第2节　染色体变异
一、染色体结构的变异
1.类型(连线)
2.结果
使排列在染色体上的基因的_______________发生改变,从而导致性状的变异。
二、染色体数目的变异
1.类型
(1)细胞内___________的增加或减少,如21三体综合征。
(2)细胞内染色体数目以_________的形式成倍地增加或减少,如多倍体、单倍体。
数目或排列顺序
个别染色体
染色体组
2.染色体组
(1)概念:细胞中的一组_____________,在形态和功能上各不相
同,但又互相协调,共同控制生物的生长、发育、遗传和变异,
这样的一组染色体叫做一个染色体组。
(2)组成:如图为一雄果蝇的染色体组成,其染色体组可表示
为:______________或______________。
非同源染色体
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y
3.二倍体、多倍体和单倍体的比较
染色体组
配子
三个或三个以上
受精卵
配子
三、单倍体育种和多倍体育种

1.图中①和③的操作是_________处理,其作用原理是抑制_____
_________。
2.图中②过程是_____________。
3.单倍体育种的优点是_________________。
秋水仙素
纺锤
体的形成
花药离体培养
明显缩短育种年限
四、低温诱导植物染色体数目的变化
1.实验原理
用低温处理植物分生组织细胞,如根尖分生组织细胞,能够抑制
_____________,以致影响染色体被拉向两极,细胞不能分裂成
两个子细胞,使植物细胞___________加倍。
2.方法步骤
洋葱根尖培养→取材→_________(解离→漂洗→_____→制
片)→观察。
3.实验结论
适当低温可以诱导___________加倍。
纺锤体的形成
染色体数目
制作装片
染色
染色体数目
1.(2011海南T19A)染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加。( )
【分析】染色体组整倍性变化能导致基因数目的变化,不会引起基因种类的变化。
2.(2011海南T19C)染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化。( )
【分析】染色体片段的缺失和重复导致基因数目减少和增加,其中染色体片段缺失还能导致基因种类减少。
×
×
3.(2010福建T3D)显微镜下可以看到低温诱导生物体的大多数染色体数目发生变化。( )
【分析】生物体的大多数细胞处于细胞分裂间期,看不到染色体。
4.可用显微镜区别染色体变异与基因突变。( )
【分析】染色体变异属于细胞水平的变化,可用光学显微镜看到,基因突变是分子水平的变化,用光学显微镜看不到。
5.单倍体一定不存在同源染色体。( )
【分析】单倍体不一定只含有一个染色体组,如四倍体马铃薯的单倍体就含有两个染色体组,存在同源染色体。
×
√
×
6.体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体。( )
【分析】体细胞中含有两个染色体组的个体如果由受精卵发育而来,称为二倍体;如果由配子发育而来,则称为单倍体。
7.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。( )
【分析】人工诱导多倍体的方法有很多,最常用且最有效的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,低温处理植物分生组织细胞也会产生多倍体。
×
×
考点一 染色体结构的变异 
1.染色体结构变异与基因突变的区别
(1)从图形上区别:
(2)从是否产生新基因上来区别:
①染色体结构变异使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发
生改变,从而导致性状的变异。
②基因突变是基因结构的改变,包括DNA碱基对的替换、增添和缺失。
③基因突变导致新基因的产生,染色体结构变异未形成新的基因。
(3)通过光学显微镜区别:
①染色体变异可借助光学显微镜观察;
②基因突变、基因重组用光学显微镜观察不到。
2.易位与交叉互换的区别
【高考警示】
细胞不同分裂时期发生的变异不同
基因突变发生在所有分裂过程中,基因重组只发生在减数分裂过程中,染色体变异发生在有丝分裂和减数分裂过程中。
【典例1】(2012·海南高考)玉米糯性与非糯性、甜粒与非甜粒为两对相对性状。一般情况下用纯合非糯非甜粒与糯性甜粒两种亲本进行杂交时,F1表现为非糯非甜粒,F2有4种表现型,其数量比为9∶3∶3∶1。若重复该杂交实验时,偶然发现一个杂交组合,其F1仍表现为非糯非甜粒,但某一F1植株自交,产生的F2只有非糯非甜粒和糯性甜粒2种表现型。对这一杂交结果的解释,理论上最合理的是(　　)
A.发生了染色体易位
B.染色体组数目整倍增加
C.基因中碱基对发生了替换
D.基因中碱基对发生了增减
【解析】选A。具有两对(或更多对)相对性状的纯合亲本进行杂交,在F1产生配子时,在等位基因分离的同时,非同源染色体上的非等位基因表现为自由组合。如果两对(或更多对)等位基因位于一对同源染色体上,就不会表现出自由组合。从题目可知,发生突变的植株不能进行基因的自由组合,原因最可能是发生染色体易位,使原来位于非同源染色体上的基因位于一对同源染色体上了。
【变式训练】以下情况属于染色体变异的是(　　)
①21三体综合征患者细胞中的第21号染色体有3条
②同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了相应部位的交叉互换
③染色体数目增加或减少
④花药离体培养后长成的植株
⑤非同源染色体之间的自由组合
⑥染色体上DNA碱基对的增添、缺失
A.②④⑤ B.①③④⑥
C.①②③④⑤⑥ D.①③④
【解析】选D。①是染色体数目变异中个别染色体的增加;②是基因重组;③是染色体数目的变异,包括个别染色体的增减和以染色体组的形式成倍地增减;④是染色体数目变异中染色体组成倍地减少;⑤是基因重组;⑥染色体上DNA碱基对的增添、缺失,引起基因结构的改变,是基因突变。
考点二 染色体数目的变异 
1.染色体组的特点
(1)一个染色体组中不含同源染色体,没有等位基因。
(2)一个染色体组中所含的染色体在形态、大小和功能上各不相同。
(3)一个染色体组中含有控制本物种生物性状的一整套基因,但不能重复。
2.多倍体、单倍体、二倍体
(1)多倍体、单倍体、二倍体都是指的个体,并非细胞。
(2)由合子(受精卵)发育来的个体,细胞中含有几个染色体组,就叫几倍体。
(3)由配子直接发育来的个体,不管含有几个染色体组,都只能叫单倍体。
如图:
(4)含有一个染色体组或奇数个染色体组的生物一般是高度不育的,原因是没有同源染色体或是同源染色体联会紊乱。
3.单倍体育种与多倍体育种
【高考警示】
(1)单倍体的体细胞中并非只有一个染色体组,因为大部分的生物是二倍体,所以有时认为单倍体的体细胞中只含有一个染色体组,但是多倍体的配子形成的单倍体的体细胞中含有不只一个染色体组。
(2)单倍体并非都不育。二倍体的配子发育成的单倍体,表现为高度不育;多倍体的配子如含有偶数个染色体组,则发育成的单倍体含有同源染色体及等位基因,可育并能产生后代。
(3)单倍体与多倍体育种过程不同。单倍体育种要经过花药离体培养和秋水仙素处理;多倍体育种只用秋水仙素处理这一步骤。
考查角度1 判断生物是几倍体及细胞中含有的染色体组数
【典例2】下图表示细胞中所含的染色体,下列叙述不正确的
是(　　)
A.①代表的生物可能是二倍体,其每个染色体组含4条染色体
B.②代表的生物可能是二倍体,其每个染色体组含3条染色体
C.③代表的生物可能是单倍体,其每个染色体组含2条染色体
D.④代表的生物可能是单倍体,其每个染色体组含4条染色体
【解析】选B。①所示的细胞有2个染色体组,每个染色体组含4条染色体,若它是由受精卵发育而来的个体的体细胞,则代表二倍体。②所示的细胞有3个染色体组,每个染色体组含2条染色体,若它是由受精卵发育而来的个体的体细胞,则代表三倍体。③所示的细胞有4个染色体组,每个染色体组含2条染色体,若它是由受精卵发育而来的个体的体细胞,则代表四倍体;若它是由配子发育而来的个体的体细胞,则代表的生物可能是单倍体。④所示的细胞有1个染色体组,每个染色体组含4条染色体,可能代表单倍体。
【变式训练】将二倍体普通西瓜幼苗用秋水仙素处理,待植株成熟接受普通二倍体西瓜的正常花粉后,发育成果实的果皮、种皮、胚和胚乳细胞的染色体组数依次是(　　)
A.4、2、2、4 B.4、4、3、5
C.3、3、3、4 D.4、4、3、6
【解析】选B。普通西瓜用秋水仙素处理加倍后成为四倍体,正常西瓜花粉只含一个染色体组,胚中含3个染色体组,果皮、种皮与母本一致,胚乳中则含5个染色体组。
考查角度2 变异在育种中的应用
【典例3】如下图所示,将二倍体植株①和②杂交得到③,再将③做进一步处理。下列相关分析错误的是(　　)
A.由⑤得到⑥的育种原理是基因重组
B.图中秋水仙素的作用是使染色体数目加倍
C.若③的基因型是AaBbdd,则⑨的基因型可能是aBd
D.③至④的过程中,所产生的变异都有利于生产
【解析】选D。A正确,由⑤得到⑥属于杂交育种,依据的原理是基因重组;B正确,秋水仙素可抑制纺锤体的形成,诱导染色体数目加倍;C正确,③的基因型是AaBbdd,可产生aBd的花粉,经花药离体培养可得到aBd的单倍体植株;D错误,③至④的过程属于诱变育种,突变是不定向的,且大多是有害的,需要经过筛选获得有利于生产的品种。
【互动探究】
(1)⑥和⑧植株是否属于同一物种?
提示：不属于。⑥属于二倍体,⑧属于三倍体。
(2)⑨幼苗发育为成熟的个体是否可育?
提示：不可育。⑨是由二倍体的花粉培育而来的,细胞内含有一个染色体组,不能产生配子,故不可育。
【变式训练】下图表示培育某种二倍体农作物不同的育种方法,据图判断正确的是(　　)
A.通过③④⑤途径培育成新品种的过程中,E、F的染色体组数相同
B.若A、B两品种的基因型分别是AABBdd、aabbdd(三对基因独立遗传),则D植株中不能稳定遗传的个体占总数的3/4
C.⑤过程中也可用秋水仙素处理E萌发的种子获得F植株
D.④过程使用的花药在A、B、C三个品种的植株上都可以采集到
【解析】选B。E为单倍体,F是E经秋水仙素处理后的个体,染色体已经加倍,E、F的染色体组数不相同;若A、B两品种的基因型分别是AABBdd、aabbdd,杂交得C个体基因型为AaBbdd,C个体自交,能稳定遗传的个体占总数:1/2×1/2=1/4,不能稳定遗传的占3/4;E为单倍体幼苗,高度不育,不能产生种子;F为新品种,集合了A和B的优良性状,只能从C植株上采集。
考点三 低温诱导染色体加倍 
1.原理
低温抑制纺锤体的形成,以致影响染色体被拉向两极,细胞不能分裂成两个子细胞,于是染色体数目改变。
2.注意问题
(1)试剂及用途:
①卡诺氏液:固定细胞形态。
②改良苯酚品红染液:使染色体着色。
③解离液[体积分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒精溶液混合液(1∶1)]:使组织中的细胞相互分离开。
(2)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。
(3)在进行实验的过程中,与“观察植物细胞的有丝分裂”一样,所观察的细胞已经被卡诺氏液等杀死了,最终在显微镜下看到的是死细胞。
(4)选材的时候必须选用能够进行分裂的分生组织,不分裂的细胞染色体不复制,不会出现染色体数目加倍的情况。
【典例4】(2010·福建高考)下列关于低温诱导染色体数目加倍实验的叙述,正确的是(　　)
A.原理:低温抑制染色体着丝点分裂,使子染色体不能分别移向两极
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:改良苯酚品红染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发生改变
【解析】选C。低温可抑制纺锤体的形成,着丝点照常分裂,使姐妹染色单体分离形成染色体,但不能移向两极;盐酸酒精混合液可用于解离,卡诺氏液用于固定;改良苯酚品红溶液和醋酸洋红液都可以将染色体染成红色;显微镜下可观察到少部分细胞的染色体数目发生改变。
【变式训练】有关低温诱导大蒜根尖细胞染色体数目加倍的实验,正确的是(　　)
A.可能出现三倍体细胞
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自由组合的机会
【解析】选C。本题考查“低温诱导植物染色体数目的变化”实验,意在考查对实验结果的分析能力。并非所有的细胞的染色体都加倍。大蒜根尖细胞进行的是有丝分裂,有丝分裂过程中没有非同源染色体的自由组合。
【拓展延伸】
培育无子西瓜的原理和过程分析
1.原理
染色体数目以染色体组的形式成倍增加。
2.过程
3.分析
(1)第一年用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗成为四倍体,开花授以二倍体的花粉,结出含有三个染色体组的种子。
(2)第二年种植三倍体种子,开花后授以二倍体的花粉刺激子房,发育成无子西瓜。无子原因是三倍体植株在减数分裂中同源染色体联会紊乱,不能形成正常的配子。
【备选典例】三倍体无子西瓜(其基因型为AAa)是不可育的,为使三倍体无子西瓜可育,所需的操作及产生配子的基因型的比例分别为(　　)
A.秋水仙素处理,1∶3∶1
B.授以普通西瓜花粉,1∶4∶1
C.秋水仙素处理,1∶2∶1
D.用适宜浓度生长素处理,1∶4∶1
【解析】选A。三倍体无子西瓜(AAa)不可育,只有经过染色体数
目加倍后才具有可育性,加倍后基因型变为AAAAaa(六倍体),只
要基因所在的6条同源染色体中的任两条分别移向细胞两极,就
能产生基因平衡的配子。由于生成配子组合有
和 三种,其比例为1∶3∶1。
一、染色体组数的判断方法
【典例1】下图细胞中含有的染色体组数目分别是(　　)
A.5个、4个 B.10个、8个
C.5个、2个 D.2.5个、2个
【解析】选A。由图甲可知,染色体数目为10条,形态为2种,据公式:染色体组的数目=染色体数/染色体形态数,故图甲的染色体组数为5个。由图乙可知其基因型为AAaaBBbb,据染色体组数为控制同一性状的相同基因或等位基因出现的次数,故染色体组数为4个。
【方法归纳】染色体组数的确定可以从以下四点把握:
(1)根据染色体形态判断:
在细胞内任选一条染色体,细胞内与该染色体形态相同的染色体共有几条,则含有几个染色体组,如上题中图甲有5个染色体组。
(2)根据基因型判断:
在细胞或生物体的基因型中,控制同一性状的基因出现几次,则有几个染色体组,如上题中图乙含有4个染色体组。
(3)根据染色体的数目/染色体的形态数的比值判断:
染色体组的数目=染色体数/染色体形态数,如韭菜细胞共有32条染色体,有8种形态,可推出每种形态有4条,进而推出韭菜细胞内应含4个染色体组,而且染色体形态数就代表着每个染色体组中染色体的条数。
(4)根据细胞分裂图像判断:
以生殖细胞中的染色体数为标准,判断题目图示中的染色体组数。如下图所示:
①减数第一次分裂前期,染色体4条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
②减数第二次分裂前期,染色体2条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有1个染色体组。
③减数第一次分裂后期,染色体4条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有2个染色体组。
④有丝分裂后期,染色体8条,生殖细胞中染色体2条,每个染色体组有2条染色体,该细胞中有4个染色体组。
二、探究某一变异性状类型的方法
【典例2】玉米植株有高茎、矮茎之分。据此完成下列问题:
矮茎玉米幼苗经适宜浓度的生长素类似物处理,可以长成高茎植株。为了探究该变异性状是否能稳定遗传,生物科技小组设计实验方案如下。请你写出实验预期及相关结论,并回答问题。
(1)实验步骤:
①在这株变异的高茎玉米雌花、雄花成熟之前,分别用纸袋将雌穗、雄穗套住,防止异株之间传粉。
②雌花、雄花成熟后,人工授粉,使其自交。
③雌穗上种子成熟后,收藏保管,第二年播种观察。
(2)实验预期及相关结论:
①________________________________________________;
②________________________________________________。
(3)问题:
①预期最可能的结果:_______________________________。
②对上述预期结果的解释:___________________________
__________________________________________________。
【解析】如果玉米的高茎变异是由环境引起的,遗传物质没有改变,则自交后代的植株都是矮茎;如果遗传物质发生了改变,则自交后代仍然会有高茎存在。
答案:(2)①子代玉米苗有高茎植株,说明生长素类似物引起的变异能够遗传
②子代玉米苗全部是矮茎植株,说明生长素类似物引起的变异不能遗传
(3)①子代玉米植株全是矮茎
②适宜浓度的生长素类似物能促进细胞的伸长生长,但不能改变细胞的遗传物质(其他正确答案也可)
【方法归纳】判断可遗传变异和不可遗传变异的方法如下:
(1)两类变异的本质区别即遗传物质是否改变,改变则能遗传给后代,环境引起性状改变但遗传物质未改变则不能遗传;故是否发生了遗传物质的改变是实验假设的切入点,新性状能否遗传是实验设计的出发点。
(2)若染色体变异,可直接借助显微镜观察染色体形态、数目、结构是否改变。
(3)与原来类型在相同环境下种植,观察变异性状是否消失,若不消失,则为可遗传变异,反之,则为不可遗传变异。
(4)自交观察后代是否发生性状分离。
【易错提醒】判断变异类型时要注意把原来类型和变异类型二者种植在相同的环境条件下,看表现型是否相同。
1.基因突变和染色体变异的一个重要区别是(　　)
A.基因突变在光学显微镜下看不见,染色体变异在光学显微镜下可看见
B.染色体变异是定向的,基因突变是不定向的
C.基因突变是可以遗传的,染色体变异是不能遗传的
D.染色体变异产生的变异是有利的,基因突变产生的变异是有害的
【解析】选A。基因突变是基因内部少量碱基对的改变,发生在基因内部,在光学显微镜下无法观察到,而染色体无论是结构的改变还是数目的增减,在光学显微镜下都可以观察到;无论是染色体变异还是基因突变,都是不定向的;基因突变和染色体变异都发生了遗传物质的改变,因此都是可以遗传的;一般来说,无论是染色体变异还是基因突变,大多数变异对生物体是有害的,但也有少数变异是有利的。
2.右图为果蝇细胞的染色体组成,以下说法正确的是(　　)
A.染色体1、4、5、7组成果蝇的
一个染色体组
B.染色体3、6之间的片段交换属
于基因重组
C.控制果蝇红眼或白眼的基因位于2号染色体上
D.果蝇基因组可由1、3、6、7四条染色体组成
【解析】选A。染色体3、6之间的片段交换属于易位;控制果蝇红眼或白眼的基因位于X染色体(1号染色体)上;果蝇基因组可由1、2、3、6、7五条染色体组成。
3.染色体之间的交叉互换可能导致染色体的结构或基因序列发生变化。图甲、图乙分别表示两种染色体之间的交叉互换模式,图丙、丁、戊表示某染色体变化的三种情形。则下列有关叙述正确的是(　　)
A.甲可以导致戊的形成
B.乙可以导致丙的形成
C.甲可以导致丁或戊两种情形的产生
D.乙可以导致戊的形成
【解析】选D。图甲所示属于同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换,属于基因重组;图乙属于非同源染色体之间的交叉互换,属于染色体结构变异中的易位;图丙是染色体结构变异中的重复;图丁与交换前相比,eh变成了EH,属于发生了基因重组;图戊是染色体结构变异中的易位,据此分析得出结论。
4.对于低温诱导洋葱染色体数目变化的实验,错误的描述是
(　　)
A.处于分裂间期的细胞最多
B.在显微镜视野内可以观察到二倍体细胞和四倍体细胞
C.在高倍显微镜下可以观察到细胞从二倍体变为四倍体的过程
D.在诱导染色体数目变化方面,低温与秋水仙素诱导的原理相似
【解析】选C。因分裂间期在细胞周期中所占的时间最长,故在一个视野中处于分裂间期的细胞数目最多。低温不一定能使每个分裂细胞的染色体数目都加倍,而且所取根尖部位中可能还有伸长区等部位不分裂的细胞,故在显微镜视野内可观察到二倍体细胞和四倍体细胞。在临时装片制作的解离步骤中用药液处理时细胞就已死亡,因此不能观察到细胞从二倍体变为四倍体的过程。低温与秋水仙素诱导染色体数目变化的原理相似,都是抑制纺锤体的形成。
5.(2013·福州模拟)正常情况下,将成熟的花粉粒离体培养成单倍体植株幼苗的过程中,细胞内不可能出现(　　)
A.DNA的复制 B.染色体联会
C.蛋白质的合成 D.基因的表达
【解析】选B。同源染色体联会配对发生在真核细胞有性生殖,即减数分裂产生生殖细胞时,正常情况下,将成熟的花粉粒离体培养成单倍体植株幼苗的过程中,只是发生细胞的有丝分裂,不会发生减数分裂过程。
6.科研工作者将基因型为Bb的某植物幼苗用秋水仙素处理,使其成为四倍体;再将该四倍体产生的配子离体培养成幼苗后再用秋水仙素处理使染色体加倍。依据上述材料,你认为正确的判断组合是(　　)
①最终获得的后代有2种表现型和3种基因型
②上述育种方式包含了多倍体育种和单倍体育种
③最终获得的后代都是纯合子
④第二次秋水仙素处理后得到的植株是可育的
A.①②③ B.①②④
C.①②③④ D.②③④
【解析】选B。某植物幼苗(Bb)→秋水仙素处理→四倍体(BBbb)→产生配子(BB、Bb、bb)→花药离体培养→单倍体(BB、Bb、bb)→秋水仙素处理→四倍体(BBBB、BBbb、bbbb)。
7.下图所示是四个基因型不同的生物体细胞,请分析回答:
(1)图甲所示是含_________个染色体组的体细胞,每个染色体组有_________条染色体。
(2)图乙若表示一个有性生殖细胞,它是由_____倍体生物经过减数分裂产生的,由该生殖细胞发育而成的个体是_____倍体。每个染色体组含有______条染色体。
(3)图丙细胞发育成的生物是____倍体,含有____个染色体组。
(4)图丁所示是含_________个染色体组的体细胞,每个染色体组有_________条染色体。
【解析】(1)图甲中染色体是两两相同的,故含有2个染色体组,且每个染色体组含有4条染色体。
(2)图乙中染色体每3个是相同的,则含有3个染色体组,若表示有性生殖细胞,则是由六倍体生物经过减数分裂产生的。
(3)图丙中4条染色体大小与形状均不同,则表示只有1个染色体组,由该细胞发育成的生物为单倍体。
(4)图丁染色体每4个是相同的,则含有4个染色体组,每个染色体组含有3条染色体。
答案:(1)2　4 (2)六　单　3
(3)单　1 (4)4　3
【易错提醒】染色体组数易与一个染色体组中含有染色体数混淆。细胞中具有几个相同形态的染色体,就有几个染色体组;在细胞中有几种形态的染色体,其一个染色体组中就含有几条染色体。
8.(2011·江苏高考改编)在有丝分裂和减数分裂的过程中均不会产生的变异是(　　)
A.DNA复制时发生碱基对的增添、缺失或改变,导致基因突变
B.非同源染色体之间发生自由组合,导致基因重组
C.非同源染色体之间交换一部分片段,导致染色体结构变异
D.着丝点分裂后形成的两条染色体不能移向两极,导致染色体数目变异
【解析】选B。基因突变发生在减数第一次分裂前的间期和有丝分裂的间期。基因重组发生在减数第一次分裂前、后期。减数分裂过程、有丝分裂过程均可发生染色体变异。
9.(2010·江苏高考)为解决二倍体普通牡蛎在夏季因产卵而出现肉质下降的问题,人们培育出三倍体牡蛎。利用普通牡蛎培育三倍体牡蛎