1、第第5 5章章 基因突变及其他变异基因突变及其他变异 第第2 2节节 染色体变异染色体变异 基础巩固 1.下图表示某生物细胞中两条非同源染色体及其上的部分基因,下列不属于 染色体结构变异的是( ) A. B. C. D. 解析:与细胞中的染色体相比,少了基因b和C,属于染色体结构变异中的缺 失;与细胞中的染色体相比,一条染色体上的e、D基因移到了另一条非同 源染色体上,属于染色体结构变异中的易位;与细胞中的染色体相比,基因 的数目和排列顺序都不变,只是b基因变成了B基因,是基因突变形成的,不属 于染色体结构变异;与细胞中的染色体相比,同一条染色体上基因顺序发 生了改变,属于染色体结构变异中的倒
2、位。 答案:C 2.下列关于染色体组的叙述,正确的是( ) A.染色体组内不存在同源染色体 B.体细胞中的一半染色体是一个染色体组 C.配子中的全部染色体是一个染色体组 D.染色体组在减数分裂过程中消失 解析:染色体组是细胞内的一组非同源染色体,不存在同源染色体,A项正确; 二倍体生物体细胞中的一半染色体是一个染色体组,而四倍体生物体细胞 中的一半染色体是两个染色体组,B项错误;二倍体生物配子中的全部染色体 是一个染色体组,而四倍体生物配子中的全部染色体是两个染色体组,C项错 误;染色体组在减数分裂过程中一直存在,不会消失,D项错误。 答案:A 3.下列关于单倍体、二倍体、多倍体的叙述,错误的
3、是( ) A.由受精卵发育成的生物体,细胞中有几个染色体组就叫几倍体 B.由配子发育成的生物体,细胞中无论有几个染色体组也只能叫单倍体 C.单倍体一般高度不育,多倍体一般茎秆粗壮,果实、种子较大 D.单倍体都是纯种,多倍体等位基因至少有三个 解析:由受精卵发育而来的个体,体细胞中含有几个染色体组就是几倍体,A 项正确;由配子发育而来的个体都叫单倍体,与染色体组数无关,B项正确;单 倍体植株长得弱小,高度不育,多倍体植株一般茎秆粗壮,果实和种子比较大, 糖类和蛋白质等营养物质含量都有所增加,C项正确;单倍体不一定是纯种, 如由基因型为AAaaCccc的个体形成的单倍体的基因型有纯合的,也有杂合
4、的,对于同源多倍体来说,等位基因的个数与其倍数是一致的,而异源多倍体 的等位基因个数则不一定,如白菜甘蓝由白菜与甘蓝体细胞融合形成,是 异源四倍体,它的等位基因为两个,D项错误。 答案:D 4.下图中字母代表正常细胞中所含有的基因,相关说法错误的是( ) A.可以表示经秋水仙素处理后四倍体西瓜体细胞的基因组成 B.可以表示果蝇体细胞的基因组成 C.可以表示21三体综合征患者体细胞的基因组成 D.可以表示雄性蜜蜂体细胞的基因组成 解析:经秋水仙素处理后的结果为染色体数目加倍,基因数目也加倍,而且基 因至少两两相同,而细胞的基因型为AAAa,不能表示经秋水仙素处理后的 细胞的基因组成,A项错误;果
5、蝇为二倍体生物,可表示果蝇体细胞的基因 组成,B项正确;21三体综合征患者多出1条21号染色体,可以表示其基因组 成,C项正确;雄性蜜蜂是由卵细胞直接发育成的个体,为单倍体,可以表示 其体细胞的基因组成,D项正确。 答案:A 5.人工诱导多倍体的形成常常使用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗而获得。 秋水仙素的作用原理是( ) A.使细胞染色体复制发生差错 B.使分裂后期细胞着丝粒不分裂 C.抑制细胞纺锤体的形成 D.使末期细胞不形成新的细胞壁 解析:秋水仙素诱导多倍体形成的原因是抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体 的形成,从而使细胞染色体数目加倍。而在有丝分裂过程中,纺锤体的形成 发生在分裂前期,所以秋
6、水仙素作用于细胞周期的前期,抑制纺锤体的形成。 答案:C 拓展提高 6.慢性髓细胞白血病是一种恶性疾病,患者骨髓内会出现大量恶性增殖的白 细胞。该病是由9号染色体和22号染色体互换片段所致。这种变异属于 ( ) A.基因突变 B.基因重组 C.染色体结构变异 D.染色体数目变异 解析:据题意分析,慢性髓细胞白血病是由9号染色体和22号染色体互换片 段所致,该种变异属于染色体结构变异中的易位。 答案:C 7.下图表示某种生物的部分染色体发生的两种变异,图中和、和互 为同源染色体,则图a、图b所示的变异( ) a b A.均为染色体结构变异 B.基因的数目和排列顺序均发生改变 C.均使生物的性状发
7、生改变 D.均可发生在减数分裂过程中 解析:图a是发生在减数分裂四分体时期的非姐妹染色单体之间的交叉互 换,属于基因重组;图b是非同源染色体上发生的变化,属于染色体结构变异 中的易位,A项错误;图a和图b能改变基因在染色体上的排列顺序,但一般不 改变基因的数目,B项错误;基因重组不一定导致生物性状的改变,而染色体 结构变异一般会引起性状的改变,C项错误;图a为基因重组,发生在减数分裂 过程中,图b为染色体结构变异,可发生在有丝分裂过程中,也可以发生在减 数分裂过程中,D项正确。 答案:D 8.下图所示为细胞中所含的染色体,下列有关叙述正确的是( ) A b c A.图a一定是二倍体细胞的有丝分
8、裂后期 B.图b不可能是由受精卵发育来的 C.如果图b表示体细胞,则图b代表的生物一定是三倍体 D.图c代表的生物一定是由配子发育而来的,是单倍体 解析:图a可能是二倍体细胞或含有两个染色体组的单倍体细胞有丝分裂后 期,A项错误;图b含有3个染色体组,可能是由受精卵发育来的,B项错误;如果 图b表示体细胞,该细胞含有3个染色体组,则图b代表的生物可能是三倍体或 单倍体,C项错误;图c含有1个染色体组,一定是由配子发育而来的,是单倍 体,D项正确。 答案:D 9.研究人员将基因型为Hh的二倍体西瓜幼苗用秋水仙素处理后获得植株甲, 再以植株甲为母本,基因型为Hh的二倍体西瓜植株为父本,进行杂交,获
9、得植 株乙。下列有关叙述正确的是( ) A.秋水仙素能使植株的染色体数目加倍,故植株甲为纯合的四倍体 B.植株甲接受二倍体西瓜植株的花粉后,其所结的西瓜为三倍体无子西瓜 C.植株乙的基因型及比例为HHHHHhHhhhhh=1551 D.植株乙所结的果实通常不含种子的原因是减数分裂时染色体不能复制 解析:由题意可知,加倍后植株甲的基因型为HHhh,还是杂合子,A项错误;植 株甲是四倍体,能产生正常的配子,接受二倍体西瓜植株的花粉后,其所结的 西瓜为有子西瓜,B项错误;植株甲(HHhh)和基因型为Hh的植株杂交,获得植 株乙的基因型及比例为HHHHHhHhhhhh=1551,C项正确;植株 乙所结
10、的果实通常不含种子的原因是联会发生紊乱,不能产生正常的配子,D 项错误。 答案:C 挑战创新 10.某二倍体植物的花色由位于三对同源染色体上的三对等位基因(Aa、Bb、 Dd)控制,研究发现体细胞中的d基因数多于D基因时,D基因不能表达,且A基 因对B基因表达有抑制作用,如图甲所示。某黄色突变体细胞基因型与其可 能的染色体组成如图乙所示(其他染色体与基因均正常,产生的各种配子正 常存活)。 甲 (基因型为aaBbDdd的三种可能的突变体类型) 乙 (1)根据图甲,正常情况下,橙花植株的基因型有 种,纯合白花植株的基 因型有 种。 (2)基因型为AAbbdd的白花植株与纯合黄花植株杂交获得F1,
11、F1自交产生的 F2植株的表型及比例为_。 (3)图乙中,的变异类型分别是 ;基因型为 aaBbDdd的突变体花色为 。 (4)为了确定aaBbDdd植株属于图乙中的哪一种突变体,设计以下实验。 实验步骤:让该突变体与基因型为aaBBDD的植株杂交,观察并统计子代的表 型与比例。 结果预测: .若子代中橙花黄花=31,则其为突变体; .若子代中_,则其为突变体; .若子代中_,则其为突变体。 解析:(1)根据图甲,正常情况下,橙花的基因型有aaBBDD、aaBbDD、 aaBBDd、aaBbDd共4种,纯合白花植株的基因型有AABBDD、AABBdd、 AAbbDD、AAbbdd、aabbDD
12、、aabbdd,共6种。(2)基因型为AAbbdd的白花 植株与纯合黄花植株杂交获得F1,根据图示可知,纯合黄花植株基因型为 aaBBdd,则F1的基因型为AaBbdd,F1自交产生的F2植株的表型及比例为 9A_B_dd白花、3A_bbdd 白花、3aaB_dd黄花、1aabbdd白花,故F2植株的表 型及比例为白花黄花=133。(3)图乙中,的变异类型分别是染色体 数目变异、染色体结构变异。图乙中,突变体aaBbDdd的体细胞中的d基因 数多于D基因时,D基因不能表达,所以花色为黄色。(4)让突变体aaBbDdd与 基因型为aaBBDD的植株杂交,若子代中黄花橙花=13,则其为突变体; 若
13、子代中黄花橙花=15,则其为突变体;若子代中黄花橙花=11,则 其为突变体。 答案:(1)4 6 (2)白花黄花=133 (3)染色体数目变异、染色体结构变异(或重复) 黄色 (4)橙花黄花=51 橙花黄花=11 探究实践课:低温诱导植物细胞染色体数目的变化 一、实验目的 1.学习低温诱导植物细胞染色体数目变化的方法。 2.理解低温诱导植物细胞染色体数目变化的作用机制。 二、实验原理 植物分生组织细胞抑制纺锤体的形成影响染色体移向细胞两极 细胞不能分裂成两个子细胞细胞内染色体数目加倍。 三、探究过程 实验思考 1.本实验思考。 (1)本实验中对实验材料有哪些要求? 提示:要求实验材料的细胞能旺
14、盛地分裂。低温诱导染色体数目发生改 变,是通过抑制分裂细胞内纺锤体的形成,使染色体不能移向细胞两极而实 现的,所以,低温只能对进行细胞分裂的细胞起作用,使其染色体数目改变。 要求细胞内染色体数目少,便于对染色体进行观察。 (2)秋水仙素与低温处理都能诱导染色体数目加倍,这两种方法的原理相同 吗?为什么? 提示:相同。两者都在分生区细胞有丝分裂前期抑制纺锤体的形成,但不影 响后期着丝粒的分裂,以致加倍后的染色体仍在细胞中央,细胞不能分裂成 两个子细胞,于是细胞内染色体数目加倍。 (3)如果不能观察到染色体数目加倍且无纺锤体的细胞,你认为原因可能是 什么? 提示:造成看不到染色体数目加倍且无纺锤体
15、的原因较多,常见原因: 没有培养出分生区或没有剪取到分生区。 低温诱导时间不足。 解离不充分或漂洗不干净造成染色不充分。 染色时间控制不当,看不清染色体。 2.延伸思考。 结合本实验思考,细胞分裂过程中,着丝粒分裂是由于纺锤丝的牵引作用吗? 为什么? 提示:不是,本实验原理是低温处理抑制纺锤体的形成,所以着丝粒的分裂 不是纺锤丝的牵引作用。 归纳提升 1.低温诱导植物细胞染色体数目变化的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0.51 h 固定细胞形态 体积分数为 95%的酒精 冲洗用卡诺氏液处理过的根尖 洗去卡诺氏液 与质量分数为15%的盐酸等体积混
16、合,浸泡经过固定的根尖 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 清水 浸泡解离后的根尖约10 min 漂洗根尖,去掉解离液 质量浓度为 0.01 g/mL的 甲紫溶液 把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫溶 液的玻璃皿中染色35 min 使染色体着色 2.实验注意事项。 (1)选材。 应选用能进行分裂的分生组织细胞,否则不会出现染色体数目加倍的情 况;常用的观察材料有蚕豆、洋葱、蒜等。 (2)根尖培养。 培养不定根,要使材料湿润以利于生根;低温诱导,应设常温、4 、0 三种,以作为对照,否则实验设计不严密。 (3)在用显微镜观察时,先用低
17、倍镜寻找染色体形态较好的分裂期,再换上高 倍镜并调节细准焦螺旋和反光镜,使物像清晰,仔细观察,辨认哪些细胞发生 染色体数目变化,找出处于细胞分裂中期的细胞,进行染色体计数。 (4)为了能观察到细胞在生活状态下的内部结构,必须先将细胞固定;显微镜 下观察到的细胞是已被盐酸杀死的细胞;实验原理中低温处理会抑制纺锤 体的形成;染色体不能被拉向两极不等同于着丝粒不分裂。 实战演练 1.下列关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的叙述,错误的是 ( ) A.用盐酸和酒精混合液解离根尖后即可染色 B.染色常用的染液为甲紫溶液,也可用醋酸洋红液替代 C.最好选用分裂中期的细胞进行观察,此时染色体形态最
18、清晰 D.低温处理与观察不能同时进行 解析:质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精用来解离,解离后需 经过漂洗才能染色,A项错误;染色常用的染液为甲紫溶液,也可用醋酸洋红 液替代,B项正确;分裂中期的染色体整齐地排列在赤道板中央,因此最好选 用分裂中期的图像进行观察,此时染色体形态最清晰,C项正确;低温诱导染 色体数目加倍实验中,先低温处理,再制作装片观察,D项正确。 答案:A 2.秋水仙素诱导多倍体形成的原因是( ) A.诱导染色体多次复制 B.抑制细胞有丝分裂时纺锤体的形成 C.促进染色单体分开,形成染色体 D.促进细胞融合 解析:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,通过抑制细胞有丝分
19、裂时纺锤体 的形成,染色体不能分配到子细胞中,于是形成染色体数目加倍的细胞。 答案:B 3.下列关于“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验的叙述,正确的是 ( ) A.原理:低温抑制着丝粒分裂,使染色单体不能移向两极 B.解离:盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离 C.染色:甲紫溶液和醋酸洋红液都可以使染色体着色 D.观察:显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目加倍 解析:“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”的实验原理是低温抑制纺锤 体的形成,导致着丝粒分裂后染色体不能移向细胞两极,细胞不能分裂,从而 使染色体数目加倍,A项错误;卡诺氏液能固定细胞的形态,盐酸酒精混合液 可以使洋葱根
20、尖细胞解离,B项错误;甲紫溶液和醋酸洋红液都可以使染色体 着色,C项正确;洋葱(或蒜)根尖装片中的细胞大部分处于有丝分裂间期,而低 温抑制纺锤体的形成主要影响前期,因此在显微镜下观察到染色体数目加 倍的只是少数细胞,D项错误。 答案:C 4.下图是某学生用二倍体植物(2n=20)做低温诱导染色体加倍实验时所拍摄 的显微照片,下列说法正确的是( ) A.该学生通过构建物理模型来研究低温诱导染色体加倍的过程 B.在图中N时期,一定有4个染色体组 C.低温发挥作用的时期是图中M所示的时期 D.图中看不到由NM时期的连续变化过程 解析:图示为拍摄的显微照片,属于放大后的图像,故不属于物理模型,A项错
21、误;图中N时期为分裂中期,可能为诱导加倍前的细胞中期图(2个染色体组), 也可能为诱导加倍后的细胞中期图(4个染色体组),故可能有2个或4个染色 体组,B项错误;低温抑制纺锤体的形成,而纺锤体形成是在分裂前期,因此低 温发挥作用的时期是分裂前期,而图中M所示的时期为分裂后期,C项错误; 在低温诱导染色体加倍实验中,因为所观察的细胞为死细胞,故图中看不到 由NM时期的连续变化过程,D项正确。 答案:D 5.为了验证低温能诱导植物细胞染色体数目的变化,选取不定根长约1 cm的 大蒜放入4 的冰箱内,诱导培养36 h后进行固定处理、制片并观察。下列 说法正确的是( ) A.该实验需将大蒜根尖制成装片
22、后再进行低温处理 B.该实验原理是低温处理能促进细胞内的复制和抑制细胞分裂 C.固定处理时需要用体积分数为95%的酒精冲洗两次以固定细胞形态 D.在显微镜的视野内既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目发生改变的 细胞 解析:该实验需将大蒜根尖先低温处理后,再用卡诺氏液固定,并用体积分数 为95%的酒精冲洗后再制成装片,A项错误;该实验的原理是低温能抑制纺锤 体的形成,从而使细胞中染色体分离后不能分向两个细胞,进而形成染色体 数目加倍的细胞,B项错误;在实验中,利用卡诺氏液固定细胞形态后,需要用 体积分数为95%的酒精冲洗两次,C项错误;绝大多数细胞处于分裂间期,低 温对其不起作用,所以在显微镜下
23、观察,发现只有少数细胞的染色体数目加 倍,即所观察的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项正确。 答案:D 6.为探究秋水仙素诱发基因突变及染色体数目加倍的最佳浓度和作用时间, 进行了相关实验,下列有关叙述错误的是( ) A.秋水仙素的浓度和作用时间属于自变量 B.温度属于无关变量,会影响实验结果 C.变异细胞类型都可以用光学显微镜观察检验 D.正式实验前需进行预实验,以检验实验设计的科学性和可行性 解析:因为探究秋水仙素诱发基因突变及染色体数目加倍的最佳浓度和作 用时间,所以秋水仙素的浓度和作用时间属于自变量,A项正确;由于秋水仙 素的浓度和作用时间属于自变量,所以
24、温度等属于无关变量,需要严格控制, 否则会影响实验结果,B项正确;变异细胞类型中染色体数目变化可以用光学 显微镜观察检验,而基因突变属于分子水平,不能用光学显微镜观察检验,C 项错误;预实验是在正式实验之前,用标准物质或只用少量样品进行实验,以 便得出最佳的实验条件,为正式实验打下基础,所以正式实验前需进行预实 验,以检验实验设计的科学性和可行性,D项正确。 答案:C 7.某研究小组开展了“用秋水仙素诱导培育四倍体草莓”的实验。选取二倍 体草莓(2n=14)幼苗若干,随机分组,每组30株,用不同浓度的秋水仙素溶液处 理幼芽,得到实验结果如下页图所示。下列有关叙述,错误的是( ) A.实验的自变
25、量是秋水仙素溶液浓度和处理时间 B.秋水仙素能抑制细胞内纺锤体的形成,进而影响细胞的正常分裂 C.高倍镜下观察草莓芽尖细胞的临时装片,发现分裂中期染色体数目均为 28条 D.用质量分数为0.2%的秋水仙素溶液处理草莓幼苗的幼芽1d,诱导成功率 较高 解析:该实验有两个自变量,即秋水仙素溶液浓度和处理时间,A项正确;秋水 仙素处理幼芽,能诱导染色体数目加倍,原理是秋水仙素能抑制细胞分裂时 纺锤体的形成,进而影响细胞的正常分裂,B项正确;由于秋水仙素的作用,有 的细胞中染色体数目已加倍,有的还没有加倍,因此高倍镜下观察草莓芽尖 细胞的临时装片,发现分裂中期染色体数目有的为28条,有的仍为14条,C
26、项 错误;从题图中可以看出,用质量分数为0.2%的秋水仙素溶液处理草莓幼苗 的幼芽1d,诱导成功率较高,D项正确。 答案:C 8.四倍体大蒜比二倍体大蒜的产量高许多,研究表明,低温可诱导染色体数 目加倍。为探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳温度,设计如下实验: (1)实验主要材料:大蒜、培养皿、恒温箱、显微镜、甲紫溶液等。 (2)实验步骤: 取5个培养皿编号,并分别加入纱布和适量的水。 取适量大蒜培养生根,然后 ,放入培养皿中。 将培养皿分别放入-4 、0 、_的恒温箱中处理1 h。 分别取根尖 区制作装片,步骤:解离 制片。 利用显微镜观察,记录结果,统计_。 (3)实验结果:染色体加倍率最高
27、的一组为最佳低温。 (4)实验分析: 设置实验步骤不同温度处理的目的是 。 除材料中所给的染液外,对染色体染色还可以用 等。 除 低 温 外 , 也 可 以 用 诱 导 染 色 体 数 目 加 倍 , 原 理 是 。 解析:本实验的目的是探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳温度,自变量是 温度的不同,因变量是每组视野中细胞的染色体数目加倍率,实验材料大蒜 等无关变量应相同。(2)实验步骤:由步骤“取5个培养皿编号”和步骤“- 4 、0 ”可知,该实验设置了温度梯度差值为4的5组实验,大蒜为无关变 量,所以步骤应取适量大蒜培养生根,然后随机均分为5组,放入培养皿中; 步骤应将培养皿分别放入-4 、0
28、 、4 、8 、12 的恒温箱中处 理1 h。步骤是将经低温诱导的根尖制成临时装片进行观察;由于根尖的 分生区细胞有分裂能力,所以制作临时装片时选取的部位应该是根尖的分 生区,制作临时装片的流程为解离漂洗染色制片。步骤是利用显 微镜对因变量进行观察检测,因此需观察、统计不同温度处理后的视野中 的染色体加倍率,并记录结果。(4)实验分析:设置实验步骤,即将培养皿 放在不同温度下恒温处理,其目的是为了进行相互对照,排除室温对实验结 果的干扰。染色体容易被碱性染料染色,本实验除了用甲紫溶液对染色 体进行染色外,还可以用醋酸洋红液对染色体进行染色。秋水仙素作用 于正在分裂的细胞时,能够抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两 极,从而引起细胞内染色体数目加倍。可见,除低温外,秋水仙素也可以诱导 染色体数目加倍。 答案:(2)随机均分为5组 4 、8 、12 分生 漂洗 染色 不同温度处理后的染色体加倍率 (4)进行相互对照 醋酸洋红液 秋水仙素 抑制纺锤体形成
