版生物高考大一轮复习第七单元生物的变异与进化第21讲染色体变异与育种学案北师大版.docx

版生物高考大一轮复习第七单元生物的变异与进化第21讲染色体变异与育种学案北师大版.docx

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版生物高考大一轮复习第七单元生物的变异与进化第21讲染色体变异与育种学案北师大版

第21讲　染色体变异与育种

[考纲要求]　1.染色体结构变异和数目变异（Ⅱ）。

2.生物变异在育种上的应用（Ⅱ）。

3.实验：

低温诱导染色体加倍。

考点一　染色体变异

1.染色体结构的变异

（1）类型（连线）

（2）结果：

使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。

2.染色体数目变异

（1）类型

①非整倍性变异：

体细胞内个别染色体的增加或减少，如21三体综合征。

②整倍性变异：

细胞内的染色体数目以染色体组为单位成倍地增加或减少，如多倍体、单倍体。

（2）染色体组（根据果蝇染色体组成图归纳）

①从染色体来源看，一个染色体组中不含同源染色体。

②从形态、大小和功能看，一个染色体组中所含的染色体各不相同。

③从所含的基因看，一个染色体组中含有控制本物种生物性状的一整套基因，但不能重复。

（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

受精卵

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）营养物质含量丰富

体细胞染

色体组数

≥1

2

≥3

形成

过程

雄配子

单倍体

　＋

雌配子

单倍体

　↓受精作用

受精卵

生物体

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

1.判断下列有关染色体结构变异的叙述

（1）染色体增加某一片段可提高基因表达水平，是有利变异（　×　）

（2）染色体缺失有利于隐性基因表达，可提高个体的生存能力（　×　）

（3）染色体易位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响（　×　）

（4）染色体上某个基因的丢失属于基因突变（　×　）

（5）DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异（　×　）

（6）非同源染色体某片段移接，仅发生在减数分裂过程中（　×　）

2.判断下列有关染色体数目变异的叙述

（1）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（　√　）

（2）用秋水仙素处理某高等植物连续分裂的细胞群体，分裂期细胞的比例会减少（　×　）

（3）染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加（　×　）

（4）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（　×　）

（5）水稻（2n＝24）一个染色体组有12条染色体，水稻单倍体基因组有12条染色体（　√　）

（6）用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体（　×　）

（7）单倍体含有的染色体组数都是奇数（　×　）

分析染色体的结构变异和数目变异

（1）图甲①～④的结果中哪些是由染色体变异引起的？

它们分别属于哪类变异？

能在光学显微镜下观察到的是哪几个？

哪类变异没有改变染色体上基因的数量和排列顺序？

提示　①染色体片段缺失；②染色体片段易位；③基因突变；④染色体片段倒位。

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，不能在光学显微镜下观察到。

③（基因突变）只是产生了新基因，染色体上基因的数量和排列顺序均未发生改变。

（2）图乙、丙均发生了某些片段的交换，其交换对象分别是什么？

它们属于哪类变异？

提示　图乙发生了非同源染色体间片段的交换，图丙发生的是同源染色体上的非姐妹染色单体间相应片段的交换；前者属于染色体结构变异中的“易位”，后者属于交叉互换型基因重组。

（3）上述的染色体结构变异中有的甚至导致生物体死亡，为何还称为可遗传的变异？

提示　染色体结构变异使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，即由遗传物质的变化引起的变异就称为可遗传的变异。

（4）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：

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？

不是。

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”＝“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）。

命题点一　透过图像辨析三种可遗传变异

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（　　）

A.甲、乙杂交产生的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

答案　D

解析　与甲相比，乙中的1号染色体发生了倒位，所以甲、乙杂交产生的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，丙中②过程染色体片段发生改变，属于染色体结构变异中的易位，①②都属于染色体结构变异，C项错误，D项正确。

2.如图①②③④分别表示不同的变异类型，a、a′基因仅有图③所示片段的差异。

下列相关叙述正确的是（　　）

A.图中4种变异中能够遗传的变异是①②④

B.③中的变异属于染色体结构变异中的缺失

C.④中的变异可能是染色体结构变异中的缺失或重复

D.①②都表示同源染色体非姐妹染色单体的交叉互换，发生在减数第一次分裂的前期

答案　C

解析　①表示同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换（发生在减数第一次分裂前期），导致基因重组；②表示非同源染色体互换片段，发生的是染色体结构变异中的易位；③表示基因突变；④表示染色体结构变异中的某一片段缺失或重复。

利用四个“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交叉互换，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分子上若干碱基对的缺失、增添，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化，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变化，在光学显微镜下可以观察到。

（4）关于变异的“质”和“量”：

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，一般不改变基因的量，基因工程技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，会改变基因的量或基因的排列顺序。

命题点二　染色体组及生物体倍性的判断

3.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，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　C

解析　形态、大小各不相同的染色体组成一个染色体组，由此我们可知：

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、三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，有几个染色体组即属于几倍体。

4.下图所示细胞中对所含染色体的有关叙述正确的是（　　）

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

答案　C

解析　图a为有丝分裂后期，含有4个染色体组，图b有3个染色体组，A项错误；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，B项错误；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项正确；图d中只含1个染色体组，一定是单倍体，可能是由雄配子或雌配子发育而成的，D项错误。

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.“两看法”判断单倍体、二倍体和多倍体

命题点三　变异类型的实验探究

5.（2017·汕头模拟）玉米的紫株和绿株由6号染色体上一对等位基因（H、h）控制，紫株对绿株为显性。

紫株A经X射线照射后再与绿株杂交，子代出现少数绿株（绿株B）。

为研究绿株B出现的原因，让绿株B与正常纯合的紫株C杂交得F1，F1自交得F2。

请回答：

（1）假设一：

X射线照射导致紫株A发生了基因突变。

若此假设成立，则F1的基因型为__________；F2中紫株所占的比例为________。

（2）假设二：

X射线照射导致紫株A的6号染色体断裂，含有基因H的片段缺失（注：

一条染色体部分片段缺失的个体生存，两条同源染色体皆有相同部分片段缺失的个体死亡）。

若此假设成立，则绿株B产生的雌雄配子各有____种，F1的表现型____________；F2中，紫株∶绿株＝________。

（3）为验证假设二是否正确。

最好选择________（填“紫株A”“绿株B”或“紫株C”）的根尖制成装片，在显微镜下观察和比较________________________________（填分裂方式及分裂时期）的染色体形态。

答案　

（1）Hh　

（2）2　全部为紫株　6∶1　（3）绿株B　有丝分裂中期

解析　

（1）假设一是基因突变，基因突变是指DNA分子中碱基对的增添、缺失和替换等，其实质是基因结构的改变。

紫株A变异后与绿株（hh）杂交，后代有绿株出现，说明紫株A的基因型为Hh，绿株B的基因型为hh。

绿株B（hh）与正常纯合的紫株C（HH）杂交，F1的基因型为Hh；F1自交得到F2，F2中紫株（H_）所占的比例应为

。

（2）假设二是染色体变异，则绿株B的基因型为hO，即绿株B的一条染色体缺失含有基因H的片段，因此其能产生2种配子，一种配子含有基因h，另一种配子6号染色体断裂缺失含H的片段。

绿株B与正常纯合的紫株C（HH）杂交，F1有两种基因型（比例相等）：

Hh和HO，均表现为紫株；Hh自交得到的F2为HH∶Hh∶hh＝1∶2∶1，紫株占

，绿株占

，HO自交，由于两条染色体缺失相同片段的个体死亡，所以F2为HH∶HO＝1∶2，全为紫株，F2中紫株所占比例应为

，绿株所占比例应为

。

所以，紫株∶绿株＝6∶1。

（3）基因突变是点突变，在显微镜下无法观察到，而染色体变异可在显微镜下观察到，所以假设二可以通过细胞学的方法来验证，即在显微镜下观察绿株B细胞有丝分裂或减数分裂过程中的染色体，根尖部位只能发生有丝分裂，故应选择有丝分裂中期的细胞进行观察，因为此时染色体的形态和数目最清晰，然后可以通过染色体组型分析比较6号染色体是否相同。

6.番茄是二倍体植物。

有一种三体，其6号染色体的同源染色体有3条，在减数分裂联会时，3条同源染色体中的任意2条随意配对联会形成一个二价体，另1条同源染色体不能配对而形成一个单价体。

减数第一次分裂的后期，组成二价体的同源染色体正常分离，组成单价体的1条染色体随机地移向细胞的任何一极，而其他染色体正常配对、分离。

请回答问题：

（1）从变异类型的角度分析，三体的形成属于________________________。

（2）若三体番茄的基因型为AABBb，则其产生的花粉的基因型及其比例为______________，其根尖分生区一细胞连续分裂两次所得到的子细胞的基因型为__________。

（3）现以马铃薯叶型（dd）的二倍体番茄为父本，以正常叶型（DD或DDD）的三体纯合体番茄为母本，设计杂交实验，判断D（或d）基因是否在第6号染色体上，最简单可行的实验方案是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

实验结果：

①若杂交子代_____________________________，则______________________________。

②若杂交子代_____________________________，则______________________________。

答案　

（1）染色体数目变异　

（2）ABB∶ABb∶AB∶Ab＝1∶2∶2∶1　AABBb　（3）F1的三体植株正常叶型与二倍体马铃薯叶型杂交

①正常叶∶马铃薯叶＝1∶1　D（或d）基因不在第6号染色体上

②正常叶∶马铃薯叶＝5∶1　D（或d）基因在第6号染色体上

解析　

（1）由题意知，正常番茄中体细胞的6号染色体是2条，三体的6号染色体是3条，属于染色体数目变异。

（2）三体番茄的基因型为AABBb，依题意分析其产生的配子的基因型及比例是ABB∶ABb∶AB∶Ab＝1∶2∶2∶1；根尖细胞进行有丝分裂，分裂后形成的子细胞的基因型与亲代细胞相同，都是AABBb。

（3）①如果D（d）基因不在6号染色体上，则马铃薯叶型的基因型是dd，正常叶型的基因型是DD，杂交子代的基因型是Dd，与dd进行测交，测交后代的基因型及比例是Dd∶dd＝1∶1，前者是正常叶，后者是马铃薯叶；②如果D（d）基因位于6号染色体上，则马铃薯叶型的基因型是dd，正常叶型的基因型是DDD，杂交子代的基因型是Dd、DDd,其中DDd是三体植株，DDd与dd进行测交，DDd产生的配子的基因型及比例是DD∶D∶Dd∶d＝1∶2∶2∶1，测交后代的基因型是DDd∶Dd∶Ddd∶dd＝1∶2∶2∶1，其中Dd、DDd、Ddd表现为正常叶，dd表现为马铃薯叶。

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）方法

（3）优点：

明显缩短育种年限，所得个体均为纯合体。

（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

（4）实例：

三倍体无子西瓜

①两次传粉

②三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。

3.杂交育种

（1）原理：

基因重组。

（2）过程

①培育杂合体品种

选取符合要求的纯种双亲杂交（♀×♂）→F1（即为所需品种）。

②培育隐性纯合体品种

选取符合要求的双亲杂交（♀×♂）→F1

F2→选出表现型符合要求的个体种植并推广。

③培育显性纯合体品种

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，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可以提高突变频率，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。

归纳总结　根据育种程序图识别育种名称和过程

（1）首先要识别图解中各字母表示的处理方法：

A——杂交，D——自交，B——花药离体培养，C——秋水仙素处理，E——诱变处理，F——秋水仙素处理，G——转基因技术，H——脱分化，I——再分化，J——包裹人工种皮。

这是识别各种育种方法的主要依据。

（2）根据以上分析可以判断：

“亲本

新品种”为杂交育种，“亲本

新品种”为单倍体育种，“种子或幼苗

新品种”为诱变育种，“种子或幼苗

新品种”为多倍体育种，“植物细胞

新细胞

愈伤组织

胚状体

人工种子―→新品种”为基因工程育种。

（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）抗病植株连续自交若干代，纯合抗病植株的比例逐代降低（　×　）

（3）通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种（　×　）

（4）诱变育种和杂交育种均可形成新基因（　×　）

（5）利用高产、感病小麦与高产、晚熟小麦品种间杂交筛选可获得高产、抗病小麦的品种（　×　）

（6）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（　×　）

（7）已知a和b基因为优良基因，并分别独立控制不同的优良性状。

欲利用现有的基因型为AABB、AAbb、aaBB三种纯合体，较简单快捷的培育出优良新品种的方法是杂交育种（　√　）

（8）诱变育种可通过改变基因的结构达到育种目的（　√　）

（9）现有三个番茄品种，A种的基因型为aaBBDD，B种的基因型为AAbbDD，C种的基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。

若通过杂交育种获得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，至少需要的时间为4年（　√　）

（10）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（　×　）

图中甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b分别表示位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑥表示培育水稻新品种的过程，请分析：

（1）图中哪种途径为单倍体育种？

其为什么能缩短育种年限？

提示　图中①③⑤过程表示单倍体育种。

采用花药离体培养获得的单倍体植株，经人工诱导染色体加倍后，植株细胞内每对染色体上的基因都是纯合的，自交后代不会发生性状分离，因此缩短了育种年限。

（2）图中哪一标号处需用秋水仙素处理？

应如何处理？

提示　图示⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合体；⑥处常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。

（3）④⑥的育种原理分别是什么？

提示　④的育种原理为基因突变，⑥的育种原理为染色体变异。

（4）图中最简便及最难以达到育种目标的育种途径分别是哪个过程？

提示　图中最简便的育种途径为①②过程所示的杂交育种，但育种周期较长；最难以达到育种目标的途径为④过程。

（5）杂交育种选育从F2开始的原因是什么？

其实践过程中一定需要连续自交吗？

为什么？

提示　因为从F2开始发生性状分离。

不一定需要连续自交。

若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要在F2出现该性状个体即可。

（6）原核生物常选哪种育种方式，为什么？

提示　诱变育种。

原核生物无减数分裂，不能进行杂交育种，所以一般选诱变育种。

（7）大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，如何设计育种方案？

提示　大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状需采用诱变育种。

命题点一　分析单倍体育种与多倍体育种的应用

1.如图是利用野生猕猴桃种子（aa,2n＝58）为材料培育无子猕猴桃新品种（AAA）的过程，下列叙述错误的是（　　）

A.③和⑥都可用秋水仙素处理来实现

B.若④是自交，则产生AAAA的概率为1/16

C.AA植株和AAAA植株是不同的物种

D.若⑤是杂交，产生的AAA植株的体细胞中染色体数目为87

答案　B

解析　③和⑥都可用秋水仙素处理来完成染色体数目加倍，A项正确；植株AAaa减数分裂产生的配子种类及比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，所以AAaa自交产生AAAA的概率＝1/6×1/6＝1/36，B项错误；二倍体AA与四倍体AAAA杂交产生的AAA为不育的三倍体，因此AA植株和AAAA植株是不同的物种，C项正确；该生物一个染色体组含有染色体58÷2＝29（条），所以三倍体植株体细胞中染色体数为29×3＝87（条），D项正确。

2.萝卜和甘蓝都是人们喜欢的蔬菜，并且萝卜和甘蓝都属于十字花科植物且都是二倍体生物，体细胞染色体数都是18。

萝卜的染色体组成和染色体数可以表示为：

2n＝AA＝18，甘蓝的染色体组成和染色体数可以表示为：

2n＝BB＝18。

如图是利用萝卜和甘蓝培育作物品种的过程示意图，请回答下列问题：

（1）图中秋水仙素的作用是________________，作用的时期是________________；与用秋水仙素处理可以达到同样效果的一种措施是________________。

（2）以上育种方法的原理是________________；甲、乙、丙、丁4种植株中，可育的有__________，其染色体组成和染色体数分别为_____________________________________________。

植株丁根尖分生区的一个细胞中最多含______________条染色体。

（3）基因型为AaBb的萝卜和基因型为DdEe的甘蓝杂交，后代基因型有________________种；请设计一个利用基因型为AaBb的萝卜和基因型为DdEe的甘蓝，获得基因型为aaaabbbbddee的萝卜—甘蓝新品种的培育步骤（写出一种即可）。

答案　

（1）抑制纺锤体形成　有丝分裂前期　低温处理

（2）染色体变异　甲、丙　甲：

4n＝AAAA＝36，丙：

4n＝AABB＝36　54　（3）16　用AaBb的萝卜自交，获得基因型为aabb的个体，诱导加倍获得基因型为aaaabbbb的个体，再诱导加倍获得基因型为aaaaaaaabbbbbbbb的个体；用基因型为DdEe的个体自交获得基因型为ddee的个体，对其诱导加倍获得基因型为ddddeeee的个体；让基因型为aaaaaaaabbbbbbbb的萝卜与基因型为ddddeeee的甘蓝杂交，获得的后代即为基因型为aaaabbbbddee的萝卜—甘蓝新品种（答案合理即可）。

解析　

（1）秋水仙素的作用是抑制纺锤体形成，作用的时期是有丝分裂前期。

与用秋水仙素处理可以达到同样效果的是低温处理，低温处理同样可以诱导多倍体产生。

（2）植株甲的获取原理是染色体组加倍，为同源四倍体，可育；植株乙是通过杂交获得的异源二倍体，不可育；植株丙获取的原理是染色体组加倍，为异源四倍体，可育；植株丁是通过杂交获得的异源三倍体，不可育。

甲的染色体组成和染色体数为：

4n＝AAAA＝36；乙的染色体组成和染色体数为：

2n＝AB＝