2019-2020学年高中生物 第5章 遗传信息的改变 第3节 染色体变异 第2课时 染色体数目变异（二）及非整倍性变异学案 北师大版必修2.doc

第2课时染色体数目变异(二)及非整倍性变异1通过探究实验，进一步理解多倍体形成的原因。2以无子西瓜为例，阐明多倍体的一般育种流程。3概述单倍体的概念，掌握单倍体育种的方法。4了解非整倍性变异的概念及应用。5归纳比较常见的生物育种方法，学会辨别和选取方法。一、探究低温对植物染色体数目变异的影响1作出假设：低温能引起染色体数目变异。2设计实验(1)选择细胞分裂旺盛的实验材料，分成不同的组。(2)实验组进行低温处理，对照组放在室温下，一定时间后，观察不同组细胞中染色体数目变化情况。二、多倍体育种与单倍体育种1多倍体(1)人工诱导多倍体的方法：低温处理法、温度激变法、化学诱变法。(2)应用：多倍体育种，如无子西瓜的培育。2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)类型：单元单倍体和多元单倍体。(3)特点：与正常植株相比，植株较小，生活力较弱，且往往表现出高度不育，结实率较低。(4)形成(5)实践应用：利用单倍体植株培育新品种。方法：花药单倍体植株正常纯合体。优点：能明显缩短育种年限。三、非整倍性变异1含义：在染色体正常数目的基础上增加或减少了一条或几条染色体。2结果：引起生物性状改变，甚至导致生物体死亡。3应用：染色体工程。 判一判(1)单倍体生物的子代不发生性状分离。()(2)含有三个染色体组的个体就是三倍体。()分析：由受精卵发育而来的，体细胞中含有三个染色体组的个体才是三倍体，若是由配子发育而来的个体则称为单倍体。(3)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。()(4)单倍体的体细胞中不存在同源染色体。()分析：二倍体植物经秋水仙素处理后成为四倍体，其单倍体中则含有同源染色体。实验：探究低温对植物染色体数目变异的影响1实验原理：低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，结果植物细胞染色体数目发生变化。2以洋葱根尖为实验材料设计的具体实验步骤制作装片：包括解离、漂洗、染色和制片，具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同结论：适当低温可以诱导细胞中染色体数目加倍3上述实验中几种溶液的作用(1)卡诺氏液：固定细胞的形态。(2)改良苯酚品红染液：细胞核染色，便于观察染色体的形态。除此之外，醋酸洋红或龙胆紫都是碱性染料，都可使染色体着色。(3)15%的盐酸溶液：解离、使细胞分散开。(4)95%的酒精：可用于洗去附着在根尖表面的卡诺氏液，还可与15%的盐酸溶液混合解离、分散细胞。1为了观察到低温诱导植物染色体数目变化，制作洋葱根尖细胞分裂临时装片的程序是()a选材固定解离漂洗染色制片b选材解离固定漂洗染色制片c选材解离漂洗固定染色制片d选材固定解离染色漂洗制片解析：选a。制作洋葱根尖细胞分裂临时装片的程序是选材固定解离漂洗染色制片。2科研人员围绕培育四倍体草莓进行了探究，实验中，每个实验组选取50株草莓幼苗，以秋水仙素溶液处理它们的幼芽，得到如图所示结果，下列相关说法错误的是()a实验原理是秋水仙素能够抑制纺锤体的形成进而诱导形成多倍体b自变量是秋水仙素浓度和处理时间，所以各组草莓幼苗数量应该相等c由实验结果可知用质量分数为02%的秋水仙素溶液处理草莓幼苗1天最容易成功d判断是否培育出四倍体的简便方法是让四倍体草莓结出的果实与二倍体结出的果实比较解析：选d。秋水仙素处理萌发的幼苗，能诱导染色体数目加倍，原理是秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，a正确；据图分析，实验的自变量是秋水仙素浓度和处理时间，因变量是多倍体的诱导率，实验过程中各组草莓幼苗数量应该相同，排除偶然因素对实验结果的影响，b正确；由图中信息可知，秋水仙素浓度和处理时间均影响多倍体的诱导率，并且用02%的秋水仙素溶液处理草莓幼苗1天，诱导率较高，c正确；让四倍体草莓结出的果实与二倍体草莓结出的果实比较并不能准确判断，因为草莓果实的大小受到外界环境等多种因素的影响；鉴定四倍体草莓的方法之一是观察细胞中的染色体数，最佳时期为中期，染色体的形态、数目最清晰，d错误。多倍体育种与单倍体育种1单倍体、二倍体和多倍体的辨别一看发育起点；二看体细胞中含有几个染色体组。(1)配子单倍体(2)受精卵2单倍体育种(1)原理：染色体数目以染色体组的形式成倍减少，然后再加倍，从而获得纯种。(2)过程：抗病高产植株(aabb)的选育3多倍体育种(1)原理：染色体数目以染色体组的形式成倍增加。(2)过程：(以三倍体无子西瓜的获得为例)染色体变异导致不育的原因(1)若多元单倍体、多倍体的染色体组数为奇数，此种情况下有同源染色体，但减数分裂时会发生联会紊乱而不能产生正常配子，导致不育。(2)单元单倍体只有一个染色体组，此种情况下无同源染色体，减数分裂时无法联会而不能形成正常配子，导致不育。1下列关于染色体组、单倍体和二倍体的叙述中，错误的是()a一个染色体组中不含同源染色体b由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫二倍体c含一个染色体组的个体是单倍体，单倍体不一定含一个染色体组d由六倍体普通小麦花药离体培育出来的个体是三倍体解析：选d。染色体组是由一组非同源染色体组成的；由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体，而由配子发育而来的个体，体细胞中不管含有几个染色体组都是单倍体，所以由六倍体普通小麦花药离体培育出来的个体为单倍体。2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，下列有关此育种方法的叙述，错误的是()a过程可使育种所需的优良基因由亲本进入f1b过程为减数分裂c过程是利用组织培养技术获得单倍体幼苗d过程必须使用秋水仙素处理解析：选d。过程是杂交，通过基因重组使优良的性状集中到同一个体上；过程是通过减数分裂产生配子；过程是对花药的离体培养；过程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。3如图表示无子西瓜的培育过程，下列相关叙述中错误的是() a无子西瓜比普通西瓜品质好，产量高b四倍体植株所结的西瓜种子即为三倍体种子c无子西瓜培育过程中，以二倍体西瓜作母体，四倍体西瓜作父本，可以得到同样的结果d培育无子西瓜通常需要年年制种，用植物组织培养技术可以快速进行无性繁殖解析：选c。无子西瓜的培育过程中，如果以二倍体西瓜作母本、四倍体西瓜作父本，则得到的三倍体种子所结西瓜的珠被发育成厚硬的种皮，不能达到“无子”的目的。因无子西瓜是三倍体，不能自己繁殖后代，因此需年年制种，但可以通过植物组织培养技术来快速繁殖。关于无子西瓜培育过程中的四个易错点(1)两次传粉(2)秋水仙素处理后，新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍，而未处理的根细胞中仍为两个染色体组。(3)四倍体植株上结的西瓜，种皮和瓜瓤为四个染色体组，而种子的胚为三个染色体组。(4)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。常见的育种方法及育种方式的选择1常见的育种方法步骤与原理(1)杂交育种：选择育种材料(具有所需优良性状的不同品种)杂交形成所需优良性状基因组合的杂合体自交、筛选获得多种优良性状的新品种。育种原理为基因重组，发生的时间是减数第一次分裂时期。(2)诱变育种：选择育种材料(具有某些优良性状，但部分性状需要改良的品种)通过理化因素诱变自交多代获得新品种。育种原理是基因突变，主要发生在dna复制时。(3)基因工程育种：选择育种材料(待改良的品种及目的基因来源)通过基因工程将目的基因导入待改良品种的细胞培育获得符合要求的新品种。变异类型为基因重组。(4)单倍体育种：通过杂交、诱变或基因工程获得需要纯化的杂合体花药离体培养获得单倍体幼苗利用秋水仙素处理幼苗使染色体数目加倍得到纯合植株筛选得到所需的纯合植株。变异类型为基因重组(或人工诱变)和染色体变异。(5)多倍体育种：用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使染色体数目加倍。变异类型为染色体变异。2各种育种方法的重要优缺点(1)杂交育种：操作简便，但周期长。(2)单倍体育种：育种周期短，但技术要求高。(3)诱变育种：可以产生新性状，但概率较低。(4)多倍体育种：果实大，茎秆粗壮，有机物含量高，但由于结实率较低，故并不适用于以获得种子为目的的植物。3根据育种目的和提供的材料选择合适的育种方法(1)集中不同亲本的优良性状：一般情况下，选择杂交育种，这也是最简捷的方法；需要缩短育种年限(快速育种)时，选择单倍体育种。(2)培育果实较大或植株较大或营养物质含量较高的新物种多倍体育种。(3)提高变异频率，“改良”“改造”或“直接改变”现有性状，获得当前不存在的基因或性状诱变育种。(4)若要培育隐性性状个体，可选择自交或杂交育种，只要出现该性状即可。(5)实现定向改变现有性状基因工程育种。(6)若培育的植物的生殖方式为营养繁殖(如马铃薯)，则不需要培育成纯种，只要出现该性状即可。1将、两个植株杂交，得到，将再做进一步处理，如图所示。下列分析错误的是()a由到过程发生了等位基因的分离、非等位基因的自由组合b获得和植株的原理不同c若的基因型为aabbdd，则植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4d图中各种筛选过程利用的原理相同解析：选d。到过程要进行减数分裂产生花粉，所以该过程发生等位基因的分离和非等位基因的自由组合；到是诱变育种，原理是基因突变；而到是多倍体育种，原理是染色体变异；若的基因型为aabbdd，则其自交后代只有纯合体才能稳定遗传，纯合体的概率是1/21/211/4。根据育种流程图来辨别育种方式(1)杂交育种：涉及亲本的杂交和子代的自交。(2)诱变育种：涉及诱变因素，产生的子代中会出现新的基因，但基因的总数不变。(3)单倍体育种：常用方法为花药离体培养，然后人工诱导染色体数目加倍，形成纯合体。(4)多倍体育种：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。(5)基因工程育种：与原有生物相比，出现了新的基因。 2下图表示利用某种农作物品种和培育出的几种方法，据图分析错误的是()a过程是用秋水仙素处理正在萌发的种子b培育品种的最简捷的途径是c通过过程育种的原理是染色体变异d通过过程育种最不容易达到目的解析：选a。图中过程是单倍体育种，原理是染色体变异，由于单倍体高度不育，不能形成种子，所以是用秋水仙素处理幼苗，a错误，c正确；是杂交育种，是最简捷的育种途径，b正确；是诱变育种，由于基因突变是不定向的，所以该育种最不容易达到目的，d正确。应特别关注“最简便”“最准确”“最快”“产生新基因、新性状或新的性状组合”等育种要求(1)最简便侧重于技术操作，杂交育种操作最简便。(2)最快侧重于育种时间，单倍体育种所需时间明显缩短。(3)最准确侧重于目标精准度，基因工程技术可“定向”改变生物性状。(4)产生新基因(或新性状)侧重于“新”即原本无该性状，诱变育种可产生新基因，进而出现新性状(注：杂交育种可实现性状重新组合，并未产生新基因，也未产生新性状，如黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆杂交，产生黄色皱粒组合，这里的黄色与皱粒性状原来就有，只是原来未组合而已)。 核心知识小结要点回眸规范答题1单倍体育种、多倍体育种都是利用了染色体变异的原理。2低温、温度激变、秋水仙素都可抑制纺锤体形成，引起细胞内染色体加倍。3单倍体并不一定只含一个染色体组。4单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等阶段，能明显缩短育种年限。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。随堂检测1下列有关单倍体的叙述，正确的是()a未受精的卵细胞发育成的个体一定是单倍体b含有两个染色体组的生物体一定不是单倍体c单倍体一定是不育的d含有奇数个染色体组的个体一定是单倍体解析：选a。未受精的卵细胞直接发育成的个体为单倍体；单倍体体细胞中染色体组的数目可能是一个、两个或多个，而含有两个染色体组的个体可能为单倍体或二倍体；含有偶数个染色体组的单倍体是可育的；含有奇数个染色体组的个体为单倍体或多倍体。2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，有关此图叙述不正确的是()a图中进行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过程中发生了非同源染色体的自由组合c实施过程依据的主要生物学原理是细胞分化d过程的实施中通常用一定浓度的秋水仙素解析：选c。题图表示单倍体育种的过程，其中分别表示杂交、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；花药离体培养过程的原理是细胞的全能性；诱导染色体加倍的常用方法是秋水仙素处理。3已知普通小麦是六倍体，含42条染色体。下列有关叙述中错误的是()a它的单倍体植株的体细胞含21条染色体b它的每个染色体组含7条染色体c它的胚乳含3个染色体组d离体培养它的花粉，产生的植株表现高度不育解析：选c。单倍体的染色体数与该物种配子中的染色体数相同，即21条；每个染色体组的染色体数为4267；胚乳所含的染色体组数为配子中染色体组数的3倍，即9个染色体组；离体培养它的花粉所得到的植株含有3个染色体组，因此高度不育。4如图是利用玉米(2n20)的幼苗芽尖细胞(基因型为bbtt)进行实验的流程示意图。下列相关叙述不正确的是()a基因重组发生在图中过程，过程中能够在显微镜下看到染色单体的时期是前期和中期b秋水仙素用于培育多倍体的原理是其能够抑制纺锤体的形成c植株a为二倍体，其体细胞内最多有4个染色体组；植株c属于单倍体，其发育起点为配子d利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株b纯合的概率为25%解析：选d。基因重组有自由组合和交叉互换两类。前者发生在减数第一次分裂的后期(非同源染色体的自由组合)，后者发生在减数第一次分裂的四分体(同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换)，即发生在图中过程，有丝分裂过程中，间期染色体复制形成染色单体，后期着丝点分裂，染色单体消失，因此在显微镜下看到染色单体的时期是前期和中期，a正确；多倍体育种常用秋水仙素处理，原理是能够抑制纺锤体的形成，使得染色体数目加倍，b正确；玉米为二倍体，体细胞内含有2个染色体组，在有丝分裂后期着丝点分裂，含有4个染色体组，植株c发育起点为配子，属于单倍体，c正确；利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株b纯合的概率为100%，d错误。5下列关于低温诱导洋葱根尖细胞染色体数目变化实验的叙述，不正确的是()a低温诱导与秋水仙素都能抑制纺锤体形成b低温处理后洋葱根尖所有细胞的染色体数目均加倍c用卡诺氏液固定细胞的形态，用改良苯酚品红染液对染色体染色d制作临时装片的步骤是：解离漂洗染色制片解析：选b。低温与秋水仙素都是通过抑制纺锤体的形成来诱导染色体加倍的，a正确；低温处理后不是所有的细胞染色体数目都加倍，只有少部分细胞经诱导染色体数目可以加倍，b错误；卡诺氏液浸泡的目的是固定细胞形态，用改良苯酚品红染液对染色体染色，便于显微镜下观察，c正确；制作临时装片的步骤是：解离漂洗染色制片，d正确。6将基因型为aa和aa的两个植株杂交，得到f1植株再进一步做如图所示的处理(甲与乙杂交丙)，请分析回答下列问题：aaaaf1(1)乙植株的基因型是_，属于_倍体。(2)用乙植株的花粉直接培育出的后代属于_倍体，其基因型及其比例是_。(3)丙植株的体细胞中有_个染色体组，基因型有_种。解析：aa和aa的两个植株杂交得到f1，其基因型为aa，再经秋水仙素处理，得乙植株的基因型为aaaa，属于四倍体。乙植株的花粉直接培育出的后代为单倍体，乙植株aaaa产生花粉时a与a、a与a或a与a分离，再两两结合，形成的配子aaaaaa141，发育成的单倍体也是这样。甲与乙杂交丙，甲产生a、a两种配子，乙产生aa、aa与aa三种配子，两两结合发育成丙植株的基因型为aaa、aaa、aaa、aaa 4种，有3个染色体组。答案：(1)aaaa四(2)单aaaaaa141(3)34课时作业一、选择题1将二倍体玉米的幼苗用秋水仙素处理，待其长成后用其花药进行离体培养得到了新的植株，下列有关新植株的叙述，正确的一组是()可能是纯合体也有可能是杂合体植株矮小、不育产生的配子中含一个染色体组能形成可育的配子体细胞内可以有同源染色体一定是二倍体一定是单倍体a bc d解析：选d。本题与单倍体育种的过程在步骤上有明显的差异，本题是先用秋水仙素处理，所以使正常的二倍体变为四倍体，四倍体产生的配子中含有两个染色体组，发育成的单倍体植株中含有两个染色体组，所以此时的单倍体是可育的，产生的配子中只含有一个染色体组，该单倍体可能是纯合体也可能是杂合体。2用基因型为aadd和aadd的亲本植株进行杂交，并对其子一代的幼苗用秋水仙素进行处理，处理后得到的植物的基因型和染色体倍数分别是 ()aaaaadddd，四倍体 baaaadddd，四倍体caadd，二倍体 daadd，二倍体 解析：选b。基因型为aadd和aadd的亲本植株进行杂交后，得到的子一代基因型为aadd，用秋水仙素对其进行处理，基因会加倍，因此获得的基因型为aaaadddd，为四倍体。 3要将基因型为aabb的植物，培育出以下基因型的个体：aabb，aaaabbbb，ab。则对应的育种方法依次是()a诱变育种、多倍体育种、花药离体培养b杂交育种、花药离体培养、多倍体育种c花药离体培养、诱变育种、多倍体育种d多倍体育种、花药离体培养、诱变育种解析：选a。基因型为aabb的植物要培育出aabb的个体，可利用物理或化学方法处理材料，通过基因突变获得；要获得aaaabbbb的个体，可通过多倍体育种；要获得ab的个体，可利用花药离体培养。4现有两种玉米，一种玉米黄色颗粒饱满，一种玉米紫色颗粒较小，要想获取紫色颗粒饱满的玉米，比较简单有效的方法是()a单倍体育种b杂交育种c诱变育种 d多倍体育种解析：选b。把两种优良性状集合在一起，最简单有效的是杂交育种，单倍体育种操作复杂，技术要求高；诱变育种具有不定向性。5下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，错误的是()a实验原理是低温抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向两极b解离后的洋葱根尖应漂洗后才能进行染色c龙胆紫溶液可以使细胞中的染色体着色d显微镜下可以看到大多数细胞处在分裂期且染色体数目发生了改变解析：选d。低温诱导染色体数目加倍实验的原理是低温能抑制细胞分裂前期纺锤体形成，导致细胞中染色体不能移向细胞两极；解离后要用清水漂洗根尖残留的盐酸以防止影响着色；龙胆紫溶液可将细胞中的染色体染成紫色；显微镜下可看到大多数细胞处于分裂间期，部分细胞染色体数目加倍。6基因型为aabb的某植物个体，利用单倍体育种方法得到一个基因型为aabb的个体，同时不能得到的个体基因型是()aab baabbcaabb daabb解析：选a。基因型为aabb的植物个体产生的花粉的基因组成是ab、ab、ab、ab，培育的单倍体经过秋水仙素处理后染色体加倍，获得的个体都是纯合体。7如图中的分别表示不同的育种方式，下列相关叙述不正确的是()a方式应用的原理包括细胞全能性b方式只适用于进行有性生殖的生物c方式试剂处理的对象只能是萌发的种子d方式可以诱发基因突变产生新基因解析：选c。方式中对花药进行离体培养形成单倍体的过程中用到了细胞的全能性；方式是杂交育种，它适用于进行有性生殖的生物；方式为多倍体育种，处理的对象为萌发的种子或幼苗；方式为诱变育种，能产生新基因。8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解析：选c。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，故a正确。低温诱导染色体数目加倍发生在有丝分裂中，基因重组发生在减数分裂过程中，故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，因为根尖不进行减数分裂，故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，故d正确。二、非选择题9如图表示番茄植株(hhrr)作为实验材料培育新品种的途径，请据图分析回答下列问题：(1)途径1、4依据的遗传学原理分别为_、_。(2)通过途径2、3获得幼苗