高三生物一輪復習課件 【基礎梳理+考點探究】染色體變異及其應用

第21講染色體變異及其應用

學習目標：1.準確理解染色體變異的類型、產生后果、成因，并能舉出具體事例；2.準確理解染色體組的概念；3.能準確說出各種育種方法的原理及優(yōu)缺點；4.能識圖辨別各種變異類型并進行比較分析；4.能從遺傳的信息觀角度理解變異對生物進化的意義。聚焦高考生物體的體細胞或生殖細胞內染色體數目或結構的變化，稱為染色體變異。概念：基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變P112基因突變染色體變異變化的實質染色體上的某一位點上的

改變

染色體

的變化

層次

水平

水平

能否用光學顯微鏡觀察

基因堿基序列結構和數目分子細胞否是提醒：基因突變是分子水平的變異，在光學顯微鏡下看不到堿基對的改變，但由基因突變引起的某些性狀改變還是可以借助光學顯微鏡檢查的，如鐮狀細胞貧血，可根據觀察紅細胞形態(tài)來區(qū)分一.染色體結構變異染色體是基因的主要載體，基因在染色體上呈線性排列基因通過其表達產物——蛋白質來控制生物的性狀在自然條件或人為因素的影響下，染色體發(fā)生的結構變異主要有缺失、重復、倒位、易位4種類型。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(fā)生改變，導致性狀的變異思考：基因突變中堿基對的增添和缺失與染色體結構變異中的缺失和重復有什么區(qū)別？

基因重組中的互換與染色體結構變異中的易位有什么區(qū)別？實例2：果蠅缺刻翅的形成實例1：人的5號染色體片段缺失實例：果蠅棒狀眼的形成正常眼棒狀眼實例：果蠅卷翅的形成正常翅卷翅實例:果蠅花斑眼的形成正常眼花斑眼倒位易位典例1.人類（2n=46）14號與21號染色體二者的長臂在著絲粒處融合形成14/21平衡易位染色體，該染色體攜帶者具有正常的表型，但在產生生殖細胞的過程中，其細胞中形成復雜的聯(lián)會復合物（如圖）。在進行減數分裂時，若該聯(lián)會復合物的染色體遵循正常的染色體行為規(guī)律（不考慮交叉互換），下列關于平衡易位染色體攜帶者的敘述，錯誤的是（）A.觀察平衡易位染色體也可選擇有絲分裂中期細胞B.男性攜帶者的初級精母細胞含有45條染色體C.女性攜帶者的卵子最多含24種形態(tài)不同的染色體D.女性攜帶者的卵子可能有6種類型（只考慮圖中的3種染色體）C典例2.在細胞分裂過程中，末端缺失的染色體因失去端粒而不穩(wěn)定，其姐妹染色單體可能會連接在一起，著絲點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”并在兩著絲點間任一位置發(fā)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(fā)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C二.染色體數目變異減數分裂和受精作用，能夠使生物體親子代間的染色體數目保持穩(wěn)定。1.三體與單體三體：2n+1唐氏綜合征

(21三體綜合征)，又稱先天愚型，由于多了一條21號染色體而導致的疾病。存活者有明顯的智能落后、特殊面容、生長發(fā)育障礙和多發(fā)畸形?？耸暇C合征先天性睪丸發(fā)育不全又稱曲細精管發(fā)育不全或原發(fā)小睪丸癥或Klinefelter綜合征，是男性不育中最常見的染色體異常。1942年由Klinefelter等描述，1959年Jacobs等發(fā)現該病患者性染色體為47，XXY，即比正常男性多了1條X染色體，因此該病稱為47，XXY綜合征。其根本缺陷是男性多一條X染色體。資料分析思考：1.分析患克氏綜合征的原因；2.如果夫婦雙方均正常，生育了一個患紅綠色盲且有克氏綜合征的孩子，請分析其病因并寫出遺傳圖解；3.有一種人類男性的性染色體疾病，比正常的男性多出一條Y染色體，所以又稱“超雄綜合征”，請分析其病因。單體：2n-1特納綜合征癥狀：頸蹼，肘外翻、部分患者智力輕度低下。有的患者伴有心、腎、骨骼等先天畸形。外觀表現為女性，但性腺發(fā)育不良，沒有生育能力。思考：三體和單體與三倍體和單倍體是一樣的嗎？有什么區(qū)別？二.染色體數目變異2.染色體組果蠅染色體圖解精子思考：1.Ⅱ號和Ⅱ號染色體是什么關系？Ⅲ號和Ⅳ號染色體是什么關系？判斷依據是什么？2.雄果蠅的體細胞中共有哪幾對同源染色體？3.果蠅的精子中有哪幾條染色體？這些染色體在形態(tài)、大小和功能上有什么特點？①定義：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特征：A.一個染色體組不含同源染色體，不含等位基因。B.一個染色體組所含的染色體大小、形態(tài)和功能各不相同，均為非同源染色體。C.一個染色體組中含有控制生物生長、發(fā)育、遺傳和變異的全套遺傳信息。概念辨析果蠅的一個染色體組是______________或_______________。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、XⅡ、Ⅲ、Ⅳ、Y果蠅的一個基因組是_______________________。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X、Y（3+XY）二倍體馬鈴薯（2n=24)馬鈴薯的一個染色體組含_______條染色體，馬鈴薯的一個基因組含_______條染色體。1212典例3.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C③判斷方法：A.根據“染色體形態(tài)”判斷------細胞內同種形態(tài)染色體有幾條就含幾個染色體組；B.根據“基因型”判斷------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個4個1個2個4個YyRrAABBDDAaaAABbD2個2個3個1個ABCD2個二.染色體數目變異3.染色體組的形式成倍的增加或減少（1）單倍體、二倍體與多倍體個體雌配子受精卵雄配子單倍體個體二倍體/多倍體由雌配子或雄配子直接發(fā)育而成的生物體幾乎全部的動物和過半數的植物是二倍體①由受精卵發(fā)育來的個體，細胞中含有幾個染色體組，就叫幾倍體；②而由配子直接發(fā)育來的,不管含有幾個染色體，都只能叫單倍體。判斷(2)單倍體和多倍體的特點單倍體特點:個體弱小，高度不育（不是所有）雄峰n=16(2)單倍體和多倍體的特點多倍體特點:優(yōu)：植株、果實、種子等粗大，糖類、蛋白質等營養(yǎng)物質的

含量高缺：結實率低生長發(fā)育遲緩往往具有不育性馬鈴薯（4n=48）棉花（4n=52）無籽西瓜（3n=33）拓展香蕉（3n=33）多倍體在動物界極少發(fā)生，在植物界卻相當普遍。被子植物中約有40%以上是多倍體。小麥、燕麥、棉花、煙草、甘蔗、香蕉、蘋果、梨、水仙等都是多倍性的。多倍體的形成有2種方式，一種是本身由于某種未知的原因而使染色體復制之后，細胞不隨之分裂，結果細胞中染色體成倍增加，從而形成同源多倍體；另一種是由不同物種雜交產生的多倍體，稱為異源多倍體。這是物種形成的另一種方式，是一種只經過一二代就能產生新物種的方式。由于多倍體生物一旦形成，它和原來的物種就發(fā)生生殖隔離，因而它成了新種，所以這種方式被稱為爆發(fā)式的。染色體加倍的機理低溫或秋水仙素抑制紡錘體的形成染色體不能移向細胞的兩極導致染色體數目加倍導致多倍體繼續(xù)分裂拓展秋水仙素的作用1.用于細胞周期同步化（濃度較高）作用機理：秋水仙素能將動植物細胞阻斷在中期，從而使細胞周期同步化。有資料認為在較高濃度的秋水仙素的作用下，細胞周期被阻斷在中期。這是因為，分裂中期存在檢驗點，檢驗紡錘體是否組裝完成，著絲點是否正確連接到紡錘體上。如果不能通過檢驗，細胞周期將停止在檢驗點處。此處所說的中期并非典型意義的中期，此時，染色體高度濃縮，但是因為沒有紡錘絲的牽引和推動，著絲粒并沒有位于赤道面上。動物的染色體組型圖的制作就利用了這個原理。拓展秋水仙素的作用2.用于誘變植物多倍體（濃度較低）作用部位：常用于處理種子、莖生長點、幼芽、花芽、花粉粒和卵細胞等作用機理：秋水仙素是一種生物堿，最初從百合科植物秋水仙中提取出來。秋水仙素有劇毒，能誘發(fā)基因突變。秋水仙素能抑制微管蛋白的聚合，從而阻止紡錘體的形成，或解體已形成的紡錘體。當細胞進行分裂時，其引起分裂中期的紡錘絲斷裂，或抑制紡錘體的形成，這時候，細胞加大而不分裂，或者分裂成一個無細胞核的子細胞和一個有雙倍性細胞核的子細胞。經過一個時期以后，這種染色體數目加倍了的細胞再分裂增長時，就構成了雙倍性的細胞和組織。①秋水仙素處理法的具體做法是什么？②為什么要處理萌發(fā)的種子或幼苗，處理成熟的植株可以不？思考：

(3)人工誘導多倍體二.染色體數目變異3.染色體組的形式成倍的增加或減少對照低溫誘導72h思考下列問題：1.人工誘導多倍體的常用的方法是什么？2.實驗中是否溫度越低效果越顯著？3.觀察時是否所有細胞中染色體均已加倍？4.“低溫誘導植物染色體數目的變化”與“觀察細胞的有絲分裂”實驗的不同之處有哪些？三.變異在育種中的應用1.誘變育種方法原理優(yōu)點缺點利用物理因素（如X射線，紫外線，激光等）化學因素（如亞硝酸等）處理生物，使生物發(fā)生基因突變從中篩選有利變異基因突變①提高基因突變頻率,加速育種進程②產生新基因,大幅度地改良某些性①難以控制突變方向，具有一定的盲目性；②有利個體少，需大量處理實驗材料。黑龍江農科院用輻射方法處理大豆，培育成“黑農五號”大豆品種，含油量比原來的品種提高了2.5%，大豆產量提高了16%。1943年從自然界分離出來的青霉菌只能產生青霉素20單位/mL。后來人們對青霉菌多次進行X射線、紫外線照射以及綜合處理，培育成了青霉素高產菌株，目前青霉素的產量已達到50000～60000單位/mL。太空育種，也稱空間誘變育種，是將作物種子或誘變材料送到太空，利用太空各種輻射、失重、宇宙粒子、弱地磁，高真空等綜合作用，產生地面上難以實現的變異。再返回地面培育作物新品種的育種新技術。三.變異在育種中的應用2.雜交育種方法原理優(yōu)點缺點雜交自交選種多次自交選種優(yōu)良性狀的純合體基因重組①目的性強，通過雜交使位于不同個體上的優(yōu)良性狀集中于一個個體上（“集優(yōu)”）②操作簡單，技術要求不高①育種所需時間較長②只能利用已有的基因重組，不能創(chuàng)造新的基因例2：利用長毛立耳貓（BBEE）和短毛折耳貓（bbee）培育出能穩(wěn)定遺傳的長毛折耳貓（BBee)例1：三.變異在育種中的應用2.雜交育種總結：①植物雜交育種中，優(yōu)良性狀的純合子獲得一般采用多次自交選種。②動物雜交育種中，優(yōu)良性狀的純合子獲得一般采用測交，選擇測交后代不發(fā)生性狀分離的親本。③如果優(yōu)良性狀是隱性，直接在F2中選出即為純合體。雜交育種是一種最簡單的一種方法三.變異在育種中的應用3.單倍體育種（1）原理：染色體(數目)變異（2）方法：①花藥離體培養(yǎng)②人工誘導染色體加倍(如:秋水仙素處理)（3）優(yōu)點：①明顯縮短育種時間②所得個體均為純合體（4）缺點：技術復雜花藥離體培養(yǎng)→P高桿抗病

DDTT×矮桿感病

ddttF1高桿抗病

DdTt配子DTDtdTdtDTDtdTdtDDTTDDttddTTddtt↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓純合體秋水仙素→

↑

需要的矮抗品種單倍體育種第1年第2年P高桿抗病

DDTT×矮桿感病

ddttF1高桿抗病

DdTt↓F2D_T_D_ttddT_ddttddTT雜交育種↓第1年第2年第3~6年××

↑需要的矮抗品種矮抗典例4.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(fā)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(tài)下Bc因配子發(fā)育異常而高度不育A三.變異在育種中的應用4.多倍體育種香蕉的祖先為野生芭蕉（2N），個小而多種子，無法食用。如何獲得可食用的、品質高的香蕉？提出問題：野生芭蕉

2n有籽香蕉

4n加倍野生芭蕉

2n無籽香蕉

3n無性生殖無籽香蕉

3n秋水仙素處理或低溫誘導染色體(數目)變異果實大、營養(yǎng)豐富等結實率,發(fā)育遲緩（1）方法：（3）優(yōu)點：（4）缺點：（2）原理：異源多倍體育種單粒小麥野山羊草×2N=142N=142N=14二粒小麥粗山羊草×4N=282N=143N=216N=42面包小麥拓展典例5.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(yōu)良品種?；卮鹣铝袉栴}：（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(yōu)點是____________________（答出2點即可）。無同源染色體，不能進行正常的減數分裂42營養(yǎng)物質含量高，莖稈粗壯，葉片和果實都比較大（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）。秋水仙素處理或低溫誘導（3）現有甲、乙兩個普通小麥品種（純合體），甲的表現型是抗病易倒伏，乙的表現型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙為實驗材料設計實驗獲得抗病抗倒伏且穩(wěn)定遺傳的新品種，請簡要寫出實驗思路。讓甲、乙兩個品種雜交，F1自交，選取F2中既抗病