專題15 染色體變異與育種

1、 圓夢教育 高中生物專題十五 染色體變異與育種 1、染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變異概念：在自然條件或人為條件的影響下，染色體的結(jié)構(gòu)和數(shù)目都可以發(fā)生變化，從而導(dǎo)致生物的性狀發(fā)生變異。 染色體結(jié)構(gòu)的變異2、類型 染色體數(shù)目的變異 類型：缺失、倒位、易位、重復(fù)。3、染色體結(jié)構(gòu)的變異 實(shí)例：貓叫綜合癥等。 原因：染色體結(jié)構(gòu)的改變，引起染色體上的基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變，對生物個(gè)體往往是不利的，有的甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡。類型遺傳效應(yīng)圖解實(shí)例缺失缺失片段越大，對個(gè)體影響越大。輕則影響個(gè)體生活力，重則死亡貓叫綜合征重復(fù)引起的遺傳效應(yīng)比缺失小，重復(fù)部分太大會影響個(gè)體生活力果蠅的棒狀眼倒位形成的配子大多是異常的，從

2、而影響個(gè)體生育/易位產(chǎn)生部分異常配子，使配子的育性降低或產(chǎn)生有遺傳病的后代人慢性粒細(xì)胞白血病說明：每個(gè)物種染色體的大小、形態(tài)和結(jié)構(gòu)都是相對穩(wěn)定的。交叉互換與染色體易位的區(qū)別交叉互換染色體易位圖解區(qū)別發(fā)生于同源染色體的非姐妹染色單體之間發(fā)生于非同源染色體之間屬于基因重組屬于染色體結(jié)構(gòu)變異在顯微鏡下觀察不到在顯微鏡下觀察到4、染色體數(shù)目變異個(gè)別染色體數(shù)目增加或減少：21三體綜合征 染色體組成倍增加或減少5、染色體組：(1)概念：細(xì)胞中的一組非同源染色體，它們在形態(tài)和功能上各不相同，但是攜帶著控制一種生物生長發(fā)育、遺傳變異的全部信息，這樣的一組染色體叫做一個(gè)染色體組(用n表示)。(2)特征：不同種生

3、物，每一個(gè)染色體組所含的染色體數(shù)目不同(如人23條，果蠅4條)；在1個(gè)染色體組中是沒有同源染色體的(減后，同源染色體分離)，即所有的染色體大小形態(tài)各不相同。(3)染色體組數(shù)的判斷：方法：細(xì)胞內(nèi)形態(tài)相同的染色體有幾條，則含有幾個(gè)染色體組，圖甲所示細(xì)胞中相同的染色體有4條，則此細(xì)胞中有4個(gè)染色體組(每個(gè)染色體組含3條形態(tài)和功能各不相同的染色體)。方法：在細(xì)胞或生物體的基因型中，控制同一性狀的同一種基因出現(xiàn)幾次，則有幾個(gè)染色體組，圖乙所示基因型為AAaBBb的細(xì)胞或生物體含有3個(gè)染色體組。判斷：每個(gè)生殖細(xì)胞中的一組染色體都叫一個(gè)染色體組嗎？(×)2n？4n？6、二倍體(1)概念：由受精卵發(fā)

4、育而成的個(gè)體，體細(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組的個(gè)體叫二倍體。(2)實(shí)例：幾乎全部動物(蜂王、工蜂屬于二倍體，雄蜂屬于單倍體)，過半數(shù)高等植物。7、多倍體(1)概念：由受精卵發(fā)育而成的個(gè)體，體細(xì)胞中含有3個(gè)或3個(gè)以上的染色體組的叫做多倍體。(三倍體-3n，四倍體-4n，六倍體-6n)(2)實(shí)例：1/3的被子植物(3)形成原因自然多倍體：外界條件劇變，分裂受阻，染色體數(shù)目加倍，加倍的細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行正常的分裂形成多倍體幼苗，從而得到多倍體植株。 人工誘導(dǎo)多倍體：用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗，從而得到多倍體植株(低溫處理)。莖稈粗壯，葉片、果實(shí)、種子比較大，營養(yǎng)物質(zhì)含量高。(4)特點(diǎn) 發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低。(

5、5)應(yīng)用：人工誘導(dǎo)多倍體育種。8、人工誘導(dǎo)多倍體育種(1)概念：采用人工方法獲得多倍體，再利用其變異來選育新品種。(2)方法：最常用的方法是用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗，從而得到多倍體。(3)秋水仙素作用原理：抑制紡錘體的形成。秋水仙素的作用在于能夠抑制細(xì)胞有絲分裂時(shí)形成紡綞體，染色體雖然完成了復(fù)制，但是不能形成兩個(gè)子細(xì)胞，因而使染色體的數(shù)目加倍，這樣，加倍的染色體就存在于一個(gè)體細(xì)胞里。以后由這樣的體細(xì)胞分裂出來的子細(xì)胞，染色體數(shù)目都比原來的體細(xì)胞增加了一倍，這就形成了一個(gè)多倍體植株。(4)實(shí)例：三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥的培育。專題：無籽西瓜和無籽番茄的比較。無籽西瓜，是三倍體西瓜的果實(shí)

6、。三倍體植株在減數(shù)分裂時(shí)，染色體的聯(lián)會發(fā)生紊亂，不能形成正常的生殖細(xì)胞，因此胚珠并不發(fā)育成為種子。不過子房發(fā)育果實(shí)時(shí)，需授以二倍體西瓜的花粉，刺激誘導(dǎo)三倍體的子房，才能發(fā)育成三倍體的無籽西瓜(屬于染色體變異，是可遺傳的變異)。無籽番茄，是用生長素刺激沒有授粉的番茄雌花的子房，使其發(fā)育成為果實(shí)，由于番茄未授粉，所有沒有種子(屬于不遺傳的變異)。秋水仙素可引起的變異：變異類型原理時(shí)期基因突變DNA復(fù)制出差錯間期染色體變異抑制紡錘體形成前期9、單倍體(1)概念：指體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體。自然條件下，由未受精的卵細(xì)胞直接發(fā)育而成，如雄蜂。(2)形成原因 人工條件下，用花藥離體培養(yǎng)也能獲

7、得單倍體。(3)特點(diǎn)：植株弱小，高度不育(孕)原因：減數(shù)分裂過程中，聯(lián)會紊亂，染色體無規(guī)則地分配到配子中去，形成正?？捎渥拥母怕蕛H為(1/2)n(n為染色體組中的染色體基數(shù))，致使植株不孕。但自然狀態(tài)下存在的單倍體(雄蜂等)，由于長期的自然選擇作用，其生活力及繁殖能力均表現(xiàn)正常，在生產(chǎn)上無使用價(jià)值。(4)應(yīng)用：單倍體育種。方法：花藥離體培養(yǎng)單倍體植株人工誘導(dǎo)(秋水仙素)，染色體數(shù)目加倍正常植株(純合體)自交種子(第一年)萌發(fā)發(fā)育新植株(新品種，純種)(第二年)。優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短育種年限。實(shí)例：蜜蜂中的雄蜂；蚜蟲孤雌生殖的后代；水稻、小麥的花粉植株等。10、專題：單倍體、二倍體、多倍體辨析。凡是

8、由配子不經(jīng)受精作用直接發(fā)育而來的新個(gè)體就是單倍體。而不必管它體細(xì)胞中有幾個(gè)染色體組。由受精卵發(fā)育而來，凡是體細(xì)胞中含有兩個(gè)(三個(gè)或三個(gè)以上)染色體組的個(gè)體叫二倍體(多倍體)?？梢?，二倍體和多倍體的劃分依據(jù)是體細(xì)胞中含有染色體組的數(shù)目；而單倍體的確定不是以體細(xì)胞中含有的染色體組的數(shù)目為依據(jù)，而是以是否由配子直接發(fā)育而來為依據(jù)。11、專題：基因重組，基因突變，染色體變異。類型項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異適用范圍生物種類所有生物(包括病毒)均可發(fā)生自然狀態(tài)下只發(fā)生于真核生物有性生殖過程中，為核遺傳真核生物細(xì)胞增殖過程中均可發(fā)生生殖無性生殖、有性生殖有性生殖無性生殖、有性生殖類型自然突變誘發(fā)突變交叉

9、互換自由組合染色體結(jié)構(gòu)變異染色體數(shù)目變異原因DNA復(fù)制(有絲分裂間期、減數(shù)分裂第一次分裂的間期)過程堿基序列出現(xiàn)差錯減數(shù)分裂時(shí)非同源染色體上的非等位基因自由組合或同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生交叉互換內(nèi)外因素影響使染色體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，或細(xì)胞分裂過程中，染色體不分離，形成了多倍體，或減數(shù)分裂時(shí)，偶而發(fā)生染色體不配對不分離，分離延遲等原因引起發(fā)生時(shí)期DNA復(fù)制時(shí)(有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂前的間期)減數(shù)分裂四分體時(shí)期及第一次分裂過程中細(xì)胞分裂期實(shí)質(zhì)產(chǎn)生新的基因(改變基因的質(zhì)，不改變基因的量)產(chǎn)生新的基因型(不改變基因的質(zhì)，一般也不改變基因的量，但轉(zhuǎn)基因技術(shù)會改變基因的量)基因數(shù)目或基因排列順序

10、發(fā)生改變(不改變基因的質(zhì))產(chǎn)生結(jié)果產(chǎn)生新的基因只產(chǎn)生新的基因型，不產(chǎn)生新的基因不產(chǎn)生新的基因，但可引起基因數(shù)目或順序的變化意義基因突變是生物變異的根本來源，為基因重組提供原始材料。三種可遺傳變異都為生物進(jìn)化提供了原材料鏡檢光鏡下均無法檢出，可根據(jù)是否有新性狀或新性狀組合確定光鏡下可檢出育種應(yīng)用誘變育種雜交育種單倍體育種、多倍體育種12、育種：(1)雜交育種依據(jù)原理：基因重組常用方法：雜交自交選優(yōu)自交至不發(fā)生性狀分離為止雜交“雜種”優(yōu)點(diǎn)：使分散在同一物種不同品種中的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于同一個(gè)體身上缺點(diǎn)：育種時(shí)間一般比較長；局限于同種或親緣關(guān)系較近的物種間；需及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良品種。年年制種舉例：用純種高

11、稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥培育矮稈抗病小麥雜交水稻、雜交玉米等(2)人工誘變育種依據(jù)原理：基因突變常用方法：物理：用紫外線、X或射線、微重力、激光等處理，再篩選化學(xué)：用亞硝酸、硫酸二乙酯等處理，再選擇優(yōu)點(diǎn)：可以提高變異的頻率，大幅度地改良某些性狀缺點(diǎn)：盲目性大，具有不定向性；有利變異少，工作量大，需要大量的供試材料舉例：青霉素高產(chǎn)菌株、太空椒(3)單倍體育種依據(jù)原理：染色體變異常用方法：先將花藥離體培養(yǎng)，培養(yǎng)出單倍體植株將單倍體幼苗經(jīng)一定濃度的秋水仙素處理獲得純合子從中選擇優(yōu)良植株優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短育種年限缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜且需與雜交育種配合舉例：單倍體育種獲得的矮稈抗銹病小麥(4)多倍體育種依據(jù)原理

12、：染色體變異常用方法：用一定濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，能較快獲得新類型缺點(diǎn)：多倍體植物發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率降低，一般只適用于植物，在動物難于開展。舉例：三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥(5)基因工程育種依據(jù)原理：基因重組常用方法：轉(zhuǎn)基因(DNA重組)技術(shù)將目的基因引入生物體內(nèi)，培育新品種優(yōu)點(diǎn)：打破物種界限，定向改變生物的性狀缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜，安全性問題多，有可能引起生態(tài)危機(jī)舉例：產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌、抗蟲棉說明：(1)雜交育種與雜種優(yōu)勢的區(qū)別：雜交育種是通過有性生殖，使不同品種的優(yōu)良性狀通過交配組合到后代的一個(gè)個(gè)體中，從而選育出優(yōu)良品種的方法。雜種優(yōu)勢是指基因型不同的個(gè)體雜交產(chǎn)

13、生的雜交一代，在適應(yīng)能力上優(yōu)于兩個(gè)親本的現(xiàn)象。(2)不同需求的育種方法選擇與分析若要培育隱性性狀個(gè)體，則可用自交或雜交，只要出現(xiàn)該性狀即可。有些植物如小麥、水稻等，雜交實(shí)驗(yàn)較難操作，則最簡便的方法是自交。若要快速獲得純種，則用單倍體育種方法。若實(shí)驗(yàn)植物為營養(yǎng)繁殖類如土豆、地瓜等，則只要出現(xiàn)所需性狀即可，不需要培育出純種。若要培育原先沒有的性狀，則可用誘變育種。若要定向改變生物性狀的新品種，可利用基因工程育種。13、低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化(1)實(shí)驗(yàn)原理用低溫處理植物分生組織細(xì)胞，能夠抑制紡錘體的形成。(2)材料用具洋蔥或大蔥、蒜(均為二倍體)，卡諾氏液，改良苯酚品紅染液，體積分?jǐn)?shù)為15%的

14、鹽酸溶液，體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精溶液，培養(yǎng)皿，濾紙，紗布，燒杯，鑷子，剪刀，顯微鏡，載玻片，蓋玻片，冰箱。(3)方法步驟培養(yǎng)根尖：待洋蔥長出約1cm的不定根時(shí)，將整個(gè)裝置放入冰箱的低溫室(4攝氏度)，誘導(dǎo)培養(yǎng)36h。固定細(xì)胞：剪取誘導(dǎo)處理的根尖長度約0.5-cm，放入卡諾液中浸泡0.5-1h，然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精溶液沖洗2次。制作裝片：通過解離、漂洗、染色和制片4個(gè)步驟，制成裝片。觀察：先用低倍鏡尋找染色體形態(tài)較好的分裂圖像。確認(rèn)某個(gè)細(xì)胞發(fā)生染色體數(shù)目變化后，再用高倍鏡觀察。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：可觀察到細(xì)胞中染色體數(shù)目增加，說明低溫可誘導(dǎo)染色體數(shù)目增加。14、列表比較多倍體育種和單倍體育種

15、：15.三倍體無子西瓜的培育過程圖示：注：親本中要用四倍體植株作為母本，二倍體作為父本，兩次使用二倍體花粉的作用是不同的。(了解)以染色體概念系統(tǒng)為例，分析染色體與遺傳變異進(jìn)化之間的內(nèi)在聯(lián)系：16易位與交叉互換的區(qū)別易位發(fā)生在非同源染色體之間，是指染色體的某一片段移接到另一條非同源染色體上；交叉互換發(fā)生在同源染色體的非姐妹染色單體之間。17染色體組數(shù)的判斷(1)根據(jù)染色體形態(tài)判斷：在細(xì)胞內(nèi)任選一條染色體，細(xì)胞內(nèi)與該染色體形態(tài)相同的染色體共有幾條，則含有幾個(gè)染色體組，如圖甲有四個(gè)染色體組。(2)根據(jù)基因型判斷：在細(xì)胞或生物體的基因型中，控制同一性狀的基因出現(xiàn)幾次，則有幾個(gè)染色體組，如圖乙有四個(gè)染

16、色體組。(3)根據(jù)染色體的數(shù)目和染色體的形態(tài)數(shù)來推算。染色體組的數(shù)目染色體數(shù)/染色體形態(tài)數(shù)，如韭菜細(xì)胞共32條染色體，有8種形態(tài)，可推出每種形態(tài)有4條，進(jìn)而推出韭菜細(xì)胞內(nèi)應(yīng)含4個(gè)染色體組，而且染色體形態(tài)數(shù)就代表著每個(gè)染色體組中染色體的條數(shù)。18兩種育種方式的比較方式多倍體育種單倍體育種原理兩者都是利用染色體數(shù)目變異的原理。不同的是，多倍體育種是使染色體以染色體組的形式成倍增加；單倍體育種是使染色體數(shù)目以染色體組的形式成倍減少，再加倍后獲得純種常用方法秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗(或低溫誘導(dǎo)，使植物染色體數(shù)目加倍)花藥離體培養(yǎng)，然后進(jìn)行人工誘導(dǎo)染色體加倍(秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗、低溫誘導(dǎo)植

17、物染色體數(shù)目加倍)，形成純合子優(yōu)點(diǎn)器官大，營養(yǎng)成分含量高明顯縮短育種年限缺點(diǎn)適用于植物，在動物方面難以開展；發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低技術(shù)復(fù)雜，需與雜交育種結(jié)合；單倍體一般不育實(shí)例三倍體西瓜、甜菜抗病植株的快速培育19.關(guān)于三倍體無子西瓜培育過程的幾個(gè)問題(1)關(guān)于兩次傳粉：第一次傳粉是雜交得到三倍體種子，第二次傳粉是為了刺激子房發(fā)育成果實(shí)。(2)為何不以二倍體西瓜為母本？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(dá)不到“無子”的目的。(3)用秋水仙素處理二倍體西瓜幼苗。因?yàn)槊劝l(fā)的種子、幼苗具有分生能力，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，用秋水

18、仙素處理后可達(dá)到使產(chǎn)生的新細(xì)胞染色體數(shù)目加倍的目的。(4)秋水仙素處理后，分生組織分裂產(chǎn)生的莖、葉、花染色體數(shù)目加倍，而未處理的(如根部)細(xì)胞染色體數(shù)仍為二倍體。(5)四倍體植株上結(jié)的西瓜，種皮和瓜瓤為四倍體，里面的種子為三倍體。(6)三倍體西瓜進(jìn)行減數(shù)分裂時(shí)，由于同源染色體無法正常聯(lián)會或聯(lián)會紊亂，不能產(chǎn)生正常配子。20拓展(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么先培養(yǎng)出根尖后再低溫誘導(dǎo)？能否直接誘導(dǎo)洋蔥鱗片葉？因?yàn)槲撮L出根尖前施予低溫不利于其生出不定根。不可直接誘導(dǎo)洋蔥鱗片葉，因?yàn)?2)低溫誘導(dǎo)的植物染色體數(shù)目變化情況是怎樣的？若低溫誘導(dǎo)植物的萌發(fā)的種子或幼苗，則整個(gè)植株的染色體數(shù)目均加倍。若低溫誘導(dǎo)植物正在生長

19、發(fā)育的某一器官的部分細(xì)胞，則由這一器官的部分細(xì)胞發(fā)育而成的結(jié)構(gòu)的染色體數(shù)目加倍。幾個(gè)染色體組。如果蠅該比值為8條/4種形態(tài)2，則果蠅含2個(gè)染色體組。21、填空完成單倍體、二倍體和多倍體的比較：二倍體多倍體單倍體概 念由受精卵發(fā)育而成，體細(xì)胞中含兩個(gè)染色體組的個(gè)體由受精卵發(fā)育而成，體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體由配子發(fā)育而來，含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體實(shí) 例過半數(shù)高等植物、人、果蠅等幾乎全部動物香蕉、馬鈴薯、無子西瓜(蜜蜂)雄蜂玉米、小麥的單倍體染色體組的數(shù)目兩個(gè)三個(gè)或三個(gè)以上一個(gè)至多個(gè)性狀表現(xiàn)正常(作為單倍體、多倍體的參照物)莖稈粗壯，葉片、果實(shí)、種子較大，營養(yǎng)豐富，但發(fā)育遲緩，

20、結(jié)實(shí)率低植株弱小，且高度不育(雄蜂除外)人工誘導(dǎo)方法無用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗采用花藥離體培養(yǎng)法意 義運(yùn)用多倍體育種，可獲得植物新品種運(yùn)用單倍體育種，縮短育種年限22.基因重組、基因突變和染色體變異的比較類型項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異實(shí)質(zhì)基因結(jié)構(gòu)的改變(堿基對的增添、缺失或替換)基因的重新組合，產(chǎn)生多種多樣的基因型染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目變化引起基因數(shù)量或排序改變類型自發(fā)突變、人工誘變基因自由組合、交叉互換、轉(zhuǎn)基因染色體結(jié)構(gòu)、數(shù)目變異時(shí)間主要是細(xì)胞分裂間期減數(shù)第一次分裂前期或后期細(xì)胞分裂過程中適用范圍任何生物均可發(fā)生真核生物進(jìn)行有性生殖產(chǎn)生配子時(shí)真核生物均可發(fā)生產(chǎn)生結(jié)果產(chǎn)生新的等位基因，但基

21、因數(shù)目未變只改變基因型，未發(fā)生基因的改變可引起基因“數(shù)量”或“排列順序”上的變化意義生物變異的根本來源，提供生物進(jìn)化的原始材料形成多樣性的重要原因，對生物進(jìn)化有十分重要的意義對生物進(jìn)化有一定意義育種應(yīng)用誘變育種雜交育種單倍體育種、多倍體育種實(shí)例青霉菌高產(chǎn)菌株的培育豌豆、小麥的雜交三倍體無子西瓜及八倍體小黑麥的培育拓展提升單倍體、二倍體和多倍體的確定方法 (1)由合子發(fā)育來的個(gè)體，細(xì)胞中含有幾個(gè)染色體組，就叫幾倍體。(2)由配子直接發(fā)育來的個(gè)體，不管含有幾個(gè)染色體組，都只能叫單倍體。提醒單倍體不一定只含1個(gè)染色體組，可能含同源染色體，可能含等位基因，也可能可育并產(chǎn)生后代。23、三種可遺傳變異的比

22、較基因突變基因重組染色體變異概念DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失，而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變生物進(jìn)行有性生殖過程中，控制不同性狀的基因的重新組合染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目變化引起的變異類型自然狀態(tài)下發(fā)生的自然突變?nèi)藶闂l件下發(fā)生的誘發(fā)突變基因的自由組合：減數(shù)分裂時(shí)非同源染色體上的非等位基因的自由組合基因的互換：同源染色體上的非姐妹染色單體之間發(fā)生局部互換染色體結(jié)構(gòu)變異(染色體中某一片段的缺失、增加、位置顛倒以及非同源染色體間某一片段的移接)染色體數(shù)目變異(細(xì)胞內(nèi)個(gè)別染色體的增加或減少，以及染色體組的增加或減少)發(fā)生時(shí)期及原因主要是DNA復(fù)制(有絲分裂分裂間期、減數(shù)第一次分裂間期及其他DNA復(fù)制)時(shí)，由于堿基互補(bǔ)配對的差錯而引起減數(shù)第一次分裂前期，由于四分體內(nèi)非姐妹染色單體的交叉互換和減數(shù)第一次分裂的后期，非同源染色體的自由組合細(xì)胞在有絲分裂中，染色體不分離，形成加倍的重組核，出現(xiàn)多倍體；減數(shù)分裂時(shí)，偶然發(fā)生染色體配對不分離