一、染色体结构的变异二、染色体数目的变异三、染色体变异在育种上的应用

第三节 染色体变异及其应用第三章 遗传和染色体

染色体变异的概念1 、染色体变异是光学显微镜下可见　的变异2 、染色体变异包括染色体结构、数　目的改变，与基因突变不同，前者　的结果可以用显微镜看见。3 、染色体变异由于牵涉到许多基因　改变，因而后果比基因突变要严重　得多。

一、染色体结构的变异1 、原因： 染色体断裂以及断裂后片段不正常的重新连接。2 、类型： 缺失、重复、倒位、易位

（ 1 ）缺失

（ 2）重复

（ 3 ）倒位

（ 4 ）易位

注意：易位发生在非同源染色体之间

•染色体结构的改变会导致染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。•大多数染色体结构的变异对生物体是不利的，有时甚至导致生物体死亡。

3 、后果：

4 、特点：频率很低5 、诱导因素：电离辐射、病毒感染或化学物质诱导。

（染色体结构的变异）病因： 5 号染色体部分缺失

猫叫综合征

课题研究： 环境中化学物质对染色体结构变异的影响•研究目的： 了解环境中化学物质对染色体结构变异的影响。•推荐器材： 培养皿，试管，载玻片，盖玻片，显微镜；蚕豆种子等；硫酸铜，改良碱性品红染液等。

•研究指导： 阅读背景资料： 引起染色体变异的原因很多，其中辐射与化学药物是导致染色体变异的重要原因。为了证实硫酸铜对染色体结构具有导致变异的影响，一位学生用硫酸铜溶液培养蚕豆种子，发现萌发的幼苗根尖细胞中出现微核，这是染色体结构变异的结果。生物科学工作者往往采用微核研究的方法来分析环境污染的程度。

微核

学生实验步骤：（ 1 ）将蚕豆种子洗净， 25℃水培；（ 2 ）待根长到 0.5~1.5cm ，移入质量浓度为 300mg/L 的硫酸铜溶液中培养 6h ；（ 3 ）自来水冲洗后，再移入清水中培养 24h ；（ 4 ）剪取蚕豆根尖，制作临时玻片标本，用改良碱性品红染液染色；（ 5 ）每个根尖计数 500~1000 个细胞 ,计算微核率。

例：某工厂污水流入河流中，使河中植物大批死亡。有同学认为是污水中的化学物质使植物细胞的染色体结构发生了变异，并准备对此进行研究。如果是你，你如何研究？

作出假设：提出问题：污水中的化学物质对植物染色体结构变异的影响。

污水中的化学物质会使植物染色体结构产生变异。

•探究实践

设计与实验：

① 用污水培养 ② 用蒸馏水培养（实验组） （对照组）分析证据：（比较①、②两组的微核率）得出结论：若①微核率＞②微核率，说明……若①微核率≈②微核率，说明…… 若①微核率＜②微核率，说明……

深入探究： 探究水质污染程度与生物细胞微核率高低的关系。

二、染色体数目的变异（一）个别染色体增加或减少：

1 、实例：

2 、形成原因：（ 1 ）减Ⅰ分裂后期，个别同源染色体没有分开。（ 2 ）减Ⅱ分裂后期，个别姐妹染色单体分开后移向细胞同一极。

•21 三体综合征（多 1 条 21 号染色体）•性腺发育不全综合征（ XO ）•先天性睾丸发育不全综合征（ XXY ）•XYY 综合征

•智力低下•身体发育缓慢•常表现特殊面容•50% 患儿有先天性心脏病，部分患儿发育过程中夭折。

21 三体综合征

（染色体数目的变异）病因：患者多了一条 21 号染色体

响誉世界的著名“天才”音乐指挥家舟舟

■ 姓名／胡一舟 ■ 年龄： 34 岁 ■ 出生／ 1978 年 4 月 1 日■ 智商： 30 重度弱智 （正常人的最低 70 ）■ 演出／自 1999 年 1 月在保利剧场进行第一场指挥表演以来，至今已演出 20 场，与国内外十余家交响乐团进行过合作。

智障“天才”舟舟的资料舟舟是一个先天智力障碍( 三体综合症 ) 患者病因：常染色体变异 , 比正常人多了一条 21 号染色体

•人的第 21号染色体如果多一条，就会患 21三体综合征。•第 13号染色体多一条，患者兔唇、腭裂、先天性心脏病、严重智力迟钝，常在出生后 3个月内死亡，也有少数活到 5岁，发生率为 1／ 5000。

（二）以染色体组的形式成倍增加或减少：

雌果蝇雄果蝇

1 、染色体组：

减数分裂

二倍体

如图，果蝇体细胞有Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号和性染色体各两条，我们就说它有两个染色体组。　　它们的生殖细胞内只含有Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号和性染色体各一条，我们说它有一个染色体组。即：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、 X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、 Y

① 一个染色体组中无同源染色体，形态和功能各不相同； ② 一个染色体组携带着控制生物生长的全部遗传信息。

1 、染色体组：（ 1 ）概念：二倍体生物配子中所具有的全部染色体组成一个染色体组。（ 2 ）特点：

（ 3 ）染色体组数的判断：

例 1 ：以下各图中，各有几个染色体组？

4 个2 个3 个 5 个 1 个① 染色体组数 = 细胞中任意一种染色体条数

例 2 ：以下基因型，所代表的生物染色体组数分别是多少 ?（ 1 ） Aa ______ （ 2 ） AaBb _______（ 3 ） AAa _______（ 4 ） AaaBbb _______（ 5 ） AAAaBBbb _______（ 6 ） ABCD ______

2 个2 个

3 个3 个

4 个② 染色体组数 = 基因型中控制同一性状的基因个数

1 个

由受精卵发育而成，体细胞中含有两个染色体组的个体。几乎全部动物，过半数的高等植物。

2 、二倍体：① 概念：② 存在：

（ 2N ）

3 、多倍体： ① 概念：由受精卵发育而成，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。

（ kN ）

② 存在：主要是植物，动物极少见。举例：香蕉为三倍体、普通小麦为六倍体

④ 形成原因：

③ 特点 ( 植物 ) ：•茎杆粗壮；•叶片、果实和种子都比较大；•糖类和蛋白质等营养物质的含量增加。

一般认为，当植物体的内外环境发生骤变时，正在分裂的细胞中的纺锤体可能受到破坏，已经复制的染色体不能分配到细胞两极，细胞也就不能分裂成两个子细胞，于是形成了染色体组加倍的细胞。

⑤ 后果：在植物及低等动物中比较常见，由于基因控制的蛋白质成比例增多或减少，一般对生存没有显著影响。注意：具有偶数染色体组的多倍体植物：一般可育具有奇数染色体组的多倍体植物：不可育　　

4 、单倍体： ① 概念：

由配子直接发育而成，体细胞中含本物种配子染色体数目的个体。② 存在③ 特点 (植物 ) ：植株弱小，高度不育

动物：植物：如雄蜂偶尔出现

（ k/2·N ）

• 方法： 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

• 实例： 三倍体无子西瓜的培育

1 、多倍体育种：三、染色体变异在育种上的应用

（原理：能够抑制纺锤体的形成 , 导致染色体不分离 , 从而引起细胞内染色体数目加倍）

2N

4N

胚 : 3N

秋水仙素处理2N

2N

♀ ♂

3N

2N

三倍体无子西瓜的培育

第一年第二年 种植 种植

传粉

传粉刺激果实发育

3N

果皮、种皮： 4N

染色体联会紊乱无生殖细胞形成

• 方法： 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。 • 实例： 三倍体无子西瓜的培育

1 、多倍体育种：三、染色体变异在育种上的应用

（原理：能够抑制纺锤体的形成 , 导致染色体不分离 , 从而引起细胞内染色体数目加倍）

• 原理：

• 优点： 可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富 。• 缺点： 结实率低，成熟迟（晚熟）

染色体变异

普通小麦 × 黑麦6N 2N

F13N+N

（异源多倍体，不育）秋水仙素处理

小黑麦6N+2N

（异源多倍体，可育）

八倍体小黑麦的培育

低温诱导植物染色体数目的变化原理

用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以至影响染色体被被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目发生变化。材料用具 洋葱或大葱、蒜（均为二倍体，体细胞中的染色体数为 16），培养皿，滤纸，纱布，烧杯，镊子，剪刀，显微镜，载玻片，盖玻片，冰箱，卡诺氏液，改良苯酚品红染液，体积分数为 15%的盐酸溶液，体积分数为 95%的酒精溶液。

实验

方法步骤1 、将洋葱或（大葱、大蒜）放在装满清水的广口瓶上，让洋葱的底部接触水面。待洋葱长出约 1cm的不定根时，将整个装置放入冰箱的低温室内（ 4℃），诱导培养 36h。2 、剪取诱导处理的根尖 0.5-1cm，放入卡诺氏液中浸泡 0.5-1h，以固定细胞的形态，然后用体积分数为 95%的酒精冲洗 2次。3 、制作装片，包括：解离、漂洗、染色和制片4个步骤，具体操作方法与实验“观察植物细胞的有丝分裂”相同。4、先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂相。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。确认某个细胞发生染色体数目变化后，再用高倍镜观察。

秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍，这两种方法在原理上有什么相似之处？

结论低温能诱导植物染色体数目发生变化。

讨论

都能抑制纺锤体的形成 ,导致染色体不分离 ,从而引起细胞内染色体数目加倍。

研究性学习： 探究低温诱导染色体加倍。

2 、单倍体育种：•方法： 花药(粉) 离体培养

花粉

单倍体

纯合二倍体

优良品种

离体培养人工诱导染色体加倍

选择

2 、单倍体育种：

•实例：花粉(药 )

秋水仙素 正常纯合子单倍体幼苗离体培养

•方法：花药 (粉 ) 离体培养

矮杆抗病水稻的培育

例：在水稻中，高杆 (D)对矮杆 (d)是显性，抗病 (R)对不抗病 (r)是显性。现有纯合矮杆不抗病水稻 ddrr和纯合高杆抗病水稻 DDRR 两个品种 ,要想得到能够稳定遗传的矮杆抗病水稻ddRR ，应该怎么做？

P DDRR × ddrr

F1 DdRr

配子 DR Dr dR dr花粉 (药 )离体培养

幼苗 DR Dr dR dr秋水仙素处理

DDRR DDrr ddRR ddrr正常植株（单倍体）（纯合子） 高杆抗病 高杆不抗病 矮杆抗病 矮杆不抗病

2 、单倍体育种：

•实例：花粉(药 )

秋水仙素 正常纯合子单倍体幼苗离体培养

•优点：后代是纯合子，明显缩短了育种年限。•缺点：技术较复杂

•方法：花药 (粉 ) 离体培养

•原理：染色体变异

矮杆抗病水稻的培育

杂交育种 多倍体育种 单倍体育种方法原理优点缺点

3 、育种方法小结：

杂交 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 花药 (粉 ) 离体培养基因重组 染色体变异 染色体变异方法简便 可培育出新种，器官大，产量高，营养丰富

后代都是纯合子，明显缩短育种年限要长年限选择才可获得 结实率低，成熟迟（晚熟） 技术较复杂