1、5.25.2 染色体变异染色体变异第二课时第二课时【学习目标学习目标】1.掌握多倍体和单倍体在生产中的应用。2.集中育种方法的比较【课前预习案】课前预习案】一、多倍体育种、单倍体育种1多倍体育种(1)方法：目前最常用且最有效的方法是用_处理_或_。(2)原理：当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制_，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内_加倍。(3)过程：萌发的_ 秋水仙素处理染色体数目加倍发育_植株。2单倍体育种(1)过程：花药离体培养_植株人工诱导正常纯合子选择新品种。(2)优点：明显缩短_，后代都是_。3两种育种方式的比较方式多倍体育种单倍体育种原理两者都是利用染色体数目变异的
2、原理。不同的是，多倍体育种是使染色体以染色体组的形式成倍增加；单倍体育种是使染色体数目以染色体组的形式成倍减少，再加倍后获得纯种常用方法秋水仙素处理萌发的种子或幼苗(或低温诱导，使植物染色体数目加倍)花药离体培养， 然后进行人工诱导染色体加倍(秋水仙素处理萌发的种子或幼苗、低温诱导植物染色体数目加倍)，形成纯合子优点器官大，营养成分含量高明显缩短育种年限缺点适用于植物， 在动物方面难以开展； 发育延迟，结实率低技术复杂， 需与杂交育种结合； 单倍体一般不育实例三倍体西瓜、甜菜抗病植株的快速培育4.关于三倍体无子西瓜培育过程的几个问题(1)关于两次传粉：第一次传粉是杂交得到三倍体种子，第二次传粉
3、是为了刺激子房发育成果实。(2)为何不以二倍体西瓜为母本？如果以二倍体西瓜作为母本，四倍体西瓜作为父本，也能得到三倍体种子，但这种三倍体种子结的西瓜，因珠被发育成厚硬的种皮，达不到“无子”的目的。(3)用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗。因为萌发的种子、幼苗具有分生能力，细胞进行有丝分裂，用秋水仙素处理后可达到使产生的新细胞染色体数目加倍的目的。(4)秋水仙素处理后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未处理的(如根部)细胞染色体数仍为二倍体。(5)四倍体植株上结的西瓜，种皮和瓜瓤为四倍体，里面的种子为三倍体。(6)三倍体西瓜进行减数分裂时，由于同源染色体无法正常联会或联会紊乱，不能产生正
4、常配子。【课堂探究案】课堂探究案】一、杂交育种1问题探讨：有两个不同品种的纯种玉米：一个品种籽粒多（a） ，但不抗黑粉病（r） ；另一个品种籽粒少（A） ，但抗黑粉病（R） ，控制两对相对性状的两对等位基因分别位于两对同源染色体上。请回答：（1）如何使两优良性状集中在同一植株上？（2）将你的设计方案用遗传图解表示出来。（3）在第几代会出现所需要的表现型？要获得可推广使用的品种至少需要几年？2原理：_。3育种的常用步骤：_。4从杂交后代出现的各种类型及育种周期来看，指出杂交育种的优点和缺点。优点：_缺点：_思考回答：思考回答：（1）杂交育种中，为什么从 F2开始选育所需品种？如何选育？（2）杂交
5、育种能否应用于微生物育种？试分析原因。【小试牛刀】【小试牛刀】用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病（DDTT）和矮秆不抗锈病（ddtt）进行育种时，一种方法是杂交得到 F1，F1自交得到 F2；另一种方法是用 F1的花药进行离体培养，然后用秋水仙素处理幼苗得到相应的植株。下列叙述正确的是（） 。A前一种方法所得 F2中，重组类型占 5/8，纯合子占 1/4B后一种方法所得的植株中，可用于生产的类型比例为 2/3C前一种方法的原理是基因重组，原因是非同源染色体自由组合D后一种方法的原理是染色体变异，这是由于染色体结构发生改变1杂交育种方法流程（对植物而言）（1）杂交自交选种自交（选显性性状） 。（2
6、）杂交自交选种（选隐性性状） 。（3）杂交杂种。2杂交过程中基因型的纯化若选育的优良性状为隐性性状，则出现此性状的个体可稳定遗传。若选育的优良性状为显性性状，获得此品种则需连续自交，直到不再发生性状分离。杂合子连续自交，后代中纯合子或杂合子所占比例如下表（以 Aa 为例） ：Fn杂合子纯合子显性纯合子隐性纯合子显性性状个体隐性性状个体所占比例1/2n1（12）n1212n11212n11212n11212n13动植物杂交育种过程的区别（1）得到 F1后，植物自交；动物雌雄交配。（2）从 F2中选择了所需性状后，若有杂合子，植物连续自交直到不发生性状分离；动物则采用测交的方式选出纯合子。4杂交育
7、种的局限（1）杂交育种只能利用已有的基因重新组合，按需要选择，并不能创造出新的基因。（2）进行杂交育种的个体一定是进行有性生殖的个体，只能进行无性生殖的个体无法通过杂交育种培育新品种。二、诱变育种1概念：利用_因素（如 X 射线、_、_、_等）或_因素（如亚硝酸、_等）来处理生物，使生物发生_。2原理：_。3应用：农作物诱变育种，如黑农 5 号；微生物诱变育种，如青霉素高产菌株等。思考回答：思考回答：（1）我国利用返回式卫星和神舟飞船成功地完成了太空育种，即诱变育种，利用太空中高能粒子辐射、磁场等因素提高了突变频率，结合基因突变的特点，试总结诱变育种的优点和局限性。（2）利用诱变育种方法选育品
8、种时，对所选植物的生长发育状况有什么要求？【小试牛刀】【小试牛刀】（2016湖北武汉模拟）太空育种是将农作物种子搭载于返回式地面卫星，借助于太空真空、微重力及宇宙射线等地面无法模拟的环境变化，使种子发生变异，从而选择出对人类有益的物种类型。下列有关叙述不正确的是（） 。A太空育种的原理主要是基因突变B太空条件下产生的变异是不定向的C太空育种可以缩短育种周期，但从太空搭载回来以后，在地面上要进行不少于四代的培育，才可能培育出优良性状品种D不可能发生染色体变异产生新物种三、育种方法原理常用方式优点缺点举例杂交育种_使不同个体优良性状_在一个个体上操作_育种时间_局限于亲缘关系较近的个体矮秆抗病小麦
9、诱变育种_辐射、激光、空间诱变等提高_， 加速育种进程，大幅度_性，有利变异_，需大量处理实验材料高产青霉素菌株单倍体育种_花药离体培养用_处理明显_育种年限子代均为_技术复杂，需与_配合单倍体育种获得矮秆抗病植株多倍体育种_用秋水仙素处理萌发的_器官_，提高产量和营养物质只适用于植物，发育_，三倍体无子西瓜（1）在所有育种方法中，最简便、常规的育种方法是_，可以培育具有优良性状且能稳定遗传的新品种，防止后代发生性状分离，便于制种和推广。（2）杂交育种不一定都需要连续自交，若选育显性优良纯种，则需要_，直至性状不再发生分离；若选育_，则只要出现该性状即可。（3）杂种优势是通过杂交获得种子，一般
10、不是纯合子，在杂种后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一代，因为后代会发生性状分离，如杂交玉米的制种。2根据不同育种需求选择不同的育种方法（1）将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用_，亦可利用_。（2）要求快速育种，则运用_。（3）要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用_相结合的方法。（4）要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用_。3杂交育种选育的时间是从 F2开始，原因是_；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。【小试牛刀】【小试牛刀】（2018山东临沂一模）下图甲、乙表示水稻两个品种 A、a 和 B、b 表示分别位于两对同源染色体上两对等
11、位基因，表示培育水稻新品种的过程，则下列说法错误的是（） 。A过程简便，但培育周期长B和的变异都发生于有丝分裂间期C过程常用的方法是花药离体培养D过程与过程的育种原理相同杂交育种与杂种优势遗传学上杂交育种是指连续自交多次获得集中优良性状的纯种品系，能稳定遗传下去。杂种优势是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。杂种优势 F1表现最明显，F2以后逐渐减弱。如用马和驴交配获得体力强大、耐力好的杂种骡子，就是运用杂种优势。而生产上杂交育种常常寻求某种杂交组合，利用 F1的杂种优势，并不要求遗传上的稳定性，这样
12、往往需要年年制种（杂种） 。【课后巩固案】课后巩固案】1单倍体育种可以明显地缩短育种年限，原因是()A单倍体杂交后代不发生性状分离B单倍体经染色体加倍后自交后代不发生性状分离C单倍体高度不育，不发生性状分离D单倍体育种免去了费时的杂交程序2已知某小麦的基因型是 AaBbCc，三对基因分别位于三对同源染色体上，利用其花药进行离体培养，获得 N 株小麦，其中基因型为 aabbcc 的个体约占()AN/4BN/8CN/16D03马(2N64)和驴(2N62)杂交形成的骡子是高度不育的，原因是()A马和驴的染色体不能共存B染色体结构发生了变化C减数分裂中同源染色体联会紊乱D马和驴的遗传物质有本质区别4
13、将二倍体玉米的幼苗用秋水仙素处理，待其长成后用其花药进行离体培养得到了新的植株。下列有关新植株的叙述，正确的一组是()是单倍体体细胞内没有同源染色体不能形成可育的配子体细胞内有同源染色体能形成可育的配子可能是纯合子也可能是杂合子一定是纯合子是二倍体ABCD5遗传学检测两个人的体细胞中两种基因组成，发现甲为 AaB，乙为 AABb。对于甲缺少一个基因的原因分析，错误的是()A染色体结构变异B染色体数目变异C基因突变D可能是男性能力提升6下列关于二倍体、单倍体和多倍体的说法中，错误的是()A水稻(2n24)一个染色体组有 12 条染色体，水稻基因组是测定 12 条染色体的DNA 全部碱基序列B普通
14、小麦的花药离体培养后，长成的植株细胞中含三个染色体组，但不是三倍体C单倍体幼苗用秋水仙素处理得到的植株，不一定是纯合的二倍体D人工诱导多倍体的惟一方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗7下图为利用纯合高秆(D)抗病(E)小麦和纯合矮秆(d)易染病(e)小麦快速培育纯合优良小麦品种矮秆抗病小麦(ddEE)的示意图，有关此图叙述不正确的是()A图中进行过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起B过程中发生了非同源染色体的自由组合C实施过程依据的主要生物学原理是细胞增殖D过程的实施中通常用一定浓度的秋水仙素处理8有关“低温诱导大蒜根尖细胞染色体加倍”的实验，正确的叙述是()A可能出现三倍体细胞
15、B多倍体细胞形成的比例常达 100%C多倍体细胞形成过程无完整的细胞周期D多倍体形成过程增加了非同源染色体重组的机会题号12345678答案9.某二倍体植物的体细胞中染色体数为 24，基因型为 AaBb。请根据下图完成问题：(1)图中 A 所示的细胞分裂方式主要是_。(2)产生的花粉粒基因型有_种，由花粉粒发育成的单倍体有哪几种基因型？_。(3)若 C 处是指用秋水仙素处理，则个体的体细胞中含染色体_条，它是纯合子还是杂合子？_。(4)若该植物进行自花传粉，在形成的以个体组成的群体中可能有几种基因型？_。(5)若 A 表示水稻的高秆，a 表示水稻的矮秆；B 表示水稻的抗病基因，b 表示水稻的不
16、抗病基因，这两对基因按自由组合定律遗传。那么该水稻自花传粉的后代中，矮秆抗病的个体所占比例是_。 若要获得稳定遗传的矮秆抗病水稻， 应让矮秆抗病的水稻进行自交，在自交的后代中 B 显性纯种的矮秆抗病水稻所占比例为_。(6)若要尽快获得纯种的矮秆抗病水稻，则应采用上图中_(用字母表示)过程进行育种，这种育种方法称为_。10下图为普通小麦的形成过程示意图，请根据图示材料分析并回答以下问题：(1)二倍体的一粒小麦和二倍体的山羊草杂交产生甲。甲的体细胞中含有_个染色体组。由于甲的体细胞中无_，所以甲不育。(2)自然界中不育的甲成为可育的丙的原因可能是_。(3)假如从播种到收获种子需 1 年时间，且所有
17、的有性杂交都从播种开始。理论上从一粒小麦和山羊草开始到产生普通小麦的幼苗至少需_年时间。(4)从图示过程看， 自然界形成普通小麦的遗传学原理主要是_。用精练的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来，并进行识记。知识精华技能要领答答案案【课前预习案】【课前预习案】一、1.(1)秋水仙素萌发的种子幼苗(2)纺锤体的形成染色体数目(3)种子或幼苗多倍体2(1)单倍体(2)育种年限纯合子【课堂探究案】课堂探究案】一、活动与探究：1 （1）答案：答案：杂交。（2）答案：答案：P籽粒多不抗黑粉病籽粒少抗黑粉病aarrAARRF1AaRr,F2A_R_A_rraaR_aarr籽粒少抗
18、籽粒少不籽粒多籽粒多不黑粉病抗黑粉抗黑粉抗黑粉9:3:3:1从 F2中选出高产抗病个体，连续自交直到不发生性状分离，这就是我们需要的品种。（3）答案：答案：F2；4 年。2基因重组3杂交自交选育4可以将不同个体的优良性状集中于同一个体身上。育种周期长，具有远缘杂交不育的障碍。思考回答： （1）答案：答案：从 F2开始出现性状分离；从 F2中选出所需性状的个体，连续自交直到不发生性状分离为止。（2）答案：答案：不能。杂交育种利用基因重组的原理，一般发生在有性生殖的减数分裂过程中；微生物一般不进行减数分裂，故不用杂交育种。迁移与应用：C解析：解析：水稻高秆抗锈病（DDTT）和矮秆不抗锈病（ddtt
19、）杂交得到 F1（DdTt） ，F1自交得 F2，其中重组类型占 3/163/163/8，纯合子占 1/4；这种方法是杂交育种，原理是基因重组，即非同源染色体自由组合。用 F1花药进行组织培养，用秋水仙素处理幼苗，得到矮秆抗锈病植株（ddTT） ，所占比例为 1/4，这种方法是单倍体育种，原理是染色体数目变异。二、活动与探究：1物理射线紫外线激光化学硫酸二乙酯基因突变2基因突变3思考回答： （1）答案：答案：优点：提高了突变频率，加速育种进程；可大幅改良某些性状。局限性：需要处理大量的实验材料。（2）答案：答案：需处理分裂旺盛的部位，一般为萌发的种子或幼苗。迁移与应用：D解析解析：太空育种的原
20、理主要是基因突变，但在太空中由于受太空真空、微重力及空间辐射多种环境因素的综合作用， 也可能会引起细胞中染色体的变异。 太空育种能提高突变的频率，从而加快育种进程；当太空搭载种子送回地面后，需种植种子获亲本植株（第 1 代） ，杂交得 F1，F1自交得 F2，从子二代中选择出所需性状的个体再自交，观察 F3是否会出现性状分离，因而在地面上要进行不少于四代（即亲代，F1、F2、F3代）的培养，才可能培育出优良性状品种。三、活动与探究：1基因重组杂交选种自交集中简便长基因突变变异频率改良性状盲目少染色体变异秋水仙素缩短纯合子杂交育种染色体变异种子或幼苗大延迟结实率低（1）杂交育种（2）连续自交隐性
21、优良纯种2 （1）杂交育种单倍体育种（2）单倍体育种（3）诱变育种和杂交育种（4）多倍体育种3从 F2开始发生性状分离迁移与应用：B解析：解析：过程属于杂交育种，杂交育种原理是基因重组，发生在减数分裂的过程中，该种育种方法操作简便，但培育周期长。过程是单倍体育种，过程是多倍体育种，它们的原理相同都是染色体变异。【课后巩固案】【课后巩固案】1 B单倍体育种可以明显地缩短育种年限， 原因是该过程得到的生物个体为纯合子，自交后代不发生性状分离。2D本题重在审题，二倍体的花药进行离体培养，获得的全为含一个染色体组的单倍体，不会出现 aabbcc 这样的二倍体。若要获得 aabbcc 这样的个体，需用秋
22、水仙素处理由abc 花粉发育而来的单倍体幼苗。3C马和驴的染色体数目、形态和结构有一定区别，但马和驴的遗传物质并没有本质区别，都是以 DNA 作为遗传物质，不育的原因是联会紊乱不能产生正常的生殖细胞。4B二倍体幼苗经秋水仙素处理后得到四倍体植株，其花药进行离体培养长成的植株属于单倍体，含有两个染色体组，即含有同源染色体，能形成可育的配子，由于不知二倍体玉米是否为纯合子，因此形成的新植株可能是纯合子也有可能是杂合子。5C缺少一个基因可能是该基因在 X 染色体上，Y 染色体上没有相应的基因或等位基因，也可能是染色体的缺失，还有一种可能是该细胞中缺少了一条染色体。基因突变只能改变基因的类型而不能改变
23、基因的数目。6D水稻是雌雄同体的生物，不存在性染色体，所以每一对染色体都是相同的，在测定基因组时只测定 12 条染色体即可；普通小麦是六倍体，其花药离体培养后，所得个体是单倍体； 单倍体幼苗用秋水仙素处理得到的植株是不是纯合子， 主要看此单倍体中含有几个染色体组，若含有一个染色体组，处理后是纯合子，若单倍体中含有两个或两个以上染色体组，则加倍处理后不一定是纯合子；人工诱导多倍体的方法可以用低温处理，也可用秋水仙素处理。7C题中图示单倍体育种的过程，表示两个亲本杂交，所依据的原理是基因重组，从而使控制不同优良性状的基因组合到一起；过程表示的是 F1进行减数分裂产生配子的过程， 在减数第一次分裂后
24、期非同源染色体自由组合； 过程表示由花药发育成单倍体植株的过程，此过程中不但有细胞的分裂还有细胞的分化，所依据的原理主要是细胞的全能性；过程是诱导染色体数目加倍的过程，一般用一定浓度的秋水仙素处理。8C用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，进而影响染色体向两极移动，使细胞不能正常分裂形成两个子细胞，导致植物细胞内染色体组数目加倍，形成多倍体植物，故染色体组数只能为偶数。多倍体细胞形成的原理是抑制纺锤体的形成，阻止细胞的分裂，所以细胞周期是不完整的。整个过程中不存在减数分裂，故不会出现非同源染色体的重组。9 (1)减数分裂(2)4AB、 Ab、 aB、 ab(3)24纯合子(4)9
25、种(5)3/161/2(6)ABC单倍体育种解析植物产生花粉或卵细胞也要经过减数分裂，由于基因型为 AaBb，所以能产生 4种花粉，将花粉经花药离体培养产生的单倍体也应该有 4 种基因型：AB、Ab、aB、ab。花粉中染色体是母体细胞的一半，即 12 条，经秋水仙素处理后的纯合子染色体应该为 24 条。基因型为 AaBb 的个体自交，后代应该有 9 种基因型。矮秆抗病的个体基因型有两种：aaBB 和aaBb，在后代中所占比例是 1/16(aaBB)2/16(aaBb)3/16。当矮秆抗病的水稻进行自交，纯合子(aaBB)是 1/3，而杂合子(aaBb)是 2/3，自交的后代中 B 显性纯合子比例为 2/31/41/6，所以矮秆抗病的水稻进行自交，后代中矮秆抗病纯合子所占比例为 1/31/61/2。10(1)2同源染色体(2)低温等自然恶劣条件的影响，导致染色体数目加倍(3)4(4)染色体变异解析自然界形成二倍体普通小麦的原理是染色体变异， 其原因是自然状况下， 低温等恶劣环境导致染色体数目变异。
