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第五章 基因突变及其他变异
第2节 染色体变异
教学内容
老师组织和引导
同学活动
教学意图
引言
通过细胞有丝分裂、减数分裂以及受精作用的学习，我们知道每种生物的染色体数目及染色体形态是稳定的。从而保持了遗传性状的相对稳定性。然而一切事物都是变化的，染色体也不例外，当自然条件和人为条件发生转变时，染色体的结构或染色体的数目可以发生转变，从而引起生物性状发生转变。今日，我们来学习这方面的内容。
听讲
1．染色体变异的概念
问：什么是染色体变异？
【叙述】依据染色体结构和数目的变化，染色体变异可分为染色体结构变异和染色体数目变异两类。
在自然条件和人为条件转变的状况下，染色体结构的转变和染色体数目的增减导致生物性状的变异。
回答
2．染色体结构的变异
问：“猫叫综合征”是怎样引起的？它属于哪种染色体变异？
问：染色体结构变异有哪4种类型？
老师出示染色体结构变异4种类型图解，再一进行解说归纳。
缺失：指一条染色体断裂而失去一个片段，这个片段上的基因也随之丢失。假如失去的基因是显性的，同源染色体上保留下来的是隐性的，这一原来不能显出的隐性性状就能显出来。
重复：一条染色体的断裂片段接到同源染色体的相应部位，结果后者就有一段重复基因。
倒位：一条染色体的断裂片段，位置倒过来后再接上去，造成这段染色体上的基因位置颠倒。
易位：染色体发生断裂，断裂片段接到非同源染色体上的现象。易位可使原来不连锁的基因发生连锁。
要留意到，染色体结构的转变，严峻的可以造成死亡。比如当两个同源染色体相同部分都缺失时，某些基因就都不存在，这就可以造成死亡。
除了染色体结构变异外，染色体数目的转变对生物新类型的产生起着很大的作用，我们一起来探讨这一问题。
看书第85—86页后回答。是人的第5号染色体部分缺失引起的遗传病，属染色体结构变异。
3．染色体数目变异
（1）染色体组
（2）二倍体
（3）多倍体的概念及其形成的缘由
出示果蝇的染色体图，同学阅读教材。
问：果蝇体细胞有几个染色体？几对同源染色体？其中几对常染色体和性染色体？
问：雄果蝇产生精子时必需进行减数分裂，精子里有哪几条染色体？几种精子？
老师用雄果蝇染色体组模型演示。
问：两种精子中染色体数相等吗？分别是多少个？各是什么？
问：对一个精子而言，染色体形态大小相同吗？为什么？老师归纳：像果蝇这样，二倍体生物配子里的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但携带着把握一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。
由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫做二倍体。如人、果蝇、玉米是二倍体，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。
学习了二倍体的概念后，我们知道，由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有3个或3个以上染色体组的叫做多倍体。其中体细胞中含有3个染色体组的叫做三倍体，如香蕉就是三倍体；体细胞中含有4个染色体组的叫做四倍体，如马铃薯就是四倍体。此外还有六倍体、八倍体等统称为多倍体。所以，体细胞中所含的染色体组数目是划分二倍体或者多倍体的依据。这些都是染色体数目变异中染色体成倍地增加或削减的一类状况。
多倍体产生的缘由呢？老师出示植物细胞有丝分裂过程图，并提问：植物细胞有丝分裂的各个时期染色体数目有什么变化？分裂后期有什么特点？这一阶段所含染色体数目和其他时期是否相同。
同学回答完上述问题后，老师归纳：植物细胞进行有丝分裂过程中，染色体经复制后已经分裂，由于外界环境条件（如温度骤变）或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成2个子细胞，于是就形成了染色体数目加倍的细胞。这种染色体加倍的细胞，连续进行正常的有丝分裂，并且通过减数分裂，形成了染色体数目也相应加倍的生殖细胞，再由这些生殖细胞结合成合子，进一步发育成的植物，就是多倍体。例如帕米尔高原的高山植物，有65％的种类是多倍体。
回答（略）回答
相等，分别是4个，应为：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和X及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Y。
不同，由于经同源染色体分别，二种精子里都不含同源染色体。
4．人工诱导多倍体在育种上的应用
（1）多倍体植株的特点
由于染色体数目的增多，多倍体植株一般表现为茎杆粗大，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等养分物质的含量都有所增加。
（2）方法和原理
问：人工诱导多倍体的方法是什么？用秋水仙素处理能够获得多倍体的原理是什么？
老师以异源八倍体小黑麦培育过程说明上述方法和原理。出示异源八倍体小黑麦培育过程图解。
老师指着图解说明：一般小麦是异源六倍体（AABBDD），其雌配子中有三个染色体组（ABD），共21个染色体；以黑麦（RR）作父本，雄配子中有一个染色体组（R），7个染色体。杂交后子代含四个染色体组（ABDR），由于是异源的，联会紊乱，是高度不育的。若用肯定浓度的秋水仙素处理子代幼苗即可加倍为异源八倍体（AABBDDRR），就能形成正常的雌雄配子，且都能受精、牢固、繁殖后代，如图。（见下页）
小黑麦的制造，是中国农业科学院鲍文奎教授制造的新作物，它产量高，经试验比当地小麦增产30%以上，比黑麦增产40%以上；蛋白质含量高；抗逆性强，耐瘠薄土壤，耐寒冷气候。目前小黑麦已在贵州、甘肃等高原地区引种试种成功，推广面积约100万亩以上。
阅读教材第54页后回答
5．单倍体
（1）单倍体的概念
指体细胞中含有本物种配子的染色体数目的个体。老师着重讲清“体细胞”、“本物种”、“配子”3个生物用词的含意，并举例说明。如玉米是二倍体，它的体细胞中含有二个染色体组，20个染色体，它的单倍体植株体细胞中含有1个染色体组，10个染色体。又如一般小麦是六倍体，它的体细胞中含有六个染色体组，42条染色体，它的单倍体植株体细胞中含有3个染色体组，21条染色体。
问：单倍体、二倍体和多倍体的划分依据是什么？
老师强调，虽然二倍体和多倍体的划分依据是由合子发育而来的个体，其体细胞中含有的染色体组的数目是几就是几倍体。但是单倍体的确定并不是以体细胞中含有染色体数目为依据的，而应是体细胞含有本物种配子的染色体数目。由配子直接发育而来的不同生物单倍体含有染色体组的数目可以不同，绝不能认为单倍体只含有一个染色体组，也可能有多个染色体组。如玉米的单倍体只含一个染色体，棉花的单倍体含有二个染色体组。
（2）单倍体植株的特点
与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且是高度不育的。
（3）单倍体在育种上的意义
老师强调，育种工作者经常接受花药离体培育的方法来获得单倍体植株，这种植株无生产价值，但在育种上有特殊的意义。用人工诱导使单倍体植株染色体加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目，且每对染色体上的基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分别。这种方法比杂交育种所需时间大大缩短，一般只需两年时间，就可以得到一个稳定的纯系品种。
现举例如下：两对基因YyRr的杂合豌豆，要想获得Yyrr品种，如何运用单倍方法培育？
此种方法培育稳定的性状，其次年种植下去的，就是所需的纯品种了，不会发生性状分别，和杂交育种相比，明显缩短了育种年限。
回答
（三）总结
染色体变异分染色体结构变异和染色体数目变异。前者主要有缺失、重复、倒位和易位4种类型；后者分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或削减，另一类是细胞中的染色体成倍地增加或削减。
像果蝇的生殖细胞那样，该细胞中的一组非同源染色体，它们在形态、大小和功能上各不相同的一组染色体叫染色体组。凡是由受精卵发育而成的生物个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体。
多倍体划分的依据是体细胞中含有3个或3个以上染色体组；单倍体的确定不是以体细胞中含有染色组数目为依据，而是指体细胞中是否含有本物种配子的染色体数目的个体。由配子直接发育而来的不同生物单倍体含有染色体组的数目可以不同，绝不能认为单倍体只含有一个染色体组，它也可能有多个染色体组。
我们已经学习了人工诱导多倍体育种和单倍体育种等遗传育种的方法，现将它们的原理和方法列表比较如下（可用银幕显示）：
种类
原理
方法
单倍体育种
染色体变异
花粉离体培育后再人工加倍
人工诱导多倍体育种
染色体变异
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
【板书设计】
第2节 染色体变异
1．染色体变异的概念
2．染色体结构的变异
4种类型：缺失 重复 倒位 易位
3．染色体数目变异
（1）染色体组
（2）二倍体
（3）多倍体的概念及其形成的缘由
4．人工诱导多倍体在育种上的应用
（1）多倍体植株的特点
（2）方法和原理
5．单倍体
（1）单倍体的概念
（2）单倍体植株的特点
（3）单倍体在育种上的意义
【典型例题】
1．用马铃薯的花药离体培育出的单倍体植株，可以正常地进行减数分裂，用显微镜可以观看到染色体两两配对形成12对。据此现象可推知产生该花药的马铃薯是（ ）
A．三倍体 B．二倍体 C．四倍体 D．六倍体
解析：用花药离体培育得到单倍体植株，单倍体的体细胞中含有本物种配子的染色体数目，单倍体植株进行减数分裂时，染色体能两两配对，说明细胞中含有两组染色体，据此可推知产生花药的马铃薯的体细胞中含有四组染色体故为四倍体，所以应选C。
点评：单倍体的概念是同学较难理解的难点，要通过识记概念并结合具体的例子来分析理解。
2．水稻的某3对相对性状，分别由位于非同源染色体上的3对等位基因把握。利用它的花药进行离体培育，再用浓度适当的秋水仙素处理。经此种方法培育出的水稻植株，其表现型最多可有（ ）
A．l种 B．4种 C．8种 D．16种
解析：由于水稻为3对等位基因的遗传，因此产生配子基因型为 种，用花药离体培育获得的单倍体植物基因型亦为8种，该单倍体用秋水仙素处理得到的正常植株，基因型亦为8种，由于它们皆是纯合体，因此，它们的表现型亦为8种。答案：C
点评：本题综合考查基因的自由组合定律、单倍体育种。
3．用四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交所得的子一代植株开化后，经适当处理，则（ ）
A．能产生正常配子，结出种子形成果实 B．结出的果实为五倍体
C．不能产生正常配子，但可形成无籽西瓜 D．结出的果实为三倍体
解析：四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交产生的子一代西瓜植株是三倍体，由于其染色体组数为奇数，在减数分裂时同源染色体配对紊乱，因而不能产生正常生殖细胞，故不能结种子。若经适当处理，如用二倍体花粉刺激其子房，可结出无籽西瓜。该果实仅由果皮构成，由于果皮细胞属于三倍体西瓜植株的体细胞，故该果实为三倍体。答案：CD
点评：三倍体无籽西瓜的培育过程较简单，应利用课本插图加深理解。
4．用基因型为 一植株所产生的花粉粒，经分别离体培育成幼苗，再用秋水仙素处理，使其成为二倍体，这些幼苗长成后的自交后代（ ）
A．全部为纯合体 B．全部为杂合体 C． 为纯合体 D． 为纯合体
解析：经二倍体植物的花药离体培育形成的单倍体，经秋水仙素处理后形成的个体均是纯合体。无论上述纯合体基因型如何，纯合体自交的后代均为纯合体。答案：A
点评：基因型为 植株产生的花粉的基因型有 、 、 、 四种，经秋水仙素处理得到DDTT、 、 、 的植株，全部为纯合体。
5． 到右图为果蝇的原始生殖细胞示意图。图中1、 ，……4、 表示染色体； 、 、 、 、 、 分别表示把握不同性状基因。试据图回答下列问题：
（l）此原始生殖细胞是_____________细胞；
（2）图中的________属常染色体上，而_________属性染色体；
（3）此原始生殖细胞中有二个染色体组，它们分别是_______；
（4）该细胞中有_________个DNA分子；
（5）该果蝇基因型可写成__________；
（6）经减数分裂它可产生_________种配子。
解析：解答本题要从观看着手，（l）4和 是一对性染色体，从图观看可知此细胞为卵原细胞，由于4和 形态和大小相同；（2）1和 、2和 、3和 都属常染色体，4和 属性染色体；（3）果蝇属二倍体生物，含二个染色体组，它们分别是：1、2、3、4与 、 、 、 （或由非同源染色体自由组合形成的其他两组染色体组合）；（4）细胞不处在分裂期时染色体的个数即为DNA分子数；（5）基因型为 ；（6）经减数分裂形成的配子数为： 。
答案：（l）卵原；（2）l、 、2、 、3、 、4、 ；（3）l、2、3、4与 、 、 、 （或由非同源染色体自由组合形成的其他两组染色体组合）；（4）8；（5） ；（6）8。
点评：本题考查的考点有：减数分裂、性染色体、常染色体、染色体组等概念、基因自由组合定律等，涉及面广、综合性强，属综合力量试题。学习时，要以本习题为例，对相关学问进行分析，比较、归纳整理，提高发散思维与聚会思维力量。
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