2024年高中生物新教材同步必修第二冊 第5章　第2節(jié)　第1課時　染色體數(shù)目的變異

第2節(jié)染色體變異第1課時染色體數(shù)目的變異[學習目標]1.說出染色體數(shù)目變異的類型。2.辨別不同呈現(xiàn)形式的染色體組；說明二倍體、多倍體的含義。3.概述人工誘導多倍體的原理及方法。一、染色體數(shù)目的變異1．染色體變異的概念及種類(1)概念：生物體的體細胞或生殖細胞內染色體數(shù)目或結構的變化。(2)種類：染色體數(shù)目的變異和染色體結構的變異。2．染色體數(shù)目變異的類型(1)細胞內個別染色體的增加或減少。(2)細胞內染色體數(shù)目以一套完整的非同源染色體為基數(shù)成倍地增加或成套地減少。3．二倍體和多倍體(1)染色體組：在大多數(shù)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)二倍體：由受精卵發(fā)育而來，體細胞中含有兩個染色體組的個體。(3)多倍體①概念：由受精卵發(fā)育而來，體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。②形成原因(以三倍體和四倍體為例)③特點：多倍體植株常常是莖稈粗壯，葉片、果實和種子都比較大，糖類和蛋白質等營養(yǎng)物質的含量都有所增加，也存在結實率低、晚熟等缺點。判斷正誤(1)二倍體的體細胞中一定都含有兩個染色體組()(2)三倍體不育的原因是減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂()答案(1)×(2)√解析(1)在有絲分裂后期，二倍體的體細胞中含有四個染色體組。任務一：染色體組數(shù)的判斷1．請根據(jù)染色體的形態(tài)判斷染色體組的數(shù)量，并完成表格的填寫。項目染色體組數(shù)每個染色體組內染色體數(shù)3323144222規(guī)律：染色體組數(shù)＝形態(tài)相同的染色體的條數(shù)，一個染色體組中的染色體數(shù)＝不同形態(tài)染色體的種類數(shù)。2．請根據(jù)基因型判斷染色體組數(shù)。項目染色體組數(shù)1324規(guī)律：染色體組數(shù)＝控制同一性狀的基因的個數(shù)。1．下列有關染色體組的說法，不正確的是()A．X、Y染色體形態(tài)不同，可以存在于同一染色體組中B．二倍體生物的配子中含有的染色體構成一個染色體組C．構成一個染色體組的染色體在形態(tài)、功能上各不相同D．果蠅在減數(shù)分裂Ⅰ后期移向細胞同一極的染色體構成一個染色體組答案A解析X、Y為同源染色體，不可以存在于同一染色體組中，A錯誤。2．(2023·天津高一校聯(lián)考期末)下列關于二倍體、多倍體的敘述，不正確的是()A．由受精卵發(fā)育而來，基因型為AaBBCcDD的個體是二倍體B．三倍體植物不能由受精卵發(fā)育而來C．與二倍體番茄相比，四倍體番茄的維生素C含量更高D．三倍體不育是因為在減數(shù)分裂過程中染色體聯(lián)會紊亂，無法產生正常的配子答案B解析三倍體可由含兩個染色體組的配子與含有一個染色體組的配子結合成受精卵發(fā)育而成，B錯誤。二、人工誘導多倍體及其應用項目人工誘導多倍體方法用秋水仙素誘發(fā)或用低溫處理處理對象萌發(fā)的種子或幼苗原理能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而使細胞內染色體數(shù)目加倍應用含糖量高的甜菜和三倍體無子西瓜的培育判斷正誤(1)二倍體西瓜幼苗的基因型為Aa，則用秋水仙素處理后形成的四倍體為純合子()(2)二倍體水稻和四倍體水稻雜交，可獲得三倍體，稻穗和籽粒變小()(3)秋水仙素可抑制紡錘體的形成，導致有絲分裂后期著絲粒不能正常分裂，從而使細胞染色體數(shù)目加倍()答案(1)×(2)×(3)×解析(1)二倍體西瓜幼苗的基因型為Aa，則用秋水仙素處理后形成的四倍體基因型為AAaa，屬于雜合子。(2)三倍體不育，沒有籽粒。(3)秋水仙素可抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而使細胞內染色體數(shù)目加倍，但著絲粒能正常分裂。任務二：無子西瓜的培育如圖是三倍體無子西瓜的培育過程圖解。據(jù)圖回答下列問題：1．為什么用一定濃度的秋水仙素溶液滴在二倍體西瓜幼苗的芽尖？提示芽尖細胞正在進行有絲分裂，當秋水仙素作用于正在分裂的細胞時，能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞兩極，從而引起細胞內染色體數(shù)目加倍。2．四倍體西瓜植株作母本產生的雌配子中含有幾個染色體組？獲得的四倍體植株為何要與二倍體雜交？提示四倍體西瓜植株作母本產生的雌配子中含有兩個染色體組。四倍體植株與二倍體植株雜交可獲得三倍體植株。3．在無子西瓜培育的過程中用二倍體給三倍體傳粉的目的是什么？提示促進子房發(fā)育成果實。4．三倍體無子西瓜的果實中沒有種子的原因是什么？提示三倍體西瓜的原始生殖細胞中有三套非同源染色體，減數(shù)分裂時出現(xiàn)聯(lián)會紊亂，不能形成可育的配子。5．有時可以看到三倍體西瓜中有少量發(fā)育并不成熟的種子，請推測產生這些種子的原因。提示三倍體在進行減數(shù)分裂時有可能形成了正常的卵細胞，從而形成正常的種子，但這種概率特別小。6．無子西瓜每年都要制種，很麻煩，有沒有別的替代方法？提示進行無性繁殖，將三倍體西瓜植株進行組織培養(yǎng)獲得大量的組織苗，再進行移栽。3．如圖是無子西瓜培育的過程，下列有關敘述錯誤的是()A．①過程也可進行低溫誘導處理，與秋水仙素的作用原理不同B．三倍體植株不育的原因是在減數(shù)分裂過程中聯(lián)會發(fā)生紊亂C．培育得到的無子西瓜與二倍體有子西瓜相比個大、含糖量高D．要得到無子西瓜，需每年制種，很麻煩，所以可用無性繁殖進行快速繁殖答案A解析低溫誘導和秋水仙素的作用原理相同，都是通過抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，使細胞內染色體數(shù)目加倍。4．(2023·黑龍江大慶高一月考)為獲得果實較大、含糖量較高的四倍體葡萄(4n＝76)，常用一定濃度的秋水仙素溶液處理二倍體葡萄莖段上的芽，然后將莖段扦插栽培成新植株。研究結果顯示：新植株中約40%的細胞染色體被誘導加倍。這種植株同時含有2n細胞和4n細胞，稱為“嵌合體”。有關“嵌合體”的敘述，正確的是()A．秋水仙素誘導染色體數(shù)目加倍的原理是抑制間期紡錘體的形成B．在生命活動中，4n細胞內染色體組數(shù)目最多出現(xiàn)在有絲分裂后期C．“嵌合體”根尖分生區(qū)的部分細胞含19條染色體D．若該個體自交，后代中不可能出現(xiàn)三倍體答案B解析秋水仙素可以通過抑制前期紡錘體的形成來使染色體數(shù)目加倍，A錯誤；使用秋水仙素溶液處理的部位是二倍體葡萄莖段上的芽，故在“嵌合體”植株中，根尖分生區(qū)的細胞一般為二倍體細胞(2n＝38)，即含38條染色體，C錯誤；由于“嵌合體”植株同時含有2n細胞和4n細胞，則其自交后代可能出現(xiàn)二倍體、三倍體、四倍體，D錯誤。三、低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目的變化1．實驗原理用低溫處理植物的分生組織細胞，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(shù)目發(fā)生變化。2．實驗步驟與現(xiàn)象(1)實驗步驟(2)現(xiàn)象：視野中既有正常的二倍體細胞，也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細胞。判斷正誤(1)低溫誘導時溫度越低效果越顯著()(2)用顯微鏡觀察時發(fā)現(xiàn)所有細胞中染色體數(shù)目均已加倍()(3)制作根尖細胞的臨時裝片時，制作基本步驟是解離→漂洗→染色→制片()(4)固定細胞后所用的沖洗試劑與解離后所用的漂洗試劑是一樣的()(5)在高倍顯微鏡下可以觀察到細胞從二倍體變?yōu)樗谋扼w的過程()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×解析(1)溫度過低可能導致細胞死亡。(2)用顯微鏡觀察時只有部分細胞中染色體數(shù)目已加倍。(4)固定細胞后用體積分數(shù)為95%的酒精沖洗，解離后用清水漂洗。(5)固定后細胞就已經死亡，無法觀察到細胞的動態(tài)變化。實驗中幾種試劑的使用方法和作用試劑使用方法作用卡諾氏液將根尖放入卡諾氏液中浸泡0.5～1h固定細胞形態(tài)體積分數(shù)為95%的酒精沖洗卡諾氏液處理過的根尖洗去卡諾氏液與質量分數(shù)為15%的鹽酸等體積混合，浸泡經固定處理的根尖解離根尖細胞清水漂洗解離后的根尖約10min洗去解離液甲紫溶液把漂洗干凈的根尖放進盛有甲紫溶液的玻璃皿中染色3～5min使染色體著色5．關于低溫誘導洋蔥(2n＝16)染色體數(shù)目變化的實驗，下列敘述正確的是()A．原理：低溫抑制染色體的著絲粒分裂，使子染色體不能移向細胞的兩極B．解離：用卡諾氏液和酒精處理經低溫誘導的根尖可使細胞分離開C．染色：用甲紫溶液可以使染色體染色D．觀察：顯微鏡下可以看到大多數(shù)細胞的染色體數(shù)目發(fā)生改變答案C解析該實驗的原理是低溫能抑制有絲分裂過程中紡錘體的形成，使染色體不能移向細胞的兩極，A錯誤；該實驗中卡諾氏液的作用是固定細胞形態(tài)，而不是進行解離，B錯誤；由于大多數(shù)細胞處于分裂間期，因此顯微鏡下可以看到大多數(shù)細胞的染色體數(shù)目未發(fā)生改變，少數(shù)細胞染色體數(shù)目改變，D錯誤。6．(2022·福建廈門高一期末)關于“低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目的變化”的實驗(以洋蔥為例)，下列敘述不正確的是()A．觀察到的細胞中處于分裂間期的細胞最多B．在顯微鏡視野內可觀察到二倍體細胞和四倍體細胞C．在高倍顯微鏡下可以觀察到細胞從二倍體變?yōu)樗谋扼w的過程D．在誘導染色體數(shù)目變化方面，低溫處理與秋水仙素誘導的原理相似答案C解析經固定和解離等步驟的作用，細胞失去活性，所以在顯微鏡下不能觀察到細胞從二倍體變?yōu)樗谋扼w的過程，C錯誤。題組一染色體數(shù)目的變異1．下列對染色體組的敘述，正確的是()A．染色體組在減數(shù)分裂過程中消失B．配子中的全部染色體為一個染色體組C．體細胞中的一半染色體是一個染色體組D．染色體組內不存在同源染色體答案D解析染色體組存在于體細胞和生殖細胞中，在減數(shù)分裂過程中由于同源染色體會分離，因此產生的生殖細胞中(與體細胞相比)，染色體組數(shù)減半，染色體組沒有消失，A錯誤；四倍體生物的體細胞中的一半染色體是兩個染色體組，與體細胞相比，配子中染色體數(shù)目減半，因此配子中的全部染色體不一定是一個染色體組，B、C錯誤。2．水仙是傳統(tǒng)觀賞花卉，是中國十大名花之一。如圖為水仙根細胞的染色體核型，下列相關分析錯誤的是()A．水仙根細胞中每個染色體組含有3條染色體B．每個染色體組中各染色體DNA的堿基序列不同C．同源染色體聯(lián)會紊亂導致水仙高度不育D．可采用無性繁殖技術快速培養(yǎng)優(yōu)良品種答案A解析由題圖可知，水仙是三倍體，正常體細胞中含有3個染色體組，每個染色體組含有10條染色體，A錯誤。3．(2023·江蘇南京高一期末)通常情況下，一個四倍體植物個體的可能來源不包括()A．兩個四倍體親本雜交B．一個三倍體親本和一個二倍體親本雜交C．二倍體幼苗體細胞有絲分裂時染色體只復制未分離D．因二倍體減數(shù)分裂錯誤而產生的含有兩個染色體組的配子兩兩結合答案B解析三倍體一般情況下不能產生可育配子，因此三倍體和二倍體雜交不會產生后代，B符合題意。4.如圖表示某生物正常體細胞中染色體的組成，下列各項中可以表示該生物基因型的是()A．ABCd B．AaaC．AaBbCcDd D．AaaaBbbb答案B解析細胞中有三個染色體組，所以同種基因的數(shù)目為3個，B項正確。題組二人工誘導多倍體及其應用5．人工誘導染色體數(shù)目加倍的常用方法是低溫、秋水仙素溶液處理。誘導染色體數(shù)目加倍的原理主要是抑制()A．酶的活性 B．紡錘體的形成C．DNA的復制 D．細胞分裂速度答案B解析低溫、秋水仙素溶液均能抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞兩極，從而使染色體數(shù)目加倍，故選B。6．目前市場上食用的香蕉均來自三倍體香蕉植株，如圖所示為某三倍體香蕉的培育過程。下列敘述不正確的是()A．野生芭蕉和四倍體有子香蕉雖能雜交產生后代，但后代不育B．若圖中無子香蕉3n的基因型為AAa，則有子香蕉4n的基因型可能為AAaaC．“無子香蕉”培育過程的原理是基因重組D．該過程所發(fā)生的變異是可以遺傳的答案C解析“無子香蕉”培育過程的原理主要是染色體數(shù)目變異，C錯誤。題組三低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目的變化7．下列關于“低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目的變化”實驗中各試劑及其作用的敘述，錯誤的是()A．在該實驗中先后兩次用到酒精但使用目的不同B．質量分數(shù)為15%的鹽酸可用來配制解離液C．甲紫溶液是堿性染料，可對染色體進行染色D．清水的作用是洗去卡諾氏液和解離液答案D解析體積分數(shù)為95%的酒精在該實驗中可以用于洗去卡諾氏液，也可以用于配制解離液，A正確；解離液由體積分數(shù)為95%的酒精和質量分數(shù)為15%的鹽酸等體積混合而成，B正確；清水的作用是洗去解離液，防止解離過度，洗去卡諾氏液要用體積分數(shù)為95%的酒精，D錯誤。8．下列有關“低溫誘導大蒜(2n＝16)根尖細胞染色體數(shù)目的變化”實驗的敘述，不正確的是()A．低溫處理后的實驗材料要先用卡諾氏液固定再用酒精沖洗B．在顯微鏡視野內可能觀察到染色體數(shù)為16、32和64的細胞C．用高倍顯微鏡觀察不到根尖細胞染色體加倍的過程D．低溫通過促進著絲粒分裂導致染色體數(shù)目加倍答案D解析低溫抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而引起細胞內染色體數(shù)目加倍，D錯誤。9．如圖為某果蠅及其一個體細胞內染色體組成示意圖，下列有關說法中正確的是()A．一個染色體組攜帶有能控制果蠅生長發(fā)育所需的全部遺傳信息B．該果蠅為二倍體，減數(shù)分裂時可能存在16條染色體的細胞C．果蠅體內的細胞，最多只含有兩個染色體組D．圖示細胞有兩個染色體組，減數(shù)分裂Ⅱ的所有細胞都只含有一個染色體組答案A解析一個染色體組是指細胞中的一組完整非同源染色體，它們在形態(tài)和功能上各不相同，但又互相協(xié)助，攜帶有能控制果蠅生長發(fā)育所需的全部遺傳信息，A正確；該果蠅為二倍體，減數(shù)分裂時可能存在4條或8條染色體的細胞，B錯誤；果蠅體內的細胞中處于有絲分裂后期的細胞含有四個染色體組，C錯誤；圖示細胞有兩個染色體組，減數(shù)分裂Ⅱ的細胞中含有一個或兩個染色體組，D錯誤。10．二倍體植物甲(2n＝10)和二倍體植物乙(2n＝10)進行有性雜交，得到的F1不育。用物理撞擊的方法使F1在減數(shù)分裂Ⅰ時整套的染色體分配到同一個次級精(卵)母細胞中，減數(shù)分裂Ⅱ正常，再讓這樣的雌雄配子結合，產生F2。下列有關敘述正確的是()A．物理撞擊和秋水仙素的作用原理相同B．F1為四倍體，具有20條染色體C．若用適宜濃度的秋水仙素處理F1幼苗，則長成的植株是可育的D．用物理撞擊的方法使配子中染色體數(shù)目加倍，產生的F2為二倍體答案C解析物理撞擊是使F1在減數(shù)分裂Ⅰ時整套的染色體分配到同一個次級精(卵)母細胞中，而秋水仙素是抑制紡錘體的形成，兩者原理不同，A錯誤；F1含有2個染色體組，共10條染色體，其中5條來自甲，5條來自乙，B錯誤；利用物理撞擊的方法使配子中染色體數(shù)目加倍，產生的F2為異源四倍體，D錯誤。11．玉米(2n＝20)種群中偶爾會出現(xiàn)三體植株(2號染色體有3條)，在減數(shù)分裂過程中，這3條染色體中的任意兩條移向細胞一極，剩余一條移向細胞的另一極，其他染色體正常分離。下列有關三體玉米的敘述，正確的是()A．三體玉米植株的體細胞中含有3個染色體組B．三體玉米植株的出現(xiàn)是基因重組的結果C．三體玉米植株的細胞中最多有21條染色體D．三體玉米植株測交，子代出現(xiàn)三體植株的概率為1/2答案D解析該三體玉米植株是由2號染色體多出一條，變成3條引起的，屬于染色體數(shù)目變異，體細胞含有2個染色體組，仍然屬于二倍體，A、B錯誤；該三體玉米植株體細胞中含有21條染色體，在有絲分裂后期，著絲粒分開，姐妹染色單體分離，染色體數(shù)加倍，此時染色體數(shù)目最多，因此三體玉米植株的細胞中最多有42條染色體，C錯誤；三體植株在減數(shù)分裂過程中，這3條染色體的任意兩條向細胞一極移動，剩余一條移向細胞另一極，細胞中其他染色體正常分離，因此產生正常配子和多出一條染色體的配子比例為1∶1，測交后代產生正常植株和三體植株的比例也是1∶1，即子代出現(xiàn)三體植株的概率為1/2，D正確。12．(2023·福建泉州高一期末)農業(yè)上，常用一定濃度的秋水仙素溶液處理二倍體葡萄(2n＝38)莖段上的芽，然后將莖段扦插以獲得四倍體葡萄。研究發(fā)現(xiàn)四倍體葡萄中約有40%細胞中的染色體被誘導加倍，而剩余的細胞均表現(xiàn)正常，故被稱為“嵌合體”。下列有關敘述正確的是()A．上述秋水仙素的作用是促進染色體多次復制B．“嵌合體”的每個染色體組中含有38條染色體C．“嵌合體”的體細胞中可能含有2、4或8個染色體組D．“嵌合體”與二倍體雜交獲得的三倍體可利用種子繁殖答案C解析秋水仙素作用于細胞分裂前期，作用是抑制紡錘體的形成，從而導致染色體數(shù)目加倍，A錯誤；葡萄是二倍體，染色體數(shù)目是38條，一個染色體組中的染色體數(shù)目是19條，B錯誤；“嵌合體”中有的細胞是表現(xiàn)正常的體細胞，有的是染色體加倍的細胞，染色體加倍的細胞如果處于有絲分裂的后期，就可能含8個染色體組，C正確；“嵌合體”與二倍體雜交獲得的三倍體，減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂，不能形成正常的配子，不可利用種子繁殖，D錯誤。13．羅漢果甜苷具有重要的藥用價值，它分布在羅漢果的果肉、果皮中，種子中不含這種物質，而且有種子的羅漢果口感很差。為了培育無子羅漢果，科研人員先利用秋水仙素處理二倍體羅漢果，誘導其染色體數(shù)目加倍，得到如表所示結果。分析回答下列問題：處理秋水仙素濃度(%)處理數(shù)(株)處理時間(d)成活率(%)變異率(%)滴芽尖生長點法0.053051001.280.186.424.30.274.218.2(1)在誘導染色體數(shù)目加倍的過程中，秋水仙素的作用是______________________________。選取芽尖生長點作為處理的對象，理由是__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)上述研究中，自變量是____________________，因變量是____________________________。研究表明，誘導羅漢果染色體數(shù)目加倍最適宜的處理方法是___________________________。(3)鑒定細胞中染色體數(shù)目是確認羅漢果染色體數(shù)目加倍的最直接的證據(jù)。首先取變異植株幼嫩的芽尖，再經固定、解離、______________和制片后，制得鑒定植株芽尖的臨時裝片。最后選擇處于______________________的細胞進行染色體數(shù)目統(tǒng)計。(4)獲得了理想的變異株后，要培育無子羅漢果，還需要繼續(xù)進行的操作是_______________________________________________________________________________________________。答案(1)抑制有絲分裂過程中紡錘體的形成芽尖生長點細胞分裂旺盛，易變異(2)秋水仙素的濃度處理植株的成活率和變異率以0.1%的秋水仙素滴芽尖生長點(3)漂洗、染色有絲分裂中期(4)用四倍體羅漢果與二倍體羅漢果雜交，獲得三倍體無子羅漢果14．果蠅(2n＝8)是進行遺傳學研究的模式生物，有3對常染色體(分別編號為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)和1對性染色體。(1)寫出果蠅適合用作遺傳實驗材料的兩個優(yōu)點：________________________________________________________________________。(2)果蠅體色和翅型分別由位于Ⅱ號染色體上等位基因A、a和B、b控制。純種灰身長翅果蠅與純種黑身殘翅果蠅雜交，F(xiàn)1全部為灰身長翅，則顯性性狀為________________，當F1果蠅作父本測交時后代表型及比例為_____________________________________________。(3)果蠅種群中常出現(xiàn)性染色體異常的個體，從而產生不同的表型(如表)：性染色體組成XXXYOXXYXYYXO表型胚胎期致死胚胎期致死雌性可育雄性可育雄性不育用紅眼雌果蠅(XRXR)與白眼雄果蠅(XrY)為親本雜交，在F1群體中發(fā)現(xiàn)一只白眼雄果蠅(記為“M”)。M果蠅出現(xiàn)的原因有三種可能：第一種是環(huán)境改變引起表型變化，但基因型未變；第二種是親本果蠅發(fā)生基因突變；第三種是親本雌果蠅在減數(shù)分裂時X染色體不分離。現(xiàn)在設計了簡便的雜交實驗以確定M果蠅的出現(xiàn)是由哪一種原因引起的，請完善實驗的結果預測。實驗步驟：M果蠅與正常白眼雌果蠅雜交，統(tǒng)計子代果蠅的眼色。結果預測：①若子代雌性果蠅全部為紅眼，雄性果蠅全部為白眼，則是環(huán)境改變引起的；②若________________________，則是基因突變引起的；③若________________________，則是親本雌果蠅減數(shù)分裂時X染色體不分離引起的。(4)果蠅細胞內的Ⅳ染色體多一條(三體)可以存活并能夠繁殖。果蠅正常眼(E)和無眼(e)是一對相對性狀，基因E、e位于常染色體上?，F(xiàn)有純合的正常眼和無眼的Ⅳ染色體三體果蠅及正常果蠅，請完善探究E、e基因是否在Ⅳ號染色體上的實驗方案并預期實驗結果及結論。①選用純合正常眼三體果蠅與正常的無眼果蠅作為親本雜交得F1，選擇F1三體