資源簡介

3.1 染色體變異及其應(yīng)用
新課程標準 學(xué)業(yè)質(zhì)量目標
舉例說明染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變異都可能導(dǎo)致生物性狀的改變甚至死亡 合格 考試 1.根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能觀,說出染色體結(jié)構(gòu)變異種類及其影響。(生命觀念) 2.通過歸納與概括理解染色體組的概念。(科學(xué)思維)
等級 考試 1.通過分類與比較,明確單倍體育種與多倍體育種流程。(科學(xué)思維) 2.設(shè)計、分析實驗探究低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目的加倍。(科學(xué)探究)
一、染色體的結(jié)構(gòu)變異
1.原因:主要是由染色體斷裂所形成的片段不正常地重新連接所致。
2.類型(連線):
3.結(jié)果:染色體上基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變,從而導(dǎo)致性狀的變異。
4.選一選:如圖表示某生物細胞中兩條染色體及其部分基因,下列四種情況的產(chǎn)生屬于該細胞染色體結(jié)構(gòu)變異的是①②④。
慢性粒細胞白血病是一種惡性疾病,患者骨髓內(nèi)會出現(xiàn)大量惡性增殖的白細胞。該病是9號染色體和22號染色體互換片段所致。這種疾病屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的哪種類型
提示:屬于易位。因為染色體片段互換發(fā)生在非同源染色體之間。
二、染色體的數(shù)量變異
1.染色體組:細胞中的一組非同源染色體,形態(tài)和功能各不相同,但又互相協(xié)調(diào),共同控制生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異。
2.二倍體、多倍體和單倍體:
二倍體 多倍體 單倍體
發(fā)育起點 受精卵 受精卵 配子
體細胞染色體組數(shù) 兩個 三個或三個以上 與本物種配子中染色體組數(shù)相同
常見生物 大多數(shù)動物、植物 香蕉、馬鈴薯、普通小麥等 雄蜂
3.染色體數(shù)量的變異:
4.判一判:基于對染色體數(shù)量的變異的理解,判斷下列說法的正誤。
(1)一個染色體組中沒有同源染色體,但卻含有控制生物生長、發(fā)育的全部遺傳信息。 (√)
(2)含有一個染色體組的細胞一定是配子。 (×)
提示:含一個染色體組的細胞可以是二倍體的次級性母細胞或一些單倍體的體細胞。
(3)一個染色體組中一定沒有等位基因。 (×)
提示:發(fā)生交叉互換之后的次級性母細胞處于減數(shù)第二次分裂前期和中期時,一個染色體組中可能出現(xiàn)等位基因。
(4)染色體組中染色體數(shù)就是體細胞染色體數(shù)的一半。 (×)
提示:只有在二倍體個體中,染色體組中染色體數(shù)才是體細胞染色體數(shù)的一半。
(5)單倍體都是生長弱小,高度不育的。 (×)
提示:雄蜂是單倍體,發(fā)育正常,而且可育。
(6)二倍體生物一定是由受精卵直接發(fā)育而來的。 (×)
提示:二倍體生物可以是單倍體利用秋水仙素加倍后的二倍體,也可以是二倍體體細胞經(jīng)過植物組織培養(yǎng)獲得的。
(7)體細胞中含有兩個染色體組的個體叫二倍體。 (×)
提示: 體細胞中含有兩個染色體組,若由配子發(fā)育而來的個體,則為單倍體。
如何判斷多倍體植物的育性
提示:具有偶數(shù)染色體組的多倍體植物,在減數(shù)分裂時,若染色體能夠配對,一般是可育的;具有奇數(shù)染色體組的多倍體植物,在減數(shù)分裂時不能正常配對,是不可育的。
三、染色體變異在育種上的應(yīng)用
1.染色體變異:是染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量變異的統(tǒng)稱,在植物育種中,常利用染色體數(shù)量變異來育種。
2.染色體數(shù)量變異的方法及原理:
(1)方法:低溫或適宜濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。
(2)原理:低溫或秋水仙素能抑制紡錘體的形成,導(dǎo)致染色體分開后無法移向細胞兩極,進而細胞中染色體數(shù)量加倍。
3.單倍體育種:
(1)單倍體植株的特點:一般長得弱小,高度不育。
(2)單倍體育種過程:
(3)優(yōu)點:所得個體均為純合子,明顯縮短育種年限。
(4)缺點:需要和雜交育種配合使用,技術(shù)復(fù)雜。
4.多倍體育種:
(1)多倍體植株特點:一般比二倍體植株的莖稈粗壯;葉片、果實和種子更大;糖類、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的含量更高。
(2)多倍體獲得方法:用一定濃度的秋水仙素或低溫處理萌發(fā)的種子或幼苗。
(3)實例:三倍體無子西瓜培育過程。
5.判一判:基于染色體變異在育種上的應(yīng)用,判斷下列說法的正誤。
(1)六倍體小麥通過花藥離體培養(yǎng)培育成的個體稱為三倍體。 (×)
提示:六倍體小麥通過花藥離體培養(yǎng)得到的是單倍體。
(2)花藥離體培養(yǎng)后得到純合子。(×)
提示:花藥離體培養(yǎng)得到單倍體,后經(jīng)秋水仙素加倍才可能得到純合子。
(3)秋水仙素處理幼苗,成功使染色體數(shù)目加倍后,一定會得到純合子。(×)
提示:如果幼苗是雜合子Aa,染色體加倍后得到的AAaa仍舊是雜合子。
(4)三倍體無子西瓜自身不能產(chǎn)生種子,所以人工無法獲得三倍體的種子。(×)
提示:三倍體無子西瓜自身不能產(chǎn)生種子,但是可以利用二倍體和四倍體雜交制備三倍體種子。
　在培育三倍體無子西瓜時,必須選擇具有顯性性狀的二倍體作父本,這樣做的原因是什么
提示:培育三倍體無子西瓜時,用具有顯性性狀的二倍體作父本,隱性性狀的四倍體作母本,這樣產(chǎn)生的三倍體植株均表現(xiàn)出顯性性狀,而四倍體自交的后代均表現(xiàn)為隱性性狀,可以快速鑒別出無子西瓜。
四、低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)量加倍的實驗
1.實驗探究:探究低溫能否誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)量的變化。
2.實驗原理:低溫處理或化學(xué)因素刺激,有可能抑制紡錘體的形成,導(dǎo)致子細胞內(nèi)染色體數(shù)量加倍。
3.實驗假設(shè):低溫能夠誘導(dǎo)部分植物細胞染色體數(shù)量加倍。
4.實驗方法:
(1)根尖的培養(yǎng)和誘導(dǎo):將蠶豆或豌豆種子放入盛有適量清水的培養(yǎng)皿中,并覆蓋2~3層潮濕的紗布;待幼根長至1.0~1.5cm時,將其放入冰箱的低溫室內(nèi)(4 ℃)誘導(dǎo)培養(yǎng)36小時。
(2)取材和固定:剪取被誘導(dǎo)處理的根尖(長5 mm左右),采用卡諾氏固定液固定0.5~1小時,再用體積分數(shù)為95%的乙醇溶液沖洗2~3次。
(3)制作根尖臨時玻片標本。
(4)觀察:先用低倍鏡尋找染色體形態(tài)較好的分裂相,注意觀察視野中有染色體數(shù)量發(fā)生改變的細胞,再換用高倍鏡繼續(xù)觀察。
5.實驗結(jié)論:低溫能夠誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目加倍。
知識點一 染色體的結(jié)構(gòu)變異
1.染色體結(jié)構(gòu)變異的類型分析
缺失 重復(fù) 倒位 易位
顯微 鏡鏡 檢結(jié) 果
特點 同源染色體聯(lián)會時,環(huán)狀凸起位于正常染色體上 同源染色體聯(lián)會時,環(huán)狀凸起位于異常染色體上 兩條染色體共同參與環(huán)狀凸起的形成 四條染色體(兩條易位,兩條正常)間聯(lián)會,形成“十字形”
效應(yīng) 舉例 人類5號染色體部分缺失導(dǎo)致貓叫綜合征 果蠅棒狀眼的形成 果蠅卷翅的形成 果蠅花斑眼的形成
2.染色體易位和染色體交叉互換的比較
易位 交叉互換
圖解
區(qū)別 發(fā)生在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中非同源染色體之間 發(fā)生在減數(shù)第一次分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體之間
屬于染色體結(jié)構(gòu)變異 屬于基因重組
可在顯微鏡下觀察到 在顯微鏡下觀察不到
特別提醒:染色體結(jié)構(gòu)變異的兩個認識誤區(qū)
(1)誤認為染色體結(jié)構(gòu)變異對生物體都是有害的,染色體結(jié)構(gòu)變異有的是中性的,極少數(shù)是有利的。
(2)誤認為染色體結(jié)構(gòu)變異屬于分子層次的變異,染色體結(jié)構(gòu)的變異是細胞中染色體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,屬于細胞層次。
如圖甲、乙兩個體的一對同源染色體中各有一條發(fā)生變異(字母表示基因)。下列敘述正確的是 (　　)
A.個體甲的變異對表型無影響
B.個體乙細胞減數(shù)分裂形成的四分體異常
C.個體甲自交的后代,性狀分離比為3∶1
D.個體乙染色體沒有基因缺失,表型無異常
【解題思維】解答本題需要突破以下兩個關(guān)鍵點:
【解析】選B。本題主要考查基因分離定律的應(yīng)用與染色體變異的類型。個體甲的變異屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失,會導(dǎo)致缺失片段上的基因丟失,進而影響表型,A項錯誤;個體乙發(fā)生的變異是染色體結(jié)構(gòu)變異中的倒位,減數(shù)分裂形成的四分體異常,B項正確;含缺失染色體的配子一般是不育的,后代一般不會發(fā)生性狀分離,C項錯誤;個體乙染色體沒有基因缺失,但發(fā)生倒位,表型異常,D項錯誤。
【審答誤區(qū)】誤認為染色體結(jié)構(gòu)變異對個體的育性沒有影響,如本題個體甲如果看作基因型雜合的可育個體,且后代生活力相同,自交后代性狀分離比才能出現(xiàn)3∶1。
1.經(jīng)權(quán)威遺傳機構(gòu)確認濟南發(fā)現(xiàn)的一例染色體異常核型即46,XY,t(6;8)為世界首例,該例異常核型屬于染色體平衡易位攜帶者。染色體平衡易位是造成流產(chǎn)和畸形兒的重要因素,由于沒有遺傳物質(zhì)丟失,患者表現(xiàn)及智力均與正常人一樣。某女性患者的第1和5號染色體易位,染色體異常核型可表示為46,XX,t(1;5)。下列說法錯誤的是 (　　)
A.經(jīng)染色后,在光學(xué)顯微鏡下可觀察到染色體易位
B.46,XY,t(6;8)表示某男性患者第6和8號染色體易位
C.只有缺失和重復(fù)這兩類染色體結(jié)構(gòu)變異才能導(dǎo)致基因數(shù)量的改變
D.染色體易位是可遺傳的
【解析】選C。染色體變異可在光學(xué)顯微鏡下觀察到,但需要染色,A正確;根據(jù)題干信息可推出46,XY,t(6;8)表示某男性患者第6和8號染色體易位,B正確;導(dǎo)致基因數(shù)量的改變不只有染色體結(jié)構(gòu)變異中的重復(fù)和缺失,還有染色體數(shù)量的變異,C錯誤;染色體易位導(dǎo)致遺傳物質(zhì)改變,是可遺傳變異,D正確。
2.下列變異中,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異的是 (　　)
A.染色體中DNA的一個堿基對改變
B.人的第五號染色體部分缺失
C.減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體自由組合
D.同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換
【解析】選B。染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成,其中DNA中的一個堿基對改變?yōu)榛蛲蛔?A項錯誤;人的第五號染色體部分缺失引起貓叫綜合征,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異,B項正確;減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體自由組合,攜帶其上的非等位基因自由組合屬于基因重組,C項錯誤;在減數(shù)第一次分裂的前期同源染色體的非姐妹染色單體之間交叉互換屬于基因重組,D項錯誤。
如圖是蝗蟲細胞中同源染色體(A1和A2)的配對情況。下列判斷錯誤的是 (　　)
A.若A1正常,則A2可能發(fā)生了染色體片段的缺失
B.若A2正常,則A1可能發(fā)生了染色體片段的重復(fù)
C.圖中的變異可以通過光學(xué)顯微鏡觀察到
D.該變異不能通過有性生殖遺傳給下一代
【解析】選D。若A1正常,則A2可能發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失,A正確;若A2正常,則A1可能發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)變異中的重復(fù),B正確;染色體可用甲紫溶液進行染色,所以染色體變異可通過光學(xué)顯微鏡觀察,C正確;染色體結(jié)構(gòu)變異屬于可遺傳的變異,能通過有性生殖遺傳給下一代,D錯誤。
知識點二 染色體的數(shù)量變異
1.染色體組的特點及判斷依據(jù):
2.染色體組數(shù)目判斷方法:
(1)據(jù)染色體形態(tài)判斷。
細胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條,則含有幾個染色體組。如圖a、b、c中分別含3個、2個、1個染色體組。
(2)根據(jù)基因型判斷。
控制同一性狀的基因出現(xiàn)幾次,就含幾個染色體組,如圖d~g中依次含4、2、3、1個染色體組。
(3)根據(jù)染色體數(shù)/形態(tài)數(shù)的比值判斷。
染色體數(shù)/形態(tài)數(shù)=形態(tài)相同染色體條數(shù),即染色體組數(shù)。例如,果蠅該比例為8條/4種形態(tài)=2,果蠅含2個染色體組。
特別提醒:判斷染色體組的兩個關(guān)鍵
①根據(jù)基因型判斷染色體組數(shù)時,只能判斷染色體組數(shù),不能判斷一個染色體組內(nèi)含有多少條染色體。
②當基因復(fù)制后處于分裂期的細胞,若一條染色體上帶有兩個基因時,則不能根據(jù)基因型判斷染色體組數(shù)。
3.生物體倍性的判斷方法:
特別提醒:單倍體、二倍體和多倍體的四點提醒
①單倍體、二倍體、多倍體都是指生物個體,而不是細胞中的染色體組數(shù)。
②判斷單倍體、二倍體和多倍體分兩步走:
先看發(fā)育起點,判斷出是否為單倍體,若不是單倍體再看染色體組數(shù),有幾個染色體組就稱為幾倍體。
③單倍體的體細胞中不一定含有一個染色體組,例如:四倍體形成的單倍體的體細胞中含有兩個染色體組。
④單倍體不一定高度不育,如四倍體形成的單倍體,細胞中有2個染色體組,表現(xiàn)可育。
【知識拓展】
同源多倍體與異源多倍體
(1)同源多倍體:同一物種經(jīng)過染色體加倍形成的多倍體,一般是由二倍體的染色體直接加倍產(chǎn)生的。最常見的是同源四倍體和同源三倍體,如香蕉(三倍體)、馬鈴薯(四倍體)。
(2)異源多倍體:不同物種雜交產(chǎn)生的雜種后代經(jīng)過染色體加倍形成的多倍體。常見的多倍體植物大多數(shù)屬于異源多倍體,如小麥、燕麥、棉、煙草等。
(2020·全國Ⅱ卷)關(guān)于高等植物細胞中染色體組的敘述,錯誤的是 (　　)
A.二倍體植物的配子只含有一個染色體組
B.每個染色體組中的染色體均為非同源染色體
C.每個染色體組中都含有常染色體和性染色體
D.每個染色體組中各染色體DNA的堿基序列不同
【解題思維】解答本題需要突破以下兩個關(guān)鍵點:
【解析】選C。本題主要考查染色體組的概念。二倍體植物的配子是經(jīng)減數(shù)分裂形成的,只含有一個染色體組,A正確;染色體組中的染色體均為非同源染色體,B正確;無性別之分的植物,其染色體無常染色體和性染色體之分,C錯誤;每個染色體組都含有一組非同源染色體,各染色體DNA的堿基序列不同,D正確。
【審答誤區(qū)】
①不是每個染色體組中都含有常染色體和性染色體,如玉米細胞中沒有性染色體。
②非同源染色體上含有的DNA不同,而不同DNA堿基序列不同。
(1)一個染色體組是否含有該物種個體的全部遺傳信息
提示:對于含有性染色體的個體來說,性染色體上的遺傳信息有區(qū)別,而一個染色體組中只能含有其中的一個性染色體,所以一個染色體組不一定含有該物種個體的全部遺傳信息。
(2)由配子發(fā)育而來的單倍體中還含有同源染色體嗎
提示:單倍體中可能含有同源染色體,如四倍體馬鈴薯、六倍體普通小麥等配子形成的單倍體含有多個染色體組,因此含有同源染色體。
某二倍體生物的一個染色體組含有8條染色體,下列相關(guān)說法中不正確的是 (　　)
A.此生物產(chǎn)生的生殖細胞中有8條染色體
B.此生物體細胞內(nèi)一般有8種形態(tài)的染色體
C.這8條染色體在減數(shù)分裂中能構(gòu)成4對同源染色體
D.這8條染色體包含該生物生長發(fā)育所需的全部遺傳信息
【解析】選C。二倍體生物的體細胞中有2個染色體組,產(chǎn)生的生殖細胞中一般有一個染色體組,即8條染色體,A正確。一般來說,一個染色體組中的每一條染色體都是獨特的,為一組非同源染色體,B正確。在一個染色體組中,同源染色體的對數(shù)為0,C不正確。一個染色體組包含了生物體生長發(fā)育所需的全部遺傳信息,D正確。
下列關(guān)于染色體組、單倍體和二倍體的敘述中,不正確的是 (　　)
A.一個染色體組中不含同源染色體
B.由受精卵發(fā)育成的個體,體細胞中含有兩個染色體組的叫二倍體
C.含一個染色體組的個體是單倍體,單倍體不一定含一個染色體組
D.含一個染色體組的細胞一定是配子
【解析】選D。染色體組是一組非同源染色體,但控制著該生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異全套的遺傳信息,A正確。由受精卵發(fā)育成的個體,體細胞中含有幾個染色體組就是幾倍體,B正確。含有一個染色體組的一定是單倍體,但單倍體不一定含有一個染色體組,如四倍體的單倍體中含有兩個染色體組,C正確。含一個染色體組的細胞也可能是單倍體的體細胞,D錯誤。
知識點三 染色體變異在育種上的應(yīng)用
1.多倍體育種與單倍體育種比較:
多倍體育種 單倍體育種
原理 染色體變異 染色體變異
方法 秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗 花藥離體培養(yǎng)后用秋水仙素處理
優(yōu)點 器官大、營養(yǎng)物質(zhì)含量高 縮短育種年限
缺點 動物中難以開展 技術(shù)含量較高
特別提醒:多倍體育種和單倍體育種的三點提示
①在多倍體育種和單倍體育種過程中,都用了秋水仙素處理,但是處理的材料不全相同。在多倍體育種中,處理的是萌發(fā)的種子或幼苗;在單倍體育種中,只能處理單倍體幼苗,二倍體形成的單倍體無法形成種子。
②單倍體育種的目的并非是獲得單倍體植株,而是獲得能穩(wěn)定遺傳的正常植株。
③單倍體育種不一定是最簡便最快捷的育種方法,如:為了獲得aabb的個體,雜交育種是最佳育種方法。
2.三倍體無子西瓜培育過程的理解:
(1)關(guān)于兩次傳粉目的:第一次傳粉是雜交得到三倍體種子;第二次傳粉是刺激子房發(fā)育成果實。
(2)細胞染色體數(shù)目的變化:秋水仙素處理幼苗后,分生組織分裂產(chǎn)生的莖、葉、花等染色體數(shù)目加倍,而未處理的如根部細胞染色體數(shù)目不變。
(3)三倍體西瓜無子的原因:三倍體西瓜在減數(shù)分裂過程中,由于同源染色體聯(lián)會紊亂,不能產(chǎn)生正常配子。
(4)不以二倍體西瓜為母本的原因:如果以二倍體西瓜作為母本,四倍體西瓜作為父本,也能得到三倍體種子,但這種三倍體種子結(jié)的西瓜,因珠被發(fā)育成厚硬的種皮,達不到“無子”的目的。
人們平常食用的西瓜是二倍體,籽粒多,影響口感,瓜農(nóng)通過多倍體育種獲得三倍體的無子西瓜,下列關(guān)于無子西瓜的培育的說法,錯誤的是 (　　)
A.用二倍體的花粉為四倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子
B.用二倍體的花粉為三倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子
C.秋水仙素與低溫使染色體數(shù)目加倍的原理相同
D.三倍體西瓜的產(chǎn)生是有性生殖的結(jié)果,但它本身一般不能進行有性生殖
【解題思維】解答本題需要突破以下兩個關(guān)鍵點:
【解析】選B。用二倍體的花粉為四倍體的植株傳粉可獲得三倍體的種子,A項正確。三倍體的植株在減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂,不能產(chǎn)生正常的配子,因此該植株不會形成種子,用二倍體的花粉為三倍體的植株傳粉的目的是刺激子房發(fā)育成果實,B項錯誤。秋水仙素與低溫使染色體數(shù)目加倍的原理都是抑制紡錘體的形成,使染色體數(shù)目加倍,C項正確。三倍體西瓜是二倍體西瓜和四倍體西瓜雜交產(chǎn)生的,是有性生殖的結(jié)果,但是三倍體西瓜本身有三個染色體組,在減數(shù)分裂形成配子時,會發(fā)生聯(lián)會紊亂,不能進行有性生殖,D項正確。
【審答誤區(qū)】
三倍體西瓜是二倍體與四倍體西瓜雜交得到的,有精卵細胞的結(jié)合,屬于有性生殖的結(jié)果。但是三倍體西瓜在減數(shù)分裂過程中會聯(lián)會紊亂,不能進行有性生殖產(chǎn)生后代。
用四倍體西瓜與二倍體西瓜雜交所得的子一代植株開花后,經(jīng)適當處理,則(　　)
A.能產(chǎn)生正常配子,結(jié)出種子形成果實
B.結(jié)出的果實為五倍體
C.能產(chǎn)生正常配子,可形成無子西瓜
D.結(jié)出的果實為三倍體
【解析】選D。四倍體西瓜與二倍體西瓜雜交產(chǎn)生的子一代西瓜植株是三倍體,由于其染色體組數(shù)為奇數(shù),在減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂,因而不能產(chǎn)生正常生殖細胞,所以不能結(jié)種子,A錯誤。若經(jīng)適當處理,如用二倍體花粉刺激其子房,可結(jié)出無子西瓜,果實僅由果皮構(gòu)成,由于果皮細胞屬于三倍體西瓜植株的體細胞,因此該果實為三倍體,B、C錯誤,D正確。
用雜合子(DdEe)種子獲得純合子(ddee),最簡捷的方法是 (　　)
A.種植→自交→F1→選出雙隱性個體→純合子
B.種植→秋水仙素處理→純合子
C.種植→花藥離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子
D.種植→秋水仙素處理→花藥離體培養(yǎng)→純合子
【解析】選A。DdEe自交F1可獲得四種表型,其中雙隱性不發(fā)生性狀分離的(ddee)全為純合子,因此選擇出不發(fā)生性狀分離者即可,此方案為雜交育種,并且該方案最簡便,不需要去雄、傳粉,A正確;用雜合子(DdEe)直接種植用秋水仙素處理后,獲得的是DDddEEee,方案不可取,B錯誤;雜合子(DdEe)種植→花藥離體培養(yǎng)(DE、De、dE、de)→單倍體幼苗(DE、De、dE、de)→秋水仙素處理→純合子(DDEE、DDee、ddEE、ddee),可以從中選擇ddee個體,但是該方案與方案A比較操作復(fù)雜,C錯誤;D方案也需要秋水仙素處理、花藥離體培養(yǎng),與方案A相比更復(fù)雜,D錯誤。
知識點四 低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)量變化
1.實驗設(shè)計思路:
(1)對照實驗:
對照組:室溫下培養(yǎng);
實驗組:低溫(4 ℃)下培養(yǎng)。
(2)分析結(jié)果,得出結(jié)論:
低溫使染色體數(shù)目加倍
(3)此實驗還可通過設(shè)置不同的溫度來探究溫度對植物染色體數(shù)目變化的影響。
2.實驗操作的提醒及目的:
實驗操作提醒 操作目的
解離前后都需要清洗 ①解離前沖洗:洗去卡諾氏液,同時為解離做準備,用體積分數(shù)為95%的酒精(解離液的組分之一)沖洗兩次。 ②解離后漂洗:洗去解離液防止解離過度,用清水進行漂洗
染色 給染色體著色,便于觀察染色體數(shù)目的變化
觀察 先用低倍鏡觀察,再用高倍鏡觀察,便于找到分生區(qū)細胞
有同學(xué)用低倍顯微鏡觀察時,發(fā)現(xiàn)視野中都是長方形的細胞,認為自己取材出現(xiàn)問題,需要重新實驗,你認為該同學(xué)需要重新做實驗嗎
提示:不一定重新實驗。長方形的細胞是伸長區(qū)細胞,伸長區(qū)和分生區(qū)相鄰,可以移動玻片,如果視野中出現(xiàn)正方形的細胞,可以不用重新實驗,如果未找到,可以考慮重新實驗。
對于低溫誘導(dǎo)洋蔥根尖染色體數(shù)量變化的實驗,不正確的描述是 (　　)
A.觀察到的細胞大多處于分裂間期
B.在顯微鏡視野內(nèi)可以觀察到正常細胞和染色體加倍的細胞
C.在高倍顯微鏡下可以觀察到染色體加倍的連續(xù)過程
D.在誘導(dǎo)染色體數(shù)目變化方面,低溫與秋水仙素誘導(dǎo)的原理相似
【解題思維】解答本題需要突破以下兩個關(guān)鍵點:
【解析】選C。由于在一個細胞周期中,分裂間期所處的時間占95%左右,所以處于分裂間期的細胞最多,A正確;如果觀察的細胞處于前期、中期,則細胞內(nèi)含兩個染色體組;如果觀察的細胞處于后期,則細胞內(nèi)含四個染色體組;所以在顯微鏡視野內(nèi)可以觀察到二倍體細胞和染色體加倍的細胞,B正確;由于在制作裝片過程中,要進行解離,使細胞失去活性,所以在顯微鏡下不可能觀察到染色體加倍的連續(xù)過程,C錯誤;在誘導(dǎo)染色體數(shù)量變化方面,低溫與秋水仙素誘導(dǎo)的原理相似,都是有絲分裂前期,抑制紡錘體的形成,D正確。
【審答誤區(qū)】
并非所有低溫處理后的細胞染色體數(shù)量都發(fā)生加倍,只有部分的分生區(qū)細胞能夠被誘導(dǎo)而發(fā)生染色體數(shù)量加倍。
洋蔥是二倍體植物,體細胞中有16條染色體,某同學(xué)用低溫誘導(dǎo)洋蔥根尖細胞染色體加倍獲得成功。下列相關(guān)敘述不正確的是 (　　)
A.該同學(xué)不會觀察到染色體加倍的過程
B.低溫誘導(dǎo)細胞染色體加倍時不可能發(fā)生基因重組
C.分生組織同時存在染色體數(shù)為8、16、32、64的細胞
D.低溫誘導(dǎo)染色體加倍的原理是抑制紡錘體的形成
【解析】選C。制片時經(jīng)過解離的細胞已經(jīng)死亡,不會觀察到染色體加倍的過程,A正確。低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍發(fā)生在有絲分裂過程中,而基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂過程中,B正確。分生組織的細胞有的含16條染色體,有的含32條染色體,有的含64條染色體,但不可能出現(xiàn)8條染色體的情況,因為根尖不進行減數(shù)分裂,C錯誤。低溫誘導(dǎo)染色體加倍的原理是抑制紡錘體的形成,染色體不能移向細胞兩極,導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍,D正確。
有關(guān)“低溫誘導(dǎo)蠶豆(2n=14)染色體數(shù)目的變化”實驗的分析,正確的是 (　　)
A.體積分數(shù)為95%的乙醇溶液用于根尖的固定和解離,但作用不同
B.低溫與秋水仙素均能抑制著絲點分裂而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍
C.應(yīng)設(shè)置常溫培養(yǎng)的對照組,以確認低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍
D.如果顯微鏡觀察到染色體數(shù)目為28的細胞,可判斷低溫誘導(dǎo)成功
【解析】選C。低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目的變化的實驗中,將根尖放入卡諾氏固定液中浸泡,目的是固定細胞的形態(tài);質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸和體積分數(shù)為95%的乙醇混合液可以使洋蔥根尖解離;低溫與秋水仙素均能抑制有絲分裂過程中紡錘體的形成,使細胞分裂后期染色體不能向兩極移動而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍;應(yīng)設(shè)置常溫培養(yǎng)的對照組,以確認低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍;有絲分裂后期,著絲點分裂染色體數(shù)目暫時加倍,所以用顯微鏡觀察到染色體數(shù)目為28的細胞,不能判斷低溫誘導(dǎo)成功。
1.【科技情境】中國女科學(xué)家屠呦呦獲2019年“共和國勛章”,她從二倍體植物黃花蒿中提取的抗瘧藥青蒿素挽救了數(shù)百萬人的生命。青蒿素是一種具有獨特化學(xué)結(jié)構(gòu)的倍半萜烯內(nèi)酯化合物,自發(fā)現(xiàn)以來,它已成為最重要和最有效的抗瘧藥物。
探究:
(1)研究發(fā)現(xiàn)四倍體黃花蒿中青蒿素的含量比二倍體高,請設(shè)計一個方案,培育四倍體黃花蒿,以提高青蒿素的產(chǎn)量。(科學(xué)探究)
提示:用低溫或秋水仙素處理二倍體黃花蒿的種子或幼苗,抑制紡錘體形成,從而得到四倍體黃花蒿。
(2)青蒿素不是蛋白質(zhì),在黃花蒿細胞內(nèi)合成青蒿素的過程中,基因如何控制青蒿素的合成 (科學(xué)思維)
提示:基因通過控制酶的合成控制代謝,進而控制青蒿素的合成。
2.【生活情境】請閱讀下列材料總結(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的類型。
材料1:人的第5號染色體部分缺失,會患貓叫綜合征,因患病兒童哭聲輕、音調(diào)高,很像貓叫而得名。患者生長發(fā)育遲緩,而且存在嚴重的智力障礙。
材料2:果蠅X染色體上某一片段的重復(fù),可使正常的卵圓形眼變?yōu)榘魻钛邸?br/>材料3:女性的第9號染色體上兩個片段位置顛倒會導(dǎo)致習(xí)慣性流產(chǎn)。
材料4:人的第22號染色體上的某一片段移接到第14號染色體上,會使人患慣性粒細胞白血病。
探究:
(1)上述四則材料分別屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的哪種類型 (科學(xué)思維)
提示:缺失,重復(fù),倒位,易位。
(2)染色體結(jié)構(gòu)變異會造成怎樣的結(jié)果 (科學(xué)思維)
提示:染色體結(jié)構(gòu)的改變會使排列在染色體上的基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變,而導(dǎo)致性狀的變異。多數(shù)變異對生物體是不利的,有的甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。
1.染色體變異和人的健康、農(nóng)作物生產(chǎn)關(guān)系密切。下列情況中與染色體的變異有關(guān)的是________。
①貓叫綜合征
②培育三倍體無子西瓜
③香蕉產(chǎn)生不可育配子
④利用曼陀羅的花藥培育單倍體植株
⑤用普通小麥(六倍體)與黑麥(二倍體)雜交培育出八倍體小黑麥
⑥雜交水稻的培育
【解析】選①②③④⑤。貓叫綜合征是由5號染色體片段缺失引起的,屬于染色體的結(jié)構(gòu)變異,①正確;三倍體可以是由二倍體和四倍體雜交得來,屬于染色體數(shù)量的變異,②正確;香蕉為三倍體,無法產(chǎn)生可育配子,屬于染色體數(shù)量的變異,③正確;曼陀羅是四倍體,利用曼陀羅的花藥培育單倍體植株,屬于染色體的數(shù)量變異,④正確;用普通小麥(六倍體)與黑麥(二倍體)雜交培育出八倍體小黑麥,原理屬于染色體的數(shù)量變異,⑤正確;雜交水稻的培育原理屬于基因重組,⑥錯誤。
2.染色體變異包括染色體數(shù)量變異和結(jié)構(gòu)變異。下列有關(guān)說法正確的是 (　　)
A.只有生殖細胞中的染色體數(shù)量或結(jié)構(gòu)的變化才屬于染色體變異
B.體細胞中含有兩個染色體組的個體就是二倍體
C.用秋水仙素處理單倍體植株后得到的一定是二倍體
D.體細胞中含有一個染色體組的個體一定是單倍體
【解析】選D。染色體變異是指生物體的體細胞或生殖細胞內(nèi)染色體數(shù)量或結(jié)構(gòu)的變化,A錯誤;必須由受精卵發(fā)育而來的,體細胞中含有兩個染色體組的個體叫二倍體,B錯誤;單倍體植株的體細胞中不一定只有一個染色體組,所以秋水仙素處理后得到的不一定是二倍體,C錯誤;單倍體的體細胞中不一定只含有一個染色體組,但含有一個染色體組的個體一定是單倍體,D正確。
3.(2019·山東合格考)下列關(guān)于染色體組的敘述,錯誤的是 (　　)
A.人的一個染色體組中含有23條染色體
B.二倍體的體細胞中含有兩個染色體組
C.單倍體的體細胞中只有一個染色體組
D.六倍體產(chǎn)生的配子中含有三個染色體組
【解析】選C。人是二倍體生物,體細胞中含有46條染色體,所以一個染色體組中含有23條染色體,A、B正確;四倍體的單倍體的體細胞中含有兩個染色體組,六倍體產(chǎn)生的配子中含有三個染色體組,所以C錯誤,D正確。
4.已知某生物的一條染色體上依次排列著E、F、G、H、I五個基因(如圖所示),下列變化中,未發(fā)生染色體結(jié)構(gòu)變異的是 (　　)
【解析】選D。由“已知的染色體上依次排列著E、F、G、H、I五個基因”比較可知:A圖中的染色體丟失了H、I基因所在的片段,為缺失引起的染色體結(jié)構(gòu)變異,A錯誤;B圖中的染色體增加了一段含I基因的片段,為重復(fù)引起的染色體結(jié)構(gòu)變異,B錯誤;C圖中的染色體與已知染色體的不同之處在于:含H、I基因的染色體片段發(fā)生倒位,引起染色體結(jié)構(gòu)變異,C錯誤;D圖中的染色體結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化,是由于染色體上的I基因突變成了它的等位基因i,屬于基因突變,D正確。
5.(2020·遼陽高一檢測)有關(guān)“低溫誘導(dǎo)大蒜根尖細胞染色體加倍”的實驗,正確的敘述是 (　　)
A.顯微鏡下可以觀察到大多數(shù)細胞的染色體數(shù)目發(fā)生改變
B.實驗中要用卡諾氏液浸泡根尖,使組織細胞分散開
C.實驗原理是低溫抑制著絲粒分裂,使子染色體不能移向細胞兩極
D.多倍體細胞形成過程中可能發(fā)生兩條非同源染色體之間相互交換片段
【解析】選D。只有部分的分生區(qū)細胞能夠被誘導(dǎo)而發(fā)生染色體數(shù)量加倍,視野中大多數(shù)細胞是正常染色體數(shù)目,A錯誤;使用卡諾氏液浸泡根尖,作用是固定細胞形態(tài),不能使組織細胞分散開,B錯誤;實驗原理是低溫抑制根尖細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成,使子染色體不能移向細胞兩極,C錯誤;多倍體細胞形成過程中可能出現(xiàn)染色體的結(jié)構(gòu)變異,如兩條非同源染色體之間相互交換片段導(dǎo)致的易位,D正確。
6.已知控制玉米某兩對相對性狀的基因在同一染色體上。但偶然發(fā)現(xiàn)這兩對基因均雜合的某玉米植株,自交后代的性狀分離比為 9∶3∶3∶1。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是,該染色體上其中一對基因所在的染色體片段 (　　)
A.發(fā)生180°顛倒 B.重復(fù)出現(xiàn)
C.移至非同源染色體上 D.發(fā)生丟失
【解析】選C。當控制兩對相對性狀的基因位于非同源染色體上時,兩對基因均雜合的植株自交,自交后代的性狀分離比為9∶3∶3∶1,所以是該染色體上其中一對基因所在的染色體片段移至非同源染色體上,C正確,A、B、D錯誤。
7.如圖所示為兩種西瓜的培育過程,A-L分別代表不同的時期,請回答下列問題:
(1)培育無子西瓜的育種方法為______,依據(jù)的遺傳學(xué)原理是______。A時期需要用______(試劑)處理使染色體數(shù)目加倍,其作用是______________。圖示還有某一時期也要用到和A相同的處理方法,該時期是______。
(2)K時期采用______________方法得到單倍體植株,K~L育種方法最大的優(yōu)點是__________________________________________________。
(3)圖示A~L各時期中發(fā)生基因重組的時期為______。
(4)三倍體無子西瓜為什么沒有種子 ____________________________。
【解析】(1)無子西瓜的育種方法是多倍體育種,其原理是染色體變異;秋水仙素能抑制紡錘體的形成,獲得染色體數(shù)目加倍的細胞;單倍體變成純合二倍體的過程中,也需要使用秋水仙素處理。(2)獲得單倍體的方法是花藥離體培養(yǎng);單倍體育種的最大優(yōu)點是明顯縮短育種年限。(3)基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程中,即B、C、H、K。(4)由于三倍體植株減數(shù)分裂過程中,染色體聯(lián)會紊亂,不能形成可育配子,因此不能形成種子。
答案:(1)多倍體育種　染色體變異　秋水仙素　抑制紡錘體的形成　L
(2)花藥離體培養(yǎng)　明顯縮短育種年限
(3)B、C、H、K
(4)三倍體植株不能進行正常的減數(shù)分裂形成生殖細胞,因此不能形成種子

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