新苏教版必修2同步讲义及练习第三章 第三节.docx

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新苏教版必修2同步讲义及练习第三章第三节

第三节　染色体变异及其应用

[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.特点：

染色体结构变异一般可通过光学显微镜直接观察。

2.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

3.染色体结构变异导致性状变异的原因：

染色体结构变异都会使染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。

4.结果：

大多数染色体结构的变异对生物体是不利的，甚至会导致生物体死亡。

5.诱变因素：

电离辐射、病毒感染或一些化学物质诱导。

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，“”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，形成易位。

例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。

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.染色体数目变异

（1）概念：

染色体数目以染色体组的方式成倍地增加或减少，个别染色体的增加或减少，都称为染色体数目的变异。

（2）类型

2.染色体组

（1）概念：

细胞中形态和功能各不相同，但互相协调、共同控制生物的生长、发育、遗传和变异的一组非同源染色体，称为一个染色体组。

（2）实例：

人的精子或卵细胞中含有一个染色体组，体细胞中含有两个染色体组。

（3）单倍体、二倍体与多倍体

①单倍体是指体细胞中含有配子染色体数的个体。

②由受精卵发育而成的个体，体细胞内含有两个染色体组的叫做二倍体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的叫做多倍体。

拓展提升

1.细胞中染色体组数判断方法

（1）根据染色体形态判断：

细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。

下图所示的细胞中所含的染色体组数分别是：

a为3个，b为2个，c为1个。

（2）根据基因型判断：

控制同一性状的基因出现几次，就含几个染色体组——每个染色体组内不含等位或相同基因。

下图所示的细胞中，它们所含的染色体组数分别是：

a为4个，b为2个，c为3个，d为1个。

（3）根据染色体数与形态数的比值判断：

染色体数与形态数比值意味着每种形态染色体数目的多少，每种形态染色体有几条，即含几个染色体组，如玉米的体细胞中共有20条染色体，10种形态，则玉米含有2个染色体组。

2.细胞分裂图像中染色体组数的判断

以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目中所给图像中的染色体组数。

如下图所示：

（1）图a为减数第一次分裂的前期，染色体4条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。

（2）图b为减数第一次分裂末期后的细胞或减数第二次分裂前期细胞，染色体2条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有1个染色体组，染色体组中有2条染色体。

（3）图c为减数第一次分裂后期，染色体4条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组有2条染色体。

（4）图d为有丝分裂后期，染色体8条，生殖细胞中染色体2条，该细胞中有4个染色体组，每个染色体组有2条染色体。

例3

　下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述，不正确的是（　　）

A.一个染色体组中不含同源染色体

B.由受精卵发育成的，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体

C.单倍体生物体细胞中不一定只含有一个染色体组

D.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

答案　D

解析　染色体组是不含有同源染色体的；个体若由受精卵发育而来，含有几个染色体组就是几倍体；单倍体是由配子发育而成的，不一定只含有一个染色体组；人工诱导多倍体的方法有秋水仙素处理或低温处理等。

例4

　下图所示为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

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；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；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。

三、染色体变异在育种上的应用

1.单倍体育种

（1）单倍体植株的特点：

长得弱小，而且高度不育。

（2）单倍体育种的常用方法：

花药（花粉）离体培养法。

（3）单倍体育种的过程

（4）单倍体育种的优点

①获得的植株染色体上成对的基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离。

②明显缩短育种年限。

2.多倍体育种

（1）多倍体植株的特点：

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较高。

（2）多倍体的自然形成

（3）多倍体的人工诱导

①方法：

用秋水仙素处理或用低温处理。

②处理对象：

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。

④实例：

三倍体无子西瓜的培育。

拓展提升

　单倍体育种和多倍体育种

单倍体育种

多倍体育种

原理

染色体数目变异

染色体数目变异

方法

花药离体培养获得单倍体，再用秋水仙素处理幼苗

秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗

优点

明显缩短育种年限

器官大，营养成分含量高，产量增加

缺点

技术复杂，需要与杂交育种配合

适用于植物，动物难以开展。

多倍体植物生长周期延长，结实率降低

举例

例5

　某植株的基因型为AaBb，其中A和b基因控制的性状对提高产量是有利的。

利用其花药进行单倍体育种，过程如图所示，下列相关分析中正确的是（　　）

花药植株A植株B

A.通过过程①得到的植株A全为纯合子

B.过程②可用适当的低温处理，低温作用时期为有丝分裂间期

C.若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4

D.该育种方法的优点是明显缩短了育种年限，原理是染色体结构和数目的变异

答案　C

解析　过程①为花药离体培养，通过过程①得到的植株A全为单倍体，过程②是诱导染色体数目加倍，通过程②得到的植株B全为纯合子，A错误；过程②可用适当的低温诱导处理，低温作用的原理是抑制纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍，作用的时期为有丝分裂前期，B错误；基因型为AaBb的植株可产生基因型为AB、Ab、aB、ab的四种配子，则植株A也有这四种基因型，植株B的基因型为AABB、AAbb、aaBB、aabb，由于A和b基因控制的性状对提高产量是有利的，所以符合要求的类型是AAbb，占1/4，C正确；该育种方法的优点是明显缩短育种年限，原理是染色体数目的变异，D错误。

例6

　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。

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）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（　　）

（3）含有三个染色体组的个体就是三倍体（　　）

（4）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（　　）

（5）单倍体的体细胞中不存在同源染色体（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

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。

4.双子叶植物大麻（2n＝20）为雌雄异株，性别决定为XY型，若将其花药离体培养，再将幼苗用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成应是（　　）

A.18＋XYB.18＋YY

C.9＋X或9＋YD.18＋XX或18＋YY

答案　D

解析　由题可知2n＝20，性别决定为XY型，则花药的染色体组成为9＋X或9＋Y，将其培育成单倍体后再利用秋水仙素处理，诱导染色体加倍后，植株的染色体组成为18＋XX或18＋YY。

5.已知二倍体西瓜的体细胞中含有22条染色体，西瓜的绿皮（A）对白皮（a）为显性，大子（B）对小子（b）为显性，这两对等位基因分别位于两对同源染色体上。

现对一批纯种绿皮大子与白皮小子西瓜种子进行了下列操作：

a.将这批种子播种，并用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大子幼苗，使之成为四倍体；

b.当被处理后的绿皮大子西瓜植株开花后，将白皮小子西瓜植株的花粉授予绿皮大子植株，使之杂交获得F1。

（1）亲本杂交当年结________（选填“有子”或“无子”）西瓜，其果皮颜色为________。

（2）秋水仙素的作用是________________________________________________________。

（3）由于工作人员的疏忽，进行a操作时，其中有一株幼苗没有用秋水仙素处理，其通过杂交获得了有子西瓜。

第二年，工作人员将该种子（F1）播种，用一定浓度的秋水仙素处理其幼苗，并让F1与白皮小子西瓜植株杂交获得F2（提示：

F1进行减数分裂时，每4条同源染色体等量随机分配到配子中去，其产生的配子可育）。

①F1减数第二次分裂后期细胞中含有________个DNA分子，________个染色体组，________对同源染色体。

②从F2中可以选出白皮小子的西瓜品种吗？

为什么？

__________________________________________________________________________。

③若只考虑种皮这一对相对性状的遗传，则F2的基因型及比例为_________________。

答案　

（1）有子　绿皮　

（2）抑制有丝分裂时纺锤体的形成，使细胞中的染色体数目加倍　（3）①44　4　22　②不能，因为F2是三倍体，其减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子（或F2是三倍体，其高度不育）　③AAa∶Aaa∶aaa＝1∶4∶1

解析　纯种绿皮大子西瓜基因型为AABB，白皮小子西瓜基因型为aabb，用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大子幼苗后的基因型为AAAABBBB，与aabb杂交后形成受精卵AAaBBb，发育为种子，所以母本结的是有子西瓜。

因果实由母本的子房发育而成，果皮来自子房壁，母本基因型为AAAABBBB，所以果皮颜色为绿皮。

第（3）小题所说幼苗没有用秋水仙素处理，基因型为AABB，与aabb杂交后形成的子代基因型为AaBb，用秋水仙素处理后为AAaaBBbb，染色体数为44，染色体组为4个。

减数第一次分裂同源染色体分离后，减数第二次分裂后期着丝点分开，DNA分子数为44，染色体数为44，染色体组为4个，同源染色体为22对。

AAaaBBbb和白皮小子西瓜植株aabb杂交后得到F2为三倍体，因为减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子，所以形成的三倍体高度不育，不能作为品种得以保留。

AAaa在四条同源染色体上，在分离时随机分配，因此有AA、Aa、aa三种组合，比例为1∶4∶1，与a一种配子随机结合后得到的F2的基因型及其比例为AAa∶Aaa∶aaa＝1∶4∶1。

[对点训练]

题组一　染色体结构变异

1.已知某物种一条染色体上依次排列着A、B、C、D、E五个基因，下面列出的若干种变化中未发生染色体结构变异的是（　　）

答案　D

解析　由图可知，A图发生了染色体缺失；B图中多了F基因的片段，应是从非同源染色体上易位而来的；C图中少了D基因的片段，多了F基因的片段，应是发生了缺失和易位；D图中C基因变成了c基因，即产生了等位基因，这种变化不属于染色体结构变异，D正确。

2.如图是某生物细胞减数分裂时，两对联会的染色体之间出现异常的“十”字型结构现象，图中字母表示染色体上的基因。

据此所作的推断中错误的是（　　）

A.此种异常源于染色体结构的变异

B.该生物产生的异常配子很可能有HAa或hBb

C.该生物基因型为HhAaBb，一定属于二倍体生物

D.此种异常可能会导致生物的生殖能力下降

答案　C

解析　此图表示的是减数分裂过程中的联会，根据同源染色体两两配对的关系可知，H和h所在的染色体为一对同源染色体，剩余的两条染色体为另一对同源染色体，而A和b或B和a的互换导致图中的结果，上述互换发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异；在减数第一次分裂的后期同源染色体分离，非同源染色体自由组合，所形成的配子有HAa、hBb或HAb、hBa；该个体含有两个染色体组，有可能为二倍体也有可能为单倍体；染色体变异大多数是有害的，有可能导致生物体生殖能力下降。

3.如图显示了染色体及其部分基因，对①和②过程最恰当的表述分别是（　　）

A.倒位、易位

B.倒位、缺失

C.交换、缺失

D.交换、易位

答案　A

解析　据图分析，与正常染色体相比较，①过程导致基因的位置发生颠倒，属于染色体结构变异中的倒位；②过程导致染色体着丝点右侧的片段发生改变，说明与非同源染色体发生了交换，属于染色体结构变异中的易位。

4.（2016·江苏，14）图中甲、乙两个体的一对同源染色体中各有一条发生变异（字母表示基因）。

下列叙述正确的是（　　）

A.个体甲的变异对表现型无影响

B.个体乙细胞减数分裂形成的四分体异常

C.个体甲自交的后代，性状分离比为3∶1

D.个体乙染色体没有基因缺失，表现型无异常

答案　B

解析　个体甲的变异属于缺失基因“e”所在片段，影响表现型，A项错误；个体乙发生的变异是倒位，减数分裂形成的四分体异常，B项正确；含缺失染色体的配子一般是败育的，故其后代一般不发生性状分离，C项错误；个体乙染色体没有基因缺失，但发生倒位，表现型发生异常，D项错误。

题组二　染色体数目变异

5.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。

6.下图所示细胞含三个染色体组的是（　　）

答案　D

7.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。

8.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。

题组三　染色体变异在育种上的应用

9.为获得果实较大的四倍体葡萄（4n＝76），将二倍体葡萄茎段经秋水仙素溶液处理后栽培。

研究结果显示，植株中约40%的细胞的染色体被诱导加倍，这种植株含有2n细胞和4n细胞，称为“嵌合体”，其自交后代有四倍体植株。

下列叙述不正确的是（　　）

A.“嵌合体”产生的原因之一是细胞的分裂不同步

B.“嵌合体”可以产生含有38条染色体的配子

C.“嵌合体”不同的花之间传粉后可以产生三倍体子代

D.“嵌合体”根尖分生区的部分细胞含19条染色体

答案　D

解析　秋水仙素使细胞染色体数目加倍的原理是抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。

而纺锤体是在有丝分裂的前期形成的，故秋水仙素只能在有丝分裂的前期起作用，植物细胞的分裂是不同步的，从而使秋水仙素对有些细胞不起作用，细胞染色体数目不变；配子中染色体数比体细胞少一半，4n（4n＝76）细胞可以产生含38条染色体的配子；4n细胞产生的配子与2n细胞产生的配子结合形成的后代为三倍体；根尖分生区细胞不能进行减数分裂，不能产生含19条染色体的细胞。

10.普通小麦是六倍体，有42条染色体，科学家们用花药离体培养培育出的小麦幼苗是（　　）

A.三倍体、21条染色体

B.单倍体、21条染色体

C.三倍体、三个染色体组

D.单倍体、一个染色体组

答案　B

解析　花药中的花粉是经过减数分裂发育而成的，由其培育出的幼苗比普通小麦的染色体数减少了一半，含有三个染色体组，而体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体叫做单倍体。

11.如图为利用纯合高秆（D）抗病（E）小麦和纯合矮秆（d）染病（e）小麦快速培育纯合矮秆抗病小麦（ddEE）的示意图，有关此图的叙述不正确的是（　　）

ddEE

A.图中进行①过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起

B.②过程中发生了非同源染色体的自由组合

C.实施③过程依据的主要生物学原理是细胞分化

D.④过程的实施中通常用一定浓度的秋水仙素

答案　C

解析　题图表示单倍体育种的过程，其中①②③④分别表示杂交、减数分裂、花药离体培养（植物组织培养）、秋水仙素处理，其中杂交的目的是将位于不同亲本上的优良性状集中到同一个体上；减数分裂过程中存在非同源染色体的自由组合；花药离体培养过程依据的原理是细胞的全能性；诱导染色体加倍的常用方法是用秋水仙素处理。

12.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；无子西瓜不能产生正常的配子，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。

[综合强化]

13.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：

（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细胞构成的生物体可育吗？

如何处理才能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B细胞构成的生物体是二倍体；在________________________时，由B细胞构成的生物体是单倍体。

（4）假若A细胞组成的生物体是单倍体，则其正常物种体细胞内含_______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，诱导使之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

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D，其他均可能为单倍体。

（2）图C中含有三个染色体组，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，故生物体不可育，可用秋水仙素处理其幼苗，使染色体数目加倍，再进行有性生殖即可产生后代。

（3）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）A细胞组成的生物体细胞中含有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。

14.某二倍体植物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？

__________。