第四节 生物的变异 二 染色体变异

重要知识点分析

　　1．人工诱发基因突变和人工诱导多倍体

　　二者相同点都是用人工方法对生物进行诱导使性状发生改变。不同点是，前者使生物体内的基因发生改变，产生了新的基因；后者是生物体内的染色体数目发生了成倍增加，但没有新基因的产生，生物的性状改变是染色体数目发生改变的结果。

　　2．单倍体育种

　　单倍体一般长势弱，体型小，高度不育，本身无什么价值，我们利用它来育种，用的是它的单一而纯质的基因型，用秋水仙素处理得纯合的个体（因每一基因复制加倍后总是一对纯合的基因）。通常采用花药离体培养的方法先获得单倍体，再人工诱导使染色体加倍，使其变为正常体细胞染色体数目的植株，大大缩短育种年限。

　　3．染色体变异

　　在自然条件或人为条件的影响下，染色体的结构和数目都可能发生变化，染色体的任何改变都必定引起遗传信息的改变，从而导致生物性状发生变异。染色体变异与基因突变最大的区别就是前者在显微镜下可以观察到，后者在显微镜下是观察不到的。染色体变异包括染色体结构变异和染色体数目变异。

　　(1)染色体结构的变异

　　指细胞中原有的染色体结构发生不正常的变化，又叫染色体畸变。染色体结构的变异首先取决于染色体的断裂，然后才可能形成染色体的缺失、重复、倒位和易位四种类型。

　　缺失是一个正常染色体断裂后丢失了一个片段，这片段上的基因也随之失去。由于一部分遗传物质的丢失，常常造成个体生活力下降以至致死。不致死的缺失往往引起不寻常的性状。

　　重复是一条染色体的断片连接到同源的另一条染色体上，多出跟本身相同的某一片段。重复片段过大的，个体也不能存活。

　　倒位是指染色体在断裂后倒转 。重新差错地接合起来，造成这条染色体上的基因位置顺序颠倒。如果倒位的区段较大，倒位杂合体常表现为高度不育。

　　易位是指染色体在断裂后在非同源染色体间差错接合，更换了位置。

　　果蝇唾液腺染色体  果蝇唾液腺染色体又叫多线染色体或巨染色体。它比其他细胞的染色体长100～200倍，体积大1000～2000倍。这种染色体不仅在细胞分裂时能看到，在细胞不分裂时也能看到。果蝇唾液腺染色体是经过多次分裂纵向联合，彼此紧密盘绕形成的。

　　(2)染色体数目的变异

　　这种变异可分两类：一类是细胞中的染色体成倍地增加或减少(整倍体)；另一类是细胞内个别染色体的增加或减少(非整倍体)。在“染色体变异”中，染色体组和单倍体的概念是学习中的重点和难点。

　　①染色体组：一般地说，多数的高等动植物是二倍体，即生物体细胞中含有两组同样的染色体，经过减数分裂，生殖细胞中的染色体数目减半，成为一组染色体，这叫一个染色体组。特点：不同种生物，其染色体组数和每个染色体组所包括的染色体数目一般是不同的；就一个染色体组而言，它包含的所有染色体在形态、大小方面各不相同。

　　②单倍体：不论细胞本身含有几个染色体组，只要细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，就叫单倍体。需要明确的是单倍体是生物的个体，同二倍体和多倍体一样。如六倍体小麦的花粉形成单倍体小麦，染色体减半为21条，且含三个染色体组。

　　它们二者之间的关系：只有二倍体物种形成的单倍体，细胞中所有的染色体，恰恰是一个染色体组。如果四倍体或六倍体等物种形成的单倍体，细胞中就有两个或三个染色体组。所以，单倍体概念与染色体组的多少无关。

　　4．杂交育种、人工诱变育种、单倍体育种、人工诱导多倍体育种的理论、方法及优点：

　　 (1)杂交育种

　　依据：基因重组

　　方法：亲本杂交→ 代自交→后代(筛选)自交→后代(筛选) 后代性状稳定。

　　主要优点：使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上。

　　 (2)人工诱变育种

　　依据：基因突变

　　方法：辐射诱变、激光诱变、化学药剂诱变。

　　主要优点：可以提高变异频率，加速育种进程。

　　(3)单倍体育种

　　依据：染色体组成倍减少(染色体变异)

　　方法：花药离体培养

　　主要优点：明显缩短育种年限

　　(4)多倍体育种

　　依据：染色体组成倍增加(染色体变异)

　　方法：秋水仙素处理法

　　主要优点：器官巨大型、提高产量和营养成分。

　　5．育种方法及其理论基础

　　培育生物新品种的基本思路是设法便生物产生许多不同的变异类型。然后选择与人们意愿相符的变异类型加以定向培养，逐渐形成生物新品种。产生可遗传变异的来源与育种方法之间的对应关系如下：

　　基因重组——杂交育种

　　基因突变——诱变育种

　　

　　6．无籽西瓜和无籽番茄的培育原理不同

　　无籽番茄是用一定浓度的人工合成的生长素处理没有授粉的番茄花蕾，则子房发育成果实；而无籽西瓜是由于三倍体植株在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，因而不能形成正常的生殖细胞，当然就不会有种子。用二倍体西瓜成熟花粉授粉的目的，是刺激子房发育成果实，并不是受精作用。由于三倍体西瓜无种子，就必须每年用四倍体西瓜和二倍体西瓜杂交制种获取三倍体种子。无籽西瓜不但没有种子，而且瓜瓤的糖分多，甜味浓，深受人们的喜受。

关于单倍体概念的教学建议

　　单倍体概念的教学，是本部分教学中的又一个难点，学生不易理解。

　　尽管单倍体、多倍体是两个不同的概念，确立依据不同，但它们又都与染色体组数目有关，因此学生易对二者发生混淆。

　　为使学生能正确掌握单倍体概念，教学中，可首先由学生比较熟悉的蜜蜂中雄蜂来引出单倍体概念。

　　蜜蜂是二倍体生物，工蜂、蜂王都是由受精卵发育成的，体细胞中染色体数是32；雄蜂是由未受精卵细胞进行孤雌生殖而形成的生物，它的体细胞中含染色体数是16，正好与蜜蜂的配子染色体数相等，我们就把雄蜂叫作蜜蜂的单倍体。

　　单倍体概念有两个要点：①是指生物个体的体细胞；②是染色体数是本物种配子染色体数。

　　其次，可用小麦单倍体实例来巩固。普通小麦是六倍体，小麦单倍体植株体细胞中含三个染色体组，但不叫多倍体，因为它的体细胞中含小麦配子染色体数。

　　紧接着，用列表的方法，比较单倍体和多倍体。

“单倍体、多倍体”的判断

　　在多年的高中生物学教学中发现：学生对“单倍体、多倍体”的判断始终难以把握，使这一内容成了难点中的难点。下面就笔者对“单倍体、多倍体”的判断谈一下看法，以供同行们参考。

　　1 从概念上判断

　　教材中对单倍体定义为：生物体细胞中的染色体数和本物种配子中一样，称为单倍体。

　　教材中对多倍体定义为：凡是体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，称为多倍体。

　　在实践中发现，学生往往把单倍体中含有三个或三个以上染色体组的个体，误判为多倍体。所以我认为，对单倍体的判断是否为：由配子发育形成的新个体都为单倍体(不管它含有多少个染色体组)(见图1)。例如：

　　该新个体，虽然含有三个染色体组，但为单倍体，不能判为多倍体。

　　2 从图形上判断

　　2．1 体细胞中无相同形状染色体的，肯定为单倍体(见图2)。

　　2．2 体细胞中相同形状的染色体有几条，就是几个染色体组(见图3)。

　　图(3)中相同形状的染色体对“1”来说有四条，那么就是四个染色体组，对“2”、“3”、“4”也一样。

　　2．2．1 图3如果是配子发育形成的，那么图3为单倍体体细胞。

　　2．2．2 图3如果是♀、 配子受精形成的，那么图3为多倍体体细胞。

　　2．3 从♀、 配子是否组合上判断。

　　2．3．1 如果是生物的♀配子或 配子发育形成的新个体，没有经过配子的组合，那么该新个体必定为单倍体(见图4)。

　　2．3．2 如果是生物的♀、 配子组合形成的新个体，该新个体体细胞中含有三个或三个以上染色体组，那么该新个体就为多倍体(见图5)。

　　例如：将基因型AA和aa的两植株杂交，得到F1，若用秋水仙素处理F1幼苗，得到F2，用F2花粉直接培育成的植株是几倍体？用F2产生的♀、 配子组合产生新个体，该新个体为几倍体？

染色体变异难点处理的教学建议

　　染色体组和单倍体的概念，学生在学习时常易混淆，是“染色体变异”一节教学中的难点。这两个概念是学生学习二倍体和多倍体的基础，因而又是重点。怎样才能化解难度同时又能让学生熟练掌握，可以参照如下步骤进行教学：

一、运用“教具演示——教师引导——学生练习”法进行染色体组概念教学

　　首先，教师用绘有雌(或雄)果蝇体细胞中染色体的两张幻灯片，重叠两片，示果蝇体细胞中染色体组成，且同源染色体两两配对。让学生回忆减数分裂的过程，然后教师逐渐推移开两片子以示同源染色体分离，非同源染色体自由组合，随之果蝇体细胞中染色体经减数分裂分成两组，分别进入到两个配子中去，每个配子中各有每对同源染色体中的一条。教师最后指出：每个配子中的一组染色体就是一个染色体组，并提出这个配子(演示)中的染色体组成有何特点的问题(即形态、大小有何不同)？引导学生得出：象果蝇生殖细胞中的这样一组染色体就叫一个染色体组。其中每个染色体组中的染色体在形态、大小方面各不相同。再指出，生物的种类不同，每个染色组中所包含的染色体在数目、形态、大小方面一般是不同的。

　　其次，教师问：“每种生物的生殖细胞中的一组染色体都叫一个染色体组吗？”然后用绘有某四倍体生物体细胞中染色体组成的两张幻灯片，演示配子的形成过程，让学生观察其产生的配子中染色体的形态、大小等特点。教师问：这个生殖细胞(示配子)中含有几个染色体组？学生回答：“含有两个染色体组，因为配子中染色体在形态、大小方面两两相同。”教师指出：生物界几乎全部的动物和一半左右的高等植物的体细胞中都含有两个染色体组(即二倍体)，它们产生的配子中就只含有一个染色体组。但每种生物产生的配子中就不一定只含有一个染色体组了。

　　最后，根据上述分析，引导学生归纳总结出染色体组的概念：“一般地说(限制词)，生殖细胞中的这样一组染色体就叫一个染色体组。”

二、运用“调整教材顺序——对比、归纳、总结”法进行单倍体概念教学

　　按课本中教材内容，应先学习单倍体的概念，再学习单倍体的来源。但在教学中，应根据从个别到一般的认知规律，对教材中的内容顺序做适当调整，即先讲单倍体的来源，再根据单倍体的来源归纳总结出单倍体的概念。这样进行教学，学生较易接受，教学效果较好。

　　首先，教师指出，单倍体的来源有二，其一，自然条件下由未受精的卵细胞直接发育而来；其二，单倍体育种上(人工条件下)采用花药离体培养的方法得到。因而，不同种类的生物，产生的单倍体中含有的染色体组数是各不相同的。随之出示一组生物体细胞中染色体组成，让学生根据单倍体的来源回答它们产生的单倍体中染色体组数：

2N→N→N 4N→2N→2N

6N→3N→3N (N表示染色体组)

　　根据上例中染色体组数的变化情况，引导学生分析：若某生物体细胞中含有两个染色体组(即二倍体)，则它产生的单倍体的体细胞中只含有一个染色体组；若某生物体细胞中含有四个染色体组，则它产生的单倍体体细胞中就含有两个染色组……即某单倍体的体细胞中的染色体组数与产生这种单倍体的生物(本物种)产生的配子中的染色体组数相同。最后根据前面的分析归纳，总结出单倍体的概念：“单倍体是指体细胞中含有本物种(产生此单倍体的物种)配子染色体数目的个体。

　　通过上述方法教学，使学生在“异中求同”，“从个别现象中找出一般规律(概念)，”从而加深了对单倍体概念的正确理解，有利于学生分析、判断能力的提高。

　　为了了解学生对这两个概念掌握情况，后附一组练习，供当堂练习、反馈矫正。

　　1、韭菜的体细胞中有32条染色体，这32条染色体共有8种形状，那么韭菜应属____倍体，生殖细胞中有____个染色体组。[答案：四、二]。

　　2、根据下表所给条件，填写表中空格：

　　[答案：①2；②2；③12；④12；⑤48；⑥4；⑦12；⑧24。]

对染色体倍数变异的教学体会

　　高中生物(必修本)关于“染色体倍数变异”一节的内容，既是教学的重点，又是教学的难点，学生往往不易透彻理解染色体组的概念，对单倍体与二倍体或多倍体的区别更是模糊不清。为了克服这些困难，可以在教学中采用下述一些方法，能收到较好的教学效果。

一、让学生掌握染色体组的概念

　　先演示自制的果蝇染色体组及其配子形成过程的剪贴图，并要求学生阅读染色体组一段的课文，指出“一般地说，生殖细胞中含有的一组形态、大小各不相同的染色体，叫做一个染色体组。”再引导学生观察课前设计好的如下三个图形，并按要求回答有关问题：

　　①A、B、C三图分别表示几个染色体组？(1组、2组和3组)，每个染色体组各含多少个染色体？(4个、4个和4个)；②A图中的4条染色体等不等于两对染色体？(答：不等)为什么？(由于形态、大小不相同，不能配对)；③在B、C图中，你判定染色体组数目的依据是什么？(同形染色体的个数)，判定每组含几个染色体的依据是什么？(不同形染色体的个数)。这样通过学生观察、分析和思考上述问题，就较易归纳出染色体组的特点：每个染色体组内的染色体在形态、大小方面互不相同。同时较为容易引导学生得出如下结论：①染色体组内每种形态的染色体都是成单存在；②染色体组中无同源染色体；③染色体组中无等位基因；④染色体组的数目等于同形染色体的个数；⑤染色体组中的染色体个数等于不同形染色体个数；⑥细胞内染色体个数=染色体组数×每个染色体组所含染色体个数。

二、让学生分析比较单倍体与二倍体或多倍体的区别

　　单倍体与二倍体或多倍体的区别是本节教学内容的又一难点。在教材中，对二倍体和多倍体作了如下的阐述：“凡是体细胞中含有两个染色体组的个体叫做二倍体；凡是体细胞中含有三个以上染色体组的个体叫做多倍体。”倍体也是“二倍体”或“多倍体”的错误结论，如四倍体棉花的单倍体含两个染色体组是“二倍体”，普通小麦(六倍体)经花药离体培育出的单倍体植株体细胞含三个染色体组是“三倍体”。为了使学生对上述的阐述进行正确的理解，在使学生充分领会染色体组的概念和特点的前提下，引导他们对单倍体、二倍体和多倍体的来源和染色体组的数目等方面进行分析比较。使他们认识单倍体是指含有本物种配子染色体数目的个体。单倍体由配子发育而来，其体细胞中可含一个、二个或多个染色体组。确定某生物是否为单倍体，主要是了解其来源，看该生物是否为单性生殖的后代，其次应了解该物种的正常体细胞染色体数目。二倍体或多倍体均由合子发育而来，二倍体是由含两个染色体组的合子发育而来的个体；多倍体是由含三个以上染色体组的合子发育而来的个体。附表如下：

　　通过上述分析比较，学生从根本上弄清了单倍体与二倍体或多倍体的区别，对于回答诸如普通小麦的花粉植株含3个染色体组为何不叫三倍体之类的问题就会迎刃而解了。