2019-2020年高中生物 第三節(jié)染色體變異及其應用第3課時示范教案 蘇教版.doc

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2019-2020年高中生物 第三節(jié)染色體變異及其應用第3課時示范教案 蘇教版 課件展示： 無子西瓜圖片資料 師:無子西瓜由于沒有種子，而且，果實大，含糖量高，很受人們的歡迎。 師:無子西瓜為什么沒有種子呢？ 學生活動：觀察、討論、分析、交流。 生甲:是因為無子西瓜沒有受粉。 生乙:可能是用一定濃度的生長素溶液處理西瓜的柱頭。 生丙:可能是無子西瓜的受精卵沒有發(fā)育。 …… 師:無子西瓜是利用染色體變異的原理培育成功的。無子西瓜是如何培育成功的呢？ 　板　書： 三、染色體變異在育種上的應用 師:染色體變異包括哪些方面？ 生:染色體變異包括染色體結構的變異和染色體數(shù)目的變異。 師:染色體數(shù)目變異包括哪幾種類型？[來源:] 生:染色體數(shù)目變異包括非整倍性變異、一倍性變異和多倍性變異。 師:染色體變異在育種上具有廣泛的應用。特別是單倍體育種和多倍體育種。 教師活動：利用多媒體展示單倍體水稻植株。并講述：單倍體水稻植株長得十分弱小，而且，高度不育。 師:單倍體水稻在生產上有沒有利用價值？為什么？ 生:單倍體水稻在生產上沒有利用價值。因為，單倍體水稻高度不育，不能生產糧食。 師:單倍體水稻為什么高度不育？ 學生活動：討論、分析、交流。 生甲:單倍體水稻不能產生精子。 生乙:單倍體水稻不能受粉。 生丙:單倍體水稻不能受精。 …… 師:正常的水稻體細胞中含有兩個染色體組，24條染色體。單倍體水稻細胞中只含有一個染色體組。由于單倍體水稻細胞中沒有同源染色體，因此，在減數(shù)分裂過程中出現(xiàn)聯(lián)會紊亂，不能產生正常的配子，從而表現(xiàn)出高度不育。 師:單倍體具有什么應用價值呢？ 學生活動：閱讀教材，討論、思考、交流。 生:單倍體在育種上具有特殊的意義。 師:自然條件下單倍體形成的原因是什么呢？[來源:] 學生活動：閱讀回顧教材，討論、思考、交流。 師:在自然條件下，玉米、普通小麥、水稻、煙草作物等，偶爾會出現(xiàn)單倍體植株，這是由未經受精的卵細胞發(fā)育而成的。 師:育種過程中如何獲得單倍體呢？ 生甲:利用未經受精的卵細胞培養(yǎng)成。 生乙:利用未經受精的精子培養(yǎng)成。 師:育種過程中常利用花藥離體培養(yǎng)的方法獲得單倍體。 師:如何利用單倍體進行育種？[來源:] 課件展示： 在小麥中，高稈(D)對矮稈(d)是顯性，抗病(R)對不抗病(r)是顯性。其中，矮稈和抗病是人們所需要的優(yōu)良性狀。現(xiàn)有兩種純種小麥品種，一個品種是矮稈、不抗病小麥，另一個品種是高稈、抗病小麥。請你思考利用矮稈、不抗病小麥與高稈、抗病小麥作親本，如何利用單倍體育種方法培育出一個矮稈、抗病的新品種？ 學生活動：思考、討論、交流。 課件展示： 利用單倍體育種方法培育矮稈、抗病的新品種的過程： 師:利用單倍體育種方法培育矮稈、抗病的新品種時，通過秋水仙素處理后得到的小麥的基因組成有什么特點？ 學生活動：觀察、思考、討論。 生:利用秋水仙素處理后得到的小麥的基因組成都是純合的。 師:用人工誘導使單倍體植株染色體加倍后，它的體細胞中不僅含有正常植株體細胞中的染色體數(shù)，而且每對染色體上的成對的基因都是純合的，這樣植株后代就不會發(fā)生性狀分離。 師:利用單倍體育種方法培育能穩(wěn)定遺傳的矮稈、抗病的新品種時，需要幾年時間？ 學生活動：觀察、思考、討論。 生:需要2年。 師:若采用雜交育種，在第二年能獲得穩(wěn)定遺傳的矮稈、抗病的新品種嗎？ 學生活動：回顧基因自由組合定律在雜交育種中的應用知識，討論、交流。 生:不能，因為在第二年獲得的矮稈、抗病的類型中有2/3是雜合子，不能穩(wěn)定遺傳。 師:利用雜交育種，子二代中得到的矮稈、抗病的類型中有2/3是雜合子，它的下一代會出現(xiàn)性狀分離。要想得到可以穩(wěn)定遺傳的矮稈、抗病類型，就必須對所得到的無芒、抗病品種進行多代自交和選種，淘汰不符合要求的植株，最后才能得到能夠穩(wěn)定遺傳的矮稈、抗病類型，這就需要經過多年的選育。利用單倍體育種方法培育穩(wěn)定遺傳的矮稈、抗病類型，可以2年就培育成功，比雜交育種所需時間大大地縮短。 師:無子西瓜是如何培育出來的呢？ 學生活動：閱讀教材P44“積極思維”，思考、討論三倍體西瓜是如何培育的？為什么無子？ 課件展示： 三倍體西瓜培育的過程 師:人工誘導多倍體的最常用的方法是什么？ 生:利用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。 師:利用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗，為什么能使細胞染色體數(shù)目加倍？ 學生活動：閱讀教材P45，思考、討論、交流。 生:利用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗時，當秋水仙素作用于正在分裂的細胞時，能抑制紡錘體的形成，導致染色體不能分離，從而使細胞內染色體數(shù)目加倍。[來源:] 教師活動：演示植物細胞有絲分裂的過程，再演示無紡錘體時細胞分裂過程的變化。 師:自然條件下多倍體是如何形成的呢？ 生:植物體的內外環(huán)境發(fā)生驟變，使正在分裂的細胞中紡錘體可能受到破壞，已復制的染色體不能分到兩極，細胞也不分裂，從而形成染色體組加倍的細胞。 教師活動：展示三倍體的葡萄與正常二倍體葡萄。 師:多倍體植物與普通二倍體相比有什么特點？ 學生活動：觀察、比較、閱讀教材、討論、交流。 生:多倍體植株的莖稈粗壯，葉片、果實和種子都比較大，糖類、蛋白質等含量多。 師:正是由于多倍體具有這些優(yōu)良的特點，所以人們常利用誘導多倍體的方法來培育多倍體。 三、染色體變異在育種上的應用 1．單倍體育種 2．多倍體育種[來源:] 1．解析：利用雜交育種，子二代中得到的顯性性狀類型中都有雜合子，它的下一代會出現(xiàn)性狀分離。要想得到可以穩(wěn)定遺傳的某種類型，就必須對所得到的某種顯性性狀類型品種進行多代自交和選種，淘汰不符合要求的植株，最后才能得到能夠穩(wěn)定遺傳的類型，這就需要經過多年的選育。利用單倍體育種方法培育時，由于一般是利用雜種子一代的花藥離體培養(yǎng)，得到的單倍體幼苗再利用秋水仙素處理，處理后的植物體是純合子，后代不會出現(xiàn)性狀分離，因此，可以2年就培育成功，比雜交育種所需時間大大地縮短。 答案：C 2．解析：基因型為DdTt的植物，經過減數(shù)分裂形成的花粉有四種類型： DT、Dt、dT、dt，其花粉離體培養(yǎng)成的幼苗為單倍體，基因型為： DT、Dt、dT、dt，再經秋水仙素處理，處理后的植物體染色體數(shù)目加倍，而且都是純合子。因此，這些幼苗長成后，自交后代不會出現(xiàn)性狀分離。 答案：A 3．解析：四倍體的西瓜與二倍體的西瓜雜交時，四倍體西瓜產生的配子含有2個染色體組，二倍體西瓜產生的配子含有一個染色體組，雜交所得到的子一代為三倍體。三倍體西瓜開花時，由于減數(shù)分裂時，同源染色體聯(lián)會紊亂，不能產生正常的生殖細胞，但利用二倍體西瓜的花粉給四倍體西瓜進行傳粉，刺激子房發(fā)育為果實，但由于沒有經過受精作用，所以，所結的果實中沒有種子。 答案：C 4．解析：粗糙脈孢菌的單倍體細胞中具有7條染色體，呈奇數(shù)，說明粗糙脈孢菌的單倍體細胞中只有一個染色體組，兩個不同類型的粗糙脈孢菌融合后的二倍體，隨即發(fā)生典型的減數(shù)分裂，應最終形成四個子細胞，每個子細胞中的染色體數(shù)目應該減半為7條。這四個子細胞經過有絲分裂，一個細胞能形成兩個子細胞，這樣，最終可以形成8個細胞。有絲分裂的前后染色體數(shù)目不變，仍為7條。 答案：A 5．解析：普通倉鼠和花背鼠的體細胞中均有22條染色體，因此，普通倉鼠與花背鼠進行種間雜交時，減數(shù)分裂形成的生殖細胞中均含有一個染色體組，11條染色體。而形成的受精卵中有分別來自普通倉鼠和花背鼠的一個染色體組，經過染色體加倍后，形成的細胞中有44條染色體，四個染色體組，因此，金背倉鼠為四倍體。[來源:學?？?。網Z。X。X。K] 答案：C 6．答案：水稻正常體細胞中有24條染色體，兩個染色體組，經過減數(shù)分裂形成的配子中，染色體數(shù)目減半，為12條染色體，因此，水稻是二倍體生物；普通小麥正常體細胞中有42條染色體，六個染色體組，經過減數(shù)分裂形成的配子中，染色體數(shù)目減半，為21條染色體，因此，普通小麥是六倍體生物；馬鈴薯正常體細胞中有48條染色體，四個染色體組，經過減數(shù)分裂形成的配子中，染色體數(shù)目減半，為24條染色體，因此，馬鈴薯是四倍體生物；人正常體細胞中有46條染色體，兩個染色體組，經過減數(shù)分裂形成的配子中，染色體數(shù)目減半，為23條染色體，因此，人是二倍體生物。 1．多倍體誘導在植物育種上的意義[來源:] 一個物種細胞中染色體形態(tài)結構和數(shù)目的恒定性是這個種的重要特征。我們把二倍體個體中能維持配子或配體正常功能的、最低數(shù)目的一套染色體稱為染色體組或基因組。當生物體內細胞染色體組數(shù)達到3組或3組以上者，稱為多倍體。多倍體在植物進化中有很重要的意義。隨著植物自然演化地位的提高，多倍體所占比例增大。據(jù)有關資料顯示，自然界中，多倍體在裸子植物中占物種的13%，在單子葉植物中占42.8%，在雙子葉植物中占68.6%，即顯花植物中約有一半的物種是通過多倍體途徑形成的次生種，其中有些是在一個屬內存在著不同倍數(shù)的種，有些是在同一種內存在著不同倍數(shù)的品種。遺傳學上把一個屬內不同種的染色體按某一基數(shù)而倍增的現(xiàn)象稱為染色體倍數(shù)性系列，或多倍體系列。處在倍數(shù)性系列上的植物，因其基因劑量存在差異，所以各有相異的表型，它們在細胞染色體尚未數(shù)清以前，就早已為形態(tài)分類學家區(qū)分為不同的種群。 在自然條件下，機械損傷，射線輻射，溫度驟變，及其他一些化學因素刺激，都可以使植物材料的染色體加倍，形成多倍體種群。近幾十年來，隨著人們對多倍體誘導機制研究的深入，由人工模擬自然條件來誘導多倍體植物獲得了長足進展，形成了不少有價值的人工多倍體種群。 細胞核內染色體組加倍以后，常帶來一些形態(tài)和生理上的變化，如巨大性、抗逆性增強等。一般多倍體細胞的體積，氣孔保衛(wèi)細胞都比二倍體大，葉子、果實、花和種子的大小也隨加倍而遞增。從內部代謝來看，由于基因劑量加大，一些生理生化過程也隨之加強，某些代謝物的產量比二倍體增多，如大麥同源四倍體種子蛋白質含量比二倍體提高10%～12%，玉米同源四倍體子粒內擬胡蘿卜素含量比二倍體原種增加43%，胡蘿卜糖含量增加10%～20%，歐洲巨型山楊生長量增加一倍等。這些改變都與基因劑量有關。多倍體的產生多出現(xiàn)在分布區(qū)的一些邊緣地帶，多在氣候條件惡劣的地區(qū)，這些地區(qū)多倍體的出現(xiàn)常伴隨著抗逆性的相對提高，如報春花原產于溫帶，我國云南很多，原始種為二倍體，而新生的異源四倍體分布在二倍體區(qū)域內的高山上，三倍體和八倍體分布在更北或更南的高山上，而十四倍體生長在極地。(楊曉紅、李越華、張克中，xx)。由于多倍體植物帶有巨大性、不育性、代謝物增多和抗遞性加強等特點，給生產、生活帶來了很大的經濟價值。 自從二十世紀三十年代，人們發(fā)現(xiàn)用秋水仙素誘導多倍體的方法以來，育種家們在植物倍性育種方面作出了較多的探索，形成了一些人工多倍體的商業(yè)品種?；ɑ芊矫妫喊珷颗?、金魚草、雞冠花等多倍體植物多表現(xiàn)為葉片肥厚、花色艷麗、花期長、花瓣多等特點，觀賞價值得到了提高；藥材方面，板藍根四倍體有效成分含量比普通二倍體對照高出約40%；林木方面，四倍體桑樹及刺槐在生長量及抗逆性方面都較之二倍體對照有了較大提高。 一般而言，用秋水仙素誘導成的多倍體植株往往是同源四倍體，如果將其與二倍體對照雜交，便可獲得三倍體的植株，例如，人工獲得的三倍體西瓜、香蕉等。無子或少子是它們的顯著特征。另外，在倍性育種的過程中，育種家們發(fā)現(xiàn)：①在一些遠緣雜交不親和的組合中，如果將其中之一加倍、遠緣雜交往往變得容易進行，而且所獲得的異源多倍體在生長量及抗逆性方面，往往有突出表現(xiàn)。②在用各種射線誘變育種時，多倍體材料的誘變率大大高于二倍體對照。由此可見，在人工誘導植物多倍體的基礎上，如能結合其他育種手段，以培育出高質量的植物新品種，大有潛力可挖。 總之，隨著人們對多倍體誘導技術及其他相關育種技術研究的深入，在不久的將來，定能形成越來越多的人工多倍體種群，使多倍體誘導成為最有效的育種手段之一！ 2．秋水仙素的誘導機理 秋水仙素是1937年發(fā)現(xiàn)的，從百合科植物秋水仙種子球莖中提取出來的一種植物堿，分子式為C22H25O6N。秋水仙素呈白色或黃色粉末或針狀結晶，有劇毒，易溶于冷水、酒精和氯仿，難溶于熱水、乙醚等，有效誘導濃度為0.000 6%～1.6%，一般以0.2%濃度效果最好。常被用作多倍體誘導劑，經處理的萌發(fā)種子或幼苗細胞染色體數(shù)會發(fā)生加倍。其誘導加倍的機理與微管、著絲粒的結構和特性有關。 微管是廣泛存在于各種真核細胞中的一種重要細胞結構，細胞分裂中紡錘體就是由微管組成的。微管管壁由13條原絲縱向平行排列構成，主要成分為微管蛋白，而微管蛋白分α微管蛋白和β微管蛋白兩種。α微管蛋白和β微管蛋白組成的異二聚體構成微管亞單位，若干個異二聚體相接連成原絲。α微管蛋白與β微管蛋白在化學結構上極為相似，兩者相對分子質量均為50 000，氨基酸數(shù)目分別為450和445個，兩者42%序列相同。其中β微管蛋白肽鏈中第201位為半胱氨酸，為秋水仙素結合部位。α微管蛋白和β微管蛋白彼此間具有很強的親和力，常呈二聚體形式存在。每一微管蛋白異二聚體上尚有秋水仙素與之結合的部位，如果結合的部位被其結合，微管不僅不能繼續(xù)聚合，而且會引起原有微管解聚。故秋水仙素具有干擾微管裝配，破壞紡錘體形成和終止細胞分裂的作用。 細胞分裂間期染色體經過復制形成了兩條姐妹染色單體，但在進入后期之前，姐妹染色單體在著絲粒區(qū)連結在一起。著絲粒位于染色體上的主縊痕部位，為染色單體的連接結構，而動粒才是動粒纖維附著在染色體的結構。著絲粒由一段特殊DNA序列構成，著絲粒DNA具有高度重復序列，如小鼠染色體著絲粒約有300個堿基對重復幾千次組成，含量占染色體DNA的5%～10%，而在果蠅細胞中可達40%。Clarke等學者認為，著絲粒區(qū)域DNA可能編碼一種特殊信號，使其復制在S期受阻遏，一直到后期這一區(qū)域DNA復制才完成。著絲粒DNA復制完成也就啟動了后期染色單體的分離，故姐妹染色單體分離動力不是來自與兩極相連的動粒微管張力。人們發(fā)現(xiàn)，用秋水仙素處理分裂的細胞，雖然紡錘體被破壞了，但是兩條姐妹染色單體照樣分開。總之，秋水仙素雖然破壞了細胞中微管組裝，阻止了紡錘體正常生成，使細胞分裂失去了動力來源，從而在染色體復制后期細胞不能一分為二，但是染色體數(shù)卻加倍了。