别，提升归纳总结的能力。通过分类与比较，明确单倍体育种和多倍体育种的流程。
3．科学探究：通过“低温诱导植物染色体数目的变化”实验，提高实验操作能力。
方法
用秋水仙素诱发或用低温处理
处理对象
萌发的种子或幼苗
原理
能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使细胞内染色体数目加倍
实例
含糖量高的甜菜和三倍体无子西瓜的培育
图解
变化
名称
举例
染色体b片段缺失
缺失
果蝇缺刻翅的形成
染色体b片段增加
重复
果蝇棒状眼的形成
染色体的某一片段(kl或def)移接到另一条非同源染色体上
易位
果蝇花斑眼的形成
同一条染色体上某一片段(bc与de)位置颠倒
倒位
果蝇卷翅的形成
项目
基因突变
染色体缺失、重复
实质
碱基对的替换、增添或缺失
染色体上基因的缺失或重复
对象
碱基对
基因
结果
碱基对的数目或排列顺序改变
基因数目或排列顺序改变
是否
可见
分子水平、光学显微镜下观察不到
光学显微镜下可观察到
项目
染色体易位
交换
图解
区别
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
可在显微镜下观察到
在显微镜下观察不到
可发生于有丝分裂和减数分裂过程中
只发生于减数第一次分裂的四分体时期
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核 心 语 句 背 诵
1.二倍体生物正常配子中的一组染色体是一个染色体组。
2.由受精卵发育而来的个体，体细胞中含几个染色体组，就是几倍体。
3.单倍体并不一定只含一个染色体组。单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等阶段，能明显缩短育种年限。
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。
5.染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位等几种类型。
6.染色体结构变异可改变染色体上的基因的数目或排列顺序，可在显微镜下观察到。