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21 2022年高考生物一轮复习（新高考版2(鲁辽)适用） 第7单元 第21讲 染色体变异与应用
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第21讲 染色体变异与应用
[目标要求] 1.简述染色体结构变异和数目变异。2.举例说明生物变异在生产实践中的应用。3.活动：低温诱导植物细胞染色体数目的变化。
考点一 染色体变异
1.染色体数目的变异
(1)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。
(2)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。
(3)单倍体、二倍体和多倍体
项目
单倍体
二倍体
多倍体
概念
体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体
体细胞中含有两个染色体组的个体
体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
发育起点
配子
受精卵(通常是)
受精卵(通常是)
植株特点
①植株弱小；
②高度不育
正常可育
①茎秆粗壮；
②叶片、果实和种子较大；
③营养物质含量都有所增加
体细胞染色体组数
≥1
2
≥3
三倍体和四倍体形成过程
形成原因
自然
原因
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
教材中的隐性知识 源于P88“相关信息”
(1)被子植物中，约有33%的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等都是多倍体。
(2)秋水仙素(C22H25O6N)是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取出来的一种植物碱。它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
2.低温诱导植物染色体数目的变化
(1)实验原理：低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目加倍。
(2)实验步骤
(3)实验现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
教材中的隐性知识 源于必修2 P89“探究·实践”：秋水仙素和低温诱导染色体数目加倍的原理有什么相似之处？
提示 两者诱导染色体数目加倍的原理相同，都是抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起染色体数目加倍。
3.染色体结构变异
(1)类型
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(d、g)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(a、b)位置颠倒
倒位
果蝇卷翅的形成
(2)结果：染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。
(3)对生物体的影响：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。
(1)DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异( × )
(2)染色体易位或倒位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响( × )
(3)体细胞中含有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( × )
(4)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体( × )
(5)单倍体含有的染色体组数都是奇数( × )
源于必修2 P91练习与应用·拓展应用
(1)三倍体无子西瓜培育时将一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体西瓜的芽尖的原因是西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，从而形成四倍体西瓜植株。
(2)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。
1.染色体组数目的判定
(1)根据染色体形态判定：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
(2)根据基因型判定：在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因(包括同一字母的大、小写)出现几次，则含有几个染色体组。
2.低温诱导植物染色体数目变化实验中的试剂及其作用
3.三种可遗传变异的辨析
(1)染色体结构变异与基因突变的区别
(2)易位与互换的区别
项目
易位
互换
图解
区别
位置
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
原理
染色体结构变异
基因重组
观察
可在显微镜下观察到
在光学显微镜下观察不到
提醒 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。
考向一 染色体组及生物体倍性的判断
1.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中都没有同源染色体
B.唐氏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
答案 C
解析 同源四倍体的单倍体中含有两个染色体组，有同源染色体，A错误；唐氏综合征患者的第21号染色体为三条，并不是三倍体，B错误；人的初级卵母细胞中的一个染色体组中由于在复制时可能出现基因突变或在减数分裂Ⅰ前期发生基因重组，从而出现等位基因，C正确；多倍体的获得通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体数目加倍，用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的芽尖后，芽尖细胞中染色体数目不一定都加倍，D错误。
2.下图是细胞中所含染色体，下列相关叙述错误的是( )
A.甲代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含有一条染色体
B.乙代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含有三条染色体
C.丙代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含有三条染色体
D.丁代表的生物可能是单倍体，其一个染色体组含有四条染色体
答案 B
解析 甲细胞中有两个染色体组，每个染色体组中有一条染色体，代表的生物若是由受精卵发育形成的则为二倍体，若是由未受精的配子发育形成的则为单倍体，A正确；乙细胞中含有三个染色体组，每个染色体组含有两条染色体，代表生物若是由受精卵发育形成的则为三倍体，若是由未受精的配子发育形成的则为单倍体，B错误；丙细胞中含有两个染色体组，每个染色体组含三条染色体，代表的生物可能是二倍体，也可能是单倍体，C正确；丁细胞中四条染色体大小形态各不相同，属于一个染色体组，该细胞若是体细胞，则代表的生物为单倍体，D正确。
考向二 低温诱导植物染色体数目的变化
3.下列有关“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验条件和试剂使用的叙述中，不正确的一组是( )
①低温：与“多倍体育种”中“秋水仙素”的作用机理相同
②酒精：与在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”中的使用方法相同
③卡诺氏液：与“探究酵母菌细胞呼吸的方式”中NaOH溶液的作用相同
④甲紫溶液：与“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”中“醋酸洋红液”的使用目的相同
A.①② B.①④
C.②③ D.③④
答案 C
解析 低温和秋水仙素都可抑制纺锤体的形成，①正确；检测生物组织中的脂肪的实验中酒精的作用是洗去浮色，在低温诱导染色体数目变化的实验中，使用酒精的目的是冲洗残留的卡诺氏液及酒精与盐酸混合用于解离根尖细胞，②错误；卡诺氏液用于固定细胞的形态，在探究酵母菌细胞呼吸方式实验中，NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2，③错误；甲紫溶液和醋酸洋红液的使用目的都是将染色体着色，④正确。故选C。
4.用质量分数为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数目加倍。某生物小组为了探究用一定时间的低温(如4 ℃)处理水培的洋葱根尖是否也能诱导细胞内染色体数目加倍进行了相关实验设计。下列关于该实验的叙述中，正确的是(不定项)( )
A.本实验的假设是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数目加倍
B.本实验可以在显微镜下观察和比较经过不同处理后根尖细胞内的染色体数目
C.本实验需要制作根尖细胞的临时装片，制作步骤是解离→漂洗→染色→制片
D.本实验可以看到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程
答案 ABC
解析 由于在装片制作过程中已经将细胞杀死，所以用显微镜观察时看不到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程，故D错误。
考向三 辨析三种可遗传变异
5.下列有关生物变异的说法，正确的是( )
A.某生物体内某条染色体上多了几个或少了几个基因，这种变化属于染色体数目的变异
B.黄圆豌豆×绿皱豌豆→绿圆豌豆，这种变异来源于基因突变
C.DNA分子中碱基的增添、缺失或替换不一定都是基因突变
D.亲代与子代之间，子代与子代之间出现了各种差异，是因为受精过程中进行了基因重组
答案 C
解析 某生物体内某条染色体上多了几个或少了几个基因，这种变化属于染色体结构的变异，A错误；黄圆豌豆×绿皱豌豆→绿圆豌豆，这属于杂交育种，而杂交育种的原理是基因重组，B错误；DNA分子中碱基的增添、缺失或替换不一定都是基因突变，如突变发生在没有遗传效应的DNA片段(基因以外的非编码序列)中，没有引起基因结构的改变，则不属于基因突变，C正确；亲代与子代之间，子代与子代之间出现了各种差异，是在产生配子的减数分裂过程中发生了基因重组，D错误。
6.如图①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。下列有关说法不正确的是(不定项)( )
A.图①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期
B.图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失
C.图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复
D.图中4种变异能够遗传的是①③
答案 ABD
解析 图①表示同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换，发生在减数分裂的四分体时期，图②表示易位，A错误；图③中的变异属于基因突变中的碱基的缺失，B错误；图④中，若染色体3正常，染色体4则发生染色体结构变异中的缺失，若染色体4正常，染色体3则发生染色体结构变异中的重复，C正确；图中4种变异都是遗传物质的改变，都能够遗传，D错误。
归纳总结 利用三个“关于”区分三种变异
(1)关于“互换”：同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换，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“缺失或增加”：DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加)，属于染色体结构变异；DNA分子上若干碱基的缺失或增添(增加)，属于基因突变。
(3)关于变异的水平：基因突变、基因重组属于分子水平的变异，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变异，在光学显微镜下可以观察到。
考点二 生物变异在育种上的应用
1.单倍体育种
(1)原理：染色体(数目)变异。
(2)过程
(3)优点：明显缩短育种年限。
(4)缺点：技术复杂。
2.多倍体育种
(1)方法：用秋水仙素或低温处理。
(2)处理材料：萌发的种子或幼苗。
(3)原理：染色体(数目)变异。
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育
①两次传粉
②用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数不变。
③三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
3.杂交育种
(1)原理：基因重组。
(2)过程
①培育杂合子品种
选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。
②培育隐性纯合子品种
选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。
③培育显性纯合子品种
a.植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，连续自交至不发生性状分离为止。
b.动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。
(3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。
(4)缺点：获得新品种的周期长。
4.诱变育种
(1)原理：基因突变。
(2)过程
(3)优点
①可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
②大幅度地改良某些性状。
(4)缺点：有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。
(1)抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组可获得抗虫矮秆小麦( √ )
(2)通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种( × )
(3)单倍体育种中，通过花药离体培养所得的植株均为纯合的二倍体( × )
(4)诱变育种可通过改变基因的结构达到育种目的( √ )
(5)用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉，则四倍体植株上会结出三倍体无子西瓜( × )
当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，就可能发育成多倍体植株。
考向一 分析单倍体育种与多倍体育种的应用
7.下图为某二倍体植物单倍体育种过程，下列叙述正确的是( )
A.①中发生了染色体数目变异
B.②一般采用花药离体培养的方法
C.③中秋水仙素抑制着丝粒分裂
D.④中选到的植株中为纯合子
答案 B
解析 ①为杂交过程，产生的子代染色体数目没有改变，A错误；②为花药离体培养过程，可获得单倍体植株，B正确；③中秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，但是不抑制着丝粒的分裂，C错误；④过程产生比例相等的4种纯合子，D错误。
8.某二倍体植株的体细胞中染色体数为24，基因型为AaBb，这两对基因遵循自由组合定律。请据图完成下列问题：
(1)图中A所示的细胞分裂方式是______________。
(2)产生的花粉基因型有________种，由花粉发育成的单倍体有哪几种基因型？________。
(3)若C处是指用秋水仙素处理，则个体①的体细胞中含有染色体______条，它是纯合子还是杂合子？________。
(4)若该植物进行自花传粉，在形成的以个体②组成的群体中可能有几种基因型？_______。
(5)若A表示水稻的高秆基因，a表示水稻的矮秆基因；B表示水稻的抗病基因，b表示水稻的不抗病基因，这两对基因的遗传遵循自由组合定律。那么该水稻自花传粉的后代中，矮秆抗病的个体所占比例是________。若要获得稳定遗传的矮秆抗病水稻，应让矮秆抗病的水稻进行自交，在自交的后代中纯种的矮秆抗病水稻所占比例为________。
(6)若要尽快获得纯种的矮秆抗病水稻，则应采用图中____________(填字母)过程进行育种，这种育种方法称为__________________。
答案 (1)减数分裂 (2)4 AB、Ab、aB、ab (3)24 纯合子 (4)9种 (5) (6)A、B、C 单倍体育种
解析 (1)(2)植物产生花粉或卵细胞要经过减数分裂，由于该植株基因型为AaBb，所以能产生4种基因型花粉，将花粉经花药离体培养产生的单倍体也应该有4种基因型：AB、Ab、aB、ab。(3)(4)花粉中染色体数是体细胞的一半，即12条，经秋水仙素处理后的纯合子染色体数应该为24条，基因型为AaBb的个体自交，后代应该有9种基因型。(5)该水稻自花传粉的后代中矮秆抗病的个体基因型有两种：aaBB和aaBb，在后代中所占的比例是(aaBB)＋(aaBb)＝。当矮秆抗病的水稻进行自交，即aaBB、aaBb分别自交，自交后代中纯种矮秆抗病比例为＋×＝。
考向二 生物育种的综合判断
9.诱变育种、杂交育种、单倍体育种、多倍体育种都是传统的育种技术，转基因技术是育种的新技术。下列叙述正确的是(不定项)( )
A.杂交育种和单倍体育种过程中通常都涉及基因重组原理
B.采用上述技术的目的是获得具有所需性状的品种
C.上述技术中，通常仅多倍体育种会育出与原物种生殖隔离的个体
D.与传统育种比较，转基因的优势是能使生物出现自然界中没有的新基因和性状
答案 ABC
解析 杂交育种和单倍体育种过程中都涉及杂合亲本减数分裂产生花粉的过程，该过程的原理是基因重组，A正确；不管采用哪种育种技术，都是为了获得具有所需性状的品种，B正确；上述技术中，仅多倍体育种育出的多倍体与原物种存在生殖隔离，其余育种技术育出的个体都与原亲本的染色体数相同，不会出现生殖隔离，C正确；与传统育种相比，转基因的优势是定向培育出人们所需的性状类型，其转入基因并不是自然界不存在的新基因，D错误。
易错警示 有关育种的4点易错提醒
(1)诱变育种与杂交育种相比，前者能产生新基因，创造变异新类型，后者只是实现原有基因的重新组合。
(2)育种中“最简便”与“最快速”的差异：“最简便”着重于技术含量应为“易操作”，如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作；“最快速”则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高。
(3)“单倍体育种”≠“花药离体培养”：单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程；花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。
(4)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，前者操作对象是幼苗期的单倍体植株；后者操作对象为萌发期的种子或幼苗期的正常植株。
10.(2020·山东高考模拟)水稻的育性由一对等位基因M、m控制，基因型为MM和Mm的个体可产生正常的雌、雄配子，基因型为mm的个体只能产生正常的雌配子，表现为雄性不育，基因M可使雄性不育个体恢复育性。通过转基因技术将基因M与雄配子致死基因A、蓝色素生成基因D一起导入基因型为mm的个体中，并使其插入到一条不含基因m的染色体上，如图所示。基因D的表达可使种子呈现蓝色，无基因D的种子呈现白色。该方法可以利用转基因技术大量培育不含转基因成分的雄性不育个体。
(1)基因型为mm的个体在育种过程中作为__________(填“父本”或“母本”)，该个体与育性正常的非转基因个体杂交，子代可能出现的基因型为________。
(2)图示的转基因个体自交，F1的基因型及比例为____________________，其中雄性可育(能产生可育的雌、雄配子)的种子颜色为________。F1个体之间随机受粉，得到的种子中雄性不育种子所占比例为________，快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子的方法是________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若转入的基因D由于突变而不能表达，将该种转基因植株和雄性不育植株间行种植，使其随机受粉也能挑选出雄性不育种子，挑选方法是_____________________________________
________________________________________________________________________。
但该方法只能将部分雄性不育种子选出，原因是_____________________________________
________________________________________________________________________。
因此生产中需利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育种子。
答案 (1)母本 Mm、mm
(2)ADMmm∶mm＝1∶1 蓝色 3/4 根据种子颜色辨别(或雄性不育种子为白色、转基因雄性可育种子为蓝色)
(3)挑选雄性不育植株所结的种子 转基因植株上所结种子中既有雄性可育的也有雄性不育的，且均为白色，无法区分
解析 (1)根据题意，基因型为mm的个体只能产生正常的雌配子，表现为雄性不育，故mm的个体在育种过程中作为母本，该个体与育性正常的非转基因个体即MM和Mm杂交，子代可能出现的基因型为Mm、mm。
(2)若转基因个体为ADMmm作为父本，产生的可育配子为m，作为母本，产生的可育配子为m、ADMm，故该转基因个体自交，F1的基因型为mm、ADMmm，比例为1∶1，其中mm为雄性不育，ADMmm为雄性可育，由于基因D的表达可使种子呈现蓝色，故雄性可育种子颜色为蓝色。F1的基因型为mm、ADMmm，mm为雄性不育，ADMmm为雄性可育，F1个体之间随机受粉，则杂交组合有mm(♀)×ADMmm(♂)、ADMmm(♀)×ADMmm(♂)，前者产生的子代都是mm(雄性不育)，后者产生的子代有mm(雄性不育)∶ADMmm(雄性可育)＝1∶1，故得到的种子中雄性不育种子所占比例为1/2＋1/2×1/2＝3/4，且雄性可育个体都含D，表现为蓝色，故若所结种子为蓝色则为转基因雄性可育，若为白色则为雄性不育，该方法可用于快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子。
(3)若转入的基因D由于突变而不能表达，将该种转基因植株ADMmm和雄性不育植株mm间行种植，随机受粉，则根据(2)题分析可知，mm上产生的种子都是mm(雄性不育)，ADMmm上产生的种子有mm(雄性不育)∶ADMmm(雄性可育)＝1∶1，故在雄性不育植株上结的都是雄性不育种子，但该方法只能将部分雄性不育种子选出，因为转基因植株上也能结出雄性不育的种子，因此生产中需利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育种子。
归纳总结 根据不同育种目标选择不同育种方案
育种目标
育种方案
集中双亲优良性状
单倍体育种(明显缩短育种年限)
杂交育种(耗时较长，但简便易行)
对原品系实施“定向”改造
基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种
让原品系产生新性状(无中生有)
诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)
使原品系营养器官“增大”或“加强”
多倍体育种
1.核心概念
(1)(必修2 P87)染色体变异：体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。
(2)(必修2 P87)染色体组：在大多数生物的体细胞中，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。
(3)(必修2 P88)单倍体：体细胞中的染色体数目和本物种配子染色体数目相同的个体。
(4)(必修2 P87)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。
(5)(必修2 P88)多倍体：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.教材结论性语句
(1)(必修2 P89)与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
(2)(必修2 P88)用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗，是目前人工诱导多倍体最常用且最有效的方法。
1.(2020·全国Ⅱ，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
答案 C
解析 二倍体植物的体细胞中含有两个染色体组，其配子中只含有一个染色体组，A项正确；每个染色体组中的染色体的形态、大小等均不相同，都是非同源染色体，每条染色体DNA的碱基序列均不同，B、D项正确；不含性染色体的生物，每个染色体组中都不含性染色体，如豌豆、玉米等，C项错误。
2.(2020·山东，6)在细胞分裂过程中，末端缺失的染色体因失去端粒而不稳定，其姐妹染色单体可能会连接在一起，着丝粒分裂后向两极移动时出现“染色体桥”结构，如下图所示。若某细胞进行有丝分裂时，出现“染色体桥”并在两着丝粒间任一位置发生断裂，形成的两条子染色体移到细胞两极。不考虑其他变异，关于该细胞的说法错误的是( )
A.可在分裂后期观察到“染色体桥”结构
B.其子细胞中染色体的数目不会发生改变
C.其子细胞中有的染色体上连接了非同源染色体片段
D.若该细胞基因型为Aa，可能会产生基因型为Aaa的子细胞
答案 C
解析 “染色体桥”是着丝粒分裂后向两极移动时出现的，可在该细胞有丝分裂后期看到，A项正确；“染色体桥”会在两着丝粒间任一位置发生断裂，形成两条子染色体，并移向细胞两极，不影响子细胞中染色体的数目，B项正确；由于“染色体桥”会在两着丝粒间任一位置发生断裂，很可能会导致形成的两条染色体不对等，有的可能出现染色体片段的增加，有的可能出现减少，但增加的染色体片段来自其姐妹染色单体，而不是非同源染色体，C项错误，D项正确。
3.(2019·江苏，4)下列关于生物变异与育种的叙述，正确的是( )
A.基因重组只是基因间的重新组合，不会导致生物性状变异
B.基因突变使DNA序列发生的变化，都能引起生物性状变异
C.弱小且高度不育的单倍体植株，进行加倍处理后可用于育种
D.多倍体植株染色体组数加倍，产生的配子数加倍，有利于育种
答案 C
解析 基因重组是生物变异的来源之一，可能会导致生物性状变异，A错误；因为密码子具有简并性以及基因的显隐性等，所以基因突变不一定导致生物性状发生改变，B错误；弱小且高度不育的单倍体植株经加倍处理后，其染色体数目加倍而成为可育的植株，可用于育种，C正确；多倍体植株染色体组数加倍，可能影响配子的形成，不利于育种，D错误。
4.(2020·全国Ⅰ，32)遗传学理论可用于指导农业生产实践。回答下列问题：
(1)生物体进行有性生殖形成配子的过程中，在不发生染色体结构变异的情况下，产生基因重新组合的途径有两条，分别是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在诱变育种过程中，通过诱变获得的新性状一般不能稳定遗传，原因是_____________，
若要使诱变获得的性状能够稳定遗传，需要采取的措施是_______________。
答案 (1)在减数分裂过程中，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因自由组合；同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的互换而发生交换，导致染色单体上的基因重组 (2)控制新性状的基因是杂合的 通过自交筛选出性状能稳定遗传的子代
解析 (1)生物体进行有性生殖过程中要通过减数分裂产生配子，在减数分裂过程中，会发生基因突变、基因重组和染色体变异等可遗传的变异，导致产生多种多样的配子，从而使后代具有多样性。减数分裂过程中发生的基因重组类型主要有两种：第一种是减数分裂Ⅰ过程中，等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因随非同源染色体的自由组合而自由组合；第二种是减数分裂Ⅰ的四分体时期，同源染色体上的非姐妹染色单体间发生互换，其上的等位基因发生交换，导致基因重组。(2)诱变育种的主要原理是基因突变，而基因突变是随机的、不定向的，一般来说，基因突变可以产生一个以上的等位基因，这样形成的具有新性状的个体往往是杂合子，性状不能稳定遗传；要使性状能够稳定遗传需要形成纯合子，由杂合子形成纯合子的方法一般是连续自交，直至后代不发生性状分离。
5.(2020·全国Ⅲ，32)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程，如图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上，人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题：
(1)在普通小麦的形成过程中，杂种一是高度不育的，原因是__________________。
已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体，普通小麦体细胞中有________条染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是_________________(答出2点即可)。
(2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍，可采用的方法有______________(答出1点即可)。
(3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合子)，甲的表型是抗病易倒伏，乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种，请简要写出实验思路。
答案 (1)无同源染色体，不能进行正常的减数分裂 42 营养物质含量高、茎秆粗壮
(2)秋水仙素处理 (3)甲、乙两个品种杂交，F1自交，选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株(或甲、乙杂交得F1，将F1的花药进行离体培养获得单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，最后经筛选可获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种)
解析 (1)杂种一中的两个染色体组分别来自一粒小麦和斯氏麦草两个不同物种，无同源染色体，不能通过减数分裂产生正常的配子，因此杂种一是高度不育的。杂种二中含3个染色体组，经其染色体加倍形成的普通小麦中含有6个染色体组，每个染色体组均含7条染色体，故普通小麦体细胞中共含有42条染色体。与二倍体植株相比，多倍体植株的优点是茎秆粗壮，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)人工诱导染色体加倍的方法有很多，如低温处理、秋水仙素处理等。目前最常用且最有效的方法是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。(3)甲(抗病易倒伏)和乙(易感病抗倒伏)具有两对相对性状，且都是纯合子，可通过杂交育种或单倍体育种的方法将两者的优良性状集中在一个个体上。若采用杂交育种的方法，其实验思路是将甲、乙两个品种杂交得F1，F1自交得F2，选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。若采用单倍体育种的方法，其实验思路是甲、乙杂交得F1，将F1的花药进行离体培养获得单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，最后经筛选可获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种。
课时精练
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1.下列关于染色体变异及其应用的叙述，正确的是( )
A.染色体增加某一片段可提高基因表达水平，是有利变异
B.三倍体西瓜植株的高度不育与减数分裂同源染色体联会行为有关
C.用秋水仙素处理单倍体植株萌发的种子或幼苗，一定能获得纯合子
D.体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体
答案 B
解析 染色体增加某一片段属于染色体结构变异，往往对生物体不利，A错误；三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，同源染色体联会紊乱，不能产生正常的生殖细胞，所以高度不育与同源染色体联会行为有关，B正确；用秋水仙素处理单倍体植株的幼苗，获得的植株不一定是纯合子，且单倍体植株不是由种子发育而来，而是由配子发育而来，C错误；如果该生物体是由配子发育而来，则为单倍体；如果该生物体是由受精卵发育而来，则为多倍体，D错误。
2.下图为某二倍体动物细胞甲在有丝分裂和减数分裂过程中出现的三个细胞乙、丙、丁。下列有关叙述正确的是( )
A.图中乙细胞正在进行有丝分裂，不可能发生基因突变和基因重组
B.乙细胞的子细胞含有四个染色体组，丙细胞连续分裂后的子细胞含有一个染色体组
C.丙细胞发生染色体结构变异，丁细胞是染色体结构变异导致的异常联会
D.一个丙细胞能产生四种基因型不同的精子，丁细胞能产生两种基因型的精子
答案 D
解析 乙细胞含有同源染色体，呈现的特点是着丝粒分裂，染色体移向细胞两极，处于有丝分裂后期，可能发生基因突变，但不能发生基因重组，A错误；乙细胞含有四个染色体组，其分裂产生的子细胞含有两个染色体组。丙细胞呈现的特点是同源染色体排列在赤道板上，处于减数分裂Ⅰ中期，连续分裂后的子细胞(精细胞或卵细胞或第二极体)含有一个染色体组，B错误；一个丙细胞，因发生了同源染色体上非姐妹染色单体间的互换而导致其能产生四种基因型不同的精子，丁细胞因染色体结构变异导致联会出现异常，能产生两种基因型的精子(HAa、hBb或HhAB、ab)，C错误、D正确。
3.(2020·浙江省高三三模)如图表示某对常染色体的结构对比，其中字母表示染色体片段，该染色体的结构变异属于( )
A.缺失 B.重复
C.倒位 D.易位
答案 C
解析 根据题干中的两条染色体为同源染色体，相同位置应携带等位基因(相同基因)，经分析得出染色体的g、h基因所在片段与同一条染色体a基因所在的片段发生了交换而导致的如图所示的变异，属于染色体倒位。
4.(2021·山东高考模拟)果蝇的性别决定是XY型，性染色体数目异常会影响果蝇的性别特征甚至使果蝇死亡，如性染色体组成为XO的个体为雄性，XXX、OY的个体胚胎致死(O表示缺失染色体)。果蝇红眼和白眼分别由基因R和r控制。某同学发现一只异常果蝇，该果蝇左半侧表现为白眼雄性，右半侧表现为红眼雌性。若产生该果蝇的受精卵染色体组成正常，且第一次分裂形成的两个细胞核中只有一个细胞核发生变异，则该受精卵的基因型及变异细胞核产生的原因可能是( )
A.XRXr；含基因R的X染色体丢失
B.XrXr；含基因r的X染色体丢失
C.XRXr；含基因r的X染色体结构变异
D.XRXR；含基因R的X染色体结构变异
答案 A
解析 由题意可知，该果蝇一半为白眼雄性，可能的基因型为XrY或XrO；另一半为红眼雌性，基因型可能为XRXR或XRXr。而该果蝇受精卵正常，第一次分裂产生的一个细胞异常。若受精卵为XrY或XrO，则不会出现一半的红眼雌性；若受精卵为XRXR，则不会出现一半的白眼雄性；受精卵只有为XRXr且XR丢失后，才可能出现一半白眼雄性(XrO)，一半红眼雌性(XRXr)。故选A。
5.(2020·张家港模拟)如图是某二倍体(AABb)动物的几个细胞分裂示意图。据图判断错误的是( )
A.甲图表明该动物发生了基因突变
B.乙图表明该动物在减数分裂前的间期发生了基因突变
C.丙图表明该动物在减数分裂Ⅰ时同源染色体非姐妹染色单体之间发生了互换
D.甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代
答案 D
解析 甲、乙、丙是同一个二倍体动物的几个细胞分裂图，其基因型为AABb由图分析可知，甲图表示有丝分裂后期，染色体上基因A与a不同，是基因突变的结果，A正确；乙图表示减数分裂Ⅱ后期，其染色体上基因A与a不同，表明该动物在减数分裂前的间期发生了基因突变，B正确；丙图也表示减数分裂Ⅱ后期，基因B与b所在的染色体颜色不一致，是减数分裂Ⅰ时同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了互换造成的，C正确；甲细胞分裂后产生体细胞，其产生的变异一般不遗传给后代，D错误。
6.(2020·江苏省高三三模)下列关于染色体变异的叙述，正确的是( )
A.染色体结构变异可导致染色体上基因的数目或排列顺序发生改变
B.同源染色体的非姐妹染色单体之间交换片段导致染色体结构变异
C.染色体组成倍地增加或减少不改变基因的种类和数量
D.染色体结构和数目的变异不会增加生物的多样性
答案 A
解析 同源染色体的非姐妹染色单体之间交换片段导致基因重组，B错误；染色体组成倍地增加或减少不改变基因的种类，但是改变基因的数量，C错误；染色体结构和数目的变异是突变的一种情况，为生物进化提供原材料，会增加生物的多样性，D错误。
7.水稻的高秆、矮秆分别由基因A和a控制，抗病和不抗病分别由基因B和b控制。现有基因型为aabb与AABB的水稻品种，下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.杂交育种包括过程①③，其原理是基因突变和基因重组
B.人工诱变育种为过程②，B可能来自b的基因突变
C.单倍体育种包括过程①④⑤，过程⑤常用花药离体培养法
D.多倍体育种包括过程①⑥⑦，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，A项错误；过程②为人工诱变育种，将aabb经人工诱变可获得aaBB，b变成B的方式为基因突变，B项正确；过程①④⑤为单倍体育种，F1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)使染色体数目加倍，选育得到aaBB，C项错误；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变异，D项错误。
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
8.(2020·江苏省高三三模)下列关于生物育种的叙述，正确的是( )
A.要提高果实的产量和营养物质的含量，可运用多倍体育种
B.欲培育三倍体无子西瓜，需用四倍体作母本与二倍体作父本进行杂交
C.欲大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，只能利用基因工程育种
D.将存在于同一物种的不同个体中的基因集中到同一个体，可采用杂交育种
答案 ABD
解析 欲大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，也可利用诱变育种，C错误。
9.下列是对a～h所示的生物体细胞图中各含有几个染色体组的叙述，不正确的是( )
A.细胞中含有一个染色体组的是h图，该个体是单倍体
B.细胞中含有两个染色体组的是e、g图，该个体是二倍体
C.细胞中含有三个染色体组的是a、b图，但该个体未必是三倍体
D.细胞中含有四个染色体组的是c、f图，该个体一定是四倍体
答案 ABD
解析 形态、大小各不相同的染色体组成一个染色体组，由此可知，a、b图含有三个染色体组，c、h图含有两个染色体组，d、g图含有一个染色体组，e、f图含有四个染色体组。确认单倍体、二倍体、多倍体必须先看发育起点，若由配子发育而来，无论含几个染色体组均属于单倍体，若由受精卵发育而来，有几个染色体组即为几倍体。
10.波尔山羊(2n＝60)胚胎期某细胞发生了异常分裂如图所示(未绘出的染色体均正常)，其中A为原癌基因，a为A的突变基因。下列说法错误的是( )
A.该分裂过程中形成30个四分体
B.分裂产生Aa或aa子细胞的概率可能为1/2
C.子细胞Aa与aa在相同且适宜条件下细胞周期可能不同
D.染色体异常分离与纺锤体无关
答案 AD
解析 减数分裂的特点是同源染色体联会，形成四分体，该图中胚胎期细胞发生的是有丝分裂过程，不会形成四分体；由于染色体的丢失是随机的，所以分裂产生Aa或aa子细胞的概率不一定均为1/2；由于原癌基因A可控制细胞的正常分裂进程，因此子细胞Aa与aa在相同且适宜条件下细胞周期可能不同；由于染色体是由纺锤丝牵引而移向两极的，因此染色体异常分离与纺锤体有关。
三、非选择题
11.(2020·长春模拟)已知西瓜的染色体数目2n＝22，请根据下面的西瓜育种流程图，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______________________。
(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____________。
答案 (1)秋水仙素 (2)多倍体育种 (3)花药离体培养 (4)有丝分裂中期
解析 (1)从二倍体到四倍体，最常用的试剂为秋水仙素，因为其能抑制纺锤体形成，诱导染色体数目加倍。(4)有丝分裂中期染色体数目最清晰，是观察染色体的最佳时期。
12.某自花且闭花受粉植物，抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。抗病和感病由基因R和r控制，抗病为显性；茎的高度由两对独立遗传的基因(D、d，E、e)控制，同时含有D和E表现为矮茎，只含有D或E表现为中茎，其他表现为高茎。现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子，欲培育纯合的抗病矮茎品种。请回答：
(1)自然状态下，该植物一般都是________合子。
(2)若采用诱变育种，在γ射线处理时，需要处理大量种子，其原因是基因突变具有__________和多害少利性等特点。
(3)若采用杂交育种，可通过将上述两个亲本杂交，在F2中选出抗病矮茎个体，再经连续________等纯合化手段，最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种。据此推测，一般情况下，控制性状的基因数越多，其育种过程所需的______。若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的F1在自然状态下繁殖，则理论上F2的表型及其比例为________________。
(4)若采用单倍体育种，该过程涉及的原理有________________。请用遗传图解表示其过程(说明：选育结果只需写出所选育品种的基因型、表型及其比例)。
答案 (1)纯 (2)不定向性、低频性 (3)自交 年限越长 高茎∶中茎∶矮茎＝1∶6∶9
(4)细胞的全能性、基因重组和染色体变异 如下图
解析 (1)由于该植物是自花且闭花受粉植物，所以在自然状态下一般都是纯合子。(2)诱变育种时，用γ射线处理种子的原理是基因突变。由于基因突变具有不定向性、低频性和多害少利性等特点，所以需要处理大量种子。(3)如果采用杂交育种的方式，将上述两个亲本杂交，得F1，在F1自交所得的F2中选出抗病矮茎个体(D_E_R_)，再通过连续自交及逐代淘汰的手段，最终获得能稳定遗传的抗病矮茎品种(DDEERR)。一般情况下，控制性状的基因数量越多，需进行的自交和筛选操作越多，因此其育种过程所需年限越长。若只考虑茎的高度，F1(DdEe)在自然状态下繁殖即自交后，F2中表型及比例为9矮茎(9D_E_)∶6中茎(3D_ee、3ddE_)∶1高茎(1ddee)。(4)若采用单倍体育种的方式获得所需品种，首先需将两品种杂交得F1，对F1的花药进行离体培养得到单倍体，继而使用秋水仙素对其进行处理使其染色体数目加倍，该过程涉及的原理有细胞的全能性、基因重组和染色体变异，其遗传图解见答案。
13.(2020·天津，17)小麦的面筋强度是影响面制品质量的重要因素之一，如制作优质面包需强筋面粉，制作优质饼干需弱筋面粉等。小麦有三对等位基因(A/a，B1/B2，D1/D2)分别位于三对同源染色体上，控制合成不同类型的高分子量麦谷蛋白(HMW)，从而影响面筋强度。科研人员以两种纯合小麦品种为亲本杂交得F1，F1自交得F2，以期选育不同面筋强度的小麦品种，相关信息见下表。
基因
基因的表达产物(HMW)
亲本
F1
育种目标
小偃6号
安农1168
强筋小麦
弱筋小麦
A
甲
＋
＋
＋
＋
－
B1
乙
－
＋
＋
－
＋
B2
丙
＋
－
＋
＋
－
D1
丁
＋
－
＋
－
＋
D2
戊
－
＋
＋
＋
－
注：“＋”表示有相应表达产物；“－”表示无相应表达产物。
据表回答：
(1)三对基因的表达产物对小麦面筋强度的影响体现了基因可通过控制____________来控制生物体的性状。
(2)在F1植株上所结的F2种子中，符合强筋小麦育种目标的种子所占比例为________，符合弱筋小麦育种目标的种子所占比例为________。
(3)为获得纯合弱筋小麦品种，可选择F2中只含____________产物的种子，采用__________________等育种手段，选育符合弱筋小麦育种目标的纯合品种。
答案 (1)蛋白质的结构
(2)1/16 0
(3)甲、乙、丁 诱变、基因工程、将其与不含甲产物的小麦品种进行杂交
解析 (1)根据题意可知，小麦中的三对等位基因控制合成不同类型的高分子量麦谷蛋白(HMW)，从而影响面筋强度，体现了基因通过控制蛋白质的结构来控制生物体的性状。(2)根据表中相关信息可推知，两种纯合亲本的基因型分别为AAB2B2D1D1(小偃6号)、AAB1B1D2D2(安农91168)，这两种亲本杂交后代F1的基因型为AAB1B2D1D2，F1自交所得F2中符合强筋小麦育种目标的种子(AAB2B2D2D2)所占比例为1AA×1/4B2B2×1/4D2D2＝1/16；符合弱筋小麦育种目标的种子(aaB1B1D1D1)所占比例为0。(3)要获得纯合弱筋小麦品种aaB1B1D1D1，可选择F2中只含可表达甲、乙、丁三种产物的种子(AAB1B1D1D1)，采用诱变育种诱变出a基因，或采用基因工程育种导入a基因，或通过将其与不含甲产物(基因型为aa)的小麦品种进行杂交等育种手段获得。
第21讲 染色体变异与应用
[目标要求] 1.简述染色体结构变异和数目变异。2.举例说明生物变异在生产实践中的应用。3.活动：低温诱导植物细胞染色体数目的变化。
考点一 染色体变异
1.染色体数目的变异
(1)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。
(2)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。
(3)单倍体、二倍体和多倍体
项目
单倍体
二倍体
多倍体
概念
体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体
体细胞中含有两个染色体组的个体
体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
发育起点
配子
受精卵(通常是)
受精卵(通常是)
植株特点
①植株弱小；
②高度不育
正常可育
①茎秆粗壮；
②叶片、果实和种子较大；
③营养物质含量都有所增加
体细胞染色体组数
≥1
2
≥3
三倍体和四倍体形成过程
形成原因
自然
原因
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
教材中的隐性知识 源于P88“相关信息”
(1)被子植物中，约有33%的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等都是多倍体。
(2)秋水仙素(C22H25O6N)是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取出来的一种植物碱。它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
2.低温诱导植物染色体数目的变化
(1)实验原理：低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目加倍。
(2)实验步骤
(3)实验现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
教材中的隐性知识 源于必修2 P89“探究·实践”：秋水仙素和低温诱导染色体数目加倍的原理有什么相似之处？
提示 两者诱导染色体数目加倍的原理相同，都是抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起染色体数目加倍。
3.染色体结构变异
(1)类型
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(d、g)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(a、b)位置颠倒
倒位
果蝇卷翅的形成
(2)结果：染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。
(3)对生物体的影响：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。
(1)DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异( × )
(2)染色体易位或倒位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响( × )
(3)体细胞中含有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( × )
(4)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体( × )
(5)单倍体含有的染色体组数都是奇数( × )
源于必修2 P91练习与应用·拓展应用
(1)三倍体无子西瓜培育时将一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体西瓜的芽尖的原因是西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，从而形成四倍体西瓜植株。
(2)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。
1.染色体组数目的判定
(1)根据染色体形态判定：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
(2)根据基因型判定：在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因(包括同一字母的大、小写)出现几次，则含有几个染色体组。
2.低温诱导植物染色体数目变化实验中的试剂及其作用
3.三种可遗传变异的辨析
(1)染色体结构变异与基因突变的区别
(2)易位与互换的区别
项目
易位
互换
图解
区别
位置
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
原理
染色体结构变异
基因重组
观察
可在显微镜下观察到
在光学显微镜下观察不到
提醒 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。
考向一 染色体组及生物体倍性的判断
1.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中都没有同源染色体
B.唐氏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
答案 C
解析 同源四倍体的单倍体中含有两个染色体组，有同源染色体，A错误；唐氏综合征患者的第21号染色体为三条，并不是三倍体，B错误；人的初级卵母细胞中的一个染色体组中由于在复制时可能出现基因突变或在减数分裂Ⅰ前期发生基因重组，从而出现等位基因，C正确；多倍体的获得通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体数目加倍，用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的芽尖后，芽尖细胞中染色体数目不一定都加倍，D错误。
2.下图是细胞中所含染色体，下列相关叙述错误的是( )
A.甲代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含有一条染色体
B.乙代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含有三条染色体
C.丙代表的生物可能是二倍体，其每个染色体组含有三条染色体
D.丁代表的生物可能是单倍体，其一个染色体组含有四条染色体
答案 B
解析 甲细胞中有两个染色体组，每个染色体组中有一条染色体，代表的生物若是由受精卵发育形成的则为二倍体，若是由未受精的配子发育形成的则为单倍体，A正确；乙细胞中含有三个染色体组，每个染色体组含有两条染色体，代表生物若是由受精卵发育形成的则为三倍体，若是由未受精的配子发育形成的则为单倍体，B错误；丙细胞中含有两个染色体组，每个染色体组含三条染色体，代表的生物可能是二倍体，也可能是单倍体，C正确；丁细胞中四条染色体大小形态各不相同，属于一个染色体组，该细胞若是体细胞，则代表的生物为单倍体，D正确。
考向二 低温诱导植物染色体数目的变化
3.下列有关“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验条件和试剂使用的叙述中，不正确的一组是( )
①低温：与“多倍体育种”中“秋水仙素”的作用机理相同
②酒精：与在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”中的使用方法相同
③卡诺氏液：与“探究酵母菌细胞呼吸的方式”中NaOH溶液的作用相同
④甲紫溶液：与“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”中“醋酸洋红液”的使用目的相同
A.①② B.①④
C.②③ D.③④
答案 C
解析 低温和秋水仙素都可抑制纺锤体的形成，①正确；检测生物组织中的脂肪的实验中酒精的作用是洗去浮色，在低温诱导染色体数目变化的实验中，使用酒精的目的是冲洗残留的卡诺氏液及酒精与盐酸混合用于解离根尖细胞，②错误；卡诺氏液用于固定细胞的形态，在探究酵母菌细胞呼吸方式实验中，NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2，③错误；甲紫溶液和醋酸洋红液的使用目的都是将染色体着色，④正确。故选C。
4.用质量分数为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数目加倍。某生物小组为了探究用一定时间的低温(如4 ℃)处理水培的洋葱根尖是否也能诱导细胞内染色体数目加倍进行了相关实验设计。下列关于该实验的叙述中，正确的是(不定项)( )
A.本实验的假设是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数目加倍
B.本实验可以在显微镜下观察和比较经过不同处理后根尖细胞内的染色体数目
C.本实验需要制作根尖细胞的临时装片，制作步骤是解离→漂洗→染色→制片
D.本实验可以看到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程
答案 ABC
解析 由于在装片制作过程中已经将细胞杀死，所以用显微镜观察时看不到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程，故D错误。
考向三 辨析三种可遗传变异
5.下列有关生物变异的说法，正确的是( )
A.某生物体内某条染色体上多了几个或少了几个基因，这种变化属于染色体数目的变异
B.黄圆豌豆×绿皱豌豆→绿圆豌豆，这种变异来源于基因突变
C.DNA分子中碱基的增添、缺失或替换不一定都是基因突变
D.亲代与子代之间，子代与子代之间出现了各种差异，是因为受精过程中进行了基因重组
答案 C
解析 某生物体内某条染色体上多了几个或少了几个基因，这种变化属于染色体结构的变异，A错误；黄圆豌豆×绿皱豌豆→绿圆豌豆，这属于杂交育种，而杂交育种的原理是基因重组，B错误；DNA分子中碱基的增添、缺失或替换不一定都是基因突变，如突变发生在没有遗传效应的DNA片段(基因以外的非编码序列)中，没有引起基因结构的改变，则不属于基因突变，C正确；亲代与子代之间，子代与子代之间出现了各种差异，是在产生配子的减数分裂过程中发生了基因重组，D错误。
6.如图①②③④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。下列有关说法不正确的是(不定项)( )
A.图①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期
B.图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失
C.图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复
D.图中4种变异能够遗传的是①③
答案 ABD
解析 图①表示同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换，发生在减数分裂的四分体时期，图②表示易位，A错误；图③中的变异属于基因突变中的碱基的缺失，B错误；图④中，若染色体3正常，染色体4则发生染色体结构变异中的缺失，若染色体4正常，染色体3则发生染色体结构变异中的重复，C正确；图中4种变异都是遗传物质的改变，都能够遗传，D错误。
归纳总结 利用三个“关于”区分三种变异
(1)关于“互换”：同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换，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“缺失或增加”：DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加)，属于染色体结构变异；DNA分子上若干碱基的缺失或增添(增加)，属于基因突变。
(3)关于变异的水平：基因突变、基因重组属于分子水平的变异，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变异，在光学显微镜下可以观察到。
考点二 生物变异在育种上的应用
1.单倍体育种
(1)原理：染色体(数目)变异。
(2)过程
(3)优点：明显缩短育种年限。
(4)缺点：技术复杂。
2.多倍体育种
(1)方法：用秋水仙素或低温处理。
(2)处理材料：萌发的种子或幼苗。
(3)原理：染色体(数目)变异。
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育
①两次传粉
②用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数不变。
③三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
3.杂交育种
(1)原理：基因重组。
(2)过程
①培育杂合子品种
选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。
②培育隐性纯合子品种
选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。
③培育显性纯合子品种
a.植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，连续自交至不发生性状分离为止。
b.动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。
(3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。
(4)缺点：获得新品种的周期长。
4.诱变育种
(1)原理：基因突变。
(2)过程
(3)优点
①可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
②大幅度地改良某些性状。
(4)缺点：有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。
(1)抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组可获得抗虫矮秆小麦( √ )
(2)通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种( × )
(3)单倍体育种中，通过花药离体培养所得的植株均为纯合的二倍体( × )
(4)诱变育种可通过改变基因的结构达到育种目的( √ )
(5)用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉，则四倍体植株上会结出三倍体无子西瓜( × )
当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，就可能发育成多倍体植株。
考向一 分析单倍体育种与多倍体育种的应用
7.下图为某二倍体植物单倍体育种过程，下列叙述正确的是( )
A.①中发生了染色体数目变异
B.②一般采用花药离体培养的方法
C.③中秋水仙素抑制着丝粒分裂
D.④中选到的植株中为纯合子
答案 B
解析 ①为杂交过程，产生的子代染色体数目没有改变，A错误；②为花药离体培养过程，可获得单倍体植株，B正确；③中秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，但是不抑制着丝粒的分裂，C错误；④过程产生比例相等的4种纯合子，D错误。
8.某二倍体植株的体细胞中染色体数为24，基因型为AaBb，这两对基因遵循自由组合定律。请据图完成下列问题：
(1)图中A所示的细胞分裂方式是______________。
(2)产生的花粉基因型有________种，由花粉发育成的单倍体有哪几种基因型？________。
(3)若C处是指用秋水仙素处理，则个体①的体细胞中含有染色体______条，它是纯合子还是杂合子？________。
(4)若该植物进行自花传粉，在形成的以个体②组成的群体中可能有几种基因型？_______。
(5)若A表示水稻的高秆基因，a表示水稻的矮秆基因；B表示水稻的抗病基因，b表示水稻的不抗病基因，这两对基因的遗传遵循自由组合定律。那么该水稻自花传粉的后代中，矮秆抗病的个体所占比例是________。若要获得稳定遗传的矮秆抗病水稻，应让矮秆抗病的水稻进行自交，在自交的后代中纯种的矮秆抗病水稻所占比例为________。
(6)若要尽快获得纯种的矮秆抗病水稻，则应采用图中____________(填字母)过程进行育种，这种育种方法称为__________________。
答案 (1)减数分裂 (2)4 AB、Ab、aB、ab (3)24 纯合子 (4)9种 (5) (6)A、B、C 单倍体育种
解析 (1)(2)植物产生花粉或卵细胞要经过减数分裂，由于该植株基因型为AaBb，所以能产生4种基因型花粉，将花粉经花药离体培养产生的单倍体也应该有4种基因型：AB、Ab、aB、ab。(3)(4)花粉中染色体数是体细胞的一半，即12条，经秋水仙素处理后的纯合子染色体数应该为24条，基因型为AaBb的个体自交，后代应该有9种基因型。(5)该水稻自花传粉的后代中矮秆抗病的个体基因型有两种：aaBB和aaBb，在后代中所占的比例是(aaBB)＋(aaBb)＝。当矮秆抗病的水稻进行自交，即aaBB、aaBb分别自交，自交后代中纯种矮秆抗病比例为＋×＝。
考向二 生物育种的综合判断
9.诱变育种、杂交育种、单倍体育种、多倍体育种都是传统的育种技术，转基因技术是育种的新技术。下列叙述正确的是(不定项)( )
A.杂交育种和单倍体育种过程中通常都涉及基因重组原理
B.采用上述技术的目的是获得具有所需性状的品种
C.上述技术中，通常仅多倍体育种会育出与原物种生殖隔离的个体
D.与传统育种比较，转基因的优势是能使生物出现自然界中没有的新基因和性状
答案 ABC
解析 杂交育种和单倍体育种过程中都涉及杂合亲本减数分裂产生花粉的过程，该过程的原理是基因重组，A正确；不管采用哪种育种技术，都是为了获得具有所需性状的品种，B正确；上述技术中，仅多倍体育种育出的多倍体与原物种存在生殖隔离，其余育种技术育出的个体都与原亲本的染色体数相同，不会出现生殖隔离，C正确；与传统育种相比，转基因的优势是定向培育出人们所需的性状类型，其转入基因并不是自然界不存在的新基因，D错误。
易错警示 有关育种的4点易错提醒
(1)诱变育种与杂交育种相比，前者能产生新基因，创造变异新类型，后者只是实现原有基因的重新组合。
(2)育种中“最简便”与“最快速”的差异：“最简便”着重于技术含量应为“易操作”，如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作；“最快速”则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高。
(3)“单倍体育种”≠“花药离体培养”：单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程；花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。
(4)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，前者操作对象是幼苗期的单倍体植株；后者操作对象为萌发期的种子或幼苗期的正常植株。
10.(2020·山东高考模拟)水稻的育性由一对等位基因M、m控制，基因型为MM和Mm的个体可产生正常的雌、雄配子，基因型为mm的个体只能产生正常的雌配子，表现为雄性不育，基因M可使雄性不育个体恢复育性。通过转基因技术将基因M与雄配子致死基因A、蓝色素生成基因D一起导入基因型为mm的个体中，并使其插入到一条不含基因m的染色体上，如图所示。基因D的表达可使种子呈现蓝色，无基因D的种子呈现白色。该方法可以利用转基因技术大量培育不含转基因成分的雄性不育个体。
(1)基因型为mm的个体在育种过程中作为__________(填“父本”或“母本”)，该个体与育性正常的非转基因个体杂交，子代可能出现的基因型为________。
(2)图示的转基因个体自交，F1的基因型及比例为____________________，其中雄性可育(能产生可育的雌、雄配子)的种子颜色为________。F1个体之间随机受粉，得到的种子中雄性不育种子所占比例为________，快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子的方法是________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若转入的基因D由于突变而不能表达，将该种转基因植株和雄性不育植株间行种植，使其随机受粉也能挑选出雄性不育种子，挑选方法是_____________________________________
________________________________________________________________________。
但该方法只能将部分雄性不育种子选出，原因是_____________________________________
________________________________________________________________________。
因此生产中需利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育种子。
答案 (1)母本 Mm、mm
(2)ADMmm∶mm＝1∶1 蓝色 3/4 根据种子颜色辨别(或雄性不育种子为白色、转基因雄性可育种子为蓝色)
(3)挑选雄性不育植株所结的种子 转基因植株上所结种子中既有雄性可育的也有雄性不育的，且均为白色，无法区分
解析 (1)根据题意，基因型为mm的个体只能产生正常的雌配子，表现为雄性不育，故mm的个体在育种过程中作为母本，该个体与育性正常的非转基因个体即MM和Mm杂交，子代可能出现的基因型为Mm、mm。
(2)若转基因个体为ADMmm作为父本，产生的可育配子为m，作为母本，产生的可育配子为m、ADMm，故该转基因个体自交，F1的基因型为mm、ADMmm，比例为1∶1，其中mm为雄性不育，ADMmm为雄性可育，由于基因D的表达可使种子呈现蓝色，故雄性可育种子颜色为蓝色。F1的基因型为mm、ADMmm，mm为雄性不育，ADMmm为雄性可育，F1个体之间随机受粉，则杂交组合有mm(♀)×ADMmm(♂)、ADMmm(♀)×ADMmm(♂)，前者产生的子代都是mm(雄性不育)，后者产生的子代有mm(雄性不育)∶ADMmm(雄性可育)＝1∶1，故得到的种子中雄性不育种子所占比例为1/2＋1/2×1/2＝3/4，且雄性可育个体都含D，表现为蓝色，故若所结种子为蓝色则为转基因雄性可育，若为白色则为雄性不育，该方法可用于快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子。
(3)若转入的基因D由于突变而不能表达，将该种转基因植株ADMmm和雄性不育植株mm间行种植，随机受粉，则根据(2)题分析可知，mm上产生的种子都是mm(雄性不育)，ADMmm上产生的种子有mm(雄性不育)∶ADMmm(雄性可育)＝1∶1，故在雄性不育植株上结的都是雄性不育种子，但该方法只能将部分雄性不育种子选出，因为转基因植株上也能结出雄性不育的种子，因此生产中需利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育种子。
归纳总结 根据不同育种目标选择不同育种方案
育种目标
育种方案
集中双亲优良性状
单倍体育种(明显缩短育种年限)
杂交育种(耗时较长，但简便易行)
对原品系实施“定向”改造
基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种
让原品系产生新性状(无中生有)
诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)
使原品系营养器官“增大”或“加强”
多倍体育种
1.核心概念
(1)(必修2 P87)染色体变异：体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。
(2)(必修2 P87)染色体组：在大多数生物的体细胞中，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。
(3)(必修2 P88)单倍体：体细胞中的染色体数目和本物种配子染色体数目相同的个体。
(4)(必修2 P87)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。
(5)(必修2 P88)多倍体：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.教材结论性语句
(1)(必修2 P89)与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。
(2)(必修2 P88)用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗，是目前人工诱导多倍体最常用且最有效的方法。
1.(2020·全国Ⅱ，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
答案 C
解析 二倍体植物的体细胞中含有两个染色体组，其配子中只含有一个染色体组，A项正确；每个染色体组中的染色体的形态、大小等均不相同，都是非同源染色体，每条染色体DNA的碱基序列均不同，B、D项正确；不含性染色体的生物，每个染色体组中都不含性染色体，如豌豆、玉米等，C项错误。
2.(2020·山东，6)在细胞分裂过程中，末端缺失的染色体因失去端粒而不稳定，其姐妹染色单体可能会连接在一起，着丝粒分裂后向两极移动时出现“染色体桥”结构，如下图所示。若某细胞进行有丝分裂时，出现“染色体桥”并在两着丝粒间任一位置发生断裂，形成的两条子染色体移到细胞两极。不考虑其他变异，关于该细胞的说法错误的是( )
A.可在分裂后期观察到“染色体桥”结构
B.其子细胞中染色体的数目不会发生改变
C.其子细胞中有的染色体上连接了非同源染色体片段
D.若该细胞基因型为Aa，可能会产生基因型为Aaa的子细胞
答案 C
解析 “染色体桥”是着丝粒分裂后向两极移动时出现的，可在该细胞有丝分裂后期看到，A项正确；“染色体桥”会在两着丝粒间任一位置发生断裂，形成两条子染色体，并移向细胞两极，不影响子细胞中染色体的数目，B项正确；由于“染色体桥”会在两着丝粒间任一位置发生断裂，很可能会导致形成的两条染色体不对等，有的可能出现染色体片段的增加，有的可能出现减少，但增加的染色体片段来自其姐妹染色单体，而不是非同源染色体，C项错误，D项正确。
3.(2019·江苏，4)下列关于生物变异与育种的叙述，正确的是( )
A.基因重组只是基因间的重新组合，不会导致生物性状变异
B.基因突变使DNA序列发生的变化，都能引起生物性状变异
C.弱小且高度不育的单倍体植株，进行加倍处理后可用于育种
D.多倍体植株染色体组数加倍，产生的配子数加倍，有利于育种
答案 C
解析 基因重组是生物变异的来源之一，可能会导致生物性状变异，A错误；因为密码子具有简并性以及基因的显隐性等，所以基因突变不一定导致生物性状发生改变，B错误；弱小且高度不育的单倍体植株经加倍处理后，其染色体数目加倍而成为可育的植株，可用于育种，C正确；多倍体植株染色体组数加倍，可能影响配子的形成，不利于育种，D错误。
4.(2020·全国Ⅰ，32)遗传学理论可用于指导农业生产实践。回答下列问题：
(1)生物体进行有性生殖形成配子的过程中，在不发生染色体结构变异的情况下，产生基因重新组合的途径有两条，分别是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在诱变育种过程中，通过诱变获得的新性状一般不能稳定遗传，原因是_____________，
若要使诱变获得的性状能够稳定遗传，需要采取的措施是_______________。
答案 (1)在减数分裂过程中，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因自由组合；同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的互换而发生交换，导致染色单体上的基因重组 (2)控制新性状的基因是杂合的 通过自交筛选出性状能稳定遗传的子代
解析 (1)生物体进行有性生殖过程中要通过减数分裂产生配子，在减数分裂过程中，会发生基因突变、基因重组和染色体变异等可遗传的变异，导致产生多种多样的配子，从而使后代具有多样性。减数分裂过程中发生的基因重组类型主要有两种：第一种是减数分裂Ⅰ过程中，等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因随非同源染色体的自由组合而自由组合；第二种是减数分裂Ⅰ的四分体时期，同源染色体上的非姐妹染色单体间发生互换，其上的等位基因发生交换，导致基因重组。(2)诱变育种的主要原理是基因突变，而基因突变是随机的、不定向的，一般来说，基因突变可以产生一个以上的等位基因，这样形成的具有新性状的个体往往是杂合子，性状不能稳定遗传；要使性状能够稳定遗传需要形成纯合子，由杂合子形成纯合子的方法一般是连续自交，直至后代不发生性状分离。
5.(2020·全国Ⅲ，32)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程，如图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上，人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题：
(1)在普通小麦的形成过程中，杂种一是高度不育的，原因是__________________。
已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体，普通小麦体细胞中有________条染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是_________________(答出2点即可)。
(2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍，可采用的方法有______________(答出1点即可)。
(3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合子)，甲的表型是抗病易倒伏，乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种，请简要写出实验思路。
答案 (1)无同源染色体，不能进行正常的减数分裂 42 营养物质含量高、茎秆粗壮
(2)秋水仙素处理 (3)甲、乙两个品种杂交，F1自交，选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株(或甲、乙杂交得F1，将F1的花药进行离体培养获得单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，最后经筛选可获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种)
解析 (1)杂种一中的两个染色体组分别来自一粒小麦和斯氏麦草两个不同物种，无同源染色体，不能通过减数分裂产生正常的配子，因此杂种一是高度不育的。杂种二中含3个染色体组，经其染色体加倍形成的普通小麦中含有6个染色体组，每个染色体组均含7条染色体，故普通小麦体细胞中共含有42条染色体。与二倍体植株相比，多倍体植株的优点是茎秆粗壮，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)人工诱导染色体加倍的方法有很多，如低温处理、秋水仙素处理等。目前最常用且最有效的方法是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。(3)甲(抗病易倒伏)和乙(易感病抗倒伏)具有两对相对性状，且都是纯合子，可通过杂交育种或单倍体育种的方法将两者的优良性状集中在一个个体上。若采用杂交育种的方法，其实验思路是将甲、乙两个品种杂交得F1，F1自交得F2，选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。若采用单倍体育种的方法，其实验思路是甲、乙杂交得F1，将F1的花药进行离体培养获得单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，最后经筛选可获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种。
课时精练
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1.下列关于染色体变异及其应用的叙述，正确的是( )
A.染色体增加某一片段可提高基因表达水平，是有利变异
B.三倍体西瓜植株的高度不育与减数分裂同源染色体联会行为有关
C.用秋水仙素处理单倍体植株萌发的种子或幼苗，一定能获得纯合子
D.体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体
答案 B
解析 染色体增加某一片段属于染色体结构变异，往往对生物体不利，A错误；三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，同源染色体联会紊乱，不能产生正常的生殖细胞，所以高度不育与同源染色体联会行为有关，B正确；用秋水仙素处理单倍体植株的幼苗，获得的植株不一定是纯合子，且单倍体植株不是由种子发育而来，而是由配子发育而来，C错误；如果该生物体是由配子发育而来，则为单倍体；如果该生物体是由受精卵发育而来，则为多倍体，D错误。
2.下图为某二倍体动物细胞甲在有丝分裂和减数分裂过程中出现的三个细胞乙、丙、丁。下列有关叙述正确的是( )
A.图中乙细胞正在进行有丝分裂，不可能发生基因突变和基因重组
B.乙细胞的子细胞含有四个染色体组，丙细胞连续分裂后的子细胞含有一个染色体组
C.丙细胞发生染色体结构变异，丁细胞是染色体结构变异导致的异常联会
D.一个丙细胞能产生四种基因型不同的精子，丁细胞能产生两种基因型的精子
答案 D
解析 乙细胞含有同源染色体，呈现的特点是着丝粒分裂，染色体移向细胞两极，处于有丝分裂后期，可能发生基因突变，但不能发生基因重组，A错误；乙细胞含有四个染色体组，其分裂产生的子细胞含有两个染色体组。丙细胞呈现的特点是同源染色体排列在赤道板上，处于减数分裂Ⅰ中期，连续分裂后的子细胞(精细胞或卵细胞或第二极体)含有一个染色体组，B错误；一个丙细胞，因发生了同源染色体上非姐妹染色单体间的互换而导致其能产生四种基因型不同的精子，丁细胞因染色体结构变异导致联会出现异常，能产生两种基因型的精子(HAa、hBb或HhAB、ab)，C错误、D正确。
3.(2020·浙江省高三三模)如图表示某对常染色体的结构对比，其中字母表示染色体片段，该染色体的结构变异属于( )
A.缺失 B.重复
C.倒位 D.易位
答案 C
解析 根据题干中的两条染色体为同源染色体，相同位置应携带等位基因(相同基因)，经分析得出染色体的g、h基因所在片段与同一条染色体a基因所在的片段发生了交换而导致的如图所示的变异，属于染色体倒位。
4.(2021·山东高考模拟)果蝇的性别决定是XY型，性染色体数目异常会影响果蝇的性别特征甚至使果蝇死亡，如性染色体组成为XO的个体为雄性，XXX、OY的个体胚胎致死(O表示缺失染色体)。果蝇红眼和白眼分别由基因R和r控制。某同学发现一只异常果蝇，该果蝇左半侧表现为白眼雄性，右半侧表现为红眼雌性。若产生该果蝇的受精卵染色体组成正常，且第一次分裂形成的两个细胞核中只有一个细胞核发生变异，则该受精卵的基因型及变异细胞核产生的原因可能是( )
A.XRXr；含基因R的X染色体丢失
B.XrXr；含基因r的X染色体丢失
C.XRXr；含基因r的X染色体结构变异
D.XRXR；含基因R的X染色体结构变异
答案 A
解析 由题意可知，该果蝇一半为白眼雄性，可能的基因型为XrY或XrO；另一半为红眼雌性，基因型可能为XRXR或XRXr。而该果蝇受精卵正常，第一次分裂产生的一个细胞异常。若受精卵为XrY或XrO，则不会出现一半的红眼雌性；若受精卵为XRXR，则不会出现一半的白眼雄性；受精卵只有为XRXr且XR丢失后，才可能出现一半白眼雄性(XrO)，一半红眼雌性(XRXr)。故选A。
5.(2020·张家港模拟)如图是某二倍体(AABb)动物的几个细胞分裂示意图。据图判断错误的是( )
A.甲图表明该动物发生了基因突变
B.乙图表明该动物在减数分裂前的间期发生了基因突变
C.丙图表明该动物在减数分裂Ⅰ时同源染色体非姐妹染色单体之间发生了互换
D.甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代
答案 D
解析 甲、乙、丙是同一个二倍体动物的几个细胞分裂图，其基因型为AABb由图分析可知，甲图表示有丝分裂后期，染色体上基因A与a不同，是基因突变的结果，A正确；乙图表示减数分裂Ⅱ后期，其染色体上基因A与a不同，表明该动物在减数分裂前的间期发生了基因突变，B正确；丙图也表示减数分裂Ⅱ后期，基因B与b所在的染色体颜色不一致，是减数分裂Ⅰ时同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了互换造成的，C正确；甲细胞分裂后产生体细胞，其产生的变异一般不遗传给后代，D错误。
6.(2020·江苏省高三三模)下列关于染色体变异的叙述，正确的是( )
A.染色体结构变异可导致染色体上基因的数目或排列顺序发生改变
B.同源染色体的非姐妹染色单体之间交换片段导致染色体结构变异
C.染色体组成倍地增加或减少不改变基因的种类和数量
D.染色体结构和数目的变异不会增加生物的多样性
答案 A
解析 同源染色体的非姐妹染色单体之间交换片段导致基因重组，B错误；染色体组成倍地增加或减少不改变基因的种类，但是改变基因的数量，C错误；染色体结构和数目的变异是突变的一种情况，为生物进化提供原材料，会增加生物的多样性，D错误。
7.水稻的高秆、矮秆分别由基因A和a控制，抗病和不抗病分别由基因B和b控制。现有基因型为aabb与AABB的水稻品种，下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.杂交育种包括过程①③，其原理是基因突变和基因重组
B.人工诱变育种为过程②，B可能来自b的基因突变
C.单倍体育种包括过程①④⑤，过程⑤常用花药离体培养法
D.多倍体育种包括过程①⑥⑦，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，A项错误；过程②为人工诱变育种，将aabb经人工诱变可获得aaBB，b变成B的方式为基因突变，B项正确；过程①④⑤为单倍体育种，F1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)使染色体数目加倍，选育得到aaBB，C项错误；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变异，D项错误。
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
8.(2020·江苏省高三三模)下列关于生物育种的叙述，正确的是( )
A.要提高果实的产量和营养物质的含量，可运用多倍体育种
B.欲培育三倍体无子西瓜，需用四倍体作母本与二倍体作父本进行杂交
C.欲大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，只能利用基因工程育种
D.将存在于同一物种的不同个体中的基因集中到同一个体，可采用杂交育种
答案 ABD
解析 欲大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，也可利用诱变育种，C错误。
9.下列是对a～h所示的生物体细胞图中各含有几个染色体组的叙述，不正确的是( )
A.细胞中含有一个染色体组的是h图，该个体是单倍体
B.细胞中含有两个染色体组的是e、g图，该个体是二倍体
C.细胞中含有三个染色体组的是a、b图，但该个体未必是三倍体
D.细胞中含有四个染色体组的是c、f图，该个体一定是四倍体
答案 ABD
解析 形态、大小各不相同的染色体组成一个染色体组，由此可知，a、b图含有三个染色体组，c、h图含有两个染色体组，d、g图含有一个染色体组，e、f图含有四个染色体组。确认单倍体、二倍体、多倍体必须先看发育起点，若由配子发育而来，无论含几个染色体组均属于单倍体，若由受精卵发育而来，有几个染色体组即为几倍体。
10.波尔山羊(2n＝60)胚胎期某细胞发生了异常分裂如图所示(未绘出的染色体均正常)，其中A为原癌基因，a为A的突变基因。下列说法错误的是( )
A.该分裂过程中形成30个四分体
B.分裂产生Aa或aa子细胞的概率可能为1/2
C.子细胞Aa与aa在相同且适宜条件下细胞周期可能不同
D.染色体异常分离与纺锤体无关
答案 AD
解析 减数分裂的特点是同源染色体联会，形成四分体，该图中胚胎期细胞发生的是有丝分裂过程，不会形成四分体；由于染色体的丢失是随机的，所以分裂产生Aa或aa子细胞的概率不一定均为1/2；由于原癌基因A可控制细胞的正常分裂进程，因此子细胞Aa与aa在相同且适宜条件下细胞周期可能不同；由于染色体是由纺锤丝牵引而移向两极的，因此染色体异常分离与纺锤体有关。
三、非选择题
11.(2020·长春模拟)已知西瓜的染色体数目2n＝22，请根据下面的西瓜育种流程图，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______________________。
(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____________。
答案 (1)秋水仙素 (2)多倍体育种 (3)花药离体培养 (4)有丝分裂中期
解析 (1)从二倍体到四倍体，最常用的试剂为秋水仙素，因为其能抑制纺锤体形成，诱导染色体数目加倍。(4)有丝分裂中期染色体数目最清晰，是观察染色体的最佳时期。
12.某自花且闭花受粉植物，抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。抗病和感病由基因R和r控制，抗病为显性；茎的高度由两对独立遗传的基因(D、d，E、e)控制，同时含有D和E表现为矮茎，只含有D或E表现为中茎，其他表现为高茎。现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子，欲培育纯合的抗病矮茎品种。请回答：
(1)自然状态下，该植物一般都是________合子。
(2)若采用诱变育种，在γ射线处理时，需要处理大量种子，其原因是基因突变具有__________和多害少利性等特点。
(3)若采用杂交育种，可通过将上述两个亲本杂交，在F2中选出抗病矮茎个体，再经连续________等纯合化手段，最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种。据此推测，一般情况下，控制性状的基因数越多，其育种过程所需的______。若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的F1在自然状态下繁殖，则理论上F2的表型及其比例为________________。
(4)若采用单倍体育种，该过程涉及的原理有________________。请用遗传图解表示其过程(说明：选育结果只需写出所选育品种的基因型、表型及其比例)。
答案 (1)纯 (2)不定向性、低频性 (3)自交 年限越长 高茎∶中茎∶矮茎＝1∶6∶9
(4)细胞的全能性、基因重组和染色体变异 如下图
解析 (1)由于该植物是自花且闭花受粉植物，所以在自然状态下一般都是纯合子。(2)诱变育种时，用γ射线处理种子的原理是基因突变。由于基因突变具有不定向性、低频性和多害少利性等特点，所以需要处理大量种子。(3)如果采用杂交育种的方式，将上述两个亲本杂交，得F1，在F1自交所得的F2中选出抗病矮茎个体(D_E_R_)，再通过连续自交及逐代淘汰的手段，最终获得能稳定遗传的抗病矮茎品种(DDEERR)。一般情况下，控制性状的基因数量越多，需进行的自交和筛选操作越多，因此其育种过程所需年限越长。若只考虑茎的高度，F1(DdEe)在自然状态下繁殖即自交后，F2中表型及比例为9矮茎(9D_E_)∶6中茎(3D_ee、3ddE_)∶1高茎(1ddee)。(4)若采用单倍体育种的方式获得所需品种，首先需将两品种杂交得F1，对F1的花药进行离体培养得到单倍体，继而使用秋水仙素对其进行处理使其染色体数目加倍，该过程涉及的原理有细胞的全能性、基因重组和染色体变异，其遗传图解见答案。
13.(2020·天津，17)小麦的面筋强度是影响面制品质量的重要因素之一，如制作优质面包需强筋面粉，制作优质饼干需弱筋面粉等。小麦有三对等位基因(A/a，B1/B2，D1/D2)分别位于三对同源染色体上，控制合成不同类型的高分子量麦谷蛋白(HMW)，从而影响面筋强度。科研人员以两种纯合小麦品种为亲本杂交得F1，F1自交得F2，以期选育不同面筋强度的小麦品种，相关信息见下表。
基因
基因的表达产物(HMW)
亲本
F1
育种目标
小偃6号
安农1168
强筋小麦
弱筋小麦
A
甲
＋
＋
＋
＋
－
B1
乙
－
＋
＋
－
＋
B2
丙
＋
－
＋
＋
－
D1
丁
＋
－
＋
－
＋
D2
戊
－
＋
＋
＋
－
注：“＋”表示有相应表达产物；“－”表示无相应表达产物。
据表回答：
(1)三对基因的表达产物对小麦面筋强度的影响体现了基因可通过控制____________来控制生物体的性状。
(2)在F1植株上所结的F2种子中，符合强筋小麦育种目标的种子所占比例为________，符合弱筋小麦育种目标的种子所占比例为________。
(3)为获得纯合弱筋小麦品种，可选择F2中只含____________产物的种子，采用__________________等育种手段，选育符合弱筋小麦育种目标的纯合品种。
答案 (1)蛋白质的结构
(2)1/16 0
(3)甲、乙、丁 诱变、基因工程、将其与不含甲产物的小麦品种进行杂交
解析 (1)根据题意可知，小麦中的三对等位基因控制合成不同类型的高分子量麦谷蛋白(HMW)，从而影响面筋强度，体现了基因通过控制蛋白质的结构来控制生物体的性状。(2)根据表中相关信息可推知，两种纯合亲本的基因型分别为AAB2B2D1D1(小偃6号)、AAB1B1D2D2(安农91168)，这两种亲本杂交后代F1的基因型为AAB1B2D1D2，F1自交所得F2中符合强筋小麦育种目标的种子(AAB2B2D2D2)所占比例为1AA×1/4B2B2×1/4D2D2＝1/16；符合弱筋小麦育种目标的种子(aaB1B1D1D1)所占比例为0。(3)要获得纯合弱筋小麦品种aaB1B1D1D1，可选择F2中只含可表达甲、乙、丁三种产物的种子(AAB1B1D1D1)，采用诱变育种诱变出a基因，或采用基因工程育种导入a基因，或通过将其与不含甲产物(基因型为aa)的小麦品种进行杂交等育种手段获得。
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