浙科版 (2019)必修2《遗传与进化》第四章 生物的变异第三节 染色体畸变可能引起性状改变学案

第三节　染色体畸变可能引起性状改变

一、染色体畸变

1．概念

染色体畸变是指生物细胞中染色体在数目和结构上发生的变化，也称为染色体变异。

2．形成原因

每种生物的染色体数目与结构是相对恒定的，但在自然条件或人工因素的影响下，染色体可能发生数目与结构的变化，从而导致生物的变异。

3．分类

染色体畸变包括染色体数目变异和染色体结构变异。

4．与基因突变的区别

基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变，这种改变在光学显微镜下是无法直接观察到的。而染色体畸变是可以用显微镜直接观察到的。

二、染色体结构变异可能导致生物性状的改变

1．概念

染色体结构变异是指染色体发生断裂后，在断裂处发生错误连接而导致染色体结构不正常的变异。

2．类型

根据染色体断裂后片段连接的方式，染色体的结构变异分为如下4种类型：

(1)缺失：染色体片段的丢失，引起片段上所带基因也随之丢失的现象。

(2)重复：染色体上增加了某个相同片段的现象。

(3)倒位：一个染色体上的某个片段的正常排列顺序发生180°颠倒的现象。

(4)易位：染色体的某一片段移接到另一非同源染色体上的现象。

3．遗传效应

染色体结构的变异，使位于染色体上的基因的数目和排列顺序也发生改变。大多数的染色体结构变异对生物体是不利的，甚至会导致生物体的死亡。

4．诱发染色体结构变异的因素

经研究表明，凡是能诱发基因突变的因素，都可能引起染色体结构变异。

三、染色体数目变异能导致生物性状的改变

1．染色体数目变异的概念、类型

(1)概念

染色体数目变异是指生物细胞中染色体数目的增加或减少。

(2)类型

可分为：①整倍体变异，体细胞中的染色体数目是以染色体组的形式成倍增加或减少的。②非整倍体变异，体细胞中个别染色体的增加或减少。

2．染色体组

(1)概念

一般将二倍体生物的一个配子中的全部染色体称为染色体组。

(2)特点

①包含了该种生物的一整套遗传物质；②染色体的形态结构、功能各不相同；③互相协调、共同控制生物正常的生命活动。

3．二倍体、多倍体、单倍体

(1)二倍体

①概念　由体细胞发育而来，具有两个染色体组的个体称为二倍体。

②类型　在自然界中，绝大多数的动物和半数以上的高等植物都是二倍体。在常见的植物中，如水稻、玉米就是二倍体。哺乳类(包括人类)也属二倍体。

(2)多倍体

①概念　通常把体细胞中所含染色体组数超过两个的生物称为多倍体。

②类型　多倍体普遍存在于植物界，已知被子植物中有1/3或更多的物种是多倍体植物。

③产生　多倍体常是二倍体祖先经过染色体数加倍或种间杂交产生的。

(3)单倍体

①概念　由配子不经受精，直接发育而来，其体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体称为单倍体。

②类型　昆虫中的雄蜂、雄蚁等就是正常的单倍体生物，它们是由未受精的卵发育而成。相对于动物，植物的单倍体较为多见。

4．非整倍体变异

(1)遗传效应　体细胞中个别染色体的增加或减少，也会引起生物性状的改变。

(2)产生原因　个别染色体的增加或减少往往是减数分裂过程中染色体的不正常分离引发的。

四、染色体变异可应用于单倍体育种和多倍体育种

1．单倍体育种

(1)单倍体的植株特点

单倍体的植株小而弱，而且高度不育。

(2)单倍体育种的概念

利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法称为单倍体育种。

(3)单倍体育种的主要特点

第一，缩短育种年限。第二，能排除显隐性干扰，提高效率。

(4)单倍体育种程序包括：①用杂交方法获得杂种F1。②将F1的花药放在人工培养基上进行离体培养，花粉细胞经多次分裂形成愈伤组织，诱导愈伤组织分化成幼苗。③用秋水仙素处理幼苗，染色体加倍后成为可育的纯合植株。

2．多倍体育种

(1)多倍体的植株特点

多倍体主要存在于植物界。多倍体的细胞通常比二倍体的细胞大，细胞内有机物的含量高、抗逆性强，在生产上具有很高的经济价值。

(2)人工诱导培育多倍体

人们利用物理、化学因素来诱导多倍体的产生，目前效果较好的方法是用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗等，使它们的染色体加倍。因为秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，因此染色体虽已复制，但不能分离，最终导致染色体数目加倍。

(3)三倍体西瓜——无籽西瓜的培育

一般西瓜是二倍体，在二倍体西瓜的苗期用秋水仙素处理，使染色体加倍，得到四倍体西瓜。将四倍体作为母本，二倍体作为父本，杂交后在四倍体的植株上可结出三倍体的种子。种子种下后长成三倍体植株，但它高度不育，采用与二倍体西瓜间作栽培的方法，在开花时将二倍体的花粉传到三倍体植株的雌花上，可以刺激子房发育成无籽西瓜。

五、生物变异的分类

生物的变异可分为不遗传的变异和可遗传的变异。引起生物变异的原因主要有三种：一是环境条件的改变引起的，不涉及遗传物质的变化，其变异只限当代的表型改变，属不遗传变异。二是在强烈的物理、化学因素影响下发生的基因突变和染色体畸变。三是有性生殖过程中形成配子时，由于非同源染色体的自由组合和同源染色体的非姐妹染色单体间的片段交换而引起的基因重组。后两种变异属可遗传的变异，只有这两种变异的产物才能成为生物进化和培育新品种的材料。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．染色体之间发生的片段交换属于染色体结构变异。 (　　)

提示：×　发生在非同源染色体之间的片段交换属于染色体结构变异。

2．果蝇的复眼由正常的椭圆形变成条形的“棒眼”，属于染色体缺失。

  (　　)

提示：×　属于果蝇X染色体上某个片段发生重复。

3．X射线可引起基因突变，也可引起染色体变异。 (　　)

提示：√　

4．果蝇的一个染色体组含有体细胞中8条染色体中的任意4条。 (　　)

提示：×　果蝇的体细胞中有8条染色体，包含两个染色体组，每组染色体含有每对染色体中的一条染色体，其中3条为常染色体、1条为性染色体。

5．利用单倍体育种则可缩短为2年。 (　　)

提示：√　

　染色体结构的变异

1．染色体结构的变异

2．染色体易位与交叉互换的比较

合作探究：据图分析相关变异的原因及类型

甲　　　　　乙　　　　　　　丙

(1)图甲、图乙均发生了某些片段的交换，其交换对象分别是什么？它们属于何类变异？

提示：图甲发生了非同源染色体间片段的交换，图乙发生了同源染色体非姐妹染色单体间相应片段的交换，前者属染色体结构变异中的“易位”，后者则属于交叉互换型基因重组。

(2)图丙①～④的结果中哪些是由染色体变异引起的？它们分别属于何类变异？能在光学显微镜下观察到的是________。

提示：与图中两条染色体上的基因相比推知：①为染色体片段缺失，②为染色体片段的易位，③为基因突变，④为染色体中片段倒位。①②④均为染色体变异，可在光学显微镜下观察到，③为基因突变，不能在显微镜下观察到。

(3)图丙①～④中哪类变异没有改变染色体上基因的数量和排列顺序？

提示：图丙①～④中③的基因突变只是产生了新基因，即改变基因的质，并未改变基因的量，故染色体上基因的数量和排列顺序均未发生改变。

1．杂合体雌果蝇在形成配子时，同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换，导致新的配子类型出现，其原因是在配子形成过程中发生了(　　)

A．基因重组　 B．染色体重复

C．染色体易位     D．染色体倒位

A　[在减数分裂过程中，同源染色体上的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换导致基因重组；在减数分裂Ⅰ后期，非同源染色体的自由组合也能导致基因重组。染色体重复、染色体易位、染色体倒位属于染色体变异。]

2．导致遗传物质变化的原因有很多，下图字母代表不同基因，其中变异类型①和②依次是(　　)

A．突变和倒位      B．重组和倒位

C．重组和易位     D．易位和倒位

D　[染色体的结构变异包括缺失、重复、易位和倒位，①a、b基因的位置出现新的j基因，则只能为易位(染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上)；②染色体臂上的c基因和d、e基因发生了倒位(染色体中某一片段位置颠倒)，D正确。]

　染色体数目的变异

1．三种方法确定染色体组数量

(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＝，如图中有4个染色体组。

2．单体体、二倍体和多倍体的比较

3．单倍体育种与多倍体育种的比较

合作探究：下图中丁是某二倍体生物体细胞染色体模式图，戊、己、庚是发生变异后的不同个体的体细胞中的染色体组成模式图，据图回答：

丁　　　戊　　　己　　　　庚

(1)若果蝇的某细胞在减数第一次分裂后期X染色体和Y染色体没有分离，最终形成的精子中含有的是不是一个染色体组？为什么？

提示：不是，因为X染色体和Y染色体是同源染色体，一个染色体组中的染色体都是非同源染色体。

(2)上图中戊所示个体减数分裂产生的配子种类及比例如何？图己所示个体在减数分裂联会时，3条同源染色体中的任意2条配对联会，另1条同源染色体不能配对，减数第一次分裂的后期配对的同源染色体正常分离，而不能配对的1条染色体随机移向细胞的任意一极，则其减数分裂时可产生的配子种类和比例如何？

提示：b∶B∶ab∶aB＝1∶1∶1∶1；aB∶ab∶AB∶Ab∶AaB∶Aab∶AAB∶AAb＝1∶1∶2∶2∶2∶2∶1∶1。

(3)读上图辨析“三体”等于“三倍体”吗？

提示：三体是二倍体(含两个染色体组)，只是其中某形态的染色体“多出了一条”，其余染色体均为两两相同(如上图己)；三倍体则是指由受精卵发育而来的体细胞中含三个染色体组的个体，其每种形态的染色体为“三三相同”(如图庚)。

1．如图所示细胞中所含的染色体，下列有关叙述正确的是(　　)

a　　　　b　　　c　　 　d

A．图a含有2个染色体组，图b含有3个染色体组

B．如果图b表示体细胞，则图b代表的生物一定是三倍体

C．如果图c代表由受精卵发育成的生物的体细胞，则该生物一定是二倍体

D．图d代表的生物一定是由卵细胞发育而成的，是单倍体

C　[图a为有丝分裂后期，含有4个染色体组；图b有同源染色体，含有3个染色体组，如果图b生物是由配子发育而成的，则图b代表的生物是单倍体，如果图b生物是由受精卵发育而成的，则图b代表的生物是三倍体，A、B错误；图c中有同源染色体，含有2个染色体组，若是由受精卵发育而成的，则该细胞所代表的生物一定是二倍体，C正确；图d中只含1个染色体组，一定是单倍体，可能是由雄性配子或雌性配子发育而成的，D错误。]

2．下列关于单倍体、二倍体及染色体组的表述，正确的是(　　)

A．单倍体生物的体细胞内都无同源染色体

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．用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的芽尖后，芽尖的细胞中都含有4个染色体组

C　[单倍体是体细胞中含本物种配子染色体数的个体，二倍体生物的单倍体只含一个染色体组，而多倍体生物的单倍体则可以含多个染色体组，存在同源染色体，A错误；21­三体综合征患者的体细胞中21号染色体有三条，两个染色体组，B错误；人的初级卵母细胞中的基因已经复制，如果发生基因突变或交叉互换，则在一个染色体组中可能存在等位基因，C正确；多倍体通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体加倍，但不一定均加倍，另外含有4个染色体组的细胞处于有丝分裂后期时则含有8个染色体组，D错误。]

3．豌豆种群中偶尔会出现一种三体植株(多1条2号染色体)，减数分裂时2号染色体的任意两条移向细胞一极，剩下一条移向另一极。下列关于某三体植株(基因型AAa)的叙述，正确的是(　　)

A．该植株与人类猫叫综合征都属于染色体数目变异

B．该植株正常体细胞中含3个染色体组

C．三体豌豆植株能产生四种配子，比例为1∶1∶1∶1

D．三体豌豆植株自交，子代中出现隐性性状个体的概率为1/36

D　[该植株变异类型属于染色体数目变异，而人类猫叫综合征属于染色体结构变异，A错误；该植株正常体细胞中含2个染色体组，B错误；基因型为AAa的三体豌豆植株产生的配子的类型及比例为AA∶a∶Aa∶A＝1∶1∶2∶2，C错误；三体豌豆植株自交，子代中出现隐性性状个体(aa)的概率为1/6×1/6＝1/36，D正确。]

[课堂小结]

1．果蝇X染色体上某个片段比正常果蝇多出现了一次，其复眼由椭圆形变成条形。这属于染色体结构变异中的(　　)

A．缺失　　　B．重复　　　C．倒位　　　D．易位

B　[果蝇X染色体上某个片段比正常果蝇多出现了一次，其复眼由椭圆形变成条形，这属于染色体变异的重复。]

2．基因结构改变和染色体变异的共同点是(　　)

A．在光学显微镜下都不可检测

B．染色体变异是定向的，基因结构改变是不定向的

C．基因和染色体的结构改变都是可以遗传的变异

D．染色体变异不涉及碱基数目的改变

C　[基因结构改变在光学显微镜下不可检测，染色体变异在光学显微镜下可检测，A错误；染色体变异和基因结构改变都是不定向的，B错误；基因和染色体的结构改变都是可以遗传的，C正确；染色体变异也会涉及碱基数目的改变，D错误。]

3．如图是雄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2号染色体上

D．雄果蝇由受精卵发育而成，属于二倍体

D　[题图中1和2、3和4、5和6、7和8各属于一对同源染色体，所以染色体1、3、5、7(或2、4、6、8)组成果蝇的一个染色体组，A错误；染色体3和6属于非同源染色体，它们之间的交换属于染色体结构变异中的易位，B错误；控制果蝇红眼或白眼的基因位于X染色体上，题图中的1号染色体是X染色体(2号是Y染色体)，C错误；二倍体是指由受精卵发育而来，体细胞中含有2个染色体组的生物，果蝇是二倍体生物，D正确。]

4．某二倍体生物的一个染色体组含有8条染色体，下列相关说法中不正确的是(　　)

A．此生物产生的生殖细胞中有8条染色体

B．此生物体细胞内一般有8种形态的染色体

C．这8条染色体在减数分裂中能构成4对同源染色体

D．这8条染色体包含该生物生长发育所需的全部遗传信息

C　[二倍体生物的体细胞中有2个染色体组，产生的生殖细胞中一般有1个染色体组，即8条染色体。一般来说，一个染色体组中的每一条染色体都是独特的，为一组非同源染色体，在一个染色体组中，同源染色体的对数为0。一个染色体组包含了生物体生长发育所需的全部遗传信息。]

5．分析下列图形中各细胞内染色体组成情况，并回答相关问题：

A　　　　B　　 　C　　　　D

(1)一般情况下，一定属于单倍体生物体细胞染色体组成的是图________。

(2)图C中含________个染色体组，每个染色体组含________条染色体，由C细胞组成的生物体可育吗？如何处理才能使其产生有性生殖的后代？__________________________________。

(3)对于进行有性生殖的生物而言，在________________时，由图B细胞组成的生物体是二倍体；在_____________时，由图B细胞组成的生物体是单倍体。

(4)假如由图A细胞组成的生物体是单倍体，则其正常物种体细胞内含有________个染色体组。

解析：(1)单倍体是体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，与含有几个染色体组没有必然联系，但是只含有一个染色体组的必然是单倍体，所以一定属于单倍体的是图D。(2)图C中含有3个染色体组，每个染色体组含有3条染色体，由于减数分裂时染色体联会紊乱，几乎不能形成正常的配子，故该生物体不可育，可以用秋水仙素处理其幼苗，使染色体数目加倍，使其产生有性生殖的后代。(3)图B细胞含有2个染色体组，如果由受精卵发育而来，是二倍体，如果由未受精的生殖细胞直接发育而来，是单倍体。(4)假如由图A细胞组成的生物体细胞内含有4个染色体组，是单倍体，正常物种是经受精产生的，体细胞内含有8个染色体组。

答案：(1)D　(2)3　3　不可育。用秋水仙素处理其幼苗，诱导其发生染色体数目加倍　(3)该个体由受精卵发育而来　该个体由未受精的生殖细胞直接发育而来　(4)8