2019-2020年高中生物 第三節(jié)染色體變異及其應(yīng)用第3課時(shí)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(yīng)用第3課時(shí)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(shí)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(xué)生活動(dòng)：觀察、討論、分析、交流。 生甲:是因?yàn)闊o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(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)用。特別是單倍體育種和多倍體育種。 教師活動(dòng)：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(chǎn)上有沒有利用價(jià)值？為什么？ 生:單倍體水稻在生產(chǎn)上沒有利用價(jià)值。因?yàn)?，單倍體水稻高度不育，不能生產(chǎn)糧食。 師:單倍體水稻為什么高度不育？ 學(xué)生活動(dòng)：討論、分析、交流。 生甲:單倍體水稻不能產(chǎn)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(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組，24條染色體。單倍體水稻細(xì)胞中只含有一個(gè)染色體組。由于單倍體水稻細(xì)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(huì)紊亂，不能產(chǎn)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(yīng)用價(jià)值呢？ 學(xué)生活動(dòng)：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(xué)生活動(dòng)：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(huì)出現(xiàn)單倍體植株，這是由未經(jīng)受精的卵細(xì)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(jīng)受精的卵細(xì)胞培養(yǎng)成。 生乙:利用未經(jīng)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(jìn)行育種？[來源:] 課件展示： 在小麥中，高稈(D)對(duì)矮稈(d)是顯性，抗病(R)對(duì)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?，F(xiàn)有兩種純種小麥品種，一個(gè)品種是矮稈、不抗病小麥，另一個(gè)品種是高稈、抗病小麥。請(qǐng)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(gè)矮稈、抗病的新品種？ 學(xué)生活動(dòng)：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(shí)，通過秋水仙素處理后得到的小麥的基因組成有什么特點(diǎn)？ 學(xué)生活動(dòng)：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(dǎo)使單倍體植株染色體加倍后，它的體細(xì)胞中不僅含有正常植株體細(xì)胞中的染色體數(shù)，而且每對(duì)染色體上的成對(duì)的基因都是純合的，這樣植株后代就不會(huì)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(shí)，需要幾年時(shí)間？ 學(xué)生活動(dòng)：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(xué)生活動(dòng)：回顧基因自由組合定律在雜交育種中的應(yīng)用知識(shí)，討論、交流。 生:不能，因?yàn)樵诘诙戢@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(huì)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(duì)所得到的無芒、抗病品種進(jìn)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(jīng)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(shí)間大大地縮短。 師:無子西瓜是如何培育出來的呢？ 學(xué)生活動(dòng)：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(dǎo)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(xì)胞染色體數(shù)目加倍？ 學(xué)生活動(dòng)：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(shí)，當(dāng)秋水仙素作用于正在分裂的細(xì)胞時(shí)，能抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體不能分離，從而使細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。[來源:] 教師活動(dòng)：演示植物細(xì)胞有絲分裂的過程，再演示無紡錘體時(shí)細(xì)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(nèi)外環(huán)境發(fā)生驟變，使正在分裂的細(xì)胞中紡錘體可能受到破壞，已復(fù)制的染色體不能分到兩極，細(xì)胞也不分裂，從而形成染色體組加倍的細(xì)胞。 教師活動(dòng)：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(diǎn)？ 學(xué)生活動(dòng)：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(shí)和種子都比較大，糖類、蛋白質(zhì)等含量多。 師:正是由于多倍體具有這些優(yōu)良的特點(diǎn)，所以人們常利用誘導(dǎo)多倍體的方法來培育多倍體。 三、染色體變異在育種上的應(yīng)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(huì)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(duì)所得到的某種顯性性狀類型品種進(jìn)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(jīng)過多年的選育。利用單倍體育種方法培育時(shí)，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(huì)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(shí)間大大地縮短。 答案：C 2．解析：基因型為DdTt的植物，經(jīng)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(jīng)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(huì)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(shí)，四倍體西瓜產(chǎn)生的配子含有2個(gè)染色體組，二倍體西瓜產(chǎn)生的配子含有一個(gè)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(shí)，由于減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體聯(lián)會(huì)紊亂，不能產(chǎn)生正常的生殖細(xì)胞，但利用二倍體西瓜的花粉給四倍體西瓜進(jìn)行傳粉，刺激子房發(fā)育為果實(shí)，但由于沒有經(jīng)過受精作用，所以，所結(jié)的果實(shí)中沒有種子。 答案：C 4．解析：粗糙脈孢菌的單倍體細(xì)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(xì)胞中只有一個(gè)染色體組，兩個(gè)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(yīng)最終形成四個(gè)子細(xì)胞，每個(gè)子細(xì)胞中的染色體數(shù)目應(yīng)該減半為7條。這四個(gè)子細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂，一個(gè)細(xì)胞能形成兩個(gè)子細(xì)胞，這樣，最終可以形成8個(gè)細(xì)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(xì)胞中均有22條染色體，因此，普通倉鼠與花背鼠進(jìn)行種間雜交時(shí)，減數(shù)分裂形成的生殖細(xì)胞中均含有一個(gè)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(gè)染色體組，經(jīng)過染色體加倍后，形成的細(xì)胞中有44條染色體，四個(gè)染色體組，因此，金背倉鼠為四倍體。[來源:學(xué)。科。網(wǎng)Z。X。X。K] 答案：C 6．答案：水稻正常體細(xì)胞中有24條染色體，兩個(gè)染色體組，經(jīng)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(xì)胞中有42條染色體，六個(gè)染色體組，經(jīng)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?zhǔn)橇扼w生物；馬鈴薯正常體細(xì)胞中有48條染色體，四個(gè)染色體組，經(jīng)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(xì)胞中有46條染色體，兩個(gè)染色體組，經(jīng)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(dǎo)在植物育種上的意義[來源:] 一個(gè)物種細(xì)胞中染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目的恒定性是這個(gè)種的重要特征。我們把二倍體個(gè)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(dāng)生物體內(nèi)細(xì)胞染色體組數(shù)達(dá)到3組或3組以上者，稱為多倍體。多倍體在植物進(jìn)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(guān)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(gè)屬內(nèi)存在著不同倍數(shù)的種，有些是在同一種內(nèi)存在著不同倍數(shù)的品種。遺傳學(xué)上把一個(gè)屬內(nèi)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?cè)诩?xì)胞染色體尚未數(shù)清以前，就早已為形態(tài)分類學(xué)家區(qū)分為不同的種群。 在自然條件下，機(jī)械損傷，射線輻射，溫度驟變，及其他一些化學(xué)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(duì)多倍體誘導(dǎo)機(jī)制研究的深入，由人工模擬自然條件來誘導(dǎo)多倍體植物獲得了長足進(jìn)展，形成了不少有價(jià)值的人工多倍體種群。 細(xì)胞核內(nèi)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(qiáng)等。一般多倍體細(xì)胞的體積，氣孔保衛(wèi)細(xì)胞都比二倍體大，葉子、果實(shí)、花和種子的大小也隨加倍而遞增。從內(nèi)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(qiáng)，某些代謝物的產(chǎn)量比二倍體增多，如大麥同源四倍體種子蛋白質(zhì)含量比二倍體提高10%～12%，玉米同源四倍體子粒內(nèi)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(guān)。多倍體的產(chǎn)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(duì)提高，如報(bào)春花原產(chǎn)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(nèi)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(qiáng)等特點(diǎn)，給生產(chǎn)、生活帶來了很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 自從二十世紀(jì)三十年代，人們發(fā)現(xiàn)用秋水仙素誘導(dǎo)多倍體的方法以來，育種家們?cè)谥参锉缎杂N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(diǎn)，觀賞價(jià)值得到了提高；藥材方面，板藍(lán)根四倍體有效成分含量比普通二倍體對(duì)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(duì)照有了較大提高。 一般而言，用秋水仙素誘導(dǎo)成的多倍體植株往往是同源四倍體，如果將其與二倍體對(duì)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(yuǎn)緣雜交不親和的組合中，如果將其中之一加倍、遠(yuǎn)緣雜交往往變得容易進(jìn)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(shí)，多倍體材料的誘變率大大高于二倍體對(duì)照。由此可見，在人工誘導(dǎo)植物多倍體的基礎(chǔ)上，如能結(jié)合其他育種手段，以培育出高質(zhì)量的植物新品種，大有潛力可挖。 總之，隨著人們對(duì)多倍體誘導(dǎo)技術(shù)及其他相關(guān)育種技術(shù)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(dǎo)成為最有效的育種手段之一！ 2．秋水仙素的誘導(dǎo)機(jī)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(jié)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(dǎo)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(dǎo)劑，經(jīng)處理的萌發(fā)種子或幼苗細(xì)胞染色體數(shù)會(huì)發(fā)生加倍。其誘導(dǎo)加倍的機(jī)理與微管、著絲粒的結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)。 微管是廣泛存在于各種真核細(xì)胞中的一種重要細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)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(gòu)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(gòu)成微管亞單位，若干個(gè)異二聚體相接連成原絲。α微管蛋白與β微管蛋白在化學(xué)結(jié)構(gòu)上極為相似，兩者相對(duì)分子質(zhì)量均為50 000，氨基酸數(shù)目分別為450和445個(gè)，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(jié)合部位。α微管蛋白和β微管蛋白彼此間具有很強(qiáng)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(jié)合的部位，如果結(jié)合的部位被其結(jié)合，微管不僅不能繼續(xù)聚合，而且會(huì)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(xì)胞分裂的作用。 細(xì)胞分裂間期染色體經(jīng)過復(fù)制形成了兩條姐妹染色單體，但在進(jìn)入后期之前，姐妹染色單體在著絲粒區(qū)連結(jié)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(jié)構(gòu)，而動(dòng)粒才是動(dòng)粒纖維附著在染色體的結(jié)構(gòu)。著絲粒由一段特殊DNA序列構(gòu)成，著絲粒DNA具有高度重復(fù)序列，如小鼠染色體著絲粒約有300個(gè)堿基對(duì)重復(fù)幾千次組成，含量占染色體DNA的5%～10%，而在果蠅細(xì)胞中可達(dá)40%。Clarke等學(xué)者認(rèn)為，著絲粒區(qū)域DNA可能編碼一種特殊信號(hào)，使其復(fù)制在S期受阻遏，一直到后期這一區(qū)域DNA復(fù)制才完成。著絲粒DNA復(fù)制完成也就啟動(dòng)了后期染色單體的分離，故姐妹染色單體分離動(dòng)力不是來自與兩極相連的動(dòng)粒微管張力。人們發(fā)現(xiàn)，用秋水仙素處理分裂的細(xì)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(xì)胞中微管組裝，阻止了紡錘體正常生成，使細(xì)胞分裂失去了動(dòng)力來源，從而在染色體復(fù)制后期細(xì)胞不能一分為二，但是染色體數(shù)卻加倍了。