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第2節　染色體變異
一、染色體數目的變異
1．染色體變異的概念及種類
(1)概念：生物體的體細胞或生殖細胞內染色體數目或結構的變化。
(2)種類：染色體數目的變異和染色體結構的變異。
2．染色體數目變異的類型
(1)細胞內個別染色體的增加或減少。
(2)細胞內染色體數目以一套完整的非同源染色體為基數成倍地增加或成套地減少。
3．二倍體和多倍體
(1)染色體組：在大多數生物的體細胞中，染色體都是兩兩成對的，也就是說含有兩套非同源染色體，其中每套非同源染色體稱為一個染色體組。
(2)二倍體：由受精卵發育而來，體細胞中含有兩個染色體組的個體。
(3)三倍體、四倍體的形成過程
(4)多倍體
①概念：由受精卵發育而來，體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。
②特點：常常是莖稈粗壯，葉片、果實和種子都比較大，糖類和蛋白質等營養物質的含量都有所增加，也存在結實率低，晚熟等缺點。
③三倍體不育的原因：三倍體的原始生殖細胞中有三套非同源染色體，減數分裂時出現聯會紊亂，因此不能形成可育的配子。
④人工誘導多倍體的方法
方法 用秋水仙素誘發或用低溫處理
處理對象 萌發的種子或幼苗
原理 能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而使細胞內染色體數目加倍
實例 含糖量高的甜菜和三倍體無子西瓜的培育
4．單倍體
(1)概念：體細胞中的染色體數目與本物種配子染色體數目相同的個體。
(2)實例：蜜蜂中的雄蜂，單倍體的農作物。
(3)特點：與正常植株相比，單倍體植株長得弱小，而且高度不育。
(4)應用——單倍體育種
①方法
②優點：能明顯縮短育種年限。
【歸納總結】　
(1)由配子發育而成的個體為單倍體。單倍體不一定只含一個染色體組，如六倍體普通小麥單倍體的體細胞中含有三個染色體組。
(2)生物是否可育的判斷方法：看減數分裂時，染色體能否正常聯會，若能正常聯會，則可產生正常的配子，則生物是可育的，反之，不可育。如三倍體香蕉不可育；含有一個染色體組的單倍體不可育；二倍體的騾不可育。
強化記憶：
有關染色體組數的判斷：
(1)請根據染色體的形態判斷染色體組的數量，并完成表格的填寫。
項目
染色體組數 3 2 1 4 2
每個染色體組內染色體數 3 3 4 2 2
規律：染色體組數＝形態相同的染色體的條數，一個染色體組中的染色體數＝不同形態染色體的種類數。
(2)請根據基因型判斷染色體組數：
項目
染色體組數 1 3 2 4
規律：染色體組數＝控制同一性狀的基因的個數。
二、低溫誘導植物細胞染色體數目的變化
1．實驗原理
用低溫處理植物的分生組織細胞，能夠抑制紡錘體的形成，以致影響細胞有絲分裂中染色體被拉向兩極，導致細胞不能分裂成兩個子細胞，于是，植物細胞的染色體數目發生變化。
2．實驗步驟與現象
(1)實驗步驟
(2)現象：視野中既有正常的二倍體細胞，也有染色體數目發生改變的細胞。
3．注意事項
(1)在顯微鏡下觀察到的細胞已經死亡，不能觀察到細胞中染色體數目的變化過程。
(2)選材只能是分生區細胞，不能進行細胞分裂的細胞不會出現染色體數目的變化。
【特別提醒】　卡諾氏液和解離液的作用
卡諾氏液是固定液的一種。固定液的作用是固定細胞形態以及細胞內的各種結構，固定之后，細胞死亡并且定型，不再代謝也不再變化。解離液的作用主要是溶解細胞間的連接物質，將組織中的細胞分散開來，便于觀察，解離之后細胞死亡。
三、染色體結構的變異
1．類型
圖解 變化 名稱 舉例
染色體b片段缺失 缺失 果蠅缺刻翅的形成
染色體b片段增加 重復 果蠅棒狀眼的形成
染色體的某一片段(d、g)移接到另一條非同源染色體上 易位 果蠅花斑眼的形成
同一條染色體上某一片段(a、b)位置顛倒 倒位 果蠅卷翅的形成
2．結果：染色體結構的改變，會使排列在染色體上的基因數目或排列順序發生改變，導致性狀的變異。
3．對生物體的影響：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。
【特別提醒】　非同源染色體之間發生的片段互換屬于染色體結構變異，而同源染色體之間發生的片段互換屬于基因重組。
強化記憶：
1．下圖為顯微鏡觀察的變異雜合子染色體聯會異常現象，通過圖示辨析染色體結構變異的類型。
上述變異類型中，缺失和重復改變了染色體上基因的數量，易位和倒位改變了基因在染色體上的排列順序。
四、生物變異類型的辨析
1．類型
根據遺傳物質是否改變，變異分為可遺傳的變異和不可遺傳的變異。
2．關系辨析
3．區分三種可遺傳變異
(1)關于“互換”
項目 交換(同源染色體非姐妹染色單體之間的互換) 染色體易位
圖解
區別 發生于同源染色體的非姐妹染色單體之間 發生于非同源染色體之間
屬于基因重組 屬于染色體結構變異
(2)關于“缺失或重復”
項目 基因突變 染色體片段缺失或重復
圖解
區別 在一個基因內部發生了堿基的增添或缺失 在染色體上發生了染色體片段的增加(重復)或缺失
基因的數量和位置不改變，基因的種類改變 基因的數目發生改變
(3)關于變異與分裂方式
變異類型 變異水平 顯微觀察結果 細胞分裂方式
基因突變 分子水平變異 光學顯微鏡下不可見 二分裂、無絲分裂、有絲分裂、減數分裂
基因重組 減數分裂
染色體變異 細胞水平變異 光學顯微鏡下可見 有絲分裂、減數分裂
(4)關于變異的“質”和“量”：基因突變改變基因的質，不改變基因的量；基因重組不改變基因的質，一般也不改變基因的量；染色體變異不改變基因的質，會改變基因的量或基因的排列順序。
五、細胞分裂異常與生物變異
1．配子中染色體出現異常的原因
(1)體細胞是純合子AABB，若形成的配子是AAB類型，則形成的原因是含A的同源染色體未分離進入同一子細胞或含A的姐妹染色單體分開后進入同一子細胞。
(2)體細胞是AaBb雜合類型發生異常
①若形成的配子是AaB或Aab或ABb或aBb類型，則形成的原因是減數分裂Ⅰ時，同源染色體未分離進入同一子細胞。
②若形成的配子是AAB或AAb或ABB或aBB或aaB或aab或Abb或abb類型，則形成的原因是減數分裂Ⅱ時，姐妹染色單體分開后進入同一子細胞。
(3)親代為AaXBY，產生配子時發生異常
①若配子中出現Aa或XY在一起，則減數分裂Ⅰ異常。
②若配子中A—a分開，X—Y分開，出現兩個AA/aa或兩個XX/YY，則是減數分裂Ⅱ異常。
③若配子中無性染色體或無A也無a，則是減數分裂Ⅰ或Ⅱ異常。
2．姐妹染色單體上存在等位基因的原因
(1)根據變異前體細胞的基因型
①如果親代基因型為AA或aa，則引起姐妹染色單體上A與a不同的原因是基因突變。
②如果親代基因型為Aa，則引起姐妹染色單體上A與a不同的原因是基因突變或同源染色體的非姐妹染色單體之間發生了互換。
(2)根據細胞分裂方式判斷
①如果有絲分裂中姐妹染色單體分離形成的子染色體上基因不同，則為基因突變的結果，如圖甲。
②如果是減數分裂過程中姐妹染色單體上基因不同，可能是基因突變，也可能是同源染色體的非姐妹染色單體之間互換的結果，如圖乙。
③如果是減數分裂Ⅱ后期，兩條子染色體(顏色一致)上的兩基因不同，則為基因突變的結果，如圖丙。
④如果是減數分裂Ⅱ后期，兩條子染色體(顏色不一致)上的兩基因不同，則為同源染色體的非姐妹染色單體之間互換的結果，如圖丁。
3．三體、三倍體與單體
三體指的是二倍體生物體細胞核中的一對同源染色體多了一條染色體的個體，其染色體組成表示為2n＋1；而三倍體是指由受精卵發育而成的體細胞中含有三個染色體組的個體；單體指的是二倍體生物體細胞核中的一對同源染色體少了一條染色體的個體，其染色體組成表示為2n－1。
六、有關變異類型的實驗探究
1．判定突變性狀是否為可遺傳的變異
(1)判定方法
變異個體自交或與其他個體雜交——
(2)將變異個體置于與原來類型相同的環境下種植或養育等，觀察變異性狀是否消失。若不消失，則為可遺傳的變異；反之，則為不遺傳的變異。
2．判斷突變性狀的顯隱性
(1)顯性突變和隱性突變
①顯性突變(即a→A)：該突變一旦發生，即aa→Aa，在當代就能表現出新的突變性狀。
②隱性突變(即A→a)：該突變一旦發生，即AA→Aa，第一代突變體中突變性狀一般不能表現出來；只有當隱性基因純合時，突變性狀才能表現出來，且突變性狀一旦表現，即可穩定遺傳。
(2)判斷方法
選用突變型與原始親本(純合子)進行雜交(植物可采用自交)：若子代只表現原有的性狀，則突變型為隱性性狀；若子代既表現出突變性狀，又表現出原有性狀，則突變型為顯性性狀。
七、育種方法的比較
1．三倍體無子西瓜的培育
培育過程：
(1)兩次傳粉
(2)三倍體西瓜無子的原因：三倍體西瓜在減數分裂過程中，由于染色體聯會紊亂，不能產生可育的配子。
2．單倍體育種
(1)方法
(2)優點：能明顯縮短育種年限。
3．幾種育種方法的比較
育種類型 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 染色體數目的變異
處理方法 先雜交后連續自交，選優 用化學或物理方法處理生物 花藥離體培養，人工誘導單倍體植株 用秋水仙素處理萌發的種子或幼苗
優點 將優良性狀集中到一起 能提高突變率，加速育種進程 可獲得純合子，明顯縮短育種年限 器官較大，營養價值高等優良性狀
缺點 育種年限長 需處理大量生物材料 技術難度大 發育遲緩，結實率低
必背知識：
1．染色體組是指細胞中一套完整的非同源染色體。
2．體細胞中含有本物種配子染色體數目的個體，叫作單倍體。由受精卵發育而來的個體，體細胞中含有兩個染色體組的個體叫作二倍體；體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體叫作多倍體。
3．與正常植株相比，單倍體植株長得弱小，而且高度不育。多倍體植株常常是莖稈粗壯，葉片、果實和種子都比較大，糖類和蛋白質等營養物質的含量都有所增加。
4．單倍體育種包括花藥離體培養和秋水仙素處理幼苗等階段，能明顯縮短育種年限。
5．秋水仙素或低溫能夠抑制紡錘體的形成，從而導致染色體數目加倍。
6．染色體結構變異可改變染色體上的基因數目或排列順序，可在顯微鏡下觀察到。
7．基因突變、基因重組和染色體變異都是可遺傳變異的來源，原因是三者均導致細胞內遺傳物質發生變化。
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