高中生物《染色體數(shù)目變異對性狀的影響》課件4（12張PPT）（中圖版必修2）

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歡迎進(jìn)入生物課堂 染色體數(shù)目變異 第一節(jié)染色體數(shù)目變異類型一 染色體組的概念和特征一種生物維持其生命活動所需要的一套基本的染色體稱為染色體組或基因組 genome 染色體組中所包含的染色體在形態(tài) 結(jié)構(gòu)和連鎖基因群上彼此不同 它們包含著生物體生長發(fā)育所必需的全部遺傳物質(zhì) 并且構(gòu)成了一個完整而協(xié)調(diào)的體系 缺少其中的任何一條都會造成生物體的不育或性狀的變異 這就是染色體組的最基本特征 怎么判斷染色體組 同一組中 形態(tài)大小不同不同組之間 一般相同判斷細(xì)胞中有幾個染色體組 通常用 x 表示一個染色體組 一個屬的染色體基數(shù)例如小麥屬x 7一粒小麥 2n 2x 14二倍體二粒小麥 2n 4x 28四倍體普通小麥 2n 6x 42六倍體一個染色體組所包含的染色體數(shù) 不同種屬間可能相同 也可能不同 二 整倍體整倍體 染色體數(shù)是x整倍數(shù)的個體或細(xì)胞一倍體 體細(xì)胞內(nèi)含有一個染色體組數(shù)目的染色體 n X 二倍體 具有2n 2x的個體或細(xì)胞二倍體的配子內(nèi)部都只有一個染色體組 多倍體 三倍和三倍以上的整倍體 二倍體和多倍體 乙圖代表某肌肉細(xì)胞 該細(xì)胞有幾個染色體組 該生物是幾倍體 甲圖細(xì)胞中有幾個染色體組 假如該細(xì)胞是卵細(xì)胞 則該生物為幾倍體 同源多倍體 染色體組組成相同的多倍體 一般是由二倍體的染色體直接加倍的AA AAAAAA AAAA AAA AAAAAA 異源多倍體 染色體組組成不同的多倍體 一般是由不同種 屬間的雜交種染色體加倍形成的AA BB AB AABBAABB CC ABC AABBCCAAAA BBBB AABB AAAABBBB同源異源八倍體 圖7 1多倍體染色體組的組合 三 非整倍體非整倍體 染色體數(shù)比該物種的正常合子染色體數(shù) 2n 多或少一條或若干條染色體的個體或細(xì)胞超倍體 染色體數(shù)多于2n的非整倍體亞倍體 染色體數(shù)少于2n的非整倍體雙體 2n的正常個體 三體2n l n l 超倍體四體2n 2 n 1 雙三體2n 1 1 n 2 2 單體2n 1 n 1 亞倍體缺體2n 2 n 1 雙單體2n 1 1 n 2 2 圖7 2非整倍體的幾種常見類型 三體 trisomy 2n 1 1 21 三體即Down氏綜合征 先天愚型患兒出生時體重和身長偏低 肌張力低下 突出的是顱面部畸形 頭顱小而圓 枕部扁平 臉圓而扁平 鼻扁平 臉裂細(xì)且上外傾斜 眼距過寬 內(nèi)眥贅皮明顯 常有斜視 虹膜時有白斑點 常見晶狀體混濁 嘴小唇厚 舌大外伸 伸舌樣癡呆之名由此而來 耳小 耳位低 耳廓畸形 頸背部短而寬 有多余的皮膚 由于軟骨發(fā)育差 患者四肢較短 手寬而肥 通貫掌 指短 第5指常內(nèi)彎 短小或缺小指中節(jié) 皮紋也有一定的特點 精神發(fā)育遲滯或智力低下是本病最突出最嚴(yán)重的表現(xiàn) 但其程度在各患者不完全相同 智商通常在25 50之間 高于50的很少 行為 動作傾向于定型化 抽象思維能力受損最大 21 三體即Down氏綜合征 染色體異常為18三體 表型特征有智力低下 小頭 前額窄 枕部突 小頜且張口范圍小 腭弓高窄 低位耳 腎畸形 肌張力增高及手緊握等 2 18 三體 即Edward綜合征 患兒的畸形和臨床表現(xiàn)要比21三體性嚴(yán)重得多 顱面的畸形包括小頭 前額 前腦發(fā)育缺陷 眼球小 常有虹膜缺損 鼻寬而扁平 2 3患兒有上唇裂 并常有腭裂 耳位低 耳廓畸形 頜小 其它常見多指 趾 手指相蓋疊 足跟向后突出及足掌中凸 形成所謂搖椅底足 3 13 三體 即Patau綜合征 第二節(jié)整倍體一 同源多倍體同源組 同源多倍體的體細(xì)胞內(nèi)同源染色體數(shù)不是成對出現(xiàn) 而是三個或三個以上成一組1 形態(tài)特征巨大型特征 氣孔和保衛(wèi)細(xì)胞比二倍體大 單位面積內(nèi)的氣孔數(shù)比二倍體少 葉片大 花朵大 莖粗 葉厚 巨大性 二倍體草莓四倍體草莓 多倍體還有哪些優(yōu)點 如何獲得多倍體 鳳仙花多倍體育種 不同倍數(shù)甜菜葉片氣孔大小的比較 2 基因劑量一般基因劑量增加 生化活動隨之加強二倍體基因型 AA Aa aa同源三倍體 AAA AAa Aaa aaa三式復(fù)式單式零式同源四倍體 AAAA AAAa AAaa Aaaa aaaa四式三式復(fù)式單式零式 二倍體加倍為同源四倍體 常出現(xiàn)異常表現(xiàn)型例如菠菜是雌雄異株的植物 是XX型 是XY型同源四倍體植株 XXXX XXXY XXYY XYYY YYYY 這說明菠菜的Y染色體具有重要的雄性決定效應(yīng) 3 聯(lián)會和分離聯(lián)會特點 同源組的同源染色體常聯(lián)會成多價體 但是 在任何同源區(qū)段內(nèi)只能有兩條染色體聯(lián)會 而將其他染色體的同源區(qū)段排斥在聯(lián)會之外因此 每兩個染色體之間的只是局部聯(lián)會 交叉較少 聯(lián)會松弛 就有可能發(fā)生提早解離 同源三倍體的聯(lián)會和分離 不管是哪一種情況 都將造成同源三倍體的配子中染色體組合成分的不平衡 導(dǎo)致同源三倍體的高度不育農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上利用同源三倍體的不育性 生產(chǎn)無籽西瓜 無籽葡萄等2x 4x 2x 3x 無籽西瓜體細(xì)胞染色體數(shù)2n 3x 33 如果同源組全部形成三價體 后期I都是2 1分離 試分析它產(chǎn)生有效配子的概率 同源四倍體的聯(lián)會和分離 同源四倍體的染色體分離主要是2 2均衡分離 隨著染色體和染色單體的分離 基因是如何分配到配子中去 基因在染色體上距離著絲點的遠(yuǎn)近 對同源四倍體的基因分離有重要影響 染色體隨機分離 當(dāng)基因 A a 在某一同源組的四個染色體上距離著絲點較近 基因與著絲點之間很難發(fā)生非姊妹染色單體的交換染色單體隨機分離 當(dāng)基因在某一同源組的四個染色體上距離著絲點較遠(yuǎn) 以致基因與著絲點之間發(fā)生非姊妹染色單體的交換時 則該基因表現(xiàn) 染色體隨機分離AAAa 假定這兩種精子和卵子都以同樣的比率參與受精 則其自交子代的基因型種類和比例為 1AA 1Aa 2 1AAAA 2AAAa 1AAaa即全部表現(xiàn)為 A 無 a 染色單體隨機分離分離的單位是染色單體 8個 即任何兩個等位基因都有可能分配到一個配子中去 例如AAAa8個染色單體中6個載有A 2個載有a由于每個配子只能得到2個染色單體6 則AA配子 C26 15 6 2 2 6 2 Aa配子 C16 C12 12 6 1 1 2 1 1 2 aa配子 C22 1 2 2 2 因此形成配子種類和比例為 15AA 12Aa 1aa其自交子代 15AA 12Aa 1aa 2 783 A 1 a 同理 AAaa形成配子為3AA 8Aa 3aaAaaa形成配子為1AA 12Aa 15aa 根據(jù)對曼陀羅 玉米 番茄 苜蓿 水稻 菠菜等植物的同源四倍體的分析 表明多數(shù)基因的實際分離介于染色體隨機分離比例和染色單體隨機分離比例之間 一是由于某些孢母細(xì)胞同源組的四條染色體不是2 2分離 二是由于基因與著絲點之間能否發(fā)生交換是相對的 在一些孢母細(xì)胞中發(fā)生染色體隨機分離 而在另一些孢母細(xì)胞中則發(fā)生染色單體隨機分離 二 異源多倍體1 偶倍數(shù)的異源多倍體自然界中能夠自繁的異源多倍體種幾乎都是偶倍數(shù)的 農(nóng)作物 小麥 棉花 煙草果樹 蘋果 梨 草莓花卉 菊花 水仙 郁金香這類異源多倍體細(xì)胞內(nèi) 每種染色體組都有兩個 同源染色體都是成對的 因而減數(shù)分裂時能象二倍體一樣聯(lián)會成二價體 所以表現(xiàn)與二倍體相同的性狀遺傳規(guī)律 普通煙草2n 4x TTSS 48 24 又稱雙二倍體普通小麥2n 6x AABBDD 42 21 A染色體組 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7AB染色體組 lB 2B 3B 4B 5B 6B 7BD染色體組 lD 2D 3D 4D 5D 6D 7D編號相同的三組染色體具有部分同源關(guān)系 可能有少數(shù)基因相同 因而在遺傳作用上 有時可以互相替代 同源聯(lián)會 1A與1A 4B與4B 7D與7D異源聯(lián)會 1A與1B或1D 單倍體ABD 節(jié)段異源多倍體 某異源多倍體的不同染色體組間的部分同源程度很高有些異源多倍體 由于親本染色體組的染色體數(shù)不同 自己的各個染色體組的染色體數(shù)也就不同 例如 白芥菜2n 4x 36 8 10 18 黑芥菜 中國油菜2x 8 2x 10 2 奇倍數(shù)的異源多倍體普通小麥 AABBDD 圓錐小麥 AABB AABBD 35 14 7 普通小麥 AABBDD 提莫菲維小麥 AAGG AABDG 35 7 21 由于單價體的出現(xiàn) 導(dǎo)致形成的配子染色體組成的不平衡 致使不育或部分不育所以自然界的物種很難以奇倍數(shù)的異源多倍體存在 除非它可以無性繁殖 在奇倍數(shù)的異源多倍體中 還有一種被稱為倍半二倍體普通煙草 TTSS 粘毛煙草 GG F1TSG 加倍TTSSGG 普通煙草 TTSSG 60 24 12 倍半二倍體 染色體工程 如何獲得多倍體 帕米爾高原的植物65 的種類是多倍體 猜測可能原因 三 多倍體的形成途徑未減數(shù)配子結(jié)合 原種或雜種形成未減數(shù)配子 2n配子 大粒花粉 性細(xì)胞加倍 自然發(fā)生主要是該途徑體細(xì)胞染色體數(shù)加倍 原種或雜種的合子染色體數(shù)加倍 人工創(chuàng)造多倍體主要是該途徑 誘導(dǎo)加倍 異源多倍體的形成途徑 111 四 多倍體的應(yīng)用 克服遠(yuǎn)緣雜交不孕性白菜 2x 10 與甘藍(lán) 2x 9 正反交都不能得到種子 若使甘藍(lán)加倍成同源四倍體 然后與白菜雜交即可 克服遠(yuǎn)緣雜種不育性 普通煙草 TTSS 粘毛煙草 GG 不抗花葉病 nn 抗花葉病 NN F1TSG不育 加倍TTSSGG 普通煙草 回交BC抗花葉病的普通煙草 創(chuàng)造遠(yuǎn)緣雜交育種的中間親本如上例的TTSSGG 育成作物新類型同源多倍體 同源三倍體西瓜 同源四倍體蕎麥 產(chǎn)量多3 6倍 抗霜凍 同源四倍體黑麥 在冬寒地帶比二倍體高產(chǎn) 滴加秋水仙素 異源多倍體 普通小麥 黑麥AABBDDRR ABDR 小黑麥AABBDDRR曾在云貴高原的高寒地帶大面積種植 五 單倍體單倍體 具有配子染色體數(shù) n 的個體單元單倍體 玉米的單倍體是一倍體 n x 10 多元單倍體 普通煙草的單倍體是二倍體 n 2x TS 24 普通小麥的單倍體是三倍體 n 3x ABD 21 在單倍體孢母細(xì)胞內(nèi) 各個染色體組都是單個的 只能以單價體出現(xiàn) 故高度不育 幾乎完全不能產(chǎn)生種子 單倍體的作用 加速基因的純合進(jìn)度 縮短育種年限 研究基因性質(zhì)及作用的良好材料 單倍體的每一種基因都只有一個 每個基因都能發(fā)揮自己對性狀發(fā)育的作用 不管是顯性的或是隱性的 用于基因定位的研究 研究各個染色體組之間的同源或部分同源的關(guān)系 離體誘導(dǎo)非整倍體 培育基因型純合的植株 縮短育種年限 花藥培養(yǎng) 單倍體育種 第三節(jié)非整倍體一 亞倍體1 單體單體的存在往往是許多動物的種性 許多昆蟲 蝗蟲 蟋蟀 的雌性為XX型 即2n 雄性為XO型 即2n l 煙草是第一個分離出全套24個單體的植物 用除X和Y以外的24個英文字母命名2n IA 2n IB 2n Iw 2n Iz煙草的單體與正常雙體之間 以及不同染色體的單體之間 在花冠大小 花萼大小 蒴果大小 植株大小 發(fā)育速度 葉形和葉綠素濃度等方面 都表現(xiàn)出差異 普通小麥的21個單體2n I1A 2n I1B 2n I7D 1 理論上 單體2n I 1n 1 n l 自交子代 雙體 單體 缺體 1 2 1 2 實際上 這個比例因下列原因改變 單價體在減數(shù)分裂過程中被遺棄的程度之不同 n和n 1配子參與受精程度的不同 2n I和2n 幼胚能否持續(xù)發(fā)育程度的不同 普通小麥單體參與受精的花粉 96 n 4 n 1 參與受精的胚囊 25 n 75 n 1 則單體自交子代 96 n4 n 1 25 n24 2n1 2n 1 75 n 1 72 2n 1 3 2n 2 2 缺體一般來源于單體 2n 1 的自交 缺體幾乎都是活力較差和育性較低的 可育的缺體一般都各具特征 如小麥 據(jù)此可進(jìn)行基因定位 二 超倍體1 三體 性狀變異曼陀羅三體的果型 聯(lián)會及其傳遞2n 1 n 1 n n 1 1 1 n多 n 1 少因此 三體的 n 1 配子數(shù)少于n配子數(shù)三體的外加染色體主要是通過卵子傳遞給子代的 該染色體越長 傳遞率越大 基因分離三體染色體 AAA AAa Aaa aaa其余 n 1 對染色體 AA Aa aa 3 1三體聯(lián)會主要是 呈2 1分離 染色體隨機分離染色單體隨機分離 染色體隨機分離 AAa n 1 n1 2 3 AAaAAa 1 3 2 AaA2 3 1 AaAAA Aa A a 1 2 2 1若n l配子與n配子同等可育 且精子和卵子也同等可育 則自交子代的表現(xiàn)型比例就應(yīng)該是 A a 35 1 假定復(fù)式三體的n l精子全部不能參與受精 參與受精的卵子中1 4是n l 3 4是n 則自交 2A1a1AA2Aa A a 11 16A3a 染色單體隨機分離 AAa 分離的單位為6個染色單體 4A 2a三價體的分離主要是2 1式 形成 n 1 和n4 則AA配子 C24 6 4 2 2 4 2 Aa配子 C14 C12 8 4 1 1 2 1 1 2 aa配子 C22 1 2 2 2 即AA Aa aa 6 8 1n配子與n 1配子數(shù)相等 即1 n 1 1nn配子中A a C14 C12 2 1 10 5則全部配子種類和比例 6AA 8Aa 1aa 10A 5a若n 1配子與n配子同等可育 同等參與受精 則自交子代 6AA 8Aa 1aa 10A 5a 2 24 A 1 a 若參與受精的 中3 4是n 1 4是n 1n 1精子全部不能參與受精則自交子代 6AA 8Aa 1aa 30A 15a 2A 1a 10 25 A 1 a 若同時考慮 n 1 中某一對基因如Bb則自交子代 3B 1b 10 25A 1a 2 四體 絕大多數(shù)四體 2n 2 是從三體的子代群體內(nèi)分離出來的 四體的同源染色體數(shù)為偶數(shù) 在后期 容易發(fā)生2 2均衡分離 故四體遠(yuǎn)比三體穩(wěn)定 四體的基因分離與同源四倍體的某一同源組一樣 三 非整倍體的應(yīng)用1 測定基因的所在染色體 單體測驗普通煙草的黃綠型突變 是由隱性基因yg2決定的 用單體測驗法確定Yg2 綠 yg2 黃綠 是在S染色體上 測定的方法 2n IA yg2yg2檢查各個組合的 2n IB yg2yg2F1群體內(nèi)綠株和 黃綠株的染色體 2n IZ yg2yg2 當(dāng)隱性基因 a 在某染色體上時 則P n 1 A n 1 aa nn 1nG n 1 I IA n 1 I n 1 I Ia 2n2n 1F1 n 1 Aa n 1 Ia A表現(xiàn)型a表現(xiàn)型雙體單體 當(dāng)隱性基因 a 不在某染色體上時 則P n 1 AA n 1 aa nn 1nG n 1 IA I n 1 IA n 1 Ia I 2n2n 1F1 n 1 Aa n 1 Aa I A表現(xiàn)型A表現(xiàn)型雙體單體 當(dāng)顯性基因 A 在某染色體上時 則P n 1 a n 1 AA F1 n 1 Aa n 1 IA n 1 IA n 1 F2 n 1 IA n 1 AA n 1 IA n 1 n 1 IA n 1 表現(xiàn) a 當(dāng)顯性基因 A 不在某染色體上時 則其F1單體所自交的F2群體內(nèi) 雙體 單體 缺體植株都會有少數(shù)是a表現(xiàn)型的 三體測驗AAA aa F1AAa F2所要測驗的基因不在三體染色體上 那么F2應(yīng)該出現(xiàn)3A 1a所要測驗的基因在三體染色體上 那么F2應(yīng)該出現(xiàn)35A 1a或其他比例 2 有目標(biāo)地替換染色體用單體有目標(biāo)地替換染色體已知某抗病基因R在小麥的6B染色體上 某優(yōu)良品種不抗病 6BIIrr 要替換成抗病品種的6BIIRR 20II 6BIr 20II 6BIIRR F1 20II 6BIIRr 20II 6BIR F2 20II 6BIIRR 用缺體有目標(biāo)地替換染色體已知某抗病基因R在小麥的6D染色體上 某優(yōu)良品種不抗病 6DIIrr 要替換成抗病品種的6BIIRR 21II 6DII 20II 6DIIRR F1 20II 6DIR F2 20II 6DIIRR 用單體并通過倍半二倍體有目標(biāo)地替換染色體使小麥只換取黑麥的個別染色體 AABBDDRR AABBDD F1AABBDDR F2 AABBDD IR AABBDD IT 20II IR IT 2n 20IITT IIRR 21II 3 非整倍體在生產(chǎn)上的應(yīng)用典型的例子是大麥三級三體的創(chuàng)造和利用 為大麥雜交育種提供了新途徑 圖7 11大麥三級三體的保持 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全