資源簡介

高考生物一輪專題知識梳理
第20講　染色體變異與生物育種
課標解讀 核心素養
1.簡述染色體結構變異和數目變異 2.理解生物變異在育種上的應用 3.探究·實踐:低溫誘導植物細胞染色體數目的變化 生命觀念 染色體變異會影響生物性狀,即結構與功能觀
科學思維 通過三種可遺傳變異的比較,培養歸納與概括能力
科學探究 低溫誘導染色體數目變化
考點一　染色體變異
1.染色體數目變異。
(1)類型及實例。
提醒　生物體內有絲分裂和減數分裂過程中染色體移向異常都可導致染色體數目變異。
(2)染色體組分析(根據雄果蠅染色體組成圖歸納)。
①從染色體來源看,一個染色體組中不含同源染色體。
②從形態、大小和功能看,一個染色體組中所含的染色體各不相同。
③從所含的基因看,一個染色體組中含有控制本物種生物性狀的一整套基因,但不能重復。
提醒　基因組≠染色體組。染色體組:細胞中的每套非同源染色體稱為一個染色體組。基因組:對于有性染色體的生物(二倍體),其基因組為常染色體/2+性染色體;對于無性染色體的生物,其基因組與染色體組所含染色體數相同。
2.單倍體、二倍體和多倍體。
提醒　單倍體強調由配子發育而來,并非單倍體都高度不育,同源多倍體的單倍體是可育的。
3.染色體結構的變異。
(1)類型及實例。
提醒　缺失、重復和倒位一般發生在同一條染色體上,易位發生在非同源染色體之間。
(2)結果和影響。
①結果:使排列在染色體上的基因的數目或排列順序發生改變,從而導致性狀的變異。
②影響:大多數染色體結構變異對生物體是不利的,有的甚至會導致死亡。
正誤判斷
(1)DNA分子中發生三個堿基對的缺失導致染色體結構變異。 (×)
(2)組成一個染色體組的染色體通常不含減數分裂中能聯會的染色體。 (√)
(3)三倍體植株不能由受精卵發育而來。 (×)
(4)易位只能發生在同源染色體之間。 (×)
(5)三倍體無子西瓜形成的原因是減數分裂中聯會紊亂。 (√)
(6)基因突變不會改變基因的數目,染色體結構變異可能使染色體上的基因的數目發生改變。 (√)
教材微點
1.(必修2 P88“相關信息”)(1)在被子植物中,約有33%的物種是多倍體。例如,普通小麥、棉、煙草、菊、水仙等。
(2)秋水仙素(C22H25O6N)是從百合科植物秋水仙的種子和球莖中提取的一種植物堿。它是白色或淡黃色的粉末或針狀結晶,有劇毒,使用時應當特別注意。
2.(必修2 P89“探究·實踐”)秋水仙素和低溫誘導染色體數目加倍的原理有什么相似之處
提示　兩者誘導染色體數目加倍的原理相同,都是抑制紡錘體的形成,導致染色體不能移向細胞兩極,從而引起染色體數目加倍。
3.(必修2 P91 “概念檢測”)用秋水仙素處理單倍體植株后得到的一定是二倍體嗎 不一定,原因是單倍體植株不一定只含一個染色體組,所以用秋水仙素處理后得到的不一定是二倍體。
長句突破
1.(科學思維)已知某植物的寬葉對窄葉為顯性,純種寬葉植株與窄葉植株雜交的后代中,偶然發現一株窄葉個體,原因:可能是純種寬葉個體在產生配子時發生了基因突變,也可能是純種寬葉個體產生的配子中含寬葉基因的染色體片段缺失。
2.(科學思維)對某單體植株的花粉進行離體培養時,發現n 1型配子難以發育成單倍體植株,其原因最可能是由于缺少一條染色體,基因組中缺少了某些生長發育所必需的基因(或缺少的染色體上含有某些生長發育所必需的基因,答案合理即可)。
3.(科學探究)某生物興趣小組將品系甲與品系乙雜交,F1中出現了一株矮莖豌豆,原因經過初步探究,還需進一步判斷發生了基因突變還是染色體變異,可采取的具體判定措施是分別制作F1中高莖和矮莖的分生區細胞臨時裝片,在顯微鏡下觀察判斷染色體的形態和數目。
4.(科學探究)有人讓某品系的豌豆自交,子代出現了性狀分離,且高莖∶矮莖=35∶1。原因可能是染色體加倍形成了四倍體的豌豆(DDdd)。請設計一個實驗方案對該解釋加以驗證。
提示　讓該品系的豌豆與矮莖豌豆測交,若測交后代性狀分離比為高莖∶矮莖=5∶1,則驗證了該解釋。
1.染色體結構變異、基因突變和基因重組的比較。
(1)染色體結構變異與基因突變的區別。
(2)易位與互換的區別。
2.“三法”判定染色體組。
(1)根據染色體形態判定。
細胞內形態相同的染色體有幾條,則含有幾個染色體組。
(2)根據基因型判定。
在細胞或生物體的基因型中,控制同一性狀的基因(包括同一字母的大、小寫)出現幾次,則含有幾個染色體組。
(3)根據染色體數和染色體的形態數推算。
染色體組數=染色體數/染色體形態數。如果玉米體細胞中有20條染色體,分為10種形態,則染色體組的數目為2。
3.幾種常考變異類型產生配子的分析方法。
提醒　分析三體產生的配子類型時,為了避免混淆,可以進行標號,如AAa,可以記為A1A2a,則染色體的三種分離方式為1A1A2、1a,1A1、1A2a,1A2、1A1a,最后把A合并即可得到各種配子的比例。
角度一 結合染色體結構變異類型的推斷,考查科學思維能力
1.在細胞分裂過程中出現了甲、乙、丙、丁4種變異類型,圖甲中的英文字母表示染色體片段,圖丙中變異發生在四分體時期。下列有關敘述正確的是 (　　)
A.圖示中的生物變異都是染色體變異
B.圖中所示的變異類型在減數分裂過程中均可能發生
C.如果圖乙為一個精原細胞,則它一定不能產生正常的配子
D.圖示中的變異類型都能在光學顯微鏡下觀察到
解析　分析圖示可知,圖甲屬于染色體中“增加某一片段(c)”引起的變異,圖乙屬于“細胞內個別染色體增加”引起的變異,圖丁屬于“染色體某一片段移接到另一條非同源染色體上”引起的變異,而圖丙為減數分裂的四分體時期,同源染色體上非姐妹染色單體之間的互換,屬于基因重組,不屬于染色體變異,A項錯誤;若圖乙為一個精原細胞,在其減數分裂過程中,可能會產生正常配子,C項錯誤;染色體變異(如染色體結構改變、染色體數目增減等)可以在光學顯微鏡下觀察到,圖丙所示的基因重組不能在光學顯微鏡下觀察到,D項錯誤。
答案　B
2.(不定項)雞屬于ZW型性別決定的二倍體生物。下圖是雞的正常卵原細胞及幾種突變細胞的模式圖(僅顯示2號染色體和性染色體)。以下分析錯誤的是 (　　)
A.正常卵原細胞可產生的雌配子類型有四種
B.突變細胞Ⅰ發生了基因突變或基因重組
C.突變細胞Ⅱ所發生的變異能夠通過顯微鏡觀察到
D.突變細胞Ⅲ中基因A和a的分離符合基因的分離定律
解析　圖中正常雌性個體產生的雌配子類型有四種,即AZ、AW、aZ、aW,A項正確;突變細胞Ⅰ中A基因突變成a基因,其形成可能是發生了基因突變,B項錯誤;突變細胞Ⅱ所發生的變異為染色體結構變異,能夠通過顯微鏡直接觀察到,C項正確;突變細胞Ⅲ中發生了染色體結構變異(易位),導致基因A和a不在一對同源染色體上,因此它們的分離不符合基因的分離定律,D項錯誤。
答案　BD
角度二 圍繞染色體組與染色體數目的變異,考查科學思維能力
3.(2020·全國卷Ⅱ)關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
解析　一個染色體組是指細胞中的一組非同源染色體,它們在形態和功能上各不相同,但又互相協調,共同控制生物的生長、發育、遺傳和變異,B、D兩項正確;二倍體植物的配子是經減數分裂產生的,配子中只含有一個染色體組,A項正確;雌雄同體的高等植物如水稻、豌豆等沒有性染色體,C項錯誤。
答案　C
4.(不定項)(2023·東北師大附中質檢)如圖所示為細胞中所含的染色體,下列敘述正確的是 (　　)
A.圖甲可能是二倍體生物有絲分裂的后期,含有4個染色體組
B.如果圖丙代表由受精卵發育成的生物的體細胞,則該生物一定是二倍體
C.如果圖乙表示體細胞,則圖乙代表的生物一定是三倍體
D.圖丁中含有1個染色體組,代表的生物一定是由卵細胞發育而成的,是單倍體
解析　圖甲可能是二倍體生物細胞有絲分裂的后期,此時細胞中含4個染色體組,A項正確;圖丙含有2個染色體組,是由受精卵發育而來的個體的體細胞,則該個體就一定是二倍體,B項正確;圖乙細胞中含有3個染色體組,該生物若由受精卵發育而來就是三倍體,若由配子發育而來則為單倍體,C項錯誤;含有1個染色體組的個體一定是單倍體,但其不一定是由卵細胞發育而來的,D項錯誤。
答案　AB
角度三 結合變異類型的實驗,考查科學探究能力
5.(2023·江蘇泰州考試)某兩性花植物有三個不同變異的種群,為確定各變異種群的遺傳機制,科學家進行了以下相關實驗。請回答下列問題:
(1)種群1中分離得到變異株甲,為確定甲株變異性狀出現的原因,研究人員將其與野生型雜交得F1,F1全為野生型,沒有出現變異性狀,這一結果　　　　(填“能”或“不能”)排除變異性狀是由環境因素導致的。再用F1自交得到F2,若F2的表型及比例為野生型∶變異性狀=　　　　,可判斷變異性狀是由細胞核中的一對基因發生　　　　(填“顯性”或“隱性”)突變導致的。現發現F1自交得到的F2中野生型與突變型的數量比為9∶1,推測該突變造成F2的突變型個體中存在一定的致死率,其致死率是　　　　。
(2)種群2中紅花對白花為顯性,現分離得到一株紅花雜合子(Bb)突變體乙,其細胞中基因B、b所在的兩條染色體中有一條存在片段缺失,且基因B、b不在缺失片段上。已知含有缺失片段染色體的花粉約有50%敗育,若探究有片段缺失的染色體是基因B所在的染色體還是基因b所在的染色體,應將突變體乙作父本與　　　　個體雜交并觀察統計后代的表型及比例。
實驗結果預期:
①若子代表型比為　　　　　　　　,那么該個體基因B所在染色體存在片段缺失。
②若子代表型比為　　　　　　　　,那么該個體基因b所在染色體存在片段缺失。
(3)種群3中分離得到一種三體植株丙,其3號染色體的同源染色體有3條,在減數分裂聯會時,3條同源染色體中的任意2條隨意配對聯會形成一個二價體,另1條同源染色體不能配對而形成一個單價體。減數第一次分裂的后期,二價體的同源染色體正常分離,組成單價體的1條染色體隨機地移向細胞的任何一極,而其他染色體正常配對、分離。
①丙植株的形成是因為親代中的一方在減數分裂過程中　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　未分離。
②現以矮莖(dd)的二倍體為父本,以高莖(DD或DDD)的三體純合子為母本,雜交獲得的F1中高莖三體植株與二倍體矮莖植株雜交,若雜交子代　　　　　　　　　　　　　　,則D(或d)基因在第3號染色體上。
解析　(1)性狀是由基因和環境共同決定的,變異株甲與野生型雜交得F1,F1全為野生型,沒有出現變異性狀,這一結果不能排除變異性狀是由環境因素導致的。若變異性狀是由細胞核中的一對基因所控制,F1全為野生型,則為隱性突變,用F1自交得到F2,F2的表型及比例為野生型∶變異性狀= 3∶1。發現F1自交得到的F2中野生型與突變型的數量比為9∶1,推測該突變造成F2的突變型個體中存在一定的致死率,如果不存在致死,則F2野生型∶變異性狀=9∶3,說明變異性狀3份中有2份致死,其致死率是2/3。(2)基因B、b不在缺失片段上,且含有缺失片段染色體的花粉約有50%敗育,要判斷缺失染色體是在基因B所在染色體還是基因b所在染色體上,用突變體與白花個體雜交即可。①若該個體基因B所在染色體存在片段缺失,則該個體產生的配子B∶b=1∶2,雜交后子代表型比為紅花∶白花=1∶2。②若該個體基因b所在染色體存在片段缺失,則該個體產生的配子B∶b=2∶1,雜交后子代表型比為紅花∶白花=2∶1。(3)三體植株丙減數第一次分裂的后期,二價體的同源染色體正常分離,組成單價體的1條染色體隨機地移向細胞的任何一極,而其他染色體正常配對、分離,則DDd的三體產生的配子D∶Dd∶DD∶d=2∶2∶1∶1。①三體植株丙形成的原因是親代中的一方在減數分裂過程中3號染色體的同源染色體或姐妹染色單體未分離,產生兩條3號染色體的配子,與正常的配子結合后獲得三體。②由題可知,若D(或d)基因在第3號染色體上,則F1基因型為DDd,產生的配子D∶Dd∶DD∶d=2∶2∶1∶1,與二倍體矮莖植株雜交,則子代高莖∶矮莖=5∶1。
答案　(1)不能　3∶1　隱性　2/3
(2)白花　①紅花∶白花=1∶2　②紅花∶白花=2∶1
(3)①3號染色體的同源染色體或姐妹染色單體　②高莖∶矮莖=5∶1
考點二　變異在育種中的應用
1.雜交育種。
(1)原理:基因重組。
(2)過程。
(3)優點:操作簡便,可以把多個品種的優良性狀集中在一起。
(4)缺點:獲得新品種的周期長。
提醒　雜交育種時,首先兩個親本進行雜交的目的是將兩個親本中的控制優良性狀的基因集中在F1個體上。
2.誘變育種。
3.單倍體育種。
(1)原理:染色體(數目)變異。
(2)方法。
(3)優點:明顯縮短育種年限,所得個體均為純合子。
(4)缺點:技術復雜。
提醒　花藥離體培養≠單倍體育種。
4.多倍體育種。
(1)方法:用秋水仙素誘發或低溫處理。
(2)處理材料:萌發的種子或幼苗。
(3)原理。
分裂的細胞抑制紡錘體形成
染色體不能移向細胞兩極,從而引起細胞內染色體數目加倍
(4)實例:三倍體無子西瓜。
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,不能產生正常配子。
提醒　①可遺傳變異≠可育。三倍體無子西瓜、騾子、二倍體的單倍體等均表現“不育”,但它們均屬可遺傳變異——其遺傳物質已發生變化,若將其體細胞培養為個體,則可保持其變異性狀——這與僅由環境引起的不可遺傳的變異有著本質區別。如無子番茄的“無子”原因是植株未受粉,生長素促進了果實發育,這種“無子”性狀是不可以保留到子代的,將無子番茄進行組織培養時,若能正常受粉,則可結“有子果實”。
②單倍體育種一般應用于二倍體植物,因為若為四倍體植物,通過單倍體育種形成的個體不一定是純合子。
③用秋水仙素處理植株使染色體數目加倍,若操作對象是單倍體植株,屬于單倍體育種;若操作對象為正常植株,叫多倍體育種,不能看到“染色體數目加倍”就認為是多倍體育種。
長句突破
(科學思維)如圖為生物育種程序圖,據圖回答有關問題。
(1)識別圖解中各字母表示的處理方法:
A:雜交,D:自交,B:花藥離體培養,C:秋水仙素(低溫)處理,E:誘變處理,F:秋水仙素(低溫)處理,G:DNA重組技術,H:脫分化,I:再分化,J:包裹人工種皮。
(2)識別圖中育種方法
①“親本新品種”為雜交育種。
②“親本新品種”為單倍體育種。
③“種子或幼苗新品種”為誘變育種。
④“種子或幼苗新品種”為多倍體育種。
“植物細胞新品種”為基因工程育種。
角度一 圍繞生物育種原理和過程分析,考查科學思維能力
1.(2021·廣東卷)白菜型油菜(2n=20)的種子可以榨取食用油(菜籽油)。為了培育高產新品種,科學家誘導該油菜未受精的卵細胞發育形成完整植株Bc。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.Bc成熟葉肉細胞中含有兩個染色體組
B.將Bc作為育種材料,能縮短育種年限
C.秋水仙素處理Bc幼苗可以培育出純合植株
D.自然狀態下Bc因配子發育異常而高度不育
解析　白菜型油菜為二倍體植株,由未受精的卵細胞發育形成的植株Bc為單倍體,故Bc體細胞中有一個染色體組,A項錯誤;Bc作為育種材料能明顯縮短育種年限,B項正確;秋水仙素可誘導細胞染色體加倍,故Bc幼苗經秋水仙素處理,可以獲得純合植株,C項正確;因該單倍體植株體細胞中無同源染色體,故其無法產生正常的配子,從而表現為高度不育,D項正確。
答案　A
2.(2023·濰坊模擬)我國小麥育種專家李振聲將長穗偃麥草的抗病、高產等基因轉移到普通小麥中,培育成了“小麥二體異附加系”(流程如圖所示)。普通小麥6n=42,記為42W;長穗偃麥草2n=14,記為14E。根據流程示意圖判斷,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.①過程可用秋水仙素處理,得到純合二倍體
B.丙染色體組成具有多樣性與乙形成配子時7E隨機分配有關
C.丁自交產生的子代中,含有2E的植株戊約占1/4
D.該育種過程依據的原理是基因重組和染色體變異
解析　①過程可用秋水仙素處理,得到八倍體,A項錯誤;丙染色體組成具有多樣性與乙形成配子時7E隨機分配有關,B項正確;丁形成配子時含E的概率為1/2,所以自交產生的子代中,含有2E的植株戊約占1/2×1/2=1/4,C項正確;該育種過程依據的原理是基因重組和染色體數目變異,D項正確。
答案　A
角度二 借助生物育種方案的設計,考查科學探究能力
3.(2021·山東卷)番茄是雌雄同花植物,可自花受粉也可異花受粉。M、m基因位于2號染色體上,基因型為mm的植株只產生可育雌配子,表現為小花、雄性不育。基因型為MM、Mm的植株表現為大花、可育。R、r基因位于5號染色體上,基因型為RR、Rr、rr的植株表型分別為正常成熟紅果、晚熟紅果、晚熟黃果。細菌中的H基因控制某種酶的合成,導入H基因的轉基因番茄植株中,H基因只在雄配子中表達,噴施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。不考慮基因突變和交叉互換。
(1)基因型為Mm的植株連續自交兩代,F2中雄性不育植株所占比例為　　　　。雄性不育植株與野生型植株雜交所得可育晚熟紅果雜交種的基因型為　　　　,以該雜交種為親本連續種植,若每代均隨機受粉,則F2中可育晚熟紅果植株所占比例為　　　　。
(2)已知H基因在每條染色體上最多插入1個且不影響其他基因。將H基因導入基因型為Mm的細胞并獲得轉基因植株甲和乙,植株甲和乙分別與雄性不育植株雜交,在形成配子時噴施NAM,F1均表現為雄性不育。若植株甲和乙的體細胞中含1個或多個H基因,則以上所得F1的體細胞中含有　　　　個H基因。若植株甲的體細胞中僅含1個H基因,則H基因插入了　　　　所在的染色體上。若植株乙的體細胞中含n個H基因,則H基因在染色體上的分布必須滿足的條件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。植株乙與雄性不育植株雜交,若不噴施NAM,則子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例為　　　　　　。
(3)若植株甲的細胞中僅含1個H基因。在不噴施NAM的情況下,利用植株甲及非轉基因植株通過一次雜交即可選育出與植株甲基因型相同的植株。請寫出選育方案:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)基因型為Mm的植株自交一代,F1的基因型種類及比例為1/4MM、1/2Mm、1/4 mm;F1中的mm雄性不育,不能進行自交,F1中的MM(占1/3)、Mm(占2/3)可以進行自交,1/3MM自交后代為1/3MM,2/3Mm自交后代為1/6MM、1/3Mm、1/6 mm,據此推知F2中雄性不育植株所占的比例為1/6。基因型為mm的植株雄性不育,基因型為MM、Mm的植株可育,基因型為Rr的植株表現為晚熟紅果,所以雄性不育植株(mm)與野生型植株雜交所得可育晚熟紅果雜交種的基因型為MmRr。以該雜交種MmRr為親本連續種植,若每代均隨機受粉,F1的基因型種類及比例為1/16MMRR、2/16MMRr、2/16MmRR、4/16MmRr、1/16MMrr、2/16Mmrr、1/16mmRR、2/16 mmRr、1/16 mmrr,F1隨機受粉,F1產生的雌配子種類及比例為1/4MR、1/4Mr、1/4mR、1/4mr,由于基因型為mm的植株雄性不育,F1產生的雄配子種類及比例為1/3MR、1/3Mr、1/6mR、1/6mr,雌配子與雄配子隨機結合,可得出F2中可育晚熟紅果植株(M_Rr)所占比例為5/12。(2)導入H基因的轉基因番茄植株中,H基因只在雄配子中表達,噴施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。將H基因導入基因型為Mm的細胞并獲得轉基因植株甲和乙,植株甲(Mm)和乙(Mm)分別與雄性不育植株(mm)雜交,在形成配子時噴施NAM,F1均表現為雄性不育(mm),說明甲(Mm)和乙(Mm)產生的含M的雄配子均因為含H基因而死亡,只有含m的雄配子因為不含H基因而存活,而雄性不育植株(mm)產生的卵細胞也不含H基因,所以所得F1的體細胞中含有0個H基因。若植株甲(Mm)的體細胞中僅含1個H基因,因為甲(Mm)產生的含M的雄配子死亡了,可以推知H基因插入了M所在的染色體上,造成了含M的雄配子死亡。若植株乙的體細胞中含n個H基因,因為乙(Mm)產生的含M的雄配子死亡了,而含m的雄配子存活,可推知必須有1個H基因位于M所在染色體上(使含M的雄配子死亡),且2條同源染色體上不能同時存在H基因(使含m的雄配子中每條染色體上均不含H基因)。植株乙(Mm)與雄性不育植株雜交,植株乙(Mm)產生的不含H基因的雄配子的比例為1/2n,雄性不育植株(mm)產生的雌配子為m,若不噴施NAM,則子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例為1/2n。(3)植株甲的基因型為Mm,若植株甲的細胞中僅含一個H基因,在不噴施NAM的情況下,利用植株甲及非轉基因植株通過一次雜交即可選育出與植株甲基因型相同的植株,可以植株甲為父本(Mm),雄性不育植株(mm)為母本進行雜交,子代有兩種基因型Mm和mm,其中基因型為Mm的植株表現為大花,基因型為mm的植株表現為小花,子代中大花植株即為所需植株。
答案　(1)1/6　MmRr　5/12　(2)0　M基因　必須有1個H基因位于M所在染色體上,且2條同源染色體上不能同時存在H基因　1/2n　(3)以雄性不育植株為母本、植株甲為父本進行雜交,子代中大花植株即為所需植株(或利用雄性不育株與植株甲雜交,子代中大花植株即為所需植株)
考點三　低溫誘導植物染色體數目的變化
1.實驗原理。
用低溫處理植物分生組織細胞,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。
(1)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。
1.低溫誘導植物細胞染色體數目變化的實驗中的試劑及其作用。
2.低溫誘導植物細胞染色體數目的變化實驗關鍵。
(1)選材時應選用能進行分裂的分生組織細胞,否則不會出現染色體數目加倍的情況。
(2)顯微鏡下觀察到的細胞是已被鹽酸殺死的細胞。
(3)觀察時不是所有細胞中染色體數目均已加倍,只有少部分細胞實現“染色體數目加倍”,大部分細胞仍為二倍體分裂狀況。
(4)對染色體進行染色用堿性染料,常見堿性染料包括甲紫溶液、醋酸洋紅液等。
角度 圍繞實驗原理和過程,考查科學探究能力
1.(2023·大連模擬)下列有關“低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗的分析,錯誤的是 (　　)
A.有利于細胞分散開來的兩個關鍵步驟是解離和壓片
B.視野中染色體數目已加倍的細胞占多數
C.用卡諾氏液浸泡洋蔥根尖的目的是固定細胞的形態
D.染色體數目變化的原理是低溫抑制了紡錘體的形成
解析　解離和壓片是有利于細胞分散開來的兩個關鍵步驟,A項正確;低溫誘導染色體數目加倍的原理是低溫可抑制有絲分裂前期紡錘體的形成從而使染色體數目加倍,而大多數細胞是處于分裂間期的,因此視野中染色體數目已加倍的細胞占少數,B項錯誤,D項正確;用卡諾氏液浸泡洋蔥根尖的目的是固定細胞的形態,C項正確。
答案　B
2.(2023·武漢模擬)低溫誘導植物(洋蔥根尖)細胞染色體數目變化的實驗,以下相關敘述正確的是 (　　)
A.在低倍鏡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
B.洋蔥根尖在冰箱的低溫室內誘導48 h,可抑制細胞分裂中染色體的著絲粒分裂
C.用卡諾氏液固定細胞的形態后,用甲紫溶液對染色體染色
D.低溫處理洋蔥根尖分生組織細胞,起作用的時期是細胞有絲分裂中期
解析　低溫能抑制細胞有絲分裂前期紡錘體的形成,使細胞染色體數目加倍,又因大多數細胞處于分裂前的間期,故多數細胞染色體數未加倍,少數細胞的染色體數目加倍,所以在低倍鏡視野中既有正常的二倍體細胞,也有染色體數目加倍的細胞,A項正確,D項錯誤;低溫能夠抑制紡錘體的形成,但不影響著絲粒分裂,B項錯誤;用甲紫溶液染色前,需要用95%酒精沖洗卡諾氏液,然后再解離,漂洗,C項錯誤。
答案　A
1.(2022·湖南卷)大鼠控制黑眼/紅眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一條染色體上。某個體測交后代表型及比例為黑眼黑毛∶黑眼白化∶紅眼黑毛∶紅眼白化=1∶1∶1∶1。該個體最可能發生了下列哪種染色體結構變異 (　　)
解析　分析題意可知:大鼠控制黑眼/紅眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一條染色體上,兩對等位基因為連鎖關系,正常情況下,測交結果只能出現兩種表型,但題干中某個體測交后代表型及比例為黑眼黑毛∶黑眼白化∶紅眼黑毛∶紅眼白化=1∶1∶1∶1,類似于基因自由組合定律的結果,推測該個體可產生四種數目相等的配子,且控制兩對性狀的基因遵循自由組合定律,即兩對等位基因被易位到兩條非同源染色體上,C項正確。
答案　C
2.(2020·浙江1月選考)某條染色體經處理后,其結構發生了如圖所示的變化。這種染色體結構的變異屬于 (　　)
A.缺失 B.倒位
C.重復 D.易位
解析　觀察題圖可知,染色體片段3、4、5的位置發生了顛倒,這種染色體結構的變異屬于倒位,B項正確。
答案　B
3.(2020·山東卷) 在細胞分裂過程中,末端缺失的染色體因失去端粒而不穩定,其姐妹染色單體可能會連接在一起,著絲粒分裂后向兩極移動時出現“染色體橋”結構,如圖所示。若某細胞進行有絲分裂時,出現“染色體橋”并在兩著絲粒間任一位置發生斷裂,形成的兩條子染色體移到細胞兩極。不考慮其他變異,關于該細胞的說法錯誤的是 (　　)
A.可在分裂后期觀察到“染色體橋”結構
B.其子細胞中染色體的數目不會發生改變
C.其子細胞中有的染色體上連接了非同源染色體片段
D.若該細胞基因型為Aa,可能會產生基因型為Aaa的子細胞
解析　著絲粒分裂后向兩極移動時出現“染色體橋”結構,因此可在分裂后期觀察到“染色體橋”結構,A項正確;進行有絲分裂時,“染色體橋”在兩著絲粒間任一位置發生斷裂,形成的兩條子染色體移到細胞兩極,不會改變其子細胞中染色體的數目,B項正確;姐妹染色單體連接在一起,著絲粒分裂后出現“染色體橋”結構,因此其子細胞中染色體上不會連接非同源染色體片段,C項錯誤;姐妹染色單體形成的“染色體橋”結構在分裂時,會在兩著絲粒間任一位置發生斷裂,形成的一條子染色體可能攜帶有2個相同基因,產生含有2個相同基因的子細胞,若該細胞的基因型為Aa,可能會產生基因型為Aaa的子細胞,D項正確。
答案　C
4. (2020·全國卷Ⅲ)普通小麥是目前世界各地栽培的重要糧食作物。普通小麥的形成包括不同物種雜交和染色體加倍過程,如圖所示(其中A、B、D分別代表不同物種的一個染色體組,每個染色體組均含7條染色體)。在此基礎上,人們又通過雜交育種培育出許多優良品種。回答下列問題:
(1)在普通小麥的形成過程中,雜種一是高度不育的,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
已知普通小麥是雜種二染色體加倍形成的多倍體,普通小麥體細胞中有　　　　條染色體。一般來說,與二倍體相比,多倍體的優點是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2點即可)。
(2)若要用人工方法使植物細胞染色體加倍,可采用的方法有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1點即可)。
(3)現有甲、乙兩個普通小麥品種(純合體),甲的表型是抗病易倒伏,乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙為實驗材料設計實驗獲得抗病抗倒伏且穩定遺傳的新品種,請簡要寫出實驗思路。
解析　(1)雜種一(AB)含有一粒小麥的一個染色體組(A)和斯氏麥草的一個染色體組(B),由于雜種一無同源染色體,不能進行正常的減數分裂,故其高度不育。普通小麥(AABBDD)有6個染色體組,結合題干信息“A、B、D分別代表不同物種的一個染色體組,每個染色體組均含7條染色體”可知,普通小麥體細胞中有42條染色體。一般來說,與二倍體植株相比,多倍體植株莖稈粗壯,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增加。(2)人工誘導多倍體的方法有:用秋水仙素處理萌發的種子或幼苗,低溫處理等。(3)若要以甲(抗病易倒伏)和乙(易感病抗倒伏)純種小麥為實驗材料,獲得抗病抗倒伏且穩定遺傳的新品種,可通過雜交育種或單倍體育種的方法來實現。
方法一:P　甲(抗病易倒伏) × 乙(易感病抗倒伏)
↓
F1
↓
F2　抗病易倒伏、抗病抗倒伏、易感病易倒伏、易感病抗倒伏
↓
篩選出抗病抗倒伏小麥植株進行連續自交,自交后
代不發生性狀分離的植株即為目標植株
方法二:P　甲(抗病易倒伏) × 乙(易感病抗倒伏)
↓
F1
↓花藥離體培養
單倍體幼苗
↓用秋水仙素處理
F2　抗病易倒伏、抗病抗倒伏、易感病易倒伏、易感病抗倒伏
↓
從中選擇抗病抗倒伏的小麥植株即可
答案　(1)無同源染色體,不能進行正常的減數分裂　42　營養物質含量高、莖稈粗壯　(2)秋水仙素處理　(3)甲、乙兩個品種雜交得F1,F1自交,選取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不發生性狀分離的植株。
科學探究
(六)利用“假說—演繹法”解決生物變異實驗探究題
【典例】　幾種性染色體異常果蠅的性別、育性等如圖所示。
(1)正常果蠅在減數第一次分裂中期的細胞內染色體組數為　　 　　,在減數第二次分裂后期的細胞中染色體數是　　　　條。
(2)白眼雌果蠅(XrXrY)最多能產生Xr、XrXr、　　　　和　　　　四種類型的配子。該果蠅與紅眼雄果蠅(XRY)雜交,子代中紅眼雌果蠅的基因型為　　　　　　　　。
(3)用黑身白眼雌果蠅(aaXrXr)與灰身紅眼雄果蠅(AAXRY)雜交,F1雌果蠅表現為灰身紅眼,雄果蠅表現為灰身白眼。F2中灰身紅眼與黑身白眼果蠅的比例為　　　　,從F2灰身紅眼雌果蠅和灰身白眼雄果蠅中各隨機選取一只雜交,子代中出現黑身白眼果蠅的概率為　　　　。
(4)用紅眼雌果蠅(XRXR)與白眼雄果蠅(XrY)為親本雜交,在F1群體中發現一只白眼雄果蠅(記為“M”)。M果蠅出現的原因有三種可能:第一種是環境改變引起表型變化,但基因型未變;第二種是親本果蠅發生基因突變;第三種是親本雌果蠅在減數分裂時X染色體不分離。請設計簡便的雜交實驗,確定M果蠅的出現是由哪一種原因引起的。
實驗步驟: 　　　　　。
結果預測:Ⅰ.若　　　　　　　　　　,則是環境改變;
Ⅱ.若　　　　　　　　　,則是基因突變;
Ⅲ.若　　　　　　　　　　,則是減數分裂時X染色體不分離。
解析　本題綜合考查了減數分裂、伴性遺傳、基因的自由組合定律及變異類型的鑒定等知識。正常果蠅有4對同源染色體,其中一對為性染色體,另外三對為常染色體。(1)減數第一次分裂過程中細胞內的染色體數目與正常體細胞中相同,果蠅屬于二倍體,細胞內有2個染色體組;經減數第一次分裂后,形成的子細胞中染色體數目減半,但由于在減數第二次分裂后期著絲粒分裂,姐妹染色單體分離,導致染色體數目加倍,所以減數第二次分裂后期的細胞中染色體數是8條。(2)白眼雌果蠅(XrXrY)的卵原細胞在進行減數分裂產生配子的過程中,由于性染色體有三條,所以會出現聯會紊亂現象,這樣最多可形成Xr、XrXr、XrY、Y四種配子。若讓該果蠅與紅眼雄果蠅(XRY)交配,則子代中紅眼雌果蠅的基因型見表:
♀配子 ♂配子 Xr XrXr XrY Y
XR XRXr (紅眼♀) XRXrXr (死亡) XRXrY (紅眼♀)
Y
(3)根據題中提供的信息,aaXrXr×AAXRY→F1,F1中雌果蠅的基因型是AaXRXr,雄果蠅的基因型為AaXrY,F2中灰身紅眼∶黑身白眼=(3/4×1/2)∶(1/4×1/2)=3∶1。F2中灰身紅眼雌果蠅的基因型為2/3AaXRXr、1/3AAXRXr,灰身白眼雄果蠅的基因型為2/3AaXrY、1/3AAXrY,它們隨機交配后,子代中出現黑身白眼(aaXr_)的概率為2/3×2/3×1/4×1/2=1/18。(4)根據題中的信息,可讓M果蠅與正常白眼雌果蠅雜交,若為環境改變引起的,則不會改變M果蠅的正常遺傳,即Ⅰ.若子代出現紅眼(雌)果蠅,則是環境改變引起的;Ⅱ.若M果蠅是因基因突變引起,則后代會全部表現為白眼;Ⅲ.若是因減數分裂時親本雌果蠅的X染色體不分離引起的,該雄果蠅的基因型為XrO,表現為不育,則無子代產生。
答案　(1)2　8
(2)XrY　Y(注:兩空順序可顛倒)　XRXr、XRXrY
(3)3∶1　1/18
(4)M果蠅與正常白眼雌果蠅雜交,分析子代的表型　Ⅰ.子代出現紅眼(雌)果蠅　Ⅱ.子代表型全部為白眼　Ⅲ.無子代產生
1.指導思想——“假說—演繹法”。
(1)基本內容。
(2)變異類型實驗探究題的答題模板。
提醒　①根據題目中的信息,要提出全部的假設,不能有遺漏。
②對所提出的每一個假設,都要有相應的結果和結論。
③反推——根據結論來推結果,即若結論是正確的,則必然會對應一個正確的結果,這是解題的關鍵。
2.變異類型探究的一般方法。
(1)可遺傳變異與不可遺傳變異及判斷方法。
①可遺傳變異與不可遺傳變異。
a.不可遺傳變異環境變化,遺傳物質未變
b.可遺傳變異
②判斷方法。
(2)顯性突變與隱性突變的判斷。
①突變類型。
②判定方法——交配法。
突變體與其他未突變體雜交
(3)染色體變異與基因突變的判斷。
①判斷依據:光學顯微鏡下能觀察到的是染色體變異,不能觀察到的是基因突變。
②具體操作:制作正常個體與待測變異個體的有絲分裂臨時裝片,找到中期圖進行染色體結構與數目的比較可以判斷是否發生了染色體變異。
1.(2023·湖北聯考)自然界某果蠅種群的果蠅眼色通常是紅色的,一般為純種。遺傳學家摩爾根偶然發現了一只白眼雄果蠅,并利用這只白眼雄果蠅進行了一系列實驗。
分析回答下列問題:
實驗一:
實驗二:
實驗三:
(1)果蠅雜交實驗一的現象　　　　(填“符合”或“不符合”)孟德爾的分離定律,理由是　　　　　　　　　　　　。所不同的是白眼性狀的表現,總是與性別相關聯,這種現象在生物學上稱為　　　　現象。
(2)果蠅體細胞中有4對染色體(3對常染色體,1對性染色體XY)。你認為能合理解釋上述遺傳現象的假設有
假設1: 　　　　　　　　　　。
假設2: 　　　　　　　　　。
(3)運用“假說—演繹法”的科學研究程序,重新設計新的交配方案—測交,力圖通過演繹和實驗相結合來驗證你提出的假設。實驗二和實驗三是測交實驗及實驗現象。
①上述測交實驗二和實驗三的實驗現象　　　　(填“符合”或“不符合”)你之前根據實驗一遺傳現象提出的兩種假設,因此　　　　(填“能”或“不能”)得出唯一結論。
②為充分論證你所提出的哪一假設是正確的,請利用實驗中及自然種群中的果蠅補充設計一個有效的實驗交配方案,該實驗交配方案為 　。
解析　(1)果蠅雜交實驗一中,子一代只有紅眼,子二代出現了紅眼和白眼,并且紅眼和白眼的比例是3∶1,符合孟德爾的分離定律。所不同的是白眼性狀的表現,總是與性別相關聯,這種現象在生物學上稱為伴性遺傳現象。(2)由于題述雜交實驗中白眼與雄性相關聯,合理的假說為假設1:控制白眼的基因在X染色體上,Y染色體上沒有它的等位基因(或控制白眼的基因只在X染色體上);假設2:控制白眼的基因在X染色體上,Y染色體上有它的等位基因(或控制白眼的基因在X和Y染色體的同源區段上)。(3)①實驗二中F1紅眼雌果蠅的基因型均為XWXw,P白眼雄果蠅基因型分別為XwY、XwYw,實驗三中,F1紅眼雄果蠅的基因型分別為XWY、XWYw,P白眼雌果蠅基因型均為XwXw,無論假設1還是假設2,測交子代均會出現實驗二和實驗三的結果,故不能得出唯一結論。②為充分論證假說1正確,可選用(實驗二子代)白眼雌果蠅與自然種群中(或純合)紅眼雄果蠅進行雜交實驗,若假說1正確,則預期實驗結果為XwXw×XWY→XWXw、XwY,子代雌性全為紅眼,雄性全為白眼。
答案　(1)符合　親本紅眼和白眼交配F1全為紅眼,F1相互交配,F2中紅眼∶白眼=3∶1,符合分離定律　伴性遺傳
(2)控制白眼的基因在X染色體上,Y染色體上沒有它的等位基因(或控制白眼的基因只在X染色體上)
控制白眼的基因在X染色體上,Y染色體上有它的等位基因(或控制白眼的基因在X和Y染色體的同源區段上)
(3)符合　不能　用(實驗二子代)白眼雌果蠅與自然種群中(或純合)紅眼雄果蠅進行雜交實驗
2.(2023·湖南衡陽模擬)在一片黑麥田中出現了少量的抗病植株,經確認抗病性狀是黑麥細胞中一個基因突變而來。用株系法育種(選擇這些抗病植株自交單株收獲它所結的種子,每株的所有種子單獨種在一起可得到一個株系)選育抗病品種。其中一個株系中抗病∶染病=35∶1(用A、a表示相關基因),有人根據該株系中出現的性狀分離比,提出了三種假說。假說一:該株系親本中含抗病基因的染色體多了一條;假說二:該株系親本由于低溫抑制紡錘體的形成導致染色體加倍了;假說三:該株系親本產生的雌配子育性正常,而含有某基因的花粉成活率很低。
(1)在抗病與染病這對相對性狀中抗病是　　　　性狀。基因突變指　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若假說一成立,則該株系親本產生的配子種類及比例是　　　　　　　　　　　　。
(3)若假說二成立,該株系的基因型共有　　種。
(4)請設計實驗驗證假說三成立(要求寫出子代性狀及數量比)。
解析　(1)由分析可知,抗病植株自交后代出現了抗病和染病,說明抗病為顯性。基因突變是指DNA分子中發生堿基的替換、增添或缺失,從而引起的基因堿基序列的改變。(2)若假說一成立,則親本的基因型是AAa,進行減數分裂時,兩條同源染色體分開,第三條隨機移向兩極,則產生的配子及比例是A∶Aa∶AA∶a=2∶2∶1∶1。(3)若假說二成立,則親本的基因型是AAaa,減數分裂Ⅰ后期,同源染色體分離,則產生的配子及比例是AA∶Aa∶aa=1∶4∶1,自交后代共產生AAAA、AAAa、AAaa、Aaaa、aaaa 5種基因型。(4)若假說三成立,則作父本產生的配子是A∶a=17∶1,母本產生的配子是A∶a=1∶1,為了證明作父本時存在a基因致死現象,可進行測交實驗,即將親本的抗病植株(Aa)為父本,以染病黑麥(aa)為母本進行測交實驗,測交后代的性狀及比例是抗病∶染病=17∶1;以親本抗病植株(Aa)為母本,以染病黑麥(aa)為父本進行測交實驗,測交后代的性狀及比例是抗病∶染病=1∶1。
答案　(1)顯性　DNA分子中發生堿基的替換、增添或缺失,從而引起的基因堿基序列的改變　(2)AA∶a∶Aa∶A=1∶1∶2∶2　(3)5　(4)以抗病親本為父本,以染病黑麥為母本進行測交實驗,測交后代的性狀及比例是抗病∶染病=17∶1;以抗病親本為母本,以染病黑麥為父本進行測交實驗,測交后代的性狀及比例是抗病∶染病=1∶1。

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