学年高中生物 第5章 基因突变及其他变异 第2节 染色体变异学案 新人教版必修2.docx

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学年高中生物第5章基因突变及其他变异第2节染色体变异学案新人教版必修2

第2节　染色体变异

[学习目标]　1.简述染色体变异的类型及特点。

2.了解染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的概念及区别。

一、染色体结构的变异

1．类型

图解

变化

名称

举例

染色体b片段丢失

缺失

猫叫综合征；果蝇缺刻翅的形成

染色体b片段增加

重复

果蝇的棒状眼

染色体断裂的片段（d、g）移接到另一条非同源染色体上

易位

人慢性粒细胞白血病

同一条染色体上某一片段（ab）位置颠倒了

倒位

略

2.结果

染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。

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。

例1

　若图甲中①和②为一对同源染色体，③和④为另一对同源染色体，图中字母表示基因，“〇”表示着丝点，则图乙～图戊中染色体结构变异的类型依次是（　　）

A．缺失、重复、倒位、易位

B．缺失、重复、易位、倒位

C．重复、缺失、倒位、易位

D．重复、缺失、易位、倒位

答案　A

解析　图乙中②号染色体丢失了D基因，形成缺失；图丙中①号染色体多了一个C基因，形成重复；图丁中①号染色体上的“BC”基因位置发生颠倒，形成倒位；图戊中②号染色体与③号染色体间相互交换了部分片段，产生易位。

例2

　（2018·郑州一中月考）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。

下列有关说法正确的是（　　）

A．①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期

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　C

解析　①表示基因重组中的交叉互换，因为其发生在同源染色体之间；②表示染色体结构变异中的易位，因为其发生在非同源染色体之间；③表示基因突变中碱基对的缺失；④表示染色体的缺失或重复。

图中4种变异都是可遗传的变异。

拓展提升

　易位与交叉互换的比较

项目

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之间

属于染色体结构变异

属于基因重组

二、染色体数目的变异

1．类型

2．染色体组

（1）果蝇体细胞中共有4对同源染色体，其中3对是常染色体，1对是性染色体。

（2）雄果蝇减数分裂产生精子的过程中，同源染色体分离，因此配子中的染色体的组成为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y，它们是一组非同源染色体。

（3）像雄果蝇精子中的染色体一样，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。

3．二倍体

由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫做二倍体。

自然界中，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。

4．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）实例：

香蕉（三倍体）、马铃薯（四倍体）、普通小麦（六倍体）。

（3）特点：

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，也存在结实率低，晚熟等缺点。

（4）人工诱导（多倍体育种）

①方法：

用低温处理或用秋水仙素处理。

②处理对象：

正在萌发的种子或幼苗。

③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，从而使染色体数目加倍。

5．单倍体

（1）概念：

体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。

（2）实例：

蜜蜂中的雄蜂。

（3）特点：

植株长得弱小，一般高度不育。

（4）应用——单倍体育种。

①方法

②优点：

明显缩短育种年限。

例3

　下列关于染色体组的叙述，正确的是（　　）

A．体细胞中的一半染色体是一个染色体组

B．配子中的全部染色体是一个染色体组

C．本物种配子中的一半染色体是一个染色体组

D．二倍体生物配子中的全部染色体是一个染色体组

答案　D

解析　一个染色体组内各条染色体大小、形态各不相同，是一组非同源染色体。

只有二倍体产生的配子中含有一套非同源染色体，才是一个染色体组。

例4

　将二倍体芝麻的种子萌发成的幼苗用秋水仙素处理后得到的四倍体芝麻（　　）

A．对花粉进行离体培养，可得到二倍体芝麻

B．产生的配子没有同源染色体，所以无遗传效应

C．与原来的二倍体芝麻杂交，产生的是不育的三倍体芝麻

D．秋水仙素诱导染色体加倍时，最可能作用于细胞分裂的后期

答案　C

解析　二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有4个染色体组，而且每个染色体组之间都有同源染色体；由四倍体的配子发育来的芝麻是单倍体，含两个染色体组，所以该单倍体芝麻是可育的；四倍体的配子中有两个染色体组，二倍体的配子中有一个染色体组，所以四倍体与二倍体杂交产生的是三倍体芝麻，由于三倍体芝麻在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，所以不育；秋水仙素诱导染色体加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成。

三、低温诱导植物染色体数目的变化

1．实验原理：

用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不能被拉向两极，这样细胞不能分裂成两个子细胞，染色体的数目就发生变化。

2．实验操作步骤

（1）培养：

将洋葱放在清水中培养，待长出约1_cm左右的不定根时，放入冰箱（4℃）诱导培养36h。

（2）固定：

剪取诱导处理的根尖约0.5～1cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h，以固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次。

（3）制作装片：

按解离、漂洗、染色和制片4个步骤，具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同。

（4）观察：

先用低倍镜观察，找到既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞的视野。

确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察。

例5

　下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述，不正确的是（　　）

A．用低温处理植物分生组织细胞，能抑制纺锤体的形成

B．洋葱根尖长出约1cm时，剪下，置于4℃冰箱中，诱导36h

C．卡诺氏液浸泡根尖，固定细胞的形态

D．装片制作包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤

答案　B

解析　低温诱导的原理是抑制纺锤体的形成；剪下根尖，会使其失去生命力，细胞不再分裂；卡诺氏液的作用是固定细胞的形态；在制作装片时，过程和“观察植物细胞的有丝分裂”相同，包括解离、漂洗、染色和制片4个步骤。

例6

　洋葱是二倍体植物，体细胞中有16条染色体，某同学用低温诱导洋葱根尖细胞染色体加倍获得成功。

下列相关叙述不正确的是（　　）

A．该同学不会观察到染色体加倍的过程

B．低温诱导细胞染色体加倍时不可能发生基因重组

C．分生区同时存在染色体数为8、16、32、64的细胞

D．低温诱导染色体加倍的原理是抑制纺锤体的形成

答案　C

解析　制片时经过了解离的细胞已经死亡，不会观察到染色体加倍的过程，A正确；低温诱导染色体数目加倍发生在有丝分裂过程中，基因重组发生在减数分裂过程中，B正确；分生区有的含2个染色体组，有的含4个染色体组，但不可能出现8条染色体的情况，因为根尖细胞不进行减数分裂，C错误；低温诱导染色体加倍的原理是抑制纺锤体的形成，染色体不能移向细胞两极，导致染色体数目加倍，D正确。

1．判断正误

（1）猫叫综合征是人的第5号染色体数目减少引起的遗传病（　　）

（2）基因突变和染色体结构变异中的缺失是一样的，都是碱基对的缺失（　　）

（3）染色体结构变异不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（　　）

（4）含有三个染色体组的个体就是三倍体（　　）

（5）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（　　）

（6）单倍体的体细胞中不存在同源染色体（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）√　（6）×

2．由于种种原因，某生物体内某条染色体上多了或少了几个基因，这种遗传物质的变化属于（　　）

A．基因内部结构的改变B．染色体结构变异

C．染色体数目变异D．染色单体的交叉互换

答案　B

解析　某条染色体上多了或少了几个基因是由染色体结构变异中的重复或缺失所致。

3．下图所示细胞含三个染色体组的是（　　）

答案　D

4．下列有关多倍体的叙述，正确的是（　　）

A．体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体就是多倍体

B．人工诱导多倍体的方法很多，目前最常用最有效的方法是用低温处理植物分生组织细胞

C．与二倍体植株相比，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

D．秋水仙素诱导多倍体形成的原因是促使染色单体分离，从而使染色体数目加倍

答案　C

解析　体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体可能是单倍体，如六倍体对应的单倍体；人工诱导多倍体最有效的方法是用秋水仙素处理分生组织细胞；多倍体植株器官较大，营养物质的含量有所增加；秋水仙素抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。

5．四倍体大蒜比二倍体大蒜的产量高许多，为探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，特设计如下实验。

请分析回答下列问题：

（1）实验主要材料：

大蒜、培养皿、恒温箱、卡诺氏液、体积分数为95%的酒精溶液、显微镜、改良苯酚品红染液。

（2）实验步骤：

①取5个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。

②将培养皿分别放入－4℃、0℃、________、________、________的恒温箱中1h。

③________________________________________________________________________。

④分别取根尖________cm，放入________中固定0.5～1h，然后用________________________冲洗2次。

⑤制作装片：

解离→________→________→制片。

⑥低倍镜检测，统计____________________________________________，并记录结果。

（3）实验结果：

染色体加倍率最高的一组为最佳低温。

（4）实验分析：

a．设置实验步骤②的目的是_________________________________________________

________________________________________________________________________。

b．对染色体染色还可以用________________________、____________等。

c．除低温外，________也可以诱导染色体数目加倍，原理是____________________。

答案　

（2）②4℃　8℃　12℃　③取大蒜随机均分为5组，分别放入5个培养皿中诱导36h　④0.5～1　卡诺氏液　体积分数为95%的酒精溶液　⑤漂洗　染色

⑥每组视野中的染色体加倍率　（4）a.进行相互对照；恒温处理1h是为了排除室温对实验结果的干扰　b．龙胆紫染液　醋酸洋红染液　c．秋水仙素　抑制纺锤体形成

解析　

（2）本实验的目的是探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，所以温度应设置为变量，可设置－4℃、0℃、4℃、8℃、12℃等温度。

选取根尖0.5～1cm，不可过长，主要取分生区的组织细胞。

将根尖放入卡诺氏液中固定，然后用体积分数为95%的酒精溶液冲洗。

装片制作包括解离、漂洗、染色和制片四个步骤。

低温并不能使所有细胞染色体加倍，所以要统计加倍率来确定最佳低温。

（4）不同温度处理是为了进行相互对照，在DNA复制时尽可能使细胞处于设定温度中，以排除其他温度的干扰。

只要不对染色体造成损伤，碱性染料均可对染色体染色，如龙胆紫染液、醋酸洋红染液等。

低温和秋水仙素的作用机理均是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。

[对点训练]

题组一　染色体结构变异

1．在减数第一次分裂前的间期，因某些原因使果蝇Ⅱ号染色体上的DNA分子缺失了一个基因，这种变异属于（　　）

A．染色体变异B．基因重组

C．基因突变D．基因重组或基因突变

答案　A

解析　DNA分子缺失了一个基因，涉及基因数目的改变，属于染色体结构的变异；而基因突变是DNA分子中碱基对的替换、增添和缺失，导致基因结构的改变。

2．（2018·石家庄二中高一月考）在某些外界条件作用下，图a中某对同源染色体发生了变异（图b），则该种变异属于（　　）

A．基因突变B．染色体数目变异

C．缺失D．重复

答案　C

解析　分析题图可知，与图a相比，图b中下面的一条染色体中染色体片段3和染色体片段4缺失，因此属于染色体结构变异中的缺失。

3．甲、乙为两种果蝇（2n），下图为这两种果蝇的各一个染色体组，下列叙述正确的是（　　）

A．甲、乙杂交产生的F1减数分裂都正常

B．甲发生染色体交叉互换形成了乙

C．甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同

D．图示染色体结构变异可为生物进化提供原材料

答案　D

解析　A项，根据题干信息可知，甲、乙是两种果蝇，甲、乙杂交产生的F1虽然含有2个染色体组，但是因为来自甲、乙中的1号染色体不能正常联会配对，所以F1不能进行正常的减数分裂；B项，根据题图，甲中1号染色体发生倒位形成了乙中的1号染色体；C项，染色体中某一片段倒位会改变基因的排列顺序；D项，可遗传变异如基因突变、基因重组和染色体变异都能为生物进化提供原材料。

4．某些类型的染色体结构和数目的变异，可通过对细胞分裂时期的观察来识别。

图中a、b、c、d为某些生物减数第一次分裂时期染色体变异的模式图，它们依次属于（　　）

A．三倍体、染色体片段重复、三体、染色体片段缺失

B．三倍体、染色体片段缺失、三体、染色体片段重复

C．三体、染色体片段重复、三倍体、染色体片段缺失

D．染色体片段缺失、三体、染色体片段重复、三倍体

答案　C

解析　a图是染色体数目变异中个别染色体的增加，属于三体；b图为染色体结构变异中4号染色体片段的重复；c图细胞中含三个染色体组，可能为三倍体；d图为染色体结构变异中染色体片段3和4的缺失。

5．（2017·江苏，19）一株同源四倍体玉米的基因型为Aaaa，其异常联会形成的部分配子也可受精形成子代。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．上图表示的过程发生在减数第一次分裂后期

B．自交后代会出现染色体数目变异的个体

C．该玉米单穗上的子粒基因型相同

D．该植株花药培养加倍后的个体均为纯合子

答案　B

解析　同源染色体的联会发生在减数第一次分裂的前期，A错误；由于异常联会，形成染色体数目异常的配子，自交后代会出现染色体数目变异的个体，B正确；经过减数分裂可以形成多种不同类型的配子，该玉米单穗上的子粒基因型可能不同，C错误；由于减数分裂可形成杂合的配子，则该植株花药培养加倍后的个体可为杂合子，D错误。

题组二　染色体数目变异

6．下面有关单倍体和染色体组的叙述中，不正确的是（　　）

A．由未受精的卵细胞发育而成的个体称为单倍体

B．一个染色体组中无等位基因

C．有性生殖的配子细胞中染色体肯定为一个染色体组

D．普通小麦含6个染色体组、42条染色体，它的单倍体含3个染色体组、21条染色体

答案　C

解析　由未受精的卵细胞发育而成的个体中染色体数目是正常体细胞中染色体数目的一半；一个染色体组中不含有同源染色体，所以也就不存在等位基因；配子中含有正常体细胞中一半的染色体，例如四倍体的配子中就含有两个染色体组；普通小麦中含有6个染色体组、42条染色体，单倍体中染色体数目是正常体细胞中的一半。

7.如图所示为雄果蝇染色体图，据图能得到的结论是（　　）

①其配子的染色体组是X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

②有丝分裂后期有4个染色体组，染色体有5种不同形态

③减数第二次分裂后期有2个染色体组，染色体有5种不同形态

④该生物进行基因测序应选择5条染色体

A．①②③④B．①②③

C．①②④D．②③④

答案　C

解析　该图为雄果蝇染色体图，减数第一次分裂产生的子细胞含有4条形态不同的染色体（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y）；减数第二次分裂后期含2个染色体组，染色体只有4种不同形态。

8．将某马铃薯品种的花粉进行离体培养获得幼苗，在幼苗细胞中发现了12对染色体，能够确定此幼苗个体属于（　　）

A．单倍体B．二倍体

C．四倍体D．多倍体

答案　A

解析　由于该马铃薯幼苗是由配子直接发育而来的，故是单倍体。

9．下图表示无子西瓜的培育过程：

根据图解，结合你学过的生物学知识，判断下列叙述错误的是（　　）

A．秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗的茎尖，主要是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成

B．四倍体植株所结的西瓜，果皮细胞内含有4个染色体组

C．无子西瓜既没有种皮，也没有胚

D．四倍体西瓜的根细胞中含有2个染色体组

答案　C

解析　秋水仙素抑制纺锤体的形成，是在有丝分裂的前期；四倍体西瓜的果皮是由子房壁发育而成的，来自母本，应含有4个染色体组；无子西瓜是由于不能产生正常配子，所以不能形成受精卵，而种皮来自于母本，所以有种皮，而没有胚；由于植株的地下部分没有经秋水仙素处理，细胞中仍含有2个染色体组。

10．如图表示用纯种的高秆（D）抗锈病（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，有关此育种方法的叙述错误的是（　　）

A．过程①可使育种所需的优良基因由亲本进入F1

B．过程②为减数分裂

C．过程③是利用组织培养技术获得单倍体幼苗

D．过程④必须使用秋水仙素处理

答案　D

解析　过程①是杂交，通过基因重组使优良的性状集中到同一个体上；过程②是通过减数分裂产生配子；过程③是对花药的离体培养；过程④为人工诱导染色体加倍，除秋水仙素外，低温也可达到诱导染色体加倍的目的。

题组三　低温诱导植物染色体数目的变化

11．下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，正确的是（　　）

A．原理：

低温抑制染色体着丝点分裂，使子染色体不能分别移向细胞两极

B．解离：

盐酸和酒精的混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离

C．染色：

改良苯酚品红染液和醋酸洋红液都可以使染色体着色

D．观察：

显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变

答案　C

解析　低温诱导染色体数目加倍的原理是低温抑制纺锤体的形成，使子染色体不能分别移向细胞两极；卡诺氏液用于染色体的固定，解离液为盐酸和酒精的混合液；改良苯酚品红染液和醋酸洋红液都可以用于染色体的染色；低温诱导染色体加倍的时期是有丝分裂的前期，而大多数细胞处于间期。

12．用不同浓度的秋水仙素溶液处理多组二倍体草莓幼苗的芽尖，诱导其染色体加倍，得到如图所示的实验结果。

下列有关叙述中正确的是（　　）

A．该实验的自变量是秋水仙素处理的时间

B．秋水仙素作用于有丝分裂间期

C．秋水仙素通过抑制着丝点分裂诱导染色体加倍

D．处理后的植株中不同细胞染色体数目可能不同

答案　D

解析　由图可知，该实验的自变量是秋水仙素的浓度和处理时间；秋水仙素诱导染色体数目加倍是通过抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成来实现的；由于秋水仙素只能对处于细胞分裂前期的细胞起作用，因此处理后不同细胞内染色体的数目可能不同。

[综合强化]

13．下列各图中所表示的是某些植物的体细胞，据图回答下列问题：

（1）肯定是单倍体的是________图，它是由________倍体生物的生殖细胞直接发育形成的。

（2）茎秆粗壮但不能产生种子的可能是________图，判断的理由是_________________。

（3）如果都不是由生殖细胞直接发育而成，其中肯定是二倍体的是________图。

（4）如果C图代表的生物是由某生物卵细胞直接发育形成的，那么它是____________倍体，形成它的那个生物是________倍体。

答案　

（1）D　二　

（2）A　有三个染色体组，无法正常减数分裂　（3）B、C　（4）单　四

14．某二倍体植株的体细胞中染色体数为24，基因型为AaBb。

请据图完成下列问题：

（1）图中A所示的细胞分裂方式主要是______________。

（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，这两对基因按自由组合定律遗传。

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　植物产生花粉或卵细胞要经过减数分裂，由于基因型为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。

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。

矮秆抗病的个体基因型有两种：

aaBB和aaBb，在后代中所占比例是

（aaBB）＋

（aaBb）＝

。

当矮秆抗病的水稻进行自交，纯合子（aaBB）是

，自交后代占

，而杂合子（aaBb）是

，自交的后代中纯合子比例为

×

＝

，所以矮秆抗病的水稻进行自交，后代中矮秆抗病纯合子所占比例为

＋

＝

。

15．用质量分数为2%的秋水仙素处理植物分生组织5～6h，能够诱导细胞内染色体加倍。

那么，用一定时间的低温（如4℃）处理水培的洋葱根尖（2n＝16条）时，是否也能诱导细胞内染色体加倍呢？

请对这个问题进行实验探究。

（1）针对以上的问题，你作出的假设是____________________________________________。

提出此假设的依据是___________________________________________________。

（2）按照你的设计思路，可以____________________________________________，并以此作为鉴别低温是否诱导细胞内染色体加倍的依据。

为此，你要进行的具体操作是：

第一步：

剪取根尖0.5～1cm。

第二步：

按照________→________→________的操作顺序对根尖进行处理。

第三步：

将洋葱根尖制成临时装片，在显微镜下用一个分裂期的细胞观察染色体加倍的动态变化过程。

根据该同学的实验设计回答：

该同学设计的实验操作步骤中有一处明显的错误，请指出错误所在。

________________________________________________________