-新人教版-必修2-染色体变异-教案

第2节染色体变异新课标核心素养1.描述染色体组、二倍体、多倍体和单倍体的概念。2.说出染色体结构变异的类型。3.体验低温诱导染色体数目变化实验。1.生命观念——通过理解染色体变异基本原理，建立进化与适应的观点。2.科学思维——理解染色组的概念、明确染色体组的特征。3.科学思维——比较二倍体、多倍体和单倍体，分析它们的特点。4.科学探究——通过“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”的实验探究，培养实验设计和分析能力。知识点(一)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。(2)细胞内以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。2．染色体组(1)概念：二倍体生物体细胞中，含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。(2)组成特点：形态和功能不同的非同源染色体。3．二倍体4．多倍体(1)概念eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(发育起点：受精卵,染色体组数：含三个或三个以上染色体组,实例：三倍体香蕉、四倍体马铃薯))(2)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。(3)人工诱导(多倍体育种)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。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)特点eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(植株长得弱小,高度不育))(3)应用——单倍体育种①方法②优点：明显缩短育种年限。(1)只有生殖细胞中的染色体数目或结构的变化才属于染色体变异。(×)(2)人的体细胞中存在两个染色体组。(√)(3)单倍体生物的体细胞中不一定含有一个染色体组。(√)(4)部分生物细胞中一个染色体组含有同源染色体。(×)1．(生命观念)请根据染色体的形态判断染色体组的数量，并完成表格的填写。染色体组数每个染色体组内染色体数规律：染色体组数＝________________________，一个染色体组中的染色体数＝________________________。3214233422形态相同的染色体的条数不同形态染色体的种类数。2．请根据基因型判断染色体组数染色体组数规律：染色体组数＝____________________________。1324控制同一性状的基因的个数3．(科学思维)某男性个体(XY)在减数分裂中发生了一次性染色体未分离，用染色体表示产生配子的情况。提示：(1)若在减数分裂Ⅰ时XY未分离，减数分裂Ⅱ正常，产生两种配子：22条常染色体＋XY染色体、22条常染色体。(2)若在减数分裂Ⅰ时正常、减数分裂Ⅱ时姐妹染色单体X和X未分离，产生3种配子：22条常染色体＋XX染色体、22条常染色体、22条常染色体＋Y染色体；当Y和Y未分离时，产生3种配子：22条常染色体＋YY染色体、22条常染色体、2条常染色体＋X染色体。1．下列关于染色体组的叙述，正确的是()A．染色体组内不存在同源染色体B．体细胞中的一半染色体是一个染色体组C．配子中的全部染色体是一个染色体组D．染色体组在减数分裂过程中消失解析：选A染色体组内的染色体在形态和功能上各不相同，不存在同源染色体，A正确；四倍体生物的体细胞中的一半染色体是两个染色体组，B错误；一般情况下，配子中的全部染色体是体细胞中染色体数目的一半，但不一定是一个染色体组，C错误；染色体组在有丝分裂和减数分裂过程中都不会消失，D错误。2．下列a～h所示的细胞图中，有关它们所含染色体组的描述，正确的是()A．细胞中含有一个染色体组的是h图B．细胞中含有两个染色体组的是g、e图C．细胞中含有三个染色体组的是a、b图D．细胞中含有四个染色体组的是f、c图解析：选C形态、功能各不相同的染色体组成一个染色体组。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，d图中，同音字母仅有一个，所以该图只有一个染色体组，g图含有一个染色体组，e、f图含有四个染色体组。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。3．下列有关单倍体的叙述不正确的是()①由未受精的卵细胞发育成的个体，一定是单倍体②含有两个染色体组的生物体，一定不是单倍体③生物的精子或卵细胞一定都是单倍体④基因型为aaaBBBccc的植株一定是单倍体⑤基因型为Abcd的生物体一般是单倍体A．③④⑤ B．②③④C．①③⑤ D．②④⑤解析：选B由未受精的卵细胞发育而来的个体一定是单倍体，①正确；含有两个染色体组的生物体，可能是二倍体，也可能是四倍体生物的单倍体，②错误；生物的精子或卵细胞是生殖细胞，不是个体，所以不能称为单倍体，③错误；基因型为aaaBBBccc的植株可能是单倍体，也可能是三倍体，④错误；基因型为Abcd的生物体细胞中只有一个染色体组，一般是单倍体，⑤正确。4．下列关于单倍体、二倍体、多倍体及染色体组的表述，正确的是()A．单倍体生物的体细胞中都没有同源染色体B．唐氏综合征患者的体细胞中有三个染色体组C．多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组D．单倍体植株都不育，多倍体植株长得较粗壮解析：选C多倍体生物形成的单倍体生物的体细胞中存在同源染色体，A错误；唐氏综合征患者的体细胞中有2个染色体组，B错误；多倍体生物的体细胞中含有3个或3个以上的染色体组，C正确；单倍体植株一般不育，但四倍体植株的单倍体植株可育，D错误。[归纳提升]1．染色体组的理解和判断(1)染色体组的理解(2)染色体组的判断2．判断单倍体、二倍体和多倍体的方法3．细胞分裂图像中染色体组数的判断方法以生殖细胞中的染色体数为标准，判断题目所给图像中的染色体组数。如图所示：(1)图a细胞处于减数分裂Ⅰ的前期，含有4条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。(2)图b细胞处于减数分裂Ⅱ前期，含有2条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，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细胞处于减数分裂Ⅰ的后期，含有4条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有2个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。(4)图d细胞处于有丝分裂后期，含有8条染色体，生殖细胞中含有2条染色体，该细胞中有4个染色体组，每个染色体组中有2条染色体。知识点(二)低温诱导植物细胞染色体数目的变化1．实验原理2．实验流程及结论(1)低温抑制染色体着丝粒分裂，使染色体不能分别移向两极。(×)(2)若低温诱导根尖时间过短，可能难以观察到染色体数目加倍的细胞。(√)(3)在显微镜视野内可以观察到二倍体细胞和四倍体细胞。(√)(4)用低倍镜观察，视野中能够看到染色体数目正在改变的细胞。(×)1．(生命观念)思考低温诱导和秋水仙素处理诱导多倍体的作用时期和实质是否相同。提示：相同。二者都是作用于有丝分裂前期，抑制纺锤体的形成。2．(生命观念)与秋水仙素相比，低温诱导多倍体的形成有哪些优点？提示：低温条件容易创造和控制，成本低、对人体无害、易于操作。3．(科学思维)在显微镜下观察到的细胞，染色体数目都是加倍的吗？举例说明。提示：不是。显微镜下不同的细胞所处分裂时期不同，染色体数目也不同，如前期、中期的细胞染色体数目不加倍。4．(科学思维)本实验是否温度越低效果越显著？提示：不是，必须为“适当低温”，以防止温度过低对根尖细胞造成伤害。1．关于低温诱导洋葱染色体数目变化的实验，下列描述错误的是()A．处于分裂间期的细胞最多B．在显微镜下可以观察到含有四个染色体组的细胞C．在高倍显微镜下可以观察到细胞从二倍体变为四倍体的过程D．低温诱导染色体数目变化与秋水仙素诱导的原理相似解析：选C由于分裂间期经历时间最长，故观察细胞有丝分裂时，处于间期的细胞数目最多；低温可以诱导染色体加倍，视野中可以观察到已经被诱导加倍的细胞，细胞内有四个染色体组；细胞在解离的同时被杀死，在显微镜下不可能看到动态过程；低温与秋水仙素诱导染色体数目变化的原理都是阻止纺锤体的形成。2．下列有关“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述，正确的是()A．甲紫的作用是固定和染色B．低温诱导能抑制细胞分裂时纺锤体的形成C．固定和解离后的漂洗液都是95%酒精D．该实验的目的是了解纺锤体的结构解析：选B甲紫的作用是使染色体着色，固定细胞形态的液体是卡诺氏液，固定后用95%酒精溶液冲洗，而解离后用清水漂洗；实验的目的是理解低温诱导植物细胞染色体数目变化的机理。[归纳提升]各种试剂的用途(1)卡诺氏液：固定细胞形态。(2)体积分数为95%的酒精：冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液；解离液的组成成分。(3)解离液(质量分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒精1∶1混合)：使组织中的细胞分离开。(4)清水：洗去解离液，防止解离过度，便于染色。(5)改良苯酚品红染液：使染色体着色。[特别提醒](1)选材：应选用能进行分裂的分生组织细胞，否则不会出现染色体加倍的情况。(2)并不是所有细胞中染色体均已加倍：只有少部分细胞实现“染色体加倍”，大部分细胞仍为二倍体分裂状况。(3)细胞是死的而非活的：显微镜下观察到的细胞是已被解离液杀死的细胞。(4)着丝粒分裂与纺锤体无关：着丝粒到有丝分裂后期即分裂，无纺锤丝牵引，着丝粒也分裂。知识点(三)染色体结构的变异1．类型(将下图序号填入下表图示栏的相应位置)类型结构变化图示倒位染色体中某一片段位置颠倒(c)易位染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上(d)缺失染色体中某一片段缺失(a)重复染色体中增加某一片段(b)2．结果(1)染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，而导致性状的变异。(2)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。(1)脱氧核苷酸数目和排列顺序发生改变必然导致染色体结构变异。(×)(2)染色体结构变异会导致染色体上基因的数目或排列顺序发生改变。(√)(3)大多数染色体结构变异对生物体是不利的。(√)(4)非同源染色体之间交换部分片段属于染色体结构变异。(√)1．下图为显微镜观察的变异杂合子染色体联会异常现象，通过图示辨析染色体结构变异的类型。提示：缺失重复易位倒位2．(科学思维)上述变异类型中，________和________改变了染色体上基因的数量，________和________改变了基因在染色体上的____________。提示：缺失重复易位倒位排列顺序3．(生命观念)基因突变与缺失均可以产生新的性状，试述这两者之间的区别。提示：基因突变导致新性状产生的原因是产生新基因，增加了基因的多样性，从而增加了性状的多样性。缺失是由于染色体片段的缺失，造成控制相应性状的基因丢失，从而引起了性状的改变。1．如图表示某生物细胞中两条染色体及其部分基因。下列四种情况的产生不属于该细胞染色体结构变异的是()A．① B．②C．③ D．④解析：选C染色体结构变异指的是染色体某一片段的增添、缺失(①)、易位(②)、倒位(④)；③是基因突变或减数第一次分裂四分体时期发生交叉互换所致。2．图1、图2为某种生物的两种染色体行为示意图，其中①和②、③和④互为同源染色体，则下列有关两图的叙述，正确的是()A．均为染色体结构变异B．均涉及DNA链的断开和重接C．均发生在同源染色体之间D．基因的数目和排列顺序均发生改变解析：选B图1中发生的是同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换，属于基因重组，不属于染色体结构变异；图2中发生的是一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上，属于染色体结构变异中的易位，A、C错误；图1、图2所示的变异都涉及DNA链的断开和重接，B正确；图1互换的过程中基因的数目不发生改变，D错误。[归纳提升]1．基因突变与染色体结构变异的判断方法(1)从变异发生的层次看：基因内部个别碱基对的增添、缺失或替换为基因突变；基因数目或排列顺序的改变为染色体结构变异，此改变不深入基因内部。(2)从变异的结果看：染色体上基因的数量和位置不改变，产生新的基因(等位基因)为基因突变；基因的数量和排列顺序改变为染色体结构变异。(3)从镜检的结果看：基因突变在显微镜下观察不到，而染色体结构变异可通过显微镜观察到。2．染色体易位与交叉互换的区别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3．基因重组、基因突变、染色体变异的比较比较基因重组基因突变染色体变异实质控制不同性状的基因重新组合基因结构的改变染色体结构或数目的变化适用范围真核生物进行有性生殖产生配子时任何生物均可发生真核生物核遗传中发生产生结果产生新的基因型，未发生基因的改变产生新的基因，但基因数目不变可引起基因数目或排列顺序的变化类型①非同源染色体上的非等位基因的自由组合②同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉互换①自然突变②人工诱变①染色体结构的变异②染色体数目的变异意义是生物变异的来源之一，对生物进化有十分重要的意义是生物变异的根本来源，提供生物进化的原材料对生物进化有一定意义实例黄圆和绿皱豌豆杂交，后代产生黄皱和绿圆个体镰状细胞贫血八倍体小黑麦、无子西瓜[特别提醒]三种可遗传的变异的实质若把基因视为染色体上的一个“点”，染色体视为点所在的“线段”，则：(1)基因突变——“点”的变化(“点”的质变，但数目不变)。(2)基因重组——“点”的结合或交换(“点”的质与量均不变)。(3)染色体变异——“线段”发生结构或数目的变化。①染色体结构变异——“线段”的部分片段重复、缺失、倒位、易位(“点”的质不变，数目或位置变化)。②染色体数目变异——个别“线段”增添、缺失或“线段组”成倍增减(“点”的质不变，数目变化)。知识点(四)单倍体育种和多倍体育种1．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，然后通过人工诱导的方式使染色体数目加倍，从而获得纯种植物。(2)常用方法：花药(花粉)离体培养。(3)过程：单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍两个过程。育种过程中通过杂交把不同的优良性状集中在F1植株上，然后利用F1个体产生的花粉进行离体培养，培育出单倍体植株，再通过人工诱导(常用秋水仙素处理单倍体幼苗)，使染色体数目加倍，进而选择目标品种。(4)实例：利用纯合高秆(D)抗病(T)和矮秆(d)不抗病(t)小麦品种，培育矮秆抗病(ddTT)小麦的过程：(5)优点：明显缩短育种年限。2．多倍体育种——以无子西瓜为例(1)原理：染色体数目以染色体组的形式成倍增加。(2)过程：利用秋水仙素直接处理萌发的种子或者幼苗，以获得具有优良性状的多倍体植株。三倍体无子西瓜即为典型的多倍体育种案例，其过程见下图。(1)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体。(×)(2)经低温处理的幼苗体内并非所有细胞的染色体数目都会加倍。(√)(3)卵细胞直接发育成的个体一定是单倍体。(√)(4)在诱导染色体数目变化方面，低温与秋水仙素诱导的原理相似。(√)1．人们利用萝卜(2N＝18)和甘蓝(2N＝18)杂交，可以得到杂交后代。(1)(生命观念)萝卜和甘蓝杂交产生的后代为几倍体？是否可育？为什么？提示：二倍体，不可育。因为后代细胞中的两个染色体组来自两个不同的物种，没有同源染色体，减数分裂时联会紊乱，不能产生正常的可育配子。(2)(科学思维)如何使萝卜、甘蓝的杂交后代可育？提示：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体数目加倍。这样在减数分裂过程中，可以正常联会，产生可育配子。2．中国女科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理学或医学奖，她从青蒿(二倍体)中提取的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。(1)(科学探究)四倍体青蒿中青蒿素的含量比二倍体高，请设计一个方案，培育四倍体青蒿，以提高青蒿素的产量。提示：用低温或秋水仙素处理二倍体青蒿的种子或幼苗，抑制纺锤体形成，从而得到四倍体青蒿。(2)(科学思维)青蒿素不是蛋白质，在青蒿细胞内合成青蒿素的过程中，基因如何控制青蒿素的合成？提示：基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制青蒿素的合成。1．下列是无子西瓜培育的过程简图，有关叙述不正确的是()A．①过程也可进行低温诱导处理，与秋水仙素的作用原理不同B．三倍体植株不育的原因是在减数分裂过程中联会发生紊乱C．培育得到的无子西瓜与二倍体有子西瓜相比个大、含糖量高D．要得到无子西瓜，需每年制种，很麻烦，所以可用无性繁殖进行快速繁殖解析：选A低温诱导和秋水仙素的作用原理相同，都是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成。2．下面为利用纯合高秆(D)抗病(E)小麦和纯合矮秆(d)染病(e)小麦快速培育纯合优良小麦品种矮秆抗病小麦(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增殖D．④过程的实施中通常用一定浓度的秋水仙素处理解析：选C题中图示为单倍体育种的过程，①过程表示两个亲本杂交，所依据的原理是基因重组，从而达到控制不同优良性状的基因组合到一起；②过程表示的是F1进行减数分裂产生配子的过程，在减数分裂Ⅰ后期非同源染色体自由组合；③过程表示由花药离体培养成单倍体植株的过程，此过程中不但有细胞的分裂还有细胞的分化，所依据的原理主要是植物细胞的全能性；④过程是诱导染色体数目加倍的过程，一般用一定浓度的秋水仙素处理。[归纳提升]单倍体育种与多倍体育种的比较多倍体育种单倍体育种原理染色体组成倍增加染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种(指每对染色体上成对的基因都是纯合的)常用方法秋水仙素处理萌发的种子、幼苗花药离体培养后，人工诱导染色体数目加倍优点操作简单明显缩短育种年限缺点适用于植物，在动物方面难以操作技术复杂一些，需与杂交育种配合[特别提醒](1)单倍体育种时，若亲本为二倍体，则获得的品种为纯合子；若亲本为多倍体，则获得的品种不一定为纯合子。(2)单倍体育种中，用秋水仙素处理的是单倍体幼苗，所以一般都是地上部分细胞内染色体数目加倍，地下部分细胞内染色体数目不变。[学习小结]1．下列变异中，不属于染色体结构变异的是()A．染色体缺失了某一片段B．染色体增加了某一片段C．染色体中DNA的一个碱基发生了改变D．染色体某一片段位置颠倒了180°解析：选C染色体中DNA的一个碱基发生了改变，属于基因突变。2．下列关于染色体组的表述，不正确的是()A．起源相同的一组完整的非同源染色体B．通常指二倍体生物的一个配子中的染色体C．人的体细胞中有两个染色体组D．普通小麦的花粉细胞中有一个染色体组解析：选D普通小麦是六倍体，其体细胞中含六个染色体组，减数分裂形成的花粉细胞中应含三个染色体组。3．如图为某植物的体细胞中染色体示意图，将其花粉经花药离体培养得到的植株的基因型最可能是()A．AaBb B．ABC．ab D．AaaaBBbb解析：选A题图细胞中含有四个染色体组，其花粉培育成的个体含有两个染色体组。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四倍体芝麻，对此四倍体芝麻的叙述正确的是()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