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1、第19讲染色体变异与育种突破突破1 1染色体变异染色体变异突破突破2 2生物变异在育种上的应用生物变异在育种上的应用总纲目录总纲目录突破突破3 3实验实验低温诱导植物染色体数目的变化低温诱导植物染色体数目的变化一、染色体结构的变异(连一连)aDbCcBdA名师点睛名师点睛(1)基因中碱基对“缺失”染色体结构变异中的“缺失”。(2)“易位”“交叉互换”。二、染色体数目的变异1.染色体组(1)概念:细胞中的一组非同源染色体,在形态和功能上各不相同,但又互相协调,共同控制生物的生长、发育、遗传和变异,这样的一组染色体叫做一个染色体组。(2)组成:如图为一雄果蝇的染色体组成,其染色体组可表示为:、X或
2、、Y。2.二倍体、多倍体和单倍体的比较二倍体多倍体单倍体概念体细胞中含有两个染色体组的个体体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体染色体组 两个三个或三个以上一至多个发育起点 受精卵受精卵配子1.图中a和b的操作是秋水仙素处理,其作用原理是抑制纺锤体的形成。三、单倍体育种和多倍体育种四倍体二倍体单倍体纯合二倍体2.图中c过程是花药离体培养。3.单倍体育种的优点是明显缩短育种年限。名师点睛名师点睛(1)用秋水仙素或低温处理种子时一定要注意处理的是萌发的种子。(2)由配子形成的单倍体在染色体数目加倍时只能处理其幼苗。1.杂交育种(1)含义:将两个或多个品种的优
3、良性状通过交配集中在一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。(2)育种原理:基因重组。(3)方法:杂交自交选种自交。四、杂交育种与诱变育种2.诱变育种(1)含义:利用物理因素或化学因素来处理生物,使生物发生基因突变。(2)育种原理:基因突变。3.生物育种原理、方法、实例AaAeBcCbCd1.基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变。()3.将杂合的二倍体植株的花粉培育成一株幼苗,然后用秋水仙素处理,使其能正常开花结果。该幼苗发育成的植株具有能稳定遗传的特征。()2.染色体增加某一片段可提高基因表达水平,是有利变异。()5.观察异常染色体应选择处于分裂间期的细胞。()4.染色体结构变异可
4、为生物进化提供原材料。()6.三倍体西瓜植株的高度不育与减数分裂同源染色体联会行为有关。()12.人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。()11.用AaBb个体进行单倍体育种,要用秋水仙素处理萌发的种子。()10.人工诱变育种的优点是可以提高突变率,加速育种工作的进程。()9.“将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞,经组织培养获得抗病植株”包 含 了 基 因 工 程 技 术。()8.基因工程育种与杂交育种的原理相同。()7.某染色体上缺失一个碱基对属于基因突变,缺失一个基因属于染色体变 异。()突破突破1 1染色体变异染色体变异 1.染色体结构变异与基因突变、基因重组的辨析
5、(1)染色体结构变异与基因突变的判断(2)“缺失”问题(3)变异水平问题2.单倍体、二倍体与多倍体的比较单倍体二倍体多倍体形成过程形成原因自然成因单性生殖正常的有性生殖外界环境条件剧变人工诱导花药离体培养秋水仙素处理单倍体幼苗秋水仙素处理萌发的种子或幼苗实例蜜蜂的雄蜂绝大多数动物香蕉、马铃薯3.染色体易位与交叉互换染色体易位交叉互换图解区别发生于非同源染色体之间发生于同源染色体的非姐妹染色单体间属于染色体结构变异属于基因重组可在显微镜下观察到在显微镜下观察不到变异类型可发生的细胞分裂方式基因突变二分裂、无丝分裂、有丝分裂、减数分裂基因重组减数分裂染色体变异有丝分裂、减数分裂归纳提升归纳提升变异
6、类型与细胞分裂的关系|1.“三看”法判断生物变异的类型(1)DNA分子内的变异:(2)DNA分子间的变异:2.染色体组数量的判断方法(1)同一形态的染色体有几条就有几个染色体组。如图中有4个染色体组。(2)控制同一性状的等位基因有几个就有几个染色体组。如AAabbb个体中有3个染色体组。(3)染色体组数=,如图中染色体组数为=4。3.单倍体、二倍体和多倍体的判断方法考向考向1以基础判断或相关图示的形式以基础判断或相关图示的形式,考查染色体结构变异考查染色体结构变异1.(2018北京海淀期末)某初级精母细胞在发生减数分裂时,两对同源染色体发生特殊的联会现象(如图,字母为染色体区段的标号,数字为染
7、色体的标号),减数第一次分裂后期四条染色体随机两两分离,遗传信息不丢 失 的 配 子 才 成 活。以 下 分 析不正确的是()A.可利用光镜观察这种特殊联会现象B.、发生了染色体结构的变异C.图中四条染色体共有4种分离方式D.含、或、的配子可以成活答案答案C题图变异的原因是、发生了染色体结构变异中的易位,故可利用光镜观察这种特殊联会现象,A、B正确;由题意可知,图中四条染色体随机两两分离,共有3种分离方式,C错误;由题意可知,含、或、的配子,遗传信息没有丢失,可以成活,D正确。2.甲、乙为两种果蝇(2n),如图为这两种果蝇的各一个染色体组,下列叙述 正 确 的 是()A.甲、乙杂交产生的F1减
8、数分裂都正常B.甲发生染色体交叉互换形成了乙C.甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同D.图示染色体结构变异可为生物进化提供原材料D答案答案D分析图可知,甲的1号染色体倒位形成乙的1号染色体,B错误;染色体倒位后,染色体上的基因排列顺序改变,C错误;倒位后甲和乙的1号染色体不能正常联会,减数分裂异常,A错误。基因突变、染色体变异和基因重组为生物进化提供原材料,D正确。考向考向2以基础判断或图示分析的形式以基础判断或图示分析的形式,考查染色体数目变异考查染色体数目变异3.(2018北京八中期中)下列关于子细胞基因型异常发生时期的判断,正确 的 是()选项个体基因型子细胞基因型异常发生时期AAaBb
9、AAaBb、aBb有丝后期BDDD、d减后期CAaBbAaB、AaB、b、b减后期DAaXBXbAAXBXb、XBXb、a、a减后期A答案答案A基因组成为AaBb的细胞分裂形成的子细胞的基因组成为AAaBb和aBb,可推知在有丝分裂后期,含有A基因的两条子染色体移向了同一极,进入了基因组成为AAaBb的子细胞中,同时形成的另一个子细胞的基因组成为aBb,A正确;基因型为DD的个体,产生的子细胞基因组成为D、d,可推知这两个子细胞是配子,说明发生异常的时期是减数第一次分裂前的间期,发生了基因突变,B错误;基因型为AaBb的个体产生了基因组成为AaB、AaB、b、b的子细胞,可推知,在减数第一次分
10、裂后期,含有A基因和a基因的同源染色体未分离,C错误;基因型为AaXBXb的个体产生了基因组成为AAXBXb、XBXb、a、a的子细胞,可推知,在减数第一次分裂后期,两条X染色体未分离,且减数第二次分裂后期,含有A基因的姐妹染色单体未分离,D错误。4.如图表示细胞中所含的染色体,的基因型可以表示为()A.:AABb:AAABBb:ABCD:AB.:Aabb:AaBbCc:AAAaBBbb:ABC.:AaBb:AaaBbb:AAaaBBbb:AbD.:AABB:AaBbCc:AaBbCcDd:ABCDC答案答案C根据细胞中所含的染色体的类型判断,含有两个染色体组,含有三个染色体组,含有四个染色体
11、组,含有一个染色体组,等位基因或相同基因位于同源染色体上,分析得出C正确。突破突破2 2生物变异在育种上的应用生物变异在育种上的应用1.针对不同目的的杂交育种程序(1)培育杂合子品种在农业生产上,可以将杂种一代作为种子直接使用,如水稻、玉米等。其特点是可以利用杂种优势,获得高产、抗性强的品种,但种子只能种一年。培育的基本步骤如下:选取符合要求的纯种双亲杂交()F1(即为所需品种)。(2)培育隐性纯合子品种选取双亲杂交()F1F2选出表现型符合要求的个体种植并推广。(3)培育显性纯合子品种选取双亲杂交()F1F2选出表现型符合要求的个体F3选出稳定遗传的个体推广种植。2.不同育种目标的育种方式选
12、择(1)培育无子果实可选择多倍体育种,其原理是三倍体植株减数分裂时联会紊乱,不能形成种子。(2)要获得本物种没有的性状可选择诱变育种或基因工程育种,其中基因工程育种的目的性强。(3)如果要将不同个体的优良性状集中到同一个体,则可以选择杂交育种或单倍体育种,其中单倍体育种可大大缩短育种年限,从而快速获得纯种。(4)如果要克服远缘杂交不亲和的障碍,则可以选择基因工程育种和植物体细胞杂交技术。(5)如果要培育隐性性状个体,可自交或杂交,只要出现该性状即可。(6)如果要使染色体加倍,则可以采用秋水仙素处理等方法,也可以采用细胞融合的方法,并且细胞融合可在两个不同物种之间进行。(7)有些植物如小麦、水稻
13、等,杂交实验较难操作,则最简便的方法是自交。(8)实验材料若为动物,则杂交育种中一般不通过逐代自交,而应通过测交实验直接判断基因型。(9)实验植物若为营养繁殖类,如马铃薯、红薯等,则只要出现所需性状即可,不需要培育出纯种。(10)实验材料若为原核生物,则不能运用杂交育种,细菌的育种一般采用诱变育种和基因工程育种的方法。育种图解的识别方法1.育种程序图的识别皮。这是识别各种育种方法的主要依据。(2)根据以上分析可以判断:“亲本新品种”为杂交育种,“亲本新品种”为单倍体育种,“种子或幼苗新品种”为诱变育种,“种子或幼苗新品种”为多倍体育种,“植物细胞新细胞愈伤组织胚状体人工种子新品种”为基因工程育
14、种。(1)首先要识别图解中各字母表示的处理方法:A杂交,D自交,B花药离体培养,C秋水仙素处理,E诱变处理,F秋水仙素处理,G转基因技术,H脱分化,I再分化,J包裹人工种2.基于个体基因型的育种图解识别根据基因型的变化可以判断:“aabbAABBAaBbAAbb”为杂交育种,“aabbAABBAaBbAbAAbb”为单倍体育种,“AABBAaBB”为诱变育种,“aabbAABBAaBbAAaaBBbb”为多倍体育种。考向考向1以基础判断或图示分析的形式以基础判断或图示分析的形式,考查育种原理及图解分析考查育种原理及图解分析1.研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株,决定以此为基础培育
15、早熟柑橘新品种。请回答下列问题:(1)要判断该变异株的育种价值,首先要确定它的物质是否发生了变化。(2)在选择育种方法时,需要判断该变异株的变异类型。如果变异株是个别基因的突变体,则可采用育种方法,使早熟基因逐渐,培育成新品种1。为了加快这一进程,还可以采集变异株的进行处理,获得高度纯合的后代,选育成新品种2,这种方法称为育种。(3)如果该早熟植株属于染色体组变异株,可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式,由此造成不规则的,产生染色体数目不等、生活力很低的,因而得不到足量的种子。即使得到少量后代,早熟性状也很难稳定遗传。这种情况下,可考虑选择育种方法,其不足之处是需要不断制备,成本较高
16、。(4)新品种1与新品种3均具有早熟性状,但其他性状有差异,这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次,产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。答案答案(1)遗传(2)纯合花药单倍体(3)染色体分离配子组培苗(4)重组解析解析本题考查育种的相关知识。(1)要判断该变异株是否可用于育种,首先必须明确该变异是否为遗传物质改变引起的。(2)育种方法1为杂交育种,含有早熟基因的杂合子经过不断自交和选育,含有早熟基因的纯合子比例逐渐增大。采用花药离体培养获得的是单倍体植株,再经过人工诱导使染色体数目加倍的育种方法称为单倍体育种。(3)如果该变异植株为染色体组变异株,在减数分裂过程中染色体有多种联
17、会方式,造成不规则的染色体分离,产生染色体数目不等、生活力很低的配子,因此种子数量减少。采用植物组织培养技术育种,需要不断制备组培苗。(4)新品种1是采用杂交育种方法获得的,选育过程中基因发生多次重组,后代中有多种基因型,只有符合要求的部分在选育过程中被保留下来。考向考向2以实例分析的形式以实例分析的形式,考查育种方法的选择考查育种方法的选择2.(2017北京理综)玉米(2n=20)是我国栽培面积最大的作物,近年来常用的一种单倍体育种技术使玉米新品种选育更加高效。(1)单倍体玉米体细胞的染色体数为,因此在分裂过程中染色体无法联会,导致配子中无完整的。(2)研究者发现一种玉米突变体(S),用S的
18、花粉给普通玉米授粉,会结出一定比例的单倍体籽粒(胚是单倍体;胚乳与二倍体籽粒胚乳相同,是含有一整套精子染色体的三倍体。见图1)。根据亲本中某基因的差异,通过PCR扩增以确定单倍体胚的来源,结果见图2。从图2结果可以推测单倍体的胚是由发育而来。玉米籽粒颜色由A、a与R、r两对独立遗传的基因控制,A、R同时存在时籽粒为紫色,缺少A或R时籽粒为白色。紫粒玉米与白粒玉米杂交,结出的籽粒中紫白=35,出现性状分离的原因是,推测白粒亲本的基因型是。将玉米籽粒颜色作为标记性状,用于筛选S与普通玉米杂交后代中的单倍体,过程如下:请根据F1籽粒颜色区分单倍体和二倍体籽粒并写出与表型相应的基因型。(3)现有高产抗
19、病白粒玉米纯合子(G)、抗旱抗倒伏白粒玉米纯合子(H),欲培育出高产抗病抗旱抗倒伏的品种。结合(2)中的育种材料与方法,育种流程应为:;将得到的单倍体进行染色体加倍以获得纯合子;选出具有优良性状的个体。答案答案(1)10减数染色体组(2)卵细胞紫粒亲本是杂合子aaRr/Aarr单倍体籽粒胚的表型为白色,基因型为ar;二倍体籽粒胚的表型为紫色,基因型为AaRr;二者胚乳的表型均为紫色,基因型为AaaRrr(3)G与H杂交;将所得F1为母本与S杂交;根据籽粒颜色挑出单倍体解析解析本题考查遗传规律及育种的相关知识。(1)单倍体玉米体细胞的染色体数为20/2=10,没有同源染色体,因此在减数分裂过程中
20、染色体无法联会,染色体随机分配到子细胞,导致配子中无完整的染色体组。(2)由图2可以直接看出,F1单倍体胚的基因与母本完全相同,说明单倍体胚是由母本的卵细胞发育而来的。由紫粒玉米和白粒玉米杂交后代的表型比例3/8=3/41/2可以推出,亲本中相关的两对基因,一对基因在两个亲本中都是杂合的,另一对基因在一个亲本中是杂合的,在另一个亲本中是隐性纯合的,所以紫粒亲本的基因型为AaRr,白粒亲本的基因型为aaRr/Aarr。由题意可知该杂交实验后代中,二倍体籽粒胚的基因来自亲本双方,单倍体籽粒胚的基因只来自母本,二者的胚乳都由精子与极核结合形成的受精极核发育而来,所以单倍体籽粒胚的基因型为ar,表型为
21、白色;二倍体籽粒胚的基因型为AaRr,表型为紫色;二者的胚乳基因型为AaaRrr,表型为紫色。(3)结合(2)中的育种方法可知,可以通过子代玉米籽粒的颜色筛选出S与普通玉米杂交后代中的单倍体,因此育种流程应为:用G和H杂交,将优良性状组合在一起,再将所得F1为母本与S杂交,获得单倍体籽粒和二倍体籽粒,根据籽粒颜色挑选出单倍体;最后将得到的单倍体进行染色体加倍以获得纯合子,选出具有优良性状的个体。突破突破3 3实验实验低温诱导植物染色体数目的变化低温诱导植物染色体数目的变化1.实验原理:低温可抑制纺锤体形成,阻止细胞分裂,导致细胞染色体数目加倍。2.实验步骤与现象3.低温诱导植物染色体数目的变化
22、实验中的试剂及其作用试剂使用方法作用卡诺氏液将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.51h固定细胞形态体积分数为95%的酒精冲洗用卡诺氏液处理的根尖洗去卡诺氏液与质量分数为15%的盐酸等体积混合,浸泡经固定的根尖解离根尖细胞质量分数为15%的盐酸与体积分数为95%的酒精等体积混合,作为解离液解离根尖细胞蒸馏水浸泡解离后的根尖约10min漂洗根尖,去掉解离液改良苯酚品红染液把漂洗干净的根尖放进盛有改良苯酚品红染液的玻璃皿中染色35min使染色体着色4.“低温诱导植物染色体数目的变化”与“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”的区别项目低温诱导植物染色体数目的变化观察根尖分生组织细胞的有丝分裂培养待洋葱长出约1cm
23、左右不定根时4低温培养适宜温度下培养固定解离前用卡诺氏液进行固定,然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次不用固定染色用改良苯酚品红染液用醋酸洋红溶液或龙胆紫溶液考向考向1以基础判断的形式以基础判断的形式,考查考查“低温诱导植物染色体数目的变化低温诱导植物染色体数目的变化”实验操作实验操作1.下列有关“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的叙述,错误的是()A.低温处理植物分生组织细胞,能够抑制纺锤体的形成B.制作装片,包括解离、漂洗和制片3个步骤C.在低倍镜视野中既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目发生改变的细胞D.把根尖放在卡诺氏液中浸泡,以固定细胞的形态B答案答案B低温处理植物的分生组织细胞,
24、能够抑制纺锤体的形成,A正确;制作装片的顺序是解离漂洗染色制片,B错误;在低倍镜视野中既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目发生改变的细胞,C正确;卡诺氏液适用于一般植物组织和细胞的固定,所以把根尖放在卡诺氏液中浸泡,可以固定细胞的形态,D正确。考向考向2以实验探究形式以实验探究形式,考查实验原理的应用与分析考查实验原理的应用与分析2.用一定浓度的秋水仙素溶液处理植物分生组织,能够诱导细胞内染色体数目加倍,形成多倍体植物细胞。那么,用一定时间的低温(4)处理水培的洋葱根尖,是否也能诱导细胞内染色体数目的加倍呢?请通过实验探究低温对细胞内染色体数目的影响是否与秋水仙素作用相同。材料器具:长出根的洋
25、葱若干、小烧杯或广口瓶若干、清水、冰箱、一定浓度的秋水仙素溶液。(1)实验假设:。(2)实验设计方案:前期准备:用清水培养洋葱,待根尖长到1cm长。分组处理:甲组滴加一定浓度的秋水仙素溶液、乙组放在下、丙组放在室温下进行培养。观察现象:一段时间后,制作洋葱根尖临时装片,在光学显微镜下观察根尖区细胞内的。(3)实验结果预测与结论:若,则说明低温与秋水仙素作用相同,低温能诱导细胞内染色体数目的加倍。若,则说明低温与秋水仙素作用不同,低温不能诱导细胞内染色体数目的加倍。答案(1)低温与秋水仙素的作用原理相同,可以诱导细胞内染色体数目的加倍(或低温与秋水仙素的作用不同,不能诱导细胞内染色体数目的加倍)(2)4低温分生染色体数目(3)乙与甲染色体数目的变化相同,与丙不同乙与丙染色体数目的变化相同,与甲不同解析实验假设的表述应参照实验目的,由于实验目的是“探究低温对细胞内染色体数目的影响是否与秋水仙素作用相同”,因此可以假设“作用原理相同”,也可以假设“作用原理不同”。该实验的自变量为低温和秋水仙素处理,因变量(或观测指标)为细胞内染色体数目的变化。核心构建核心构建