2024年高中生物新教材同步必修第二册 第5章　第2节　第1课时　染色体数目的变异

第2节染色体变异第1课时染色体数目的变异[学习目标]1.说出染色体数目变异的类型。2.辨别不同呈现形式的染色体组；说明二倍体、多倍体的含义。3.概述人工诱导多倍体的原理及方法。一、染色体数目的变异1．染色体变异的概念及种类(1)概念：生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。(2)种类：染色体数目的变异和染色体结构的变异。2．染色体数目变异的类型(1)细胞内个别染色体的增加或减少。(2)细胞内染色体数目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。3．二倍体和多倍体(1)染色体组：在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说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)二倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体。(3)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形成原因(以三倍体和四倍体为例)③特点：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，也存在结实率低、晚熟等缺点。判断正误(1)二倍体的体细胞中一定都含有两个染色体组()(2)三倍体不育的原因是减数分裂时联会紊乱()答案(1)×(2)√解析(1)在有丝分裂后期，二倍体的体细胞中含有四个染色体组。任务一：染色体组数的判断1．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。项目染色体组数每个染色体组内染色体数3323144222规律：染色体组数＝形态相同的染色体的条数，一个染色体组中的染色体数＝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。项目染色体组数1324规律：染色体组数＝控制同一性状的基因的个数。1．下列有关染色体组的说法，不正确的是()A．X、Y染色体形态不同，可以存在于同一染色体组中B．二倍体生物的配子中含有的染色体构成一个染色体组C．构成一个染色体组的染色体在形态、功能上各不相同D．果蝇在减数分裂Ⅰ后期移向细胞同一极的染色体构成一个染色体组答案A解析X、Y为同源染色体，不可以存在于同一染色体组中，A错误。2．(2023·天津高一校联考期末)下列关于二倍体、多倍体的叙述，不正确的是()A．由受精卵发育而来，基因型为AaBBCcDD的个体是二倍体B．三倍体植物不能由受精卵发育而来C．与二倍体番茄相比，四倍体番茄的维生素C含量更高D．三倍体不育是因为在减数分裂过程中染色体联会紊乱，无法产生正常的配子答案B解析三倍体可由含两个染色体组的配子与含有一个染色体组的配子结合成受精卵发育而成，B错误。二、人工诱导多倍体及其应用项目人工诱导多倍体方法用秋水仙素诱发或用低温处理处理对象萌发的种子或幼苗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，从而使细胞内染色体数目加倍应用含糖量高的甜菜和三倍体无子西瓜的培育判断正误(1)二倍体西瓜幼苗的基因型为Aa，则用秋水仙素处理后形成的四倍体为纯合子()(2)二倍体水稻和四倍体水稻杂交，可获得三倍体，稻穗和籽粒变小()(3)秋水仙素可抑制纺锤体的形成，导致有丝分裂后期着丝粒不能正常分裂，从而使细胞染色体数目加倍()答案(1)×(2)×(3)×解析(1)二倍体西瓜幼苗的基因型为Aa，则用秋水仙素处理后形成的四倍体基因型为AAaa，属于杂合子。(2)三倍体不育，没有籽粒。(3)秋水仙素可抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而使细胞内染色体数目加倍，但着丝粒能正常分裂。任务二：无子西瓜的培育如图是三倍体无子西瓜的培育过程图解。据图回答下列问题：1．为什么用一定浓度的秋水仙素溶液滴在二倍体西瓜幼苗的芽尖？提示芽尖细胞正在进行有丝分裂，当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，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。2．四倍体西瓜植株作母本产生的雌配子中含有几个染色体组？获得的四倍体植株为何要与二倍体杂交？提示四倍体西瓜植株作母本产生的雌配子中含有两个染色体组。四倍体植株与二倍体植株杂交可获得三倍体植株。3．在无子西瓜培育的过程中用二倍体给三倍体传粉的目的是什么？提示促进子房发育成果实。4．三倍体无子西瓜的果实中没有种子的原因是什么？提示三倍体西瓜的原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，不能形成可育的配子。5．有时可以看到三倍体西瓜中有少量发育并不成熟的种子，请推测产生这些种子的原因。提示三倍体在进行减数分裂时有可能形成了正常的卵细胞，从而形成正常的种子，但这种概率特别小。6．无子西瓜每年都要制种，很麻烦，有没有别的替代方法？提示进行无性繁殖，将三倍体西瓜植株进行组织培养获得大量的组织苗，再进行移栽。3．如图是无子西瓜培育的过程，下列有关叙述错误的是()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答案A解析低温诱导和秋水仙素的作用原理相同，都是通过抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，使细胞内染色体数目加倍。4．(2023·黑龙江大庆高一月考)为获得果实较大、含糖量较高的四倍体葡萄(4n＝76)，常用一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体葡萄茎段上的芽，然后将茎段扦插栽培成新植株。研究结果显示：新植株中约40%的细胞染色体被诱导加倍。这种植株同时含有2n细胞和4n细胞，称为“嵌合体”。有关“嵌合体”的叙述，正确的是()A．秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理是抑制间期纺锤体的形成B．在生命活动中，4n细胞内染色体组数目最多出现在有丝分裂后期C．“嵌合体”根尖分生区的部分细胞含19条染色体D．若该个体自交，后代中不可能出现三倍体答案B解析秋水仙素可以通过抑制前期纺锤体的形成来使染色体数目加倍，A错误；使用秋水仙素溶液处理的部位是二倍体葡萄茎段上的芽，故在“嵌合体”植株中，根尖分生区的细胞一般为二倍体细胞(2n＝38)，即含38条染色体，C错误；由于“嵌合体”植株同时含有2n细胞和4n细胞，则其自交后代可能出现二倍体、三倍体、四倍体，D错误。三、低温诱导植物细胞染色体数目的变化1．实验原理用低温处理植物的分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞的染色体数目发生变化。2．实验步骤与现象(1)实验步骤(2)现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。判断正误(1)低温诱导时温度越低效果越显著()(2)用显微镜观察时发现所有细胞中染色体数目均已加倍()(3)制作根尖细胞的临时装片时，制作基本步骤是解离→漂洗→染色→制片()(4)固定细胞后所用的冲洗试剂与解离后所用的漂洗试剂是一样的()(5)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()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×解析(1)温度过低可能导致细胞死亡。(2)用显微镜观察时只有部分细胞中染色体数目已加倍。(4)固定细胞后用体积分数为95%的酒精冲洗，解离后用清水漂洗。(5)固定后细胞就已经死亡，无法观察到细胞的动态变化。实验中几种试剂的使用方法和作用试剂使用方法作用卡诺氏液将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h固定细胞形态体积分数为95%的酒精冲洗卡诺氏液处理过的根尖洗去卡诺氏液与质量分数为15%的盐酸等体积混合，浸泡经固定处理的根尖解离根尖细胞清水漂洗解离后的根尖约10min洗去解离液甲紫溶液把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3～5min使染色体着色5．关于低温诱导洋葱(2n＝16)染色体数目变化的实验，下列叙述正确的是()A．原理：低温抑制染色体的着丝粒分裂，使子染色体不能移向细胞的两极B．解离：用卡诺氏液和酒精处理经低温诱导的根尖可使细胞分离开C．染色：用甲紫溶液可以使染色体染色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解析该实验的原理是低温能抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞的两极，A错误；该实验中卡诺氏液的作用是固定细胞形态，而不是进行解离，B错误；由于大多数细胞处于分裂间期，因此显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目未发生改变，少数细胞染色体数目改变，D错误。6．(2022·福建厦门高一期末)关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”的实验(以洋葱为例)，下列叙述不正确的是()A．观察到的细胞中处于分裂间期的细胞最多B．在显微镜视野内可观察到二倍体细胞和四倍体细胞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．在诱导染色体数目变化方面，低温处理与秋水仙素诱导的原理相似答案C解析经固定和解离等步骤的作用，细胞失去活性，所以在显微镜下不能观察到细胞从二倍体变为四倍体的过程，C错误。题组一染色体数目的变异1．下列对染色体组的叙述，正确的是()A．染色体组在减数分裂过程中消失B．配子中的全部染色体为一个染色体组C．体细胞中的一半染色体是一个染色体组D．染色体组内不存在同源染色体答案D解析染色体组存在于体细胞和生殖细胞中，在减数分裂过程中由于同源染色体会分离，因此产生的生殖细胞中(与体细胞相比)，染色体组数减半，染色体组没有消失，A错误；四倍体生物的体细胞中的一半染色体是两个染色体组，与体细胞相比，配子中染色体数目减半，因此配子中的全部染色体不一定是一个染色体组，B、C错误。2．水仙是传统观赏花卉，是中国十大名花之一。如图为水仙根细胞的染色体核型，下列相关分析错误的是()A．水仙根细胞中每个染色体组含有3条染色体B．每个染色体组中各染色体DNA的碱基序列不同C．同源染色体联会紊乱导致水仙高度不育D．可采用无性繁殖技术快速培养优良品种答案A解析由题图可知，水仙是三倍体，正常体细胞中含有3个染色体组，每个染色体组含有10条染色体，A错误。3．(2023·江苏南京高一期末)通常情况下，一个四倍体植物个体的可能来源不包括()A．两个四倍体亲本杂交B．一个三倍体亲本和一个二倍体亲本杂交C．二倍体幼苗体细胞有丝分裂时染色体只复制未分离D．因二倍体减数分裂错误而产生的含有两个染色体组的配子两两结合答案B解析三倍体一般情况下不能产生可育配子，因此三倍体和二倍体杂交不会产生后代，B符合题意。4.如图表示某生物正常体细胞中染色体的组成，下列各项中可以表示该生物基因型的是()A．ABCd B．AaaC．AaBbCcDd D．AaaaBbbb答案B解析细胞中有三个染色体组，所以同种基因的数目为3个，B项正确。题组二人工诱导多倍体及其应用5．人工诱导染色体数目加倍的常用方法是低温、秋水仙素溶液处理。诱导染色体数目加倍的原理主要是抑制()A．酶的活性 B．纺锤体的形成C．DNA的复制 D．细胞分裂速度答案B解析低温、秋水仙素溶液均能抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而使染色体数目加倍，故选B。6．目前市场上食用的香蕉均来自三倍体香蕉植株，如图所示为某三倍体香蕉的培育过程。下列叙述不正确的是()A．野生芭蕉和四倍体有子香蕉虽能杂交产生后代，但后代不育B．若图中无子香蕉3n的基因型为AAa，则有子香蕉4n的基因型可能为AAaaC．“无子香蕉”培育过程的原理是基因重组D．该过程所发生的变异是可以遗传的答案C解析“无子香蕉”培育过程的原理主要是染色体数目变异，C错误。题组三低温诱导植物细胞染色体数目的变化7．下列关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验中各试剂及其作用的叙述，错误的是()A．在该实验中先后两次用到酒精但使用目的不同B．质量分数为15%的盐酸可用来配制解离液C．甲紫溶液是碱性染料，可对染色体进行染色D．清水的作用是洗去卡诺氏液和解离液答案D解析体积分数为95%的酒精在该实验中可以用于洗去卡诺氏液，也可以用于配制解离液，A正确；解离液由体积分数为95%的酒精和质量分数为15%的盐酸等体积混合而成，B正确；清水的作用是洗去解离液，防止解离过度，洗去卡诺氏液要用体积分数为95%的酒精，D错误。8．下列有关“低温诱导大蒜(2n＝16)根尖细胞染色体数目的变化”实验的叙述，不正确的是()A．低温处理后的实验材料要先用卡诺氏液固定再用酒精冲洗B．在显微镜视野内可能观察到染色体数为16、32和64的细胞C．用高倍显微镜观察不到根尖细胞染色体加倍的过程D．低温通过促进着丝粒分裂导致染色体数目加倍答案D解析低温抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍，D错误。9．如图为某果蝇及其一个体细胞内染色体组成示意图，下列有关说法中正确的是()A．一个染色体组携带有能控制果蝇生长发育所需的全部遗传信息B．该果蝇为二倍体，减数分裂时可能存在16条染色体的细胞C．果蝇体内的细胞，最多只含有两个染色体组D．图示细胞有两个染色体组，减数分裂Ⅱ的所有细胞都只含有一个染色体组答案A解析一个染色体组是指细胞中的一组完整非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但又互相协助，携带有能控制果蝇生长发育所需的全部遗传信息，A正确；该果蝇为二倍体，减数分裂时可能存在4条或8条染色体的细胞，B错误；果蝇体内的细胞中处于有丝分裂后期的细胞含有四个染色体组，C错误；图示细胞有两个染色体组，减数分裂Ⅱ的细胞中含有一个或两个染色体组，D错误。10．二倍体植物甲(2n＝10)和二倍体植物乙(2n＝10)进行有性杂交，得到的F1不育。用物理撞击的方法使F1在减数分裂Ⅰ时整套的染色体分配到同一个次级精(卵)母细胞中，减数分裂Ⅱ正常，再让这样的雌雄配子结合，产生F2。下列有关叙述正确的是()A．物理撞击和秋水仙素的作用原理相同B．F1为四倍体，具有20条染色体C．若用适宜浓度的秋水仙素处理F1幼苗，则长成的植株是可育的D．用物理撞击的方法使配子中染色体数目加倍，产生的F2为二倍体答案C解析物理撞击是使F1在减数分裂Ⅰ时整套的染色体分配到同一个次级精(卵)母细胞中，而秋水仙素是抑制纺锤体的形成，两者原理不同，A错误；F1含有2个染色体组，共10条染色体，其中5条来自甲，5条来自乙，B错误；利用物理撞击的方法使配子中染色体数目加倍，产生的F2为异源四倍体，D错误。11．玉米(2n＝20)种群中偶尔会出现三体植株(2号染色体有3条)，在减数分裂过程中，这3条染色体中的任意两条移向细胞一极，剩余一条移向细胞的另一极，其他染色体正常分离。下列有关三体玉米的叙述，正确的是()A．三体玉米植株的体细胞中含有3个染色体组B．三体玉米植株的出现是基因重组的结果C．三体玉米植株的细胞中最多有21条染色体D．三体玉米植株测交，子代出现三体植株的概率为1/2答案D解析该三体玉米植株是由2号染色体多出一条，变成3条引起的，属于染色体数目变异，体细胞含有2个染色体组，仍然属于二倍体，A、B错误；该三体玉米植株体细胞中含有21条染色体，在有丝分裂后期，着丝粒分开，姐妹染色单体分离，染色体数加倍，此时染色体数目最多，因此三体玉米植株的细胞中最多有42条染色体，C错误；三体植株在减数分裂过程中，这3条染色体的任意两条向细胞一极移动，剩余一条移向细胞另一极，细胞中其他染色体正常分离，因此产生正常配子和多出一条染色体的配子比例为1∶1，测交后代产生正常植株和三体植株的比例也是1∶1，即子代出现三体植株的概率为1/2，D正确。12．(2023·福建泉州高一期末)农业上，常用一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体葡萄(2n＝38)茎段上的芽，然后将茎段扦插以获得四倍体葡萄。研究发现四倍体葡萄中约有40%细胞中的染色体被诱导加倍，而剩余的细胞均表现正常，故被称为“嵌合体”。下列有关叙述正确的是()A．上述秋水仙素的作用是促进染色体多次复制B．“嵌合体”的每个染色体组中含有38条染色体C．“嵌合体”的体细胞中可能含有2、4或8个染色体组D．“嵌合体”与二倍体杂交获得的三倍体可利用种子繁殖答案C解析秋水仙素作用于细胞分裂前期，作用是抑制纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍，A错误；葡萄是二倍体，染色体数目是38条，一个染色体组中的染色体数目是19条，B错误；“嵌合体”中有的细胞是表现正常的体细胞，有的是染色体加倍的细胞，染色体加倍的细胞如果处于有丝分裂的后期，就可能含8个染色体组，C正确；“嵌合体”与二倍体杂交获得的三倍体，减数分裂时联会紊乱，不能形成正常的配子，不可利用种子繁殖，D错误。13．罗汉果甜苷具有重要的药用价值，它分布在罗汉果的果肉、果皮中，种子中不含这种物质，而且有种子的罗汉果口感很差。为了培育无子罗汉果，科研人员先利用秋水仙素处理二倍体罗汉果，诱导其染色体数目加倍，得到如表所示结果。分析回答下列问题：处理秋水仙素浓度(%)处理数(株)处理时间(d)成活率(%)变异率(%)滴芽尖生长点法0.053051001.280.186.424.30.274.218.2(1)在诱导染色体数目加倍的过程中，秋水仙素的作用是______________________________。选取芽尖生长点作为处理的对象，理由是__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)上述研究中，自变量是____________________，因变量是____________________________。研究表明，诱导罗汉果染色体数目加倍最适宜的处理方法是___________________________。(3)鉴定细胞中染色体数目是确认罗汉果染色体数目加倍的最直接的证据。首先取变异植株幼嫩的芽尖，再经固定、解离、______________和制片后，制得鉴定植株芽尖的临时装片。最后选择处于______________________的细胞进行染色体数目统计。(4)获得了理想的变异株后，要培育无子罗汉果，还需要继续进行的操作是_______________________________________________________________________________________________。答案(1)抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成芽尖生长点细胞分裂旺盛，易变异(2)秋水仙素的浓度处理植株的成活率和变异率以0.1%的秋水仙素滴芽尖生长点(3)漂洗、染色有丝分裂中期(4)用四倍体罗汉果与二倍体罗汉果杂交，获得三倍体无子罗汉果14．果蝇(2n＝8)是进行遗传学研究的模式生物，有3对常染色体(分别编号为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)和1对性染色体。(1)写出果蝇适合用作遗传实验材料的两个优点：________________________________________________________________________。(2)果蝇体色和翅型分别由位于Ⅱ号染色体上等位基因A、a和B、b控制。纯种灰身长翅果蝇与纯种黑身残翅果蝇杂交，F1全部为灰身长翅，则显性性状为________________，当F1果蝇作父本测交时后代表型及比例为_____________________________________________。(3)果蝇种群中常出现性染色体异常的个体，从而产生不同的表型(如表)：性染色体组成XXXYOXXYXYYXO表型胚胎期致死胚胎期致死雌性可育雄性可育雄性不育用红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本杂交，在F1群体中发现一只白眼雄果蝇(记为“M”)。M果蝇出现的原因有三种可能：第一种是环境改变引起表型变化，但基因型未变；第二种是亲本果蝇发生基因突变；第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离。现在设计了简便的杂交实验以确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的，请完善实验的结果预测。实验步骤：M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交，统计子代果蝇的眼色。结果预测：①若子代雌性果蝇全部为红眼，雄性果蝇全部为白眼，则是环境改变引起的；②若________________________，则是基因突变引起的；③若________________________，则是亲本雌果蝇减数分裂时X染色体不分离引起的。(4)果蝇细胞内的Ⅳ染色体多一条(三体)可以存活并能够繁殖。果蝇正常眼(E)和无眼(e)是一对相对性状，基因E、e位于常染色体上。现有纯合的正常眼和无眼的Ⅳ染色体三体果蝇及正常果蝇，请完善探究E、e基因是否在Ⅳ号染色体上的实验方案并预期实验结果及结论。①选用纯合正常眼三体果蝇与正常的无眼果蝇作为亲本杂交得F1，选择F1三体