高考生物一轮复习第7单元变异育种与进化第20讲染色体变异与育种教案.docx
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高考生物一轮复习第7单元变异育种与进化第20讲染色体变异与育种教案
第20讲 染色体变异与育种
单科命题
备考导航
核心素养解读
命题趋势
（1）举例说明染色体结构变异和数目变异
（2）生物变异在育种上的应用
（1）从结构与功能相适应的视角概述说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状改变甚至死亡
（2）通过染色体变异对生物性状的影响,解释染色体变异在现实生产生活中的应用
◆题型内容:
染色体结构变异与数目变异;育种
◆考查形式:
常结合细胞分裂中DNA数量变化、染色体的行为（差错）及育种技术进行命题
考点一 染色体变异
1.染色体结构的变异
（1）类型[连一连]
（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.染色体数目的变异
（1）类型
①细胞内 个别染色体 的增加或减少,如21三体综合征。
②细胞内染色体数目以 染色体组 的形式成倍地增加或减少,如多倍体、单倍体。
（2）染色体组
①概念:
细胞中的一组非同源染色体,在形态和功能上各不相同,但又互相协调,共同控制生物的生长、发育、遗传和变异,这样的一组染色体叫做一个染色体组。
②组成:
如图为一雄性果蝇的染色体组成,其染色体组可表示为 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X 或 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y 。
（3）多倍体
①概念:
由受精卵发育而来,体细胞中含 三个 或 三个以上 染色体组的个体。
②特点:
多倍体植株茎秆 粗壮 ,叶片、果实和种子都比较大,糖类和蛋白质等营养物质含量丰富。
③应用:
人工诱导多倍体。
（4）单倍体
①概念:
由未受精的生殖细胞发育而来,体细胞中含有 本物种配子 染色体数目的个体。
②特点:
与正常植株相比,单倍体植株长得 弱小 ,且 高度不育 。
③应用:
单倍体育种。
1.染色体缺失有利于隐性基因表达,可提高个体的生存能力。
（✕）
2.染色体易位不改变基因数量,对个体性状不会产生影响。
（✕）
3.染色体上某个基因的丢失属于基因突变。
（✕）
4.DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异。
（✕）
5.非同源染色体某片段移接,仅发生在减数分裂过程中。
（✕）
6.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。
（✕）
7.染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加。
（✕）
8.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。
（✕）
9.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。
（√）
10.用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体。
（✕）
图甲、乙、丙是与变异相关的图解,据图分析下列问题:
（1）图甲、图乙均发生了某些片段的交换,图甲发生了 片段的交换,变异类型属于 ;图乙发生的是 间相应片段的交换,变异类型属于 。
（2）图丙①~④的结果中 是由染色体变异引起的,它们的变异类型分别为
,能在光学显微镜下观察到的是 ,因为 。
（3）图丙①~④中 变异没有改变染色体上基因的数量和排列顺序,因为 。
答案
（1）非同源染色体间 染色体结构变异中的易位 同源染色体非姐妹染色单体 交叉互换型基因重组
（2）①②④ ①染色体片段缺失、②染色体片段易位、④染色体片段倒位 ①②④ ①②④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）③ ③为基因突变,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.染色体结构变异与基因突变、基因重组的辨析
（1）染色体结构变异与基因突变的判断
①主要区别
a.染色体结构变异是“线”的变化,变异程度大,在光学显微镜下可见;基因突变是“点”的变化,是DNA分子内部碱基对的变化,在光学显微镜下不可见。
b.染色体结构变异改变基因的位置或数量;基因突变不改变基因的位置和数量。
②区别图示
（2）“缺失”问题
（3）变异水平问题
变异类型
变异水平
显微观察结果
基因突变
分子水平变异
显微镜下不可见
基因重组
染色体变异
细胞水平变异
显微镜下可见
2.染色体易位与交叉互换的区别
染色体易位
交叉互换
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
基因交换结构
3.变异类型与细胞分裂的关系
变异类型
可发生的细胞分裂方式
基因突变
二分裂、无丝分裂、有丝分裂、减数分裂
基因重组
减数分裂
染色体变异
有丝分裂、减数分裂
4.二倍体、多倍体和单倍体的比较
项目
二倍体
多倍体
单倍体
概念
由受精卵发育而来,体细胞中含有两个染色体组的个体
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
由未受精的生殖细胞发育而来,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体
染色体组
两个
三个或三个以上
一至多个
发育起点
受精卵
受精卵
配子
形成
原因
自然
成因
正常的有性生殖
外界环境条件剧变（如低温）
单性生殖
人工
诱导
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
花药离体培养
植物特点
正常可育
果实、种子较大,营养物质含量丰富,生长发育延迟,结实率低
植株弱小,高度不育
举例
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
蜜蜂的雄蜂
考向一 考查染色体结构变异
1.（2019贵州遵义航天中学高三七模）已知某DNA片段上有基因A、无效片段和基因B,其分布如图所示,现将某外来DNA片段（m）插入位点a或b,下列关于变异类型的说法正确的是（ ）
A.若m为有效片段且插入位点b,则发生了染色体变异
B.若m为有效片段且插入位点a,则发生了基因重组
C.若m为无效片段且插入位点a,则发生了基因突变
D.若m为无效片段且插入位点b,则发生了染色体变异
1.
答案 B 若m为有效片段且插入位点b,由于位点b位于基因B中,说明外来有效片段插入原基因内部,导致基因结构改变,原基因不表达,但插入基因表达,属于基因重组,A错误;若m为有效片段且插入位点a,由于位点a位于无效片段,所以对原基因无影响,属于基因重组,B正确;若m为无效片段且插入位点a,由于位点a也位于无效片段,所以没有发生基因突变,C错误;若m为无效片段且插入位点b,由于位点b位于基因B中,说明外来无效片段插入原基因内部,导致原基因结构被破坏,原基因不表达,这属于基因突变,D错误。
2.在细胞分裂过程中出现了甲、乙、丙、丁4种变异,属于染色体结构变异的是（ ）
A.甲、乙、丁B.乙、丙、丁C.乙、丁D.甲、丙
2.
答案 C 甲是同源染色体的非姐妹染色单体间发生的交叉互换,属于基因重组;乙是非同源染色体之间的易位,属于染色体结构变异;丙表示基因突变,由隐性基因突变为显性基因;丁是染色体片段的重复,属于染色体结构变异。
考向二 考查染色体数目的变异
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g、e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f、c图,该个体一定是四倍体
3.
答案 C 形态、大小各不相同的一组非同源染色体组成一个染色体组。
如图e,每种染色体含有4个,所以含有四个染色体组;d图中,同音字母仅有一个,所以该图只有一个染色体组。
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,e、f图含有4个染色体组,d、g图含有一个染色体组。
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单倍体,若由受精卵发育而来,有几个染色体组即为几倍体。
4.如图所示细胞中所含的染色体,下列有关叙述正确的是（ ）
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
4.
答案 C 图a含有4个染色体组,A错误;如果图b表示体细胞,则图b代表的生物可能是单倍体或三倍体,B错误;由受精卵发育而来的体细胞含两个染色体组的个体一定是二倍体,C正确;图d代表的生物也可能是由雄配子发育而成的,D错误。
题后悟道·方法
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
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 。
方法:
花药离体培养 。
（2）过程:
花药
单倍体植株
纯合子幼苗
所需品种。
（3）优点:
①明显 缩短 育种年限。
②获得稳定遗传的 纯合子 ,自交后代不发生 性状分离 。
2.多倍体育种
（1）方法:
用 秋水仙素 或低温处理 萌发的种子或幼苗 。
（2）原理:
秋水仙素或低温处理能够抑制 纺锤体 的形成,导致细胞分裂中的染色体不能移向细胞两极,引起细胞内 染色体数目 加倍。
（3）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（♀×♂）→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,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,需处理大量材料。
5.基因工程育种
（1）概念:
基因工程又叫基因拼接技术或 DNA重组技术 。
通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里, 定向 地改造生物的遗传性状。
（2）原理:
不同生物间的 基因重组 。
（3）基本工具
①基因的剪刀:
限制性核酸内切酶 。
②基因的针线:
DNA连接酶 。
③基因的运载体:
目前常用的有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
（4）操作步骤
提取 目的基因 →目的基因与 运载体 结合→将目的基因导入 受体细胞 →目的基因的 检测与鉴定 。
（5）应用
①作物育种;②药物研制。
1.抗病植株连续自交若干代,纯合抗病植株的比例逐代降低。
（✕）
2.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。
（√）
3.诱变育种和杂交育种均可形成新基因。
（✕）
4.通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种。
（✕）
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三种纯合子,较简单快捷地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,据图分析下列问题:
（1）图中为单倍体育种的途径是 过程,其能缩短育种年限是因为 。
（2）图示 处需用秋水仙素处理 ,从而获得纯合子; 处常用秋水仙素处理 ,以诱导染色体加倍。
（3）④⑥的育种原理分别是 、 。
（4）图中最简便的育种途径为 过程所示的 ,但育种周期较长;最难以达到育种目标的育种途径为 过程所示的 。
（5）杂交育种选育从F2开始的原因是 ,其实践过程中 （填“一定”或“不一定”）需要连续自交,因为 。
（6）原核生物常选用 育种,因为 。
（7）大幅度改良某一品种,使之出现前所未有的性状,请设计育种方案:
。
答案
（1）①③⑤ 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）⑤ 单倍体幼苗 ⑥ 萌发的种子或幼苗
（3）基因突变 染色体变异 （4）①② 杂交育种 ④ 诱变育种 （5）从F2开始发生性状分离 不一定 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）诱变 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需采用诱变育种
1.五种育种方法的比较
项目
原理
常用方法
优点
缺点
举例
杂交
育种
基因
重组
①选育纯种:
杂交→自交→选种→自交
②选育杂种:
杂交→杂交种
①使不同个体优良性状集中到一个个体上
②操作简便
①育种时间较长
②局限于亲缘关系较近的个体
矮秆抗病小麦
诱变
育种
基因
突变
辐射、激光诱变等
提高变异频率,加速育种进程,大幅度改良性状
有很大盲目性,有利变异少,需大量处理实验材料
青霉素
单倍体
育种
染色体
变异
花药离体培养,用秋水仙素处理
①明显缩短育种年限
②子代均为纯合子
技术复杂,需与杂交育种配合
单倍体
多倍体
育种
染色体
变异
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
器官大,提高营养物质含量
只适用于植物,发育延迟,结实率低
三倍体无子西瓜
基因
工程
育种
基因
重组
将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中
打破物种界限,定向改造生物的遗传性状
技术复杂,生态安全问题较多
转基因抗虫棉的
培育
2.单倍体育种与杂交育种的关系
3.针对不同目的杂交育种流程
（1）培育杂合子品种
在农业生产上,可以将杂种一代作为种子直接使用,如水稻、玉米等。
其特点是可以利用杂种优势,获得的品种高产、抗性强,但种子只能种一年。
培育的基本步骤如下:
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）培育显性纯合子品种
选取双亲杂交（♀×♂）→F1
F2→选出表现型符合要求的个体
F3
……
选出稳定遗传的个体推广种植。
考向一 考查几种育种方式
1.（2019黑龙江哈尔滨六中高三期中）下列关于育种的相关叙述,正确的是（ ）
A.诱变育种的原理是基因突变
B.多倍体育种因优点突出,广泛应用于动植物育种
C.单倍体育种过程中经花药离体培养得到的个体都是纯合子
D.杂交育种过程都需要经过杂交、选择和纯化等手段
1.
答案 A 诱变育种的原理是基因突变,A正确;多倍体动物一般很难成活,因此多倍体育种适用于植物,B错误;单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导使染色体数目加倍两个阶段,花药离体培养得到的是单倍体,C错误;杂交育种过程都需要经过杂交、选择等手段,若所选育的品种为显性,需要经过连续自交实现纯化,若所选育的品种为隐性,则不需要纯化,D错误。
2.（2019青海乐都高三期末）如图中的①②③表示培育番茄新品种的三种育种方法。
下列有关说法不正确的是（ ）
A.方法①和③的育种原理都是基因重组,但采用方法③的变异是定向的
B.方法②诱导单倍体的过程中,体现了植物生殖细胞的全能性
C.方法③可将抗病基因直接导入叶肉细胞,使其与细胞中的DNA分子整合
D.上述三种育种方法都没有培育出新物种
2.
答案 C 方法①和③的育种原理都是基因重组,方法③的变异是按照人们意愿进行的,所以是定向的,A正确;方法②诱导单倍体的过程中,要进行花药离体培养,需要采用植物组织培养技术,体现了植物生殖细胞的全能性,B正确;方法③必须先将抗病基因与质粒结合形成重组DNA分子,然后导入叶肉细胞,使其与细胞中的DNA分子整合,C错误;题述三种育种方法都没有培育出新物种,D正确。
题后悟道·归纳
几种育种方式的注意点
（1）单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同。
单倍体育种操作的对象是单倍体幼苗,多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗。
（2）诱变育种:
多用于植物和微生物,一般不用于动物的育种。
（3）杂交育种:
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,则只要出现该性状个体即可。
考向二 考查育种方案的选择及实验
3.（2019陕西西安高三期末校际联考）在农业生产中,选择合适的育种方法,能有效改良作物品质,提高产量。
下列有关作物育种的说法正确的是（ ）
A.通过杂交育种,能从纯合低产不抗病的品种中选出高产抗病的新品种
B.诱变育种能诱发突变,所以可在较短的时间内获得大量纯合变异类型
C.利用单倍体育种可获得正常生殖的纯合个体,明显缩短了育种的年限
D.人工诱导染色体数目加倍最常用的方法是低温处理萌发的种子或幼苗
3.
答案 C 本题主要考查科学思维素养中的归纳与概括。
杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起。
纯合低产不抗病的品种中没有与高产、抗病相关的基因,所以不能通过杂交育种从纯合低产不抗病的品种中选出高产、抗病的新品种,A错误。
诱变育种与自然突变相比提高了突变频率,能在较短的时间内获得较多的优良变异类型,但这些变异类型一般都是杂合的,需要通过自交等方式获得纯合子,B错误。
单倍体育种过程中,常采用花药（花粉）离体培养的方法来获得单倍体植株,然后经过人工诱导使染色体数目加倍,重新恢复到正常植株的染色体数目。
因此用这种方法培育得到的植株,不仅能够正常生殖,而且每对染色体上的成对的基因都是纯合的,明显缩短了育种的年限,C正确。
人工诱导染色体数目加倍的方法很多,目前最常用而且最有效的方法是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗,D错误。
4.（2019山东青岛二中高三期末）某生物科技小组对一玉米农田进行实地调查,发现基因A和B同时存在时,玉米顶部开雄花,下部开雌花而成为正常株;基因A不存在,B存在时,玉米不能开出雌花而成为雄株;基因型中含有bb的玉米不能开出雄花而成为雌株。
两对基因（分别用A、a和B、b表示）位于两对同源染色体上。
请你运用所学知识回答下列问题:
（1）育种工作者选用上述材料（不用雌雄同株）做亲本,杂交后得到下表中结果:
类型
正常株
雄株
雌株
数目（株）
998
1001
1999
请问亲本的组合是 。
（2）玉米的纯合体雄株和雌株在育种工作中有重要的应用价值,在杂交育种时可免除人工去雄的麻烦。
为了确保纯合子雄株和雌株的杂交后代都是正常植株,那么培育出的符合生产要求的纯合体雄株和雌株的基因型分别为 。
（3）请根据单倍体育种的原理,利用该农田中的正常植株,写出培育符合生产要求的纯合体雄株和纯合体雌株的实验过程:
① ;
② ;
③利用杂交的方法,鉴定符合要求的纯合体雄株和雌株。
请简要写出步骤及结论:
。
4.
答案
（1）♂aaBb×♀Aabb
（2）aaBB、AAbb （3）①选取正常植株的花粉,进行花药离体培养,得到单倍体幼苗 ②用适宜浓度的秋水仙素溶液处理单倍体玉米幼苗,得到纯合体二倍体玉米植株,表现型为正常株、雄株、雌株 ③选取多株雌株玉米与雄株玉米分别杂交,若杂交后代只有正常株,则亲本为符合生产要求的纯合体雌株和雄株;若后代是雄株,则亲本为不符合生产要求的纯合体雌株和雄株
解析
（1）♂aaBb×♀Aabb→AaBb∶Aabb∶aaBb∶aabb=1∶1∶1∶1,即正常株∶雄株∶雌株=1∶1∶2。
（2）由于正常植株的基因型为A_B_,而雄株的基因型为aaB_,雌株的基因型为A_bb或aabb,所以选育出的雌株不能是aabb,且都是纯合体,因此,选育出的雄株和雌株的基因型分别为aaBB和AAbb。
（3）①由于正常植株AaBb经减数分裂能产生AB、Ab、aB、ab四种配子,所以选择正常植株的花粉,进行花药离体培养,得到单倍体幼苗。
②用适宜浓度的秋水仙素处理单倍体玉米幼苗,使其染色体数目加倍,得到纯合的二倍体植株AABB、AAbb、aaBB和aabb,其中雄株（aaBB）、雌株（AAbb）为符合生产要求的类型。
③选取多株雌株与雄株进行杂交,若杂交后代只有正常株,则亲本为符合生产要求的纯合体雌株和雄株;若后代是雄株,则亲本为不符合生产要求的纯合体雌株和雄株,应淘汰。
题后悟道·方法
1.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
杂交育种
对原品系实施“定向”改造
基因工程及植物细胞工程育种
让原品系产生新性状
诱变育种
使原品系营养器官“增大”或“加强”
多倍体育种
2.根据提供的材料选择合适的育种方法
（1）有些植物如小麦、水稻等,杂交实验较难操作,则在选育显性纯合子时最简便的方法是自交。
（2）实验植物若为营养繁殖类,如土豆、地瓜等,则只要出现所需性状即可,不需要培育出纯种。
（3）实验材料若为原核生物,则不能运用杂交
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