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第19講染色體變異與育種,突破1染色體變異,突破2生物變異在育種上的應用,總綱目錄,突破3實驗——低溫誘導植物染色體數(shù)目的變化,一、染色體結構的變異(連一連),①a—Ⅲ—Db—Ⅳ—Cc—Ⅰ—Bd—Ⅱ—A,名師點睛(1)基因中堿基對“缺失”≠染色體結構變異中的“缺失”。(2)“易位”≠“交叉互換”。二、染色體數(shù)目的變異1.染色體組(1)概念:細胞中的一組②非同源染色體,在形態(tài)和功能上各不相同,但又互相協(xié)調,共同控制生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異,這樣的一組染色體叫做一個染色體組。(2)組成:如圖為一雄果蠅的染色體組成,其染色體組可表示為:③Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或④Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。,2.二倍體、多倍體和單倍體的比較,1.圖中a和b的操作是⑩秋水仙素處理,其作用原理是抑制紡錘體的形成。,三、單倍體育種和多倍體育種四倍體二倍體單倍體純合二倍體,2.圖中c過程是花藥離體培養(yǎng)。,3.單倍體育種的優(yōu)點是明顯縮短育種年限。,名師點睛(1)用秋水仙素或低溫處理種子時一定要注意處理的是萌發(fā)的種子。(2)由配子形成的單倍體在染色體數(shù)目加倍時只能處理其幼苗。,,1.雜交育種(1)含義:將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起,再經(jīng)過選擇和培育,獲得新品種的方法。(2)育種原理:基因重組。(3)方法:雜交→自交→選種→自交。,四、雜交育種與誘變育種,2.誘變育種(1)含義:利用物理因素或化學因素來處理生物,使生物發(fā)生基因突變。(2)育種原理:基因突變。,3.生物育種原理、方法、實例A—a—ⅤA—e—ⅢB—c—ⅠC—b—ⅡC—d—Ⅳ,1.基因突變與染色體結構變異都導致個體表現(xiàn)型改變。(),3.將雜合的二倍體植株的花粉培育成一株幼苗,然后用秋水仙素處理,使其能正常開花結果。該幼苗發(fā)育成的植株具有能穩(wěn)定遺傳的特征。(),2.染色體增加某一片段可提高基因表達水平,是有利變異。(),5.觀察異常染色體應選擇處于分裂間期的細胞。(),4.染色體結構變異可為生物進化提供原材料。(),6.三倍體西瓜植株的高度不育與減數(shù)分裂同源染色體聯(lián)會行為有關。(),?,?,√,√,?,√,12.人工誘導多倍體的唯一方法是用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。(),11.用AaBb個體進行單倍體育種,要用秋水仙素處理萌發(fā)的種子。(),10.人工誘變育種的優(yōu)點是可以提高突變率,加速育種工作的進程。(),9.“將含抗病基因的重組DNA導入玉米細胞,經(jīng)組織培養(yǎng)獲得抗病植株”包含了基因工程技術。(),8.基因工程育種與雜交育種的原理相同。(),7.某染色體上缺失一個堿基對屬于基因突變,缺失一個基因屬于染色體變異。(),√,√,√,√,?,?,突破1染色體變異,1.染色體結構變異與基因突變、基因重組的辨析(1)染色體結構變異與基因突變的判斷,(2)“缺失”問題(3)變異水平問題,2.單倍體、二倍體與多倍體的比較,3.染色體易位與交叉互換,歸納提升變異類型與細胞分裂的關系|,1.“三看”法判斷生物變異的類型(1)DNA分子內的變異:,(2)DNA分子間的變異:,2.染色體組數(shù)量的判斷方法,(1)同一形態(tài)的染色體→有幾條就有幾個染色體組。如圖中有4個染色體組。(2)控制同一性狀的等位基因→有幾個就有幾個染色體組。如AAabbb個體中有3個染色體組。(3)染色體組數(shù)=,如圖中染色體組數(shù)為=4。,3.單倍體、二倍體和多倍體的判斷方法,考向1以基礎判斷或相關圖示的形式,考查染色體結構變異1.(2018北京海淀期末)某初級精母細胞在發(fā)生減數(shù)分裂時,兩對同源染色體發(fā)生特殊的聯(lián)會現(xiàn)象(如圖,字母為染色體區(qū)段的標號,數(shù)字為染色體的標號),減數(shù)第一次分裂后期四條染色體隨機兩兩分離,遺傳信息不丟失的配子才成活。以下分析不正確的是(),A.可利用光鏡觀察這種特殊聯(lián)會現(xiàn)象B.②、④發(fā)生了染色體結構的變異C.圖中四條染色體共有4種分離方式D.含①、③或②、④的配子可以成活,答案C題圖變異的原因是②、④發(fā)生了染色體結構變異中的易位,故可利用光鏡觀察這種特殊聯(lián)會現(xiàn)象,A、B正確;由題意可知,圖中四條染色體隨機兩兩分離,共有3種分離方式,C錯誤;由題意可知,含①、③或②、④的配子,遺傳信息沒有丟失,可以成活,D正確。,2.甲、乙為兩種果蠅(2n),如圖為這兩種果蠅的各一個染色體組,下列敘述正確的是()A.甲、乙雜交產(chǎn)生的F1減數(shù)分裂都正常B.甲發(fā)生染色體交叉互換形成了乙C.甲、乙1號染色體上的基因排列順序相同D.圖示染色體結構變異可為生物進化提供原材料,D,答案D分析圖可知,甲的1號染色體倒位形成乙的1號染色體,B錯誤;染色體倒位后,染色體上的基因排列順序改變,C錯誤;倒位后甲和乙的1號染色體不能正常聯(lián)會,減數(shù)分裂異常,A錯誤。基因突變、染色體變異和基因重組為生物進化提供原材料,D正確。,考向2以基礎判斷或圖示分析的形式,考查染色體數(shù)目變異3.(2018北京八中期中)下列關于子細胞基因型異常發(fā)生時期的判斷,正確的是(),A,答案A基因組成為AaBb的細胞分裂形成的子細胞的基因組成為AAaBb和aBb,可推知在有絲分裂后期,含有A基因的兩條子染色體移向了同一極,進入了基因組成為AAaBb的子細胞中,同時形成的另一個子細胞的基因組成為aBb,A正確;基因型為DD的個體,產(chǎn)生的子細胞基因組成為D、d,可推知這兩個子細胞是配子,說明發(fā)生異常的時期是減數(shù)第一次分裂前的間期,發(fā)生了基因突變,B錯誤;基因型為AaBb的個體產(chǎn)生了基因組成為AaB、AaB、b、b的子細胞,可推知,在減數(shù)第一次分裂后期,含有A基因和a基因的同源染色體未分離,C錯誤;基因型為AaXBXb的個體產(chǎn)生了基因組成為AAXBXb、XBXb、a、a的子細胞,可推知,在減數(shù)第一次分裂后期,兩條X染色體未分離,且減數(shù)第二次分裂后期,含有A基因的姐妹染色單體未分離,D錯誤。,4.如圖表示細胞中所含的染色體,①②③④的基因型可以表示為()A.①:AABb②:AAABBb③:ABCD④:AB.①:Aabb②:AaBbCc③:AAAaBBbb④:ABC.①:AaBb②:AaaBbb③:AAaaBBbb④:AbD.①:AABB②:AaBbCc③:AaBbCcDd④:ABCD,C,答案C根據(jù)細胞中所含的染色體的類型判斷,①含有兩個染色體組,②含有三個染色體組,③含有四個染色體組,④含有一個染色體組,等位基因或相同基因位于同源染色體上,分析得出C正確。,突破2生物變異在育種上的應用,1.針對不同目的的雜交育種程序(1)培育雜合子品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,可以將雜種一代作為種子直接使用,如水稻、玉米等。其特點是可以利用雜種優(yōu)勢,獲得高產(chǎn)、抗性強的品種,但種子只能種一年。培育的基本步驟如下:選取符合要求的純種雙親雜交(♀♂)→F1(即為所需品種)。,(2)培育隱性純合子品種選取雙親雜交(♀♂)→F1F2→選出表現(xiàn)型符合要求的個體種植并推廣。(3)培育顯性純合子品種選取雙親雜交(♀♂)→F1F2→選出表現(xiàn)型符合要求的個體F3,……選出穩(wěn)定遺傳的個體推廣種植。,2.不同育種目標的育種方式選擇(1)培育無子果實可選擇多倍體育種,其原理是三倍體植株減數(shù)分裂時聯(lián)會紊亂,不能形成種子。(2)要獲得本物種沒有的性狀可選擇誘變育種或基因工程育種,其中基因工程育種的目的性強。(3)如果要將不同個體的優(yōu)良性狀集中到同一個體,則可以選擇雜交育種或單倍體育種,其中單倍體育種可大大縮短育種年限,從而快速獲得純種。(4)如果要克服遠緣雜交不親和的障礙,則可以選擇基因工程育種和植物體細胞雜交技術。(5)如果要培育隱性性狀個體,可自交或雜交,只要出現(xiàn)該性狀即可。,(6)如果要使染色體加倍,則可以采用秋水仙素處理等方法,也可以采用細胞融合的方法,并且細胞融合可在兩個不同物種之間進行。(7)有些植物如小麥、水稻等,雜交實驗較難操作,則最簡便的方法是自交。(8)實驗材料若為動物,則雜交育種中一般不通過逐代自交,而應通過測交實驗直接判斷基因型。(9)實驗植物若為營養(yǎng)繁殖類,如馬鈴薯、紅薯等,則只要出現(xiàn)所需性狀即可,不需要培育出純種。(10)實驗材料若為原核生物,則不能運用雜交育種,細菌的育種一般采用誘變育種和基因工程育種的方法。,育種圖解的識別方法,1.育種程序圖的識別,2.基于個體基因型的育種圖解識別,根據(jù)基因型的變化可以判斷:“aabbAABB→AaBb→AAbb”為雜交育種,“aabbAABB→AaBb→Ab→AAbb”為單倍體育種,“AABB→AaBB”為誘變育種,“aabbAABB→AaBb→AAaaBBbb”為多倍體育種。,考向1以基礎判斷或圖示分析的形式,考查育種原理及圖解分析,1.研究人員在柑橘中發(fā)現(xiàn)一棵具有明顯早熟特性的變異株,決定以此為基礎培育早熟柑橘新品種。請回答下列問題:,(1)要判斷該變異株的育種價值,首先要確定它的物質是否發(fā)生了變化。(2)在選擇育種方法時,需要判斷該變異株的變異類型。如果變異株是個別基因的突變體,則可采用育種方法①,使早熟基因逐漸,培育成新品種1。為了加快這一進程,還可以采集變異株的進行處理,獲得高度純合的后代,選育成新品種2,這種方法稱為育種。,(3)如果該早熟植株屬于染色體組變異株,可以推測該變異株減數(shù)分裂中染色體有多種聯(lián)會方式,由此造成不規(guī)則的,產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的,因而得不到足量的種子。即使得到少量后代,早熟性狀也很難穩(wěn)定遺傳。這種情況下,可考慮選擇育種方法③,其不足之處是需要不斷制備,成本較高。(4)新品種1與新品種3均具有早熟性狀,但其他性狀有差異,這是因為新品種1選育過程中基因發(fā)生了多次,產(chǎn)生的多種基因型中只有一部分在選育過程中保留下來。,答案(1)遺傳(2)純合花藥單倍體(3)染色體分離配子組培苗(4)重組解析本題考查育種的相關知識。(1)要判斷該變異株是否可用于育種,首先必須明確該變異是否為遺傳物質改變引起的。(2)育種方法1為雜交育種,含有早熟基因的雜合子經(jīng)過不斷自交和選育,含有早熟基因的純合子比例逐漸增大。采用花藥離體培養(yǎng)獲得的是單倍體植株,再經(jīng)過人工誘導使染色體數(shù)目加倍的育種方法稱為單倍體育種。(3)如果該,變異植株為染色體組變異株,在減數(shù)分裂過程中染色體有多種聯(lián)會方式,造成不規(guī)則的染色體分離,產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的配子,因此種子數(shù)量減少。采用植物組織培養(yǎng)技術育種,需要不斷制備組培苗。(4)新品種1是采用雜交育種方法獲得的,選育過程中基因發(fā)生多次重組,后代中有多種基因型,只有符合要求的部分在選育過程中被保留下來。,考向2以實例分析的形式,考查育種方法的選擇2.(2017北京理綜)玉米(2n=20)是我國栽培面積最大的作物,近年來常用的一種單倍體育種技術使玉米新品種選育更加高效。(1)單倍體玉米體細胞的染色體數(shù)為,因此在分裂過程中染色體無法聯(lián)會,導致配子中無完整的。(2)研究者發(fā)現(xiàn)一種玉米突變體(S),用S的花粉給普通玉米授粉,會結出一定比例的單倍體籽粒(胚是單倍體;胚乳與二倍體籽粒胚乳相同,是含有一整套精子染色體的三倍體。見圖1)。①根據(jù)親本中某基因的差異,通過PCR擴增以確定單倍體胚的來源,結果見圖2。,從圖2結果可以推測單倍體的胚是由發(fā)育而來。②玉米籽粒顏色由A、a與R、r兩對獨立遺傳的基因控制,A、R同時存在時籽粒為紫色,缺少A或R時籽粒為白色。紫粒玉米與白粒玉米雜交,結出的籽粒中紫∶白=3∶5,出現(xiàn)性狀分離的原因是,推測白粒親本的基因型是。③將玉米籽粒顏色作為標記性狀,用于篩選S與普通玉米雜交后代中的單倍體,過程如下:,請根據(jù)F1籽粒顏色區(qū)分單倍體和二倍體籽粒并寫出與表型相應的基因型。(3)現(xiàn)有高產(chǎn)抗病白粒玉米純合子(G)、抗旱抗倒伏白粒玉米純合子(H),欲培育出高產(chǎn)抗病抗旱抗倒伏的品種。結合(2)③中的育種材料與方法,育種流程應為:;將得到的單倍體進行染色體加倍以獲得純合子;選出具有優(yōu)良性狀的個體。,答案(1)10減數(shù)染色體組(2)①卵細胞②紫粒親本是雜合子aaRr/Aarr③單倍體籽粒胚的表型為白色,基因型為ar;二倍體籽粒胚的表型為紫色,基因型為AaRr;二者胚乳的表型均為紫色,基因型為AaaRrr(3)G與H雜交;將所得F1為母本與S雜交;根據(jù)籽粒顏色挑出單倍體解析本題考查遺傳規(guī)律及育種的相關知識。(1)單倍體玉米體細胞的染色體數(shù)為20/2=10,沒有同源染色體,因此在減數(shù)分裂過程中染色體無法聯(lián)會,染色體隨機分配到子細胞,導致配子中無完整的染色體組。(2)①由圖2可以直接看出,F1單倍體胚的基因與母本完全相同,說明單倍體胚是由母本的卵細胞發(fā)育而來的。②由紫粒玉米和白粒玉米雜交后代的表型比例3/8=3/41/2可以推出,親本中相關的兩對基因,一對基因在,兩個親本中都是雜合的,另一對基因在一個親本中是雜合的,在另一個親本中是隱性純合的,所以紫粒親本的基因型為AaRr,白粒親本的基因型為aaRr/Aarr。③由題意可知該雜交實驗后代中,二倍體籽粒胚的基因來自親本雙方,單倍體籽粒胚的基因只來自母本,二者的胚乳都由精子與極核結合形成的受精極核發(fā)育而來,所以單倍體籽粒胚的基因型為ar,表型為白色;二倍體籽粒胚的基因型為AaRr,表型為紫色;二者的胚乳基因型為AaaRrr,表型為紫色。(3)結合(2)③中的育種方法可知,可以通過子代玉米籽粒的顏色篩選出S與普通玉米雜交后代中的單倍體,因此育種流程應為:用G和H雜交,將優(yōu)良性狀組合在一起,再將所得F1為母本與S雜交,獲得單倍體籽粒和二倍體籽粒,根據(jù)籽粒顏色挑選出單倍體;最后將得到的單倍體進行染色體加倍以獲得純合子,選出具有優(yōu)良性狀的個體。,突破3實驗——低溫誘導植物染色體數(shù)目的變化,1.實驗原理:低溫可抑制紡錘體形成,阻止細胞分裂,導致細胞染色體數(shù)目加倍。,2.實驗步驟與現(xiàn)象,3.低溫誘導植物染色體數(shù)目的變化實驗中的試劑及其作用,4.“低溫誘導植物染色體數(shù)目的變化”與“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”的區(qū)別,,考向1以基礎判斷的形式,考查“低溫誘導植物染色體數(shù)目的變化”實驗操作1.下列有關“低溫誘導植物染色體數(shù)目的變化”實驗的敘述,錯誤的是()A.低溫處理植物分生組織細胞,能夠抑制紡錘體的形成B.制作裝片,包括解離、漂洗和制片3個步驟C.在低倍鏡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D.把根尖放在卡諾氏液中浸泡,以固定細胞的形態(tài),B,答案B低溫處理植物的分生組織細胞,能夠抑制紡錘體的形成,A正確;制作裝片的順序是解離→漂洗→染色→制片,B錯誤;在低倍鏡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,C正確;卡諾氏液適用于一般植物組織和細胞的固定,所以把根尖放在卡諾氏液中浸泡,可以固定細胞的形態(tài),D正確。,考向2以實驗探究形式,考查實驗原理的應用與分析2.用一定濃度的秋水仙素溶液處理植物分生組織,能夠誘導細胞內染色體數(shù)目加倍,形成多倍體植物細胞。那么,用一定時間的低溫(4℃)處理水培的洋蔥根尖,是否也能誘導細胞內染色體數(shù)目的加倍呢?請通過實驗探究低溫對細胞內染色體數(shù)目的影響是否與秋水仙素作用相同。材料器具:長出根的洋蔥若干、小燒杯或廣口瓶若干、清水、冰箱、一定濃度的秋水仙素溶液。(1)實驗假設:。(2)實驗設計方案:①前期準備:用清水培養(yǎng)洋蔥,待根尖長到1cm長。②分組處理:甲組滴加一定濃度的秋水仙素溶液、乙組放在下、丙組放在室溫下進行培養(yǎng)。,③觀察現(xiàn)象:一段時間后,制作洋蔥根尖臨時裝片,在光學顯微鏡下觀察根尖區(qū)細胞內的。(3)實驗結果預測與結論:①若,則說明低溫與秋水仙素作用相同,低溫能誘導細胞內染色體數(shù)目的加倍。②若,則說明低溫與秋水仙素作用不同,低溫不能誘導細胞內染色體數(shù)目的加倍。,答案(1)低溫與秋水仙素的作用原理相同,可以誘導細胞內染色體數(shù)目的加倍(或低溫與秋水仙素的作用不同,不能誘導細胞內染色體數(shù)目的加倍)(2)②4℃低溫③分生染色體數(shù)目(3)①乙與甲染色體數(shù)目的變化相同,與丙不同②乙與丙染色體數(shù)目的變化相同,與甲不同解析實驗假設的表述應參照實驗目的,由于實驗目的是“探究低溫對細胞內染色體數(shù)目的影響是否與秋水仙素作用相同”,因此可以假設“作用原理相同”,也可以假設“作用原理不同”。該實驗的自變量為低溫和秋水仙素處理,因變量(或觀測指標)為細胞內染色體數(shù)目的變化。,核心構建,