高中生物必修2生物的變異之染色體的變異學(xué)案

4/44/44/4高中生物必修2生物的變異之染色體的變異一、教學(xué)內(nèi)容染色體的變異及其應(yīng)用〔一〕二、學(xué)習(xí)內(nèi)容染色體結(jié)構(gòu)的變異染色體數(shù)目的變異染色體數(shù)目變異的類型染色體變異在育種上的應(yīng)用三、學(xué)習(xí)目標(biāo)簡述染色體的結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異收集染色體變異在育種上應(yīng)用的事例四、學(xué)習(xí)重點(diǎn)理解、簡述染色體結(jié)構(gòu)變異的過程和染色體數(shù)目變異的非整倍性、單倍性和多倍性變異的區(qū)別五、學(xué)習(xí)難點(diǎn)理解染色體數(shù)目變異中單倍性、多倍性變異的區(qū)別以及無子西瓜產(chǎn)生的原因六、學(xué)習(xí)過程染色體是DNA的主要載體,染色體會不會變異？變異后的染色體會不會改變個體的性狀？這是人們十分關(guān)注的問題.遺傳學(xué)家從20世紀(jì)初開始就不斷地發(fā)現(xiàn)染色體的各種變異.1959年一位醫(yī)生首次發(fā)現(xiàn)一種綜合癥是和染色體數(shù)量增加有關(guān)的,這大大促進(jìn)了人們對染色體變異的研究.染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變異統(tǒng)稱為染色體變異.1.染色體結(jié)構(gòu)的變異染色體變異包括形態(tài)、結(jié)構(gòu)的變異,這些變異常?？梢酝ㄟ^顯微鏡直接觀察到.〔1〕染色體結(jié)構(gòu)的變異主要起因于染色體的斷裂以及斷裂后的片段不正常的重新連接〔a〕缺失缺失是一種染色體突變,它導(dǎo)致染色體片段和染色體上遺傳信息的喪失.缺失的片段可以位于染色體的中間或末端.缺失是由于諸如熱、輻射、病毒、化合物或由于重組酶等原因引起的染色體斷裂.缺失有可能導(dǎo)致整條染色體從基因組中喪失.〔b〕重復(fù)重復(fù)是由于染色體片段加倍的染色體畸變.重復(fù)片段的大小可以變化很大,可能出現(xiàn)在基因組的不同位置,也可能發(fā)生串聯(lián)重復(fù).重復(fù)可能導(dǎo)致生物體的致死.〔c〕倒位倒位是當(dāng)染色體片段發(fā)生斷裂并顛倒180°后重新連接所產(chǎn)生的染色體突變.分為臂內(nèi)倒位和臂間倒位.通常,倒位發(fā)生時遺傳物質(zhì)不會喪失.當(dāng)斷裂點(diǎn)〔倒位點(diǎn)〕出現(xiàn)在基因內(nèi)或在控制基因表達(dá)的區(qū)段內(nèi)時,會導(dǎo)致表現(xiàn)型的改變.純合倒位會改變倒位片段內(nèi)基因與倒位片段兩旁基因之間的連鎖關(guān)系.〔d〕易位易位是指染色體片段發(fā)生位置改變的染色體突變.簡單易位可以劃分為染色體內(nèi)易位和染色體間易位,可以是從一條染色體臂到另一條染色體臂,也可以發(fā)生在同一條染色體臂內(nèi)；還可以從一條染色體轉(zhuǎn)移到另一條染色體上.〔2〕大多數(shù)染色體結(jié)構(gòu)的變異對生物體是不利的,有時甚至?xí)?dǎo)致生物體死亡〔在自然條件或人為因素的影響下,染色體結(jié)構(gòu)發(fā)生的改變,都會使染色體上的基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變,從而導(dǎo)致性狀的變異〕.〔3〕正常情況下,染色體發(fā)生斷裂的頻率是很低的,而當(dāng)細(xì)胞受到電離輻射、病毒感染或一些化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)時,染色體結(jié)構(gòu)變異的時機(jī)增加.〔4〕染色體變異的原因輻射與化學(xué)藥物是導(dǎo)致染色體變異的重要原因.①用硫酸銅溶液〔質(zhì)量濃度300mg/L〕培養(yǎng)蠶豆種子,發(fā)現(xiàn)萌發(fā)的幼苗根尖細(xì)胞中出現(xiàn)微核〔正在分裂的細(xì)胞中出現(xiàn)微核,是染色體結(jié)構(gòu)變異的結(jié)果〕②微核是無著絲點(diǎn)的染色體斷片,在有絲分裂后期不能向兩極移動,所以游離于細(xì)胞質(zhì)中.在有絲分裂間期,可在細(xì)胞核附近看到一到幾個很小的圓形結(jié)構(gòu),這就是微核.③微核是常用的遺傳毒理學(xué)指標(biāo)之一,指示染色體或紡錘體的損傷.微核產(chǎn)生的數(shù)量又可與誘變因子劑量的強(qiáng)弱呈正比,因此可以用微核出現(xiàn)的頻率來評價環(huán)境誘變因子對生物遺傳物質(zhì)的損傷程度.④實(shí)驗(yàn)步驟Ⅰ.將蠶豆種子洗凈后,25℃水培Ⅱ.待根長到0.5～1.5cm,移入質(zhì)量濃度為300mg／L的硫酸銅溶液中培養(yǎng)6hⅢ.自來水沖洗后,再移入自來水中培養(yǎng)24h剪取蠶豆根尖,制作臨時玻片標(biāo)本,用改進(jìn)堿性品紅染液染色Ⅳ.每個根尖計(jì)細(xì)胞,計(jì)算微核率〔出現(xiàn)微核的細(xì)胞數(shù)除以被計(jì)數(shù)的細(xì)胞總數(shù)〕.人的第5號染色體的局部缺失會引起貓叫綜合癥〔如下圖〕.患病兒童哭聲輕,音調(diào)高,兩眼距離較遠(yuǎn),耳位低下,生長發(fā)育緩慢,而且存在嚴(yán)重的智力障礙.2.染色體數(shù)目的變異在正常的情況下,每種生物的染色體數(shù)目都是恒定的；不同的物種之間,染色體數(shù)目往往差異很大,少的只有一對,多的可達(dá)數(shù)百對.例如,一種馬蛔蟲的變種只有一對染色體,一種蝴蝶卻有190對染色體,而瓶爾小草甚至多達(dá)510對染色體.〔1〕染色體組體細(xì)胞中染色體一般都是成對存在的.自然界中的生物大多是二倍體,它們的配子中所具有的全部染色體組成一個染色體組例：人有46條染色體,一個染色體組由23條染色體構(gòu)成洋蔥有16條染色體,一個染色體組由8條染色體構(gòu)成果蠅有8條染色體,一個染色體組由4條染色體構(gòu)成.動物染色體數(shù)目染色體組數(shù)植物染色體數(shù)目染色體組數(shù)金絲猴442大麥142黃牛602普通小麥426豬382玉米202狗782陸地棉524貓382中棉262馬642番茄242驢622豌豆142山羊602蠶豆122綿羊542菜豆222鴨802向日葵342兔442煙草484雞782甘藍(lán)182家蠶562擬南芥62〔2〕染色體數(shù)目變異的類型〔3〕非整倍性變異指在正常的染色體組中,喪失或添加了一條或幾條完整的染色體.一般情況下,各種染色體非整倍性變異都會對生物體產(chǎn)生嚴(yán)重的后果.①動物的非整倍性變異往往是致死的②植物的非整倍性變異產(chǎn)生的影響相對較小〔4〕一倍性變異指體細(xì)胞只含有一個染色體組的變異,由此產(chǎn)生的個體稱為一倍體①由于一倍性變異的生物不能進(jìn)行正常的減數(shù)分裂,因此是不育的②單倍性變異和單倍體指體細(xì)胞含有的染色體數(shù)等于配子染色體數(shù)的變異,由此產(chǎn)生的個體稱為單倍體Ⅰ.二倍體生物的一倍性變異就等同于單倍性變異Ⅱ.多倍體生物的一倍性變異與單倍性變異的含義不同例：二倍體的擬南芥有3對同源染色體,它的一倍體和單倍體都只含有一個染色體組,即3條染色體；而具有4個染色體組的擬南芥,其一倍體只有一個染色體組,含3條染色體,而單倍體那么有2個染色體組,含6條染色體.〔5〕多倍性變異指與正常的二倍體細(xì)胞相比,具有更多染色體組的變異與正常的二倍體細(xì)胞相比,具有3個染色體組的細(xì)胞稱為三倍體具有4個染色體組的細(xì)胞稱為四倍體等①多倍體可以自發(fā)產(chǎn)生,也可以誘導(dǎo)產(chǎn)生②具有偶數(shù)染色體組的多倍體植物,如果在減數(shù)分裂過程中染色體能配對,一般是可育的③具有奇數(shù)染色體組的多倍體那么一般不可育.Ⅰ.普通小麥?zhǔn)橇扼w,它的體細(xì)胞中含有42條染色體,分成6組,每組7條染色體,在減數(shù)分裂過程中產(chǎn)生具有21條染色體的配子,這些配子是可育的Ⅱ.香蕉是具有奇數(shù)染色體組的多倍體,體細(xì)胞中含有3個染色體組,由于減數(shù)分裂時染色體聯(lián)會配對紊亂,產(chǎn)生的配子具有不同數(shù)目的染色體,因而香蕉的果實(shí)里幾乎沒有種子④多倍體的動物一般是致死性的〔多倍性變異常常是人類和動物妊娠早期自然流產(chǎn)的主要原因〕⑤多倍體在自然界中分布極為廣泛Ⅰ.在被子植物中,多倍體的種數(shù)占30％～35％,而禾木科中大約有70％的物種是多倍體.Ⅱ.栽培的普通小麥、陸地棉、海島棉、煙草、薺菜等農(nóng)作物,蘋果、梨、櫻桃等果樹,菊花、大理菊、水仙、郁金香等花卉均為多倍體.【典型例題】1.以下關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)變異的表達(dá),不正確的選項(xiàng)是〔〕A.外界因素可提高染色體結(jié)構(gòu)變異的頻率B.染色體缺失了某段,可使生物性狀發(fā)生變化C.一條染色體某一段顛倒180°后,生物性狀不發(fā)生變化D.染色體結(jié)構(gòu)變異一般可用現(xiàn)代遺傳技術(shù)直接檢驗(yàn)分析：染色體結(jié)構(gòu)變異是由于某些自然條件或人為因素造成的,這些變化可導(dǎo)致生物性狀發(fā)生相應(yīng)的改變.雖然倒位是某段染色體的位置顛倒,但是其中的基因位置發(fā)生了改變,也可導(dǎo)致生物性狀發(fā)生變化.答案：C2.果蠅的一條染色體上,正?；虻呐帕许樞?yàn)?23—456789,中間的“—〞代表著絲粒,下表表示了由該正常染色體發(fā)生變異后基因順序變化的四種情況.有關(guān)表達(dá)錯誤的選項(xiàng)是〔〕染色體基因順序變化a123—476589b123—4789c1654—32789d123—45676789A.a是染色體某一片段位置顛倒引起的B.b是染色體某一片段缺失引起的C.c是染色體著絲粒改變引起的D.d是染色體增加了某一片段引起的分析：將a、b、c、d分別與正常的基因排列順序123—456789分別作比擬,可知：a是5、6、7這三個基因所在片段的位置顛倒引起的；b是5、6這兩個基因所在片段缺失引起的；c是2、3、4、5、6這五個基因所在的片段的位置顛倒而引起的；d那么是增加了6、7這兩個基因所在的片段而引起.答案：C3.以下圖所示細(xì)胞為三倍體的是〔〕分析：此題考查染色體組的判定方法.解答此題所需的知識依托是：染色體組數(shù)目的判斷方法：〔1〕根據(jù)染色體的形態(tài)：相同形態(tài)的染色體數(shù)目＝染色體組數(shù).〔2〕根據(jù)基因型控制同一性狀的基因數(shù)＝染色體組數(shù).〔3〕根據(jù)染色體數(shù)和形態(tài)數(shù)：染色體組數(shù)目＝染色體數(shù)／形態(tài)數(shù).解答此題的方法和技巧：三倍體細(xì)胞中應(yīng)含三個染色體組.只有B圖中形態(tài)相同的染色體數(shù)為3,即染色體組數(shù)為3.答案：B4.韭菜的體細(xì)胞中含有32條染色體,這32條染色體有8種形態(tài)結(jié)構(gòu),由此可判定韭菜是〔〕A.二倍體 B.四倍體 C.六倍體 D.八倍體解析：一個染色體組內(nèi)的每條染色體形態(tài)大小各不相同,韭菜體細(xì)胞中含有8種形態(tài)的染色體,所以韭菜的一個染色體組有8條染色體,32÷8＝4個染色體組.答案：B5.以下圖是果蠅細(xì)胞的染色體組成,以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A.染色體1、2、4、5組成果蠅的一個染色體組B.染色體3、5之間的交換屬于基因重組C.控制果蠅紅眼或白眼的基因位于2號染色體上D.果蠅單倍體基因組可由1、2、3、6、7的DNA分子組成解析：考查對圖表的分析、判斷能力.涉及內(nèi)容有染色體的概念、基因重組、伴性遺傳、染色體組等內(nèi)容.染色體組是由體細(xì)胞中的非同源染色體組成.基因重組可由減數(shù)分裂過程中非同源染色體的自由組合,或同源染色體上的非姐妹染色單體之間交換或基因工程改造而發(fā)生.果蠅眼色〔紅、白眼〕的遺傳為伴X遺傳.由于X、Y染色體攜帶的遺傳信息不同,因此,果蠅的單倍體基因組由1、2、3、6、7的DNA分子組成.答案：D6.從以下圖A—H所示的細(xì)胞圖中,說明它們各含有幾個染色體組.據(jù)圖完成問題：〔1