PAGE13-第2節染色體變異課程要求核心素養學問導圖舉例說明染色體結構和數目的變異都可能導致生物性狀的變更，甚至死亡1．結合染色體結構變異的示意圖，了解染色體結構變異的常見類型。(科學思維)2．通過分析染色體的概念，理解二倍體、多倍體和單倍體的特點和生產中的應用。(社會責任)3．通過低溫誘導染色體數目變更的試驗，理解染色體數目變更的機制。(科學探究)基礎學問·雙基夯實一、染色體數目的變異1．類型：一類是細胞內的__個別染色體__的增加或削減，如21三體綜合征；一類是細胞內染色體數目以__染色體組__的形式成倍地增加或削減，例如雄蜂。2．染色體組的概念：細胞中的一組__非同源__染色體，在__形態和功能__上各不相同，攜帶著限制生物生長和發育的__全部信息__。如圖中的雄果蠅體細胞染色體中__X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Y、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ__就代表一個染色體組，與其__精子__中的染色體相同。3．二倍體、多倍體(1)二倍體：由__受精卵__發育而成，體細胞中含有__兩個染色體組__的個體，包括幾乎全部的__動物__和過半數的__高等植物__。(2)多倍體①概念：由__受精卵__發育而成，體細胞含__三個__或__三個以上__染色體組的個體。其中，體細胞中含有三個染色體組的叫作__三倍體__，含有四個染色體組的叫作__四倍體__。②植株的特點a．__莖稈粗大__；b__葉片、果實、種子__都比較大；c.__糖類和蛋白質__等養分物質的含量有所增加。(3)人工誘導多倍體①方法：目前最常用最有效的方法是用__秋水仙素__處理__萌發的種子或幼苗__。②原理：當秋水仙素作用于正在分裂的細胞時，能夠抑制__紡錘體的形成__，導致染色體不能__移向細胞兩極__，從而引起細胞內__染色體數目__加倍。4．單倍體(1)概念：由__配子__發育而來，染色體數和染色體組數是__體細胞__的一半，即體細胞中含有__本物種配子__染色體數目的個體。(2)特點：與正常植株相比，植株長得__弱小__，且__高度不育__。(3)實踐應用：利用__單倍體植株__培育新品種。①方法：花藥eq\o(→,\s\up7(離體培育))__單倍體植株__eq\o(→,\s\up7(幼苗人工誘導),\s\do5(__染色體數目__加倍))正常純合子。②優點：__明顯縮短育種年限__。二、染色體結構的變異1．類型(連線)：2．結果：導致排列在染色體上的基因的__數目或排列依次__發生變更，而導致__性狀__的變異。3．意義：大多數染色體結構變異對生物體是__不利__的，有的甚至會導致生物體死亡。〔活學巧練〕推斷下列敘述的正誤(1)單倍體的體細胞中肯定只含一個染色體組。(×)(2)體細胞中含有兩個染色體組的個體肯定是二倍體。(×)(3)單倍體經一次秋水仙素處理，可得到二倍體或多倍體。(√)(4)單倍體育種中，可用秋水仙素處理萌發的種子或幼苗。(×)(5)二倍體西瓜幼苗的基因型為Aa，則用秋水仙素處理后形成的四倍體為純合子。(×)(6)二倍體水稻和四倍體水稻雜交，可獲得三倍體，稻穗和籽粒變小。(×)(7)染色體之間發生的片段交換屬于染色體結構變異。(×)(8)X射線可引起基因突變，也可引起染色體變異。(√)〔思索〕1．誘導染色體加倍時要處理萌發的種子或幼苗，為什么要處理萌發的種子，而不是休眠種子？提示：萌發的種子細胞分裂旺盛，秋水仙素能發揮作用。2．蜜蜂中的雄蜂是單倍體嗎？提示：是。蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵細胞發育而來的，為單倍體。3．若一條染色體發生結構變異，則位于該染色體上的基因M能不能變為m？說出你的理由。提示：不能。基因M變為m屬于基因突變，不屬于染色體結構變異。〔學霸記憶〕1．染色體結構的變異包括缺失、重復、易位和倒位等幾種類型。2．染色體結構變異會使染色體上基因的數目或排列依次發生變更，從而導致性狀的變異。3．染色體數目變異包括細胞內個別染色體的增加或削減和以染色體組的形式成倍地增加或削減。4．秋水仙素或低溫能抑制紡錘體的形成，從而導致染色體數目加倍。課內探究·名師點睛學問點染色體數目變異及生物變異在育種中的應用要點歸納1．染色體組的特點2．單倍體、二倍體和多倍體的推斷(1)假如生物體由受精卵(或合子)發育而來，體細胞中含有幾個染色體組，該生物就稱為幾倍體。(2)假如生物體是由生殖細胞——卵細胞或花粉干脆發育而成，無論體細胞中含有幾個染色體組，都稱為單倍體。3．生物變異的原理在育種中的應用雜交育種誘變育種單倍體育種多倍體育種原理基因重組基因突變染色體變異染色體變異常用方法雜交輻射、激光、空間誘變等花藥離體培育，秋水仙素處理(單倍體幼苗)用秋水仙素處理萌發的種子或幼苗優點操作簡潔，目標性強提高突變頻率，加速育種進程明顯縮短育種年限，后代不發生性狀分別操作簡潔，能在較短的時間內獲得所需品種缺點育種時間長有利變異少，需大量處理試驗材料技術困難，需與雜交育種協作只適用于植物，發育延遲，牢固率低實例矮稈抗病小麥青霉素高產菌株“京花1號”小麥三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥[易錯提示]關于單倍體的三個易錯點(1)單倍體的體細胞中并不肯定只有一個染色體組；如四倍體的配子形成的單倍體的體細胞中含有兩個染色體組。(2)單倍體并非都不育；二倍體的配子發育成的單倍體，表現為高度不育；多倍體的配子如含有偶數個染色體組，則發育成的單倍體含有同源染色體及等位基因，可育并能產生后代。(3)單倍體是生物個體，而不是配子；精子和卵細胞屬于配子，但不是單倍體。典例剖析典例1下列關于單倍體、二倍體、多倍體及染色體組的表述，正確的是(C)A．單倍體生物的體細胞中都沒有同源染色體B．唐氏綜合征患者的體細胞中有三個染色體組C．多倍體生物的體細胞中含有3個或3個以上的染色體組D．單倍體植株都不育，多倍體植株長得較粗大[解析]多倍體生物形成的單倍體生物的體細胞中存在同源染色體，A錯誤；唐氏綜合征患者的體細胞中有2個染色體組，B錯誤；多倍體生物的體細胞中含有3個或3個以上的染色體組，C正確；單倍體植株一般不育，但四倍體植株的單倍體植株可育，D錯誤。┃┃變式訓練1__■(2024·重慶一中期中)如圖甲、乙表示小麥的兩個品種，A、a和B、b表示分別位于兩對同源染色體上的兩對等位基因，①～⑦表示培育小麥新品種的過程。下列說法不正確的是(B)A．①②過程操作簡便，但培育周期長，原理是基因重組B．④的變異僅發生于有絲分裂，該育種方式的優點之一是可得到更多優良變異類型C．③過程常用的方法是花藥離體培育，可以得到單倍體幼苗D．⑥過程與⑦過程的育種原理相同，過程中須要抑制紡錘體的形成[解析]①②為雜交育種，操作簡便，但培育周期長，原理是基因重組，A正確；④為基因突變，主要發生在細胞分裂間期，如有絲分裂前的間期和減數分裂前的間期，B錯誤；③為花藥離體培育，可以得到單倍體幼苗，C正確；①⑦為多倍體育種，①③⑥為單倍體育種，⑥過程與⑦過程的育種原理相同，都是染色體數目變異，過程中須要抑制紡錘體的形成，D正確。學問點低溫誘導植物細胞染色體數目的變更要點歸納1．試驗原理eq\a\vs4\al(處理)用低溫處理植物的分生組織細胞eq\a\vs4\al(導致)細胞的紡錘體不能形成染色體不能被拉向兩極細胞不能分裂成兩個子細胞eq\a\vs4\al(結果)細胞的染色體數目發生變更2．試驗中的試劑和作用試劑運用方法作用卡諾氏液將根尖放入卡諾氏液中浸泡0.5～1h固定細胞形態體積分數為95%的酒精沖洗用卡諾氏液處理的根尖洗去卡諾氏液與質量分數為15%的鹽酸等體積混合，浸泡經固定的根尖解離根尖細胞，使細胞之間的聯系變得疏松質量分數為15%的鹽酸與體積分數為95%的酒精等體積混合，作為解離液解離根尖細胞蒸餾水浸泡解離后的根尖約10min漂洗根尖，去掉解離液，防止解離過度影響染色甲紫溶液把漂洗干凈的根尖放進盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3～5min使染色體著色3．試驗流程與結論eq\x(\a\al(根尖,的培,養及,誘導))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①培育方法：將蒜放在裝滿清水的容器上方，讓蒜的,底部接觸水面，于室溫約25℃進行培育,②誘導時機：待蒜長出1cm左右的不定根時,③誘導措施：將整個裝置放入冰箱的冷藏室內4℃，,誘導培育48～72h))↓eq\x(\a\al(取材,及,固定))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①取材：剪取誘導處理的根尖約0.5～1cm,②固定：放入卡諾氏液中浸泡0.5～1h，以固定,細胞的形態,③沖洗：用體積分數為95%的酒精沖洗2次))↓eq\x(\a\al(制作,裝片))eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(①解離,②漂洗,③染色：運用質量濃度為0.01g/mL的甲紫溶液,④制片))eq\a\vs4\al(同“視察根尖分,生區組織細胞,的有絲分裂”)↓eq\x(視察)—先用低倍鏡，找到染色體形態較好的分裂象，再換用高倍鏡視察↓eq\x(結論)—低溫能誘導植物染色體數目加倍典例剖析典例2(2024·四川成都外國語學校高一下期末)下列關于低溫誘導染色體加倍試驗的敘述，正確的是(C)A．原理：低溫抑制染色體著絲粒分裂，使子染色體不能分別移向兩極B．解離：鹽酸酒精混合液和卡諾氏液都可以使洋蔥根尖細胞解離C．染色：改良苯酚品紅溶液和醋酸洋紅液都可以使染色體著色D．視察：顯微鏡下可以看到大多數細胞的染色體數目發生變更[解析]該試驗原理是低溫抑制紡錘體的形成，使子染色體不能分別移向兩極，A錯誤；卡諾氏液的作用是固定細胞形態，不是使洋蔥根尖細胞解離，B錯誤；染色體易被堿性染料染成深色，因此用改良苯酚品紅溶液或醋酸洋紅液都可以使染色體著色，C正確；細胞周期中，大多數細胞處于分裂間期，因此顯微鏡下可看到少數細胞的染色體數目發生變更，D錯誤。┃┃變式訓練2__■(2024·四川成都診斷改編)某生物愛好小組的同學將生長旺盛的蒜不定根置于4℃A．低溫處理能阻斷蒜根尖細胞中DNA的復制B．用甲紫溶液處理根尖可使染色體著色C．制作臨時裝片前可用卡諾氏液維持細胞的活性D．視野中全部細胞染色體數都已發生變更[解析]低溫作用于細胞分裂前期，能抑制蒜根尖細胞中紡錘體的形成，A錯誤；甲紫溶液是堿性染料，可使根尖細胞中的染色體著色，B正確；經卡諾氏液固定后細胞已經死亡，C錯誤；低溫作用于細胞分裂前期，而細胞周期中間期時間最長，故視野中間期細胞數目應最多，大多數細胞染色體數未發生變更，D錯誤。學問點染色體結構變異要點歸納1．染色體結構變異的類型類型定義實例示意圖缺失染色體中某一片段缺失引起變異果蠅缺刻翅的形成、貓叫綜合征重復染色體中增加某一片段引起變異果蠅棒狀眼的形成倒位染色體的某一片段位置顛倒引起變異果蠅3號染色體上的倒位引起的猩紅眼—桃色眼—三角翅脈易位(移接)一條染色體的某一片段接到另一條非同源染色體上引起變異人慢性粒細胞白血病的病因是22號染色體部分易位到14號染色體上2．染色體結構變異對染色體上基因的數目和排列依次的影響(1)圖解：(2)結果：染色體上的基因數目和排列依次均變更，細胞中基因數目變更(①②)；染色體上基因的數目不變，排列依次變更(③)；染色體上基因的數目和排列依次均變更，但細胞中基因數目不變(④)。3．染色體易位與交叉互換的比較染色體易位交叉互換圖解區分發生于非同源染色體之間發生于同源染色體的非姐妹染色單體之間屬于染色體結構變異屬于基因重組可在顯微鏡下視察到在顯微鏡下視察不到4．染色體結構變異與基因突變的比較項目染色體結構變異基因突變本質染色體片段的缺失、重復、易位或倒位堿基的替換、增加或缺失基因數目的變更1個或多個1個變異水平細胞分子光鏡檢測可見不行見典例剖析典例3(2024·寧夏石嘴山高一下期末)由于某種緣由，一生物體內某條染色體上多了幾個基因，這種遺傳物質變更屬于(C)A．基因內部結構的變更 B．染色體數目變異C．染色體結構變異 D．染色單體的交叉互換[解析]基因內部結構的變更即基因突變不會變更基因的數量，A錯誤；染色體數目的變異不會導致染色體上的基因增多或削減，B錯誤；染色體結構變異中，片段的增加會導致該染色體上多幾個基因，片段的缺失會導致該染色體上少幾個基因，C正確；同源染色體的非姐妹染色單體之間的交叉互換會引起基因重組，但不會變更基因的數量，D錯誤。┃┃變式訓練3__■(2024·陜西漢中期末)如圖為染色體上基因(用字母表示)的排列次序及其變更，有關①和②過程所產生的變異敘述正確的是(D)A．①是基因突變 B．②是基因重組C．①是缺失 D．②是倒位[解析]①中少了基因a和b，多了基因j，應是從非同源染色體易位而來的；②中基因c、d與基因e位置發生了顛倒，屬于倒位。指引迷津·撥云見日一、細胞中染色體組數目的推斷染色體組數目的推斷方法(1)依據染色體形態推斷：在細胞內任選一條染色體，細胞內與該染色體形態相同的染色體共有幾條，則含有幾個染色體組。如上圖中甲細胞含有四個染色體組。(2)依據基因型推斷：在細胞或生物體的基因型中，限制同一性狀的基因(限制1對相對性狀的基因)出現幾次，則含有幾個染色體組。如上圖中乙細胞含有四個染色體組。(3)依據染色體數和染色體形態數來推算：染色體組的數目＝染色體數/染色體形態數。如上圖中丙細胞中共有8條染色體，染色體形態數(形態、大小均不相同)為2，所以染色體組數為8/2＝4。典例4推斷下圖中A～H所示的細胞中各含有幾個染色體組，并依據要求分類。(1)細胞中含有1個染色體組的是__D、G__圖。(2)細胞中含有2個染色體組的是__C、H__圖。(3)細胞中含有3個染色體組的是__A、B__圖。(4)細胞中含有4個染色體組的是__E、F__圖。[解析]在細胞內形態相同的染色體有幾條，就含有幾個染色體組，如圖E，每種形態的染色體含有4條，所以細胞中含4個染色體組。在細胞內，含有幾個同音字母(不分大小寫)，就含有幾個染色體組，如D圖中，同音字母僅有1個，所以該圖所示細胞中只有1個染色體組。由此可知，A、B圖所示細胞中含有3個染色體組，C、H圖所示細胞中含有2個染色體組，E、F圖所示細胞中含有4個染色體組，D、G圖所示細胞中含有1個染色體組。二、與生物變異有關的幾個方法1．生物體倍性的推斷方法(1)推斷細胞的發育起點①起點是配子的肯定是單倍體。由配子發育而成的個體，不論含有幾個染色體組，都稱為單倍體。單倍體的體細胞染色體組數一般為奇數，當其進行減數分裂形成配子時，由于同源染色體無法正常聯會或聯會紊亂，不能產生正常的配子。②起點是受精卵的，再依據染色體組數目推斷，含有幾個染色體組就是幾倍體。(2)假如細胞內只含有一個染色體組，則是單倍體。2．可遺傳的變異類型的推斷方法(1)DNA分子內的變異一看基因種類：即看染色體上的基因種類是否發生變更，若發生變更則為基因突變，由基因中堿基對的替換、增加或缺失所致。二看基因位置：若基因種類和基因數目未發生變更，但染色體上的基因位置發生變更，則為染色體結構變異中的易位或倒位。三看基因數目：若基因的種類和位置均未變更，但基因的數目發生變更，則為染色體結構變異中的重復或缺失。(2)DNA分子間的變異一看染色體數目：若染色體的數目發生變更，可依據染色體數目的變更狀況，確定是整倍性變異還是非整倍性變異。二看基因位置：若染色體的數目和基因數目均未發生變更，但基因所處的染色體位于非同源染色體上，則應為染色體變異中的易位。三看基因數目：若染色體上的基因數目不變，則為減數分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體間交叉互換的結果，屬于基因重組。3．可遺傳的變異和不行遺傳的變異的推斷方法(1)兩類變異的本質區分是遺傳物質是否發生變更，若發生變更則能遺傳給后代。由環境引起的性狀變更，若遺傳物質未發生變更，則不能遺傳給后代。(2)若為染色體變異，則可干脆借助顯微鏡視察染色體形態、數目是否發生變更。(3)與原來類型在相同環境中種植，視察變異性狀是否消逝。若不消逝，則為可遺傳的變異；反之，則為不行遺傳的變異。(4)自交，視察后代是否發生性狀分別。典例5在北京培育出的優質甘藍品種，葉球最大的只有3.5kg，當引種到拉薩后，由于晝夜溫差大，日照時間長，光照強，葉球可重達7kg左右。但再引回北京后，葉球又只有3.5kg，從甘藍的引種過程可以看出(B)A．甘藍具有遺傳特性，而不具有變異特性B．僅由環境條件引起的變異不能遺傳C．環境變更可引起生物產生可遺傳的變異D．甘藍在生殖過程中無基因重組發生[解析]在北京培育出的優質甘藍品種葉球最大的只有3.5kg，引種到拉薩后，葉球可重達7kg左右，這是由于晝夜溫差大、日照時間長、光照強等環境變更引起的變異。但將其再引回北京后，葉球又只有3.5kg，說明僅由環境條件引起的變異不能遺傳。綜上分析，B項正確，A、C、D三項均錯誤。三、與生物變異有關的幾個易錯點1．變換角度理解三種變異的實質若把基因視為染色體上的一個“點”，染色體視為點所在的“線段”，則基因突變為“點”的變更(點的質變，但量不變)；基因重組為“點”的結合或交換(點的質與量均不變)；染色體變異為“線段”發生結構或數目的變更。2．利用4個“關于”區分三種變異(1)關于“互換”問題。同源染色體上的非姐妹染色單體之間的交叉互換，屬于基因重組；非同源染色體之間的互換，屬于染色體結構變異中的易位。(2)關于“缺失”問題。DNA分子上若干基因的缺失屬于染色體結構變異；DNA分子上若干堿基對的缺失屬于基因突變。(3)關于變異的水平問題。基因突變、基因重組屬于分子水平的變更，光學顯微鏡下視察不到；染色體變異屬于細胞水平的變更，光學顯微鏡下可以視察到。(4)關于變異的“質”和“量”問題。基因突變變更基因的質，不變更基因的量；基因重組不變更基因的質，一般也不變更基因的量，但轉基因技術會變更基因的量；染色體變異不變更基因的質，但會變更基因的量或變更基因的排列依次。3．生物體不育的緣由生物體不育的標記是不能產生正常的配子。能否產生正常配子的關鍵是看減數分裂過程中有沒有同源染色體的聯會，若體細胞中沒有同源染色體，則該生物不育，如馬和驢交配產生的騾子；若體細胞中有同源染色體但數目是奇數，則減數分裂時染色體聯會紊亂，也不能產生正常的配子，如無子西瓜。沒有同源染色體的生物個體，通過基因突變和基因重組不會出現同源染色體，但是若發生染色體數目加倍，則會出現同源染色體而導致可育。典例6如圖是利用某植物(基因型為AaBb)產生的花粉進行單倍體育種的示意圖，據圖推斷正確的有(D)花粉eq\o(→,\s\up7(①))植株Aeq\o(→,\s\up7(②))植株BA．過程②通常運用的試劑是秋水仙素，作用時期為有絲分裂間期B．通過過程①得到的植株A基因型為aaBB的可能性為1/4C．過程①屬于減數分裂，此過程中會產生肯定量的植物激素D．與雜交育種相比，該育種方法的優點是能明顯縮短育種年限[解析]過程②通常運用的試劑是秋水仙素，作用的時期為有絲分裂的前期；過程①是花藥離體培育，得到的個體為單倍體，體細胞中含有一個染色體組，不行能產生aaBB的個體；由于經秋水仙素處理后得到的二倍體均為純合子，不會出現性狀分別，從而縮短了育種年限。教材問題·解疑答惑問題探討?P871．提示：見表格生物種類體細胞染色體數/條體細胞非同源染色體/套配子染色體數/條馬鈴薯野生祖先種24212栽培品種48424香蕉