第四节 生物的变异 二 染色体变异

教学设计方案一

重点、难点、疑点的解决办法

1．教学重点及解决办法

　　（1）染色体组的概念。

　　（2）二倍体、多倍体和单倍体的概念。

　　（3）多倍体育种原理及在育种上的应用。

〔解决方法〕

　　（1）让学生阅读有关染色体组的内容，感知染色体组的概念；用带磁性的雄果蝇染色体组染色体模型，讲清染色体组的概念；用练习的方法巩固染色体组的概念。

　　（2）用举例的方法讲清二倍体、多倍体和单倍体的概念；用区分单倍体与二倍体及多倍体依据的方法辨析二倍体、多倍体和单倍体的概念；用练习的方法巩固二倍体、多倍体和单倍体的概念。

　　（3）通过复习植物细胞的有丝分裂过程，染色体数目的变化、分裂后期的特点，自然引出多倍体形成的原因，同时用八倍体小黑麦说明人工诱导多倍体育种的原理和方法。

　　2．教学难点及解决办法

　　多倍体的形成原因。

　　〔解决办法）

　　多倍体的形成原因，通过植物细胞的有丝分裂过程。染色体数目的变化，分裂后期的特点，自然引出多倍体形成的原因。

　　3．教学疑点及解决办法

　　（1）区分单倍体与二倍体及多倍体划分的依据。

　　（2）如何理解单倍体可能只有一个染色体组，也可能有多个染色体组。

　　〔解决方法〕

　　（1）用例证的方法来明确单倍体、二倍体或多倍体的依据。

　　（2）用例证的方法去辨析单倍体可能只有一个染色体组，也可能有多个染色体组。

课时安排

　　2课时。

教学方法

　　讲授法和谈话法。

教学步骤

第一课时

（一）明确目标

　　出示本节课要达到的教学目标。

　　1．染色体结构变异的4种类型（B：识记）。

　　2．染色体组，二倍体的概念（B：识记）。

（二）重点、难点的学习与目标完成过程

　　引言：通过细胞有丝分裂、减数分裂以及受精作用的学习，我们知道每种生物的染色体数目及染色体形态是稳定的。从而保持了遗传性状的相对稳定性。然而一切事物都是变化的，染色体也不例外，当自然条件和人为条件发生改变时，染色体的结构或染色体的数目可以发生改变，从而引起生物性状发生改变。今天，我们来学习这方面的内容。

二、染色体变异

　　1．染色体变异的概念

　　问：什么是染色体变异？

　　要求学生答出：在自然条件和人为条件改变的情况下，染色体结构的改变和染色体数目的增减导致生物性状的变异。

　　教师叙述，根据染色体结构和数目的变化，染色体变异可分为染色体结构变异和染色体数目变异两类。

　　2．染色体结构的变异

　　问：“猫叫综合征”是怎样引起的？它属于哪种染色体变异？

　　让学生看书第52反后回答。

　　是人的第5号染色体部分缺失引起的遗传病，属染色体结构变异。

　　问：染色体结构变异有哪4种类型？

　　教师出示染色体结构变异4种类型图解，再一进行解说归纳。

　　缺失：指一条染色体断裂而失去一个片段，这个片段上的基因也随之丢失。如果失去的基因是显性的，同源染色体上保留下来的是隐性的，这一本来不能显出的隐性性状就能显出来。

　　重复：一条染色体的断裂片段接到同源染色体的相应部位，结果后者就有一段重复基因。

　　倒位：一条染色体的断裂片段，位置倒过来后再接上去，造成这段染色体上的基因位置颠倒。

　　易位：染色体发生断裂，断裂片段接到非同源染色体上的现象。易位可使原来不连锁的基因发生连锁。　　要注意到，染色体结构的改变，严重的可以造成死亡。比如当两个同源染色体相同部分都缺失时，某些基因就都不存在，这就可以造成死亡。

　　除了染色体结构变异外，染色体数目的改变对生物新类型的产生起着很大的作用，我们一起来探讨这一问题。

　　3．染色体数目变异

　　（1）染色体组

　　出示果蝇的染色体图，学生阅读教材。

　　问：果蝇体细胞有几个染色体？几对同源染色体？其中几对常染色体和性染色体？

　　学生回答：（略）

　　问：雄果蝇产生精子时必须进行减数分裂，精子里有哪几条染色体？几种精子？

　　学生回答后，教师用雄果蝇染色体组模型演示。

　　问：两种精子中染色体数相等吗？分别是多少个？各是什么？

　　学生答出，相等，分别是4个，应为：

　　Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和X及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Y。

　　又问：对一个精子而言，染色体形态大小相同吗？为什么？

　　学生回答：不同，因为经同源染色体分离，二种精子里都不含同源染色体。

　　教师归纳：像果蝇这样，二倍体生物配子里的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。

　　（2）二倍体

　　由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫做二倍体。如人、果蝇、玉米是二倍体，几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。

　　（三）总结

　　染色体变异分染色体结构变异和染色体数目变异。前者主要有缺失、重复、倒位和易位4种类型；后者分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞中的染色体成倍地增加或减少。

　　像果蝇的生殖细胞那样，该细胞中的一组非同源染色体，它们在形态、大小和功能上各不相同的一组染色体叫染色体组。凡是由受精卵发育而成的生物个体，体细胞中含有两个染色体组的个体叫二倍体。

　　（四）布置作业

　　1．认真分析下图的对照图，从A、B、C、D确认出表示含一个染色体组的细胞，是图中的（      ）

　　答案：B

　　2．第 56再复习题一。

（五）板书设计

（二）染色体变异

　　1．染色体变异的概念

　　2．染色体结构的变异

　　4种类型：缺失  重复  倒位  易位

　　3．染色体数目变异

　　（1）染色体组

　　（2）二倍体

第二课时

　　（－）明确目标

　　出示本节课要达到的教学目标。

　　1．多倍体的概念、单倍体的概念（B：识记）。

　　2．单倍体和多倍体的特点、形成原因及其在育种上的意义（B：识记）。

　　3．人工诱导多倍体在育种上的应用及成就（B：议记）。

　　（二）重点、难点的学习与目标完成过程

　　复习提问：

　　问：染色体结构的变异有哪4种类型？什么叫染色体组？什么叫二倍体？

　　学生回答：（略）

　　（3）多倍体的概念及其形成的原因

　　学习了二倍体的概念后，我们知道，由受精卵发育而来的个体，体细胞中含有3个或3个以上染色体组的叫做多倍体。其中体细胞中含有3个染色体组的叫做三倍体，如香蕉就是三倍体；体细胞中含有4个染色体组的叫做四倍体，如马铃薯就是四倍体。此外还有六倍体、八倍体等统称为多倍体。所以，体细胞中所含的染色体组数目是划分二倍体或者多倍体的依据。这些都是染色体数目变异中染色体成倍地增加或减少的一类情况。

　　多倍体产生的原因呢？教师出示植物细胞有丝分裂过程图，并提问：植物细胞有丝分裂的各个时期染色体数目有什么变化？分裂后期有什么特点？这一阶段所含染色体数目和其他时期是否相同。

　　学生回答完上述问题后，教师归纳：植物细胞进行有丝分裂过程中，染色体经复制后已经分裂，由于外界环境条件（如温度骤变）或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成2个子细胞，于是就形成了染色体数目加倍的细胞。这种染色体加倍的细胞，继续进行正常的有丝分裂，并且通过减数分裂，形成了染色体数目也相应加倍的生殖细胞，再由这些生殖细胞结合成合子，进一步发育成的植物，就是多倍体。例如帕米尔高原的高山植物，有65％的种类是多倍体。

　　4．人工诱导多倍体在育种上的应用

　　（1）多倍体植株的特点

　　由于染色体数目的增多，多倍体植株一般表现为茎杆粗壮，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都有所增加。

　　（2）方法和原理

　　问：人工诱导多倍体的方法是什么？用秋水仙素处理能够获得多倍体的原理是什么？

　　让学生阅读教材第54页后回答，老师归纳。然后教师以异源八倍体小黑麦培育过程说明上述方法和原理。出示异源八倍体小黑麦培育过程图解。

　　教师指着图解说明：普通小麦是异源六倍体（AABBDD），其雌配子中有三个染色体组（ABD），共21个染色体；以黑麦（RR）作父本，雄配子中有一个染色体组（R），7个染色体。杂交后子代含四个染色体组（ABDR），由于是异源的，联会紊乱，是高度不育的。若用一定浓度的秋水仙素处理子代幼苗即可加倍为异源八倍体（AABBDDRR），就能形成正常的雌雄配子，且都能受精、结实、繁殖后代，如图。（见下页。）

　　小黑麦的创造，是中国农业科学院鲍文奎教授创造的新作物，它产量高，经试验比当地小麦增产30%以上，比黑麦增产40%以上；蛋白质含量高；抗逆性强，耐瘠薄土壤，耐寒冷气候。目前小黑麦已在贵州、甘肃等高原地区引种试种成功，推广面积约100万亩以上。

　　5．单倍体

　　（1）单倍体的概念

　　指体细胞中含有本物种配子的染色体数目的个体。教师着重讲清“体细胞”、“本物种”、“配子”3个生物用词的含意，并举例说明。如玉米是二倍体，它的体细胞中含有二个染色体组，20个染色体，它的单倍体植株体细胞中含有1个染色体组，10个染色体。又如普通小麦是六倍体，它的体细胞中含有六个染色体组，42条染色体，它的单倍体植株体细胞中含有3个染色体组，21条染色体。

　　问：单倍体、二倍体和多倍体的划分根据是什么？

　　学生回答。教师强调，虽然二倍体和多倍体的划分依据是由合子发育而来的个体，其体细胞中含有的染色体组的数目是几就是几倍体。但是单倍体的确定并不是以体细胞中含有染色体数目为依据的，而应是体细胞含有本物种配子的染色体数目。由配子直接发育而来的不同生物单倍体含有染色体组的数目可以不同，绝不能认为单倍体只含有一个染色体组，也可能有多个染色体组。如玉米的单倍体只含一个染色体，棉花的单倍体含有二个染色体组。

　　（2）单倍体植株的特点

　　与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且是高度不育的。

　　（3）单倍体在育种上的意义

　　学生回答后，老师强调，育种工作者常常采用花药离体培养的方法来获得单倍体植株，这种植株无生产价值，但在育种上有特殊的意义。用人工诱导使单倍体植株染色体加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目，且每对染色体上的基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离。这种方法比杂交育种所需时间大大缩短，一般只需两年时间，就可以得到一个稳定的纯系品种。

　　现举例如下：两对基因YyRr的杂合豌豆，要想获得Yyrr品种，如何运用单倍方法培育？

　　此种方法培养稳定的性状，第二年种植下去的，就是所需的纯品种了，不会发生性状分离，和杂交育种相比，明显缩短了育种年限。

　　（三）总结、扩展

　　多倍体划分的依据是体细胞中含有3个或3个以上染色体组；单倍体的确定不是以体细胞中含有染色组数目为依据，而是指体细胞中是否含有本物种配子的染色体数目的个体。由配子直接发育而来的不同生物单倍体含有染色体组的数目可以不同，绝不能认为单倍体只含有一个染色体组，它也可能有多个染色体组。

　　我们已经学习过了杂交育种、人工诱变育种、人工诱导多倍体育种和单倍体育种等几种遗传育种的方法，现将它们的原理和方法列表比较如下（可用银幕显示）：

种类	原理	方法
单倍体育种	染色体变异	花粉离体培养后再人工加倍
人工诱导多倍体育种	染色体变异	用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
人工诱导变育种	基因突变	用一定剂量范围内的各种射线或激光处理，也可用化学药剂处理
杂交育种	基因重组	杂交实验法

　　（四）布置作业

　　1．用亲本基因型为DD和dd的植株进行杂交，其子一代的幼苗用秋水仙素处理产生了多倍体，该多倍体的基因型是（       ）

　　A．DDDd           B．DDDD           C．DDdd            D．dddd

　　2．用基因型为AaBb的个体产生的花粉粒，分别离体培养成幼苗，再用秋水仙素处理使其成为二倍体，这些幼苗成熟的后代（       ）

　　A．全部杂种         B．全部纯种         C．1/16纯种         D．4/16纯种

　　3．课本第56页复习题二，三。

　　（五）板书设计

（3）多倍体的概念及其形成的原因

　　4．人工诱导多倍体在育种上的应用

　　（1）多倍体植株的特点

　　（2）方法和原理

　　5．单倍体

　　（1）单倍体的概念

　　（2）单倍体植株的特点

　　（3）单倍体在育种上的意义

教学设计方案二

第一课时

教学模式

　　“问题——情境式”教学模式。

教学手段

　　染色体结构变异、雌雄果蝇减数分裂形成有性生殖细胞过程的教学课件、三倍体无籽西瓜培育过程的教学软件或图解、八倍体小黑麦培育过程的课件，教师创设问题情境，学生小组讨论。

参考课时

　　本小节参考课时为2课时。第一课时学习染色体结构的变异和染色体组的概念；第二课时学习二倍体、多倍体、单倍体的概念及其在育种上的应用。

设计思路

　　本节课的学习目标是染色体变异引起生物性状的改变，为了激发学生的学习兴趣，上课之初通过与本节课有关的图片、实例、实物等来激发学生的求知欲，进而成为学习本节内容的内驱力。

　　染色体组的概念是理解二倍体、多倍体、单倍体的基础，为了加深学生的理解，教师可以制作果蝇减数分裂过程的课件，通过动态的过程优化学生的理解过程。

　　学生对本节内容相对陌生，教师应多举一些实例，体现理论联系实际，对一些不易理解的知识可以组织学生讨论，通过科学的计算推理来得出结论，例如为什么说单倍体是高度不育的？

　　为了更好地理解本节内容，教师应该引导学生激活原有的知识系统，包括有丝分裂、减数分裂、染色体是遗传物质的载体、植物杂交、生长素在农业上的应用等知识，创设问题情境，新旧知识融会贯通，形成完整的认知结构。

　　对单倍体、多倍体育种不但应了解原理，更应强化学生体会到科学技术对促进社会进步的重要性，介绍我国科学家取得的成就，激发爱国主义情感。

教学过程

第一课时

　　教师引入新课：近日报载，在上海第五人民医院降生一猫叫综合症男婴，婴儿面容特殊：小头小脸、眼距宽、塌鼻梁、皮纹改变，生长发育迟缓，智力低下，因哭声像猫而得名，发病率只有十万分之一，解放后全国有记载的仅20例。研究证明，这是因为人的第5号染色体部分缺失而引起的遗传病。为什么染色体部分缺失就会引起这么严重的后果呢？

　　学生：染色体是遗传物质的载体，染色体的改变会引起基因的改变。

　　教师：我们上一节课学习的基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变，这种改变发生在分子水平上，在光学显微镜下是看不见的。但是如果生物体染色体数目发生了增减或者在结构上发生某些变化，在显微镜下就可以直接观察到，我们把染色体的这些变化称为染色体变异。既然基因位于染色体上，染色体的变化必然在遗传性状上会有所反映，所以染色体变异是生物可遗传变异的一个重要来源，也正是我们这节课所要研究的内容。

　　板书：二、染色体变异

　　教师利用大屏幕提供如下资料：

　　（1）人的第5号染色体短臂缺失，患猫叫综合症。

　　（2）果蝇X染色体上某一区段的重复，可使正常的卵圆形眼变为棒状眼。

　　（3）近日由杭州市中医院妇科专家对一位来自浙江的妇女检查发现，她的第9号染色体臂内倒位是导致她多年习惯性流产的病因。

　　（4）如果人的第22号染色体和第14号染色体发生易位，会使人患惯性粒细胞白血病。

　　（5）在黑腹果蝇中，X染色体和Y染色体多一个或少一个会影响生育力，第2染色体

　　第3染色体多一个或少一个都是致死的。对玉米和番茄来说细胞内少一条染色体就不能成活。

　　（6）人的第21号染色体如果多一条，就会患21-三体综合症（示照片）记作47，XX或XY，+21。第13号染色体多一条，患 综合症，记作47，XX或XY，+13，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。如果人的第18号染色体多一条，患 Edwards综合症，记作47，XX或 XY，+18，患者头面长、大脑门、鼻梁窄而长、小嘴、腭狭窄、耳位低、短颈，几乎所有器官系统畸形，平均寿命6个月，发病率为1/10000。如果男性多一条Y染色体，记作47，XYY，有人称这样的个体为超雄性，据说这种人有反社会行为，智能稍差，但也有智能高于一般人的。

　　（7）如果女性少一条X染色体，记作45，X，患 综合症，并患有先天性心脏病，伴有蹼颈和肘外翻。

　　（8）如果使萝卜的染色体增加一倍则主根粗大产量高；如果使番茄的染色体增加一倍则所含的维生素C大约多了一倍。

　　请学生根据上述材料，分析染色体的变异包括哪些类型？染色体变异有什么特点？为什么？

　　学生：染色体变异可以分为结构的变异和数目的变异。染色体变异对生物的影响大多数是有害的，因为遗传物质的稳定性是生物长期进化的结果，也是生物正常生命活动的基础。

板书：

　　

　　 （一）染色体结构的变异

　　教师：在某些自然或人为因素的作用下，染色体可能发生断裂，断裂端具有愈合和重接的能力。当染色体在不同区段发生断裂后，在同一条染色体内或不同染色体之间以不同的方式重接时就会导致各种结构变异的出现。

　　计算机演示：染色体结构变异的四种类型，由学生用语言来描述。

　　1．缺失

　　教师：缺失是指染色体上某一区段及其带有的基因一起丢失从而引起变异的现象。请思考，发生缺失的染色体在什么时期容易看到？为什么？在显微镜下有什么特殊的形态？

　　学生讨论，教师引导：在减数分裂过程中，同源染色体联会时，因为发生缺失的染色体不能和它的正常同源染色体完全相应地配对，所以此时可以看到正常的一条染色体多出了一段或者形成一个拱形结构，还要看缺失的区段发生在染色体的一端还是两臂的内部。

　　在屏幕上显示：染色体结构变异中的中间缺失所形成的拱形结构示意图。

　　教师：缺失影响个体的生活力，所引起的遗传效应随着缺失片段大小和细胞所处发育时期的不同而不同。在个体发育中，缺失发生得越早，影响越大；缺失的片段越大，对个体的影响也越严重，重则引起个体死亡，轻则引起个体生活能力下降，如猫叫综合症患者。那么缺失纯合体和缺失杂合体相比，哪个的生活力更低呢？为什么？

　　学生：应该是缺失纯合体，因为在缺失纯合体中，缺失基因所担负的重要机能都不能进行了。

　　教师：在缺失杂合体中，例如一个杂合体Aa中，缺失带有显性基因A的一个染色体片段和缺失带有隐性基因a的一个染色体片段引起的表型效应有什么不同？对遗传工作者有什么启示？

　　学生：一个显性基因的缺失，会使原来不应显现出来的一个隐性基因的效应显现出来，而隐性基因的缺失就没有这种效应。

　　教师：对遗传工作者来说，出现了缺失是对基因进行定位的最好机会，只要看一看缺失后出现了什么新的表型或不正常的病态，就可以知道缺失的染色体区段上存在着与新的表型或病态有关的基因了。

　　2．重复

　　教师：染色体上增加了相同的某个区段而引起变异的现象，叫做重复。在重复杂合体中，当同源染色体联会时，也会形成一个拱形结构或多出一段，这与缺失有什么不同？

　　学生：拱出来或长出来的一段是重复的片段。

　　教师：重复的遗传学效应比缺失来得缓和，并且具有累加作用，例如前述第二个实例中，果蝇的显性基因B是使复眼中的小眼数目减少，所以使复眼呈棒状，而不是正常的卵圆形，当检查果蝇X染色体上至少有四个明显的横纹，显示该基因重复了四次时，其复眼极度细小，叫做重棒眼，表明该段染色体重复次数越多，复眼中的小眼数越减少。重复对生物进化有重要作用。这是因为多余的基因可能向多个方向突变，而不至于损害细胞和个体的正常机能。突变的最终结果，有可能使“多余”的基因成为一个能执行新功能的新基因，从而为生物适应新环境提供了机会，因此在遗传学上往往把重复看做是新基因的一个重要来源。

　　3．倒位

　　教师：染色体在两个点发生断裂后，产生3个区段，中间的区段发生180°的倒转，与另外两个区段重新接合而引起的变异的现象称为倒位。请你推测一下倒位杂合体在联会时会出现什么特征？

　　学生讨论分析，教师引导推理：一个倒位杂合体在减数分裂时为了完成同源染色体的配对，可能形成一个倒位环。

　　教师可出示此示意图：

　　教师提供资料：

　　（1）倒位杂合体形成的配子大多是异常的，从而影响个体的育性，如前述人类的不孕症。

　　（2）普通果蝇的第3号染色体上有三个基因，按猩红眼一桃红眼一三角翅脉的顺序排列。

　　（St－P－D1），它的倒位纯合体的这三个基因的顺序是St－D1－P，虽可以正常生活，但不能与普通果蝇进行有性生殖。请分析上述二个实例说明什么问题？

　　学生分析：倒位杂合体往往形成不平衡的配子，后代的生活力下降；倒位纯合体由于形成生殖隔离便形成了新的物种，为新物种的进化提供了有利条件。

　　4．易位

　　教师：什么是染色体的交叉互换？发生在什么时期？

　　学生：在减数分裂四分体时期，一对同源染色体的非姐妹染色单体之间常常会发生交叉并且相互交换一部分染色体，这是基因重组的一种形式。

　　教师：当初学习那部分内容时就有些同学问，这种交换会不会发生在两条非同源染色体之间，现在大家应该知道，这种情形应该称为相互易位，是易位中比较常见的一种。易位是指一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上，从而引起变异的现象。相互易位的遗传效应主要是产生部分异常的配子，使配子的育性降低或产生有遗传病的后代，例如人类的慢性粒细胞白血病。

　　学生提问：染色体发生断裂后，有没有可能在原处愈合？

　　教师解疑：完全有可能，这样染色体就回复到原来的结构，不会产生变异。

　　教师提供资料：

　　（l）用X射线、 射线和其他射线，或某些化学药品处理，可以增加染色体断裂和结构改变的频率。

　　（2）有人把洋葱磨碎，提取出液体，用来处理洋葱的细胞，可以引起染色体断裂。

　　（3）在白细胞培养中，添加诱变剂（如二甲基苯蒽）可以增加染色体断裂的频率，但同时添加抗氧化剂（如维生素C、维生素E、亚硒酸钠 等）时，可降低染色体断裂的频率。

　　（4）有实验证明，染色体断裂与致癌作用和衰老有关。

　　教师：上述实验能说明什么？给我们什么启示？

　　学生：某些物理和化学因素以及生物体内的代谢产物可能引起染色体断裂，而抗氧化剂有保护染色体不断裂的作用。服用抗氧化剂可能有助于癌症的预防和衰老的延缓。

　　教师：上述染色体结构变异最早是在果蝇中发现的，因为果蝇唾腺巨大染色体是观察染色体形态、研究染色体结构变异的好材料，你觉得作为研究染色体结构变异的好材料，应具备哪些特点呢？

　　学生讨论分析：比较粗大，染色体上有些明显的标志，在形态上容易相互区别……

　　教师：玉米的染色体就是研究染色体结构变异的好材料。玉米的10条染色体在形态上可以相互区别，特别是在减数分裂的粗线期，细丝状的同源染色体紧密地配合在一起，上面又有各种标记，如着丝粒的位置、两臂的相对长短、球节的存在与否和染色体上着色较浓的染色粒的分布等。对每一条染色体来讲，这些标记都是以一定的形式直线地排列着，所以如果这些标记不见了或重复出现，或者它们的原有排列顺序改变了，就是染色体结构变异的明确证据。

　　果蝇唾腺细胞内的染色体一般认为是处于间期或前期状态，由于染色体连续复制，复制后形成的染色丝并不相互分开，而是纵向地密集在一起成为多线染色体，而且其上有明显的横纹，横纹的相对大小和空间排列是恒定的，可以作为识别唾腺染色体的标志。因为同源的唾腺染色体总是紧密地结合在一起，像在减数分裂的粗线期一样，所以两条同源染色体间有差别时，很容易看出来。由于这些原因，唾腺染色体也是研究染色体结构变异的好材料。

　　教师：染色体除了可以发生结构上的变异以外，在特定的环境条件下，生物体染色体的数目也会发生改变，一类是细胞内个别染色体的增加或减少，如前述实例中的（5）、（6）、（7），会引起生物性状的改变，甚至导致生物体死亡；另一类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。那么，什么叫染色体组呢？

　　计算机课讲演示：雌雄果蝇减数分裂形成精子和卵细胞的过程。

　　教师：果蝇的精子和卵细胞中只含有一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。

　　（二）染色体数目的变异

　　1．染色体组的概念

　　教师：为什么染色体组又称为基因组呢？

　　学生分析讨论：因为染色体组是指某种生物的一套完整的非同源染色体，由于一个染色体组携带着本物种的一套遗传基因，所以又叫做基因组。

　　反馈巩固练习：

　　（1）果蝇的体细胞中有几个染色体组？如何表示？

　　（2）水稻有24条染色体配成12对，它的一个染色体组包含多少条染色体？

　　（3）你认为人类基因组计划应该完成多少条染色体的基因组作图和分析？为什么？（提示：因为人的一个染色体组包括了23条非同源染色体，而人属于XY型性别决定，Y染色体的基因与X上的不尽相同，所以还应该加上Y染色体。）

教学设计示例二

第二课时

　　引入新课：上课之初，教师可以拿几块市售无籽西瓜和一些多倍体草莓分给几个同学吃，并提示学生：“这些与普通的西瓜和草莓相比有什么不同？”

　　学生：无籽，食用方便，个大，味甜……

　　教师：这些都是经过染色体加信而形成的多倍体生物，那么它们是如何培育出来的呢？这就与我们今天要学习的染色体数目变异的内容有关。

　　首先复习上节课的内容：什么叫染色体组？假如我们把一副扑克牌去除大王和小王，剩下的看成一个细胞中全部的染色体，你认为这个细胞中包括几个染色体组？每个染色体组中有多少条染色体？

　　学生：相当于四个染色体组，每组有13条染色体。

　　教师结合下表概述染色体数目变异的一些基本类型：

类别	名称	符号	染色体组示例
整倍体	单倍体 二倍体 三倍体 同源四倍体 异源四倍体		（ABCD） （ABCD）（ABCD） （ABCD）（ABCD）（ABCD） （ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD） （ABCD）（ABCD）（WNPQ）（WNPQ）
非整倍体	单体 缺体 三体 双三体 四体		（ABCD）（ABC） （ABC）（ABC） （ABCD）（ABCD）（A） （ABCD）（ABCD）（AB） （ABCD）（ABCD）（AA）

　　教师结合果蝇体细胞的染色体图解指出：果蝇就是二倍体，那么什么叫二倍体？哪些生物是二倍体呢？

　　2．

　　　

　　学生：由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫做二倍体。例如人、果蝇、玉米、几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。

　　教师：什么是多倍体？哪些生物是多倍体？

　　3．多倍体：

　　（1）概念；

　　（2）举例。

　　教师出示下表列举的常见多倍体植物，使学生认识到多倍体植物的普遍存在：

三倍体	同源四倍体	异源四倍体	异源六倍体	异源八倍体
香蕉 （33）	四倍体水稻 （48）	陆地棉 （53）	普通小麦 （42）	小黑麦（56）
黄花菜 （33）	四倍体洋葱 （32）	烟草 （48）	燕麦（42）
无子西瓜 （33）	唐菖蒲 （60）	萝卜—甘蓝 （36）
唐菖蒲 （45）	四倍体槐 （92）
桑 （45）	四倍体桑 （60）

　　教师：研究表明，帕米尔高原的高山植物有65％的种类是多倍体，请分析多倍体产生的主要诱因？细胞中染色体加倍的机制是什么？

　　（3）产生的原因

　　学生根据有丝分裂和减数分裂各时期的图像分析：在自然界中，多倍体的形成可以发生在有丝分裂过程中也可发生在减数分裂过程中，细胞由于受到外界环境条件（如温度骤变）或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成染色体数目加倍的细胞。如果这样的细胞继续进行正常的有丝分裂，或者染色体数目加倍的配子发生受精作用，都可以发育成染色体数目加倍的组织或个体。

　　教师提供下列资料：

　　①四倍体水稻的千粒重量是二倍体水稻的两倍，蛋白质含量提高5％～15％，但每穗粒数稍有降低，单位面积增产达50％以上。

　　②四倍体葡萄的果实比二倍体品种的大得多。

　　③四倍体番茄的维生素C的含量比二倍体的品种几乎增加了一倍。

　　④四倍体萝卜的主根粗大，产量比最好的二倍体品种还要高。

　　⑤三倍体甜菜比较耐寒，含糖量和产量都较高，成熟也比较早。

　　⑥三倍体的杜鹃花因为不育，所以开花时间特别长。

　　⑦三倍体的西瓜因为很少产生有功能的生殖细胞，所以没有种子，食用方便，且含糖量高。

　　教师：根据上述资料，请分析多倍体植物的特点。

　　（4）特点

　　学生：形态上加大（如茎秆、叶片、果实、种子、花朵等）和营养物质增多（如蛋白质、糖类、脂肪）。

　　教师：既然多倍体有这么多的优点，而且能在自然状态下发生，是否也可以人为地培育呢？

　　要得到多倍体，可用高温、低温、离心、超声波、嫁接和切断等物理方法，不过要得到多倍体，应用化学药剂更有效，如秋水仙素、奈骄乙烷、异生长素等，都可诱发多倍体，其中以秋水仙素用的最为广泛。

　　播放录像：用秋水仙素人工诱导多倍体。

　　（5）人工诱导多倍体在育种上的应用

　　教师：人工诱导多倍体常用的方法是什么？

　　学生：用秋水仙素来处理前发的种子或幼苗。

　　教师：秋水仙素的作用机理是什么？

　　学生：秋水仙素能作用于正在分裂的细胞，抑制纺锤体的形成，导致染色体不分离，引起细胞内染色体数目加倍。

　　教师：下面以无子西瓜为例来说明多倍体育种的过程。

　　计算机演示：三倍体无子西瓜的培育过程。

　　下列问题可能由学生自己提出，也可由教师提出启发性问题：

　　①如果由四倍体作父本，二倍体作母本，能否获得无籽西瓜？

　　②为什么三倍体西瓜没有种子？

　　③为什么要给三倍体植株授以二倍体西瓜成熟的花粉？怎样种植有利于这种传粉？

　　④你有什么好的直观的办法保证所结的西瓜是无籽的？

　　教师组织学生分组讨论、释疑，引导学生分析得到以下认识：

　　①如以♀ ×♂ ，同样也可以得到 的种子，但这种 植株的雌花中的胚珠会生成硬壳，像有种子一样，所以这种杂交方案不能采用。

　　②三倍体西瓜没有种子是因为不能形成正常的生殖细胞，这牵涉到减数分裂时染色体的配对和分离，由于联会紊乱，最终得到全部染色体都是成对的配子的概率只有 （n代表一个染色体组中所有染色体的数目，这里 ），而得到全部染色体都是一条的配子的概率也只有 ，而绝大多数配子的染色体数目在 和n之间，是不平衡的，至于形成平衡合子的机会自然更少了，所以细胞中染色体组数等于奇数的植物一般是不可育的。像三倍体的香蕉 、水仙 等，都没有种子，只能靠营养体来繁殖。

　　③三倍体无籽西瓜因为不形成种子，所以缺乏由幼嫩种子产生的生长素，所以要刺激子房发育成果实，就要授以成熟的花粉。因此必须把三倍体和二倍体相间种植，以保证有足够的二倍体植株的花粉传到三倍体植株的雌花上去。

　　④为了能从表现上判断是否无籽西瓜，可用显性基因来标志二倍体父本，跟隐性的四倍体母本杂交，例如：

　　

　　教师：上述三倍体无子西瓜是由同一物种经过染色体加倍形成的，称为同源多倍体（见前表），而不同的种杂交产生的后代，经过染色体加倍形成的多倍体，则称为异源多倍体（见前表）。我国已故遗传育种专家鲍文奎经过30多年的研究，在20世纪六七十年代用普通小麦（六倍体）与黑麦（二倍体）杂交，成功地培育出异源八倍体小黑麦新物种。小黑麦具有穗大、粒重、抗病性强、耐瘠性强、抗逆性强和营养品质好等优点，已在我国西北、西南等高寒地区种植。

　　计算机显示异源八倍体小黑麦的合成过程：

　　

　　教师：科学家发现在自然界中，还有一些生物，其细胞内染色体数目比正常的个体减少一半，例如在棉花、水稻、玉米、雄蜂等都发现过这样的个体，它们通常都是由一种生物的生殖细胞不经受精就直接发育成下一代，所以其体细胞中只含有本物种配子的染色体数目，这样的个体称为单倍体。

　　4．单倍体：

　　（1）概念；

　　（2）举例。

　　为了加强学生对单倍体、二倍体、多倍体概念的理解，教师创设如下的问题情境，组织学生分析讨论：

　　①是否凡是体细胞中只含一个染色体组的个体就是单倍体呢？为什么？

　　②为什么二倍体水稻的配子和单倍体水稻体细胞一样都是只有一个染色体组、12条染色体呢？

　　③为什么三倍体西瓜和单倍体小麦均含三个染色体组，但三倍体西瓜为多倍体，而小麦为单倍体？

　　④判断单倍体能否以体细胞中染色体组的个数为依据？你认为判断依据应该是什么？

以上启发性问题教师可参考下表引导学生进行分析：

生物类型	个体发育起点	体细胞中染色体组数	变异情况
二倍体 单倍体 多倍体	合子 配子 合子	2 1或多个 3或3个以上	自然界中正常类型 染色体组成倍减少 染色体组成倍增加

　　教师强调：由于单倍体与染色体组没有必然联系，一倍体均属单倍体范畴，单倍体却不一定都是一倍体，“单倍体”的“单”字不是代表“单一”和“单数”，而是代表“单方”。

　　教师：请计算玉米的单倍体 产生有效配子的概率？从结果看能说明什么问题？

　　引导学生分析：在减数第一次分裂的中期，它们的染色体都是单价体，没有可以配对的同源染色体，是被随机的分向两极，每一条染色体分到这一极或那一极的机会都是1／2，从而10条染色体都分到一极的机会是 （这里n等于单倍体染色体数），即只有1／1024的配子是有效的，可见单倍体是高度不育的。

　　学生提问：雄蜂是怎样繁殖后代的？

　　教师：单倍体可以是正常的或异常的，如一些低等植物的配子体和一些昆虫的雄体（如蜂类等膜翅目昆虫），都是正常的单倍体。正常单倍体形成的配子仍为单倍体，这是因为在进化过程中它们的减数分裂过程已有了变化，实际上是把第一次减数分裂省略了，所以形成的配子仍为单倍体。

　　（3）单倍体的特点

　　教师：虽然与正常植株相比单倍体植株长得弱小，而且高度不育，但是它们在育种上有特殊的意义。

　　播放单倍体育种的录像片段。

　　根据录像中的有关内容，教师提出以下启发性问题：

　　①常用的获得单倍体植株的方法是什么？

　　②为什么利用单倍体植株培育新品种是育种的捷径？举例说明。

　　教师可以用计算机课件逐步显示两种不同性状的纯合体玉米通过单倍体育种获得符合要求的稳定纯合体的过程：

　　

　　根据上述过程学生思考如下问题：

　　①常规的杂交育种方法要6～8年才能获得一个纯种，而单倍体育种获得纯合体需要几年？

　　②上述各种后代为什么都是纯合的？它们的表现型分别是什么？符合生产要求的植株的基因型是什么？

　　③单倍体育种为什么能明显地缩短了育种年限？

　　（4）单倍体育种的方法和意义

　　教师：我国利用花药离体培养进行单倍体育种的工作，从20世纪70年代开始研究，现在已做了很多工作，走在了世界的前列。在农作物方面有水稻、小麦、小黑麦、玉米等，在经济作物方面有甜菜、橡胶、油菜、茄、辣椒、烟草、杨树等20多种植物都能利用花药培养诱导成单倍体植株，而全世界也只有40多种，我国就占有一半。这是我国科学家勇于开拓，不断创新所取得的成绩。科学探索是无止境的，只要我们能不断发扬科学家们的拼搏精神，掌握科学的研究方法，努力开拓进取，相信同学们一定会青出于蓝胜生于蓝。

　　反馈及智能训练习题：请同学们总结遗传育种的方法和原理，并说明各自优缺点。

　　提示：

方法		实例	原理	优缺点
杂 交 育 种	杂交后让其杂交后代多代自交，依育种目标代代选育获得稳定遗传类型。	小麦抗锈病类型的获得	运用分离规律，杂合体自交后代出现性状分离，按育种要求，人工多代选育和提纯即可获得。	需要对杂交后代多代选育才能比较纯，所以育种年限较长
	通过杂交使亲本优良性状结合在一起从中选育稳定类型	水稻无芒抗病类型的获得	运用自由组合规律，会在 出现亲本优良性状的组合，再对其进行多代人工选育、提纯，即可获得	同上

 

方法		实例	原理	优缺点
杂 交 育 种	通过杂交，使亲本优良性状连锁在一起	大麦矮杆抗锈病类型的获得	运用连锁和互换规律，采取措施，打破基因连锁，使 出现亲本优良性状的连锁，再人工多代选育、提纯，即可获得	需要对杂交后代多代选育才能比较纯，所以育种年限较长
人工诱变育种		黑农五号大豆，青霉素高产菌株的获得	用物理、化学方法处理，使基因结构发生改变	变异频率高，稳定较快，育种进程缩短，能大幅度改变某些性状，但需大量处理供试材料。
单倍体育种		普通小麦、水稻、烟草的花药离体培养	实际上是花粉粒直接培育出单倍体植株经人工诱导，使染色体加倍，形成纯合体	自交后代不发生性状分离，可以缩短育种年限，只需2年
多倍体育种		三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦的获得	主要是通过秋水仙素等化学物理处理，使细胞内染色体加倍而获得	茎杆粗壮，叶片、果实、种子较大，营养物质含量多。但发育延迟，结实率低。

　　当然如果学生在总结上表的基础上还能提出利用细胞核和细胞质不育基因培育杂交水稻、利用基因工程获得抗虫棉、利用植物细胞工程培育白菜一甘蓝蔬菜新品种等，教师应该给予充分肯定和表扬。

　　四、要点提示

　　（1）多倍体的特点和举例，要多举一些实例，来扩大学生的感性认识。

　　（2）关于发生染色体结构变异的染色体在显微镜下特定的表现形式，因为涉及到减数分裂中同源染色体联会的知识，也可按本教案的内容适当引申，也可根据学生的实际情况删减。

　　（3）非整数性染色体数目的变异不是本节课的重点，只要通过一些实例使学生知道有这种变异形式并且不导致生物性状的改变就可以了。

　　（4）本节课是遗传变异这一章比较靠后的一部分内容，最后设计的一道反馈题可使学生把遗传变异的相关内容形成系统的知识结构，联系实际，把知识学活学透。