2019-2020年高中生物第三节染色体变异及其应用第3课示范教案 苏教版.doc

2019-2020年高中生物第三节染色体变异及其应用第3课示范教案 苏教版课件展示：无子西瓜图片资料师:无子西瓜由于没有种子，而且，果实大，含糖量高，很受人们的欢迎。师:无子西瓜为什么没有种子呢？学生活动：观察、讨论、分析、交流。生甲:是因为无子西瓜没有受粉。生乙:可能是用一定浓度的生长素溶液处理西瓜的柱头。生丙:可能是无子西瓜的受精卵没有发育。师:无子西瓜是利用染色体变异的原理培育成功的。无子西瓜是如何培育成功的呢？板书：三、染色体变异在育种上的应用师:染色体变异包括哪些方面？生:染色体变异包括染色体结构的变异和染色体数目的变异。师:染色体数目变异包括哪几种类型？生:染色体数目变异包括非整倍性变异、一倍性变异和多倍性变异。师:染色体变异在育种上具有广泛的应用。特别是单倍体育种和多倍体育种。教师活动：利用多媒体展示单倍体水稻植株。并讲述：单倍体水稻植株长得十分弱小，而且，高度不育。师:单倍体水稻在生产上有没有利用价值？为什么？生:单倍体水稻在生产上没有利用价值。因为，单倍体水稻高度不育，不能生产粮食。师:单倍体水稻为什么高度不育？学生活动：讨论、分析、交流。生甲:单倍体水稻不能产生精子。生乙:单倍体水稻不能受粉。生丙:单倍体水稻不能受精。师:正常的水稻体细胞中含有两个染色体组，24条染色体。单倍体水稻细胞中只含有一个染色体组。由于单倍体水稻细胞中没有同源染色体，因此，在减数分裂过程中出现联会紊乱，不能产生正常的配子，从而表现出高度不育。师:单倍体具有什么应用价值呢？学生活动：阅读教材，讨论、思考、交流。生:单倍体在育种上具有特殊的意义。师:自然条件下单倍体形成的原因是什么呢？学生活动：阅读回顾教材，讨论、思考、交流。师:在自然条件下，玉米、普通小麦、水稻、烟草作物等，偶尔会出现单倍体植株，这是由未经受精的卵细胞发育而成的。师:育种过程中如何获得单倍体呢？生甲:利用未经受精的卵细胞培养成。生乙:利用未经受精的精子培养成。师:育种过程中常利用花药离体培养的方法获得单倍体。师:如何利用单倍体进行育种？课件展示：在小麦中，高秆(D)对矮秆(d)是显性，抗病(R)对不抗病(r)是显性。其中，矮秆和抗病是人们所需要的优良性状。现有两种纯种小麦品种，一个品种是矮秆、不抗病小麦，另一个品种是高秆、抗病小麦。请你思考利用矮秆、不抗病小麦与高秆、抗病小麦作亲本，如何利用单倍体育种方法培育出一个矮秆、抗病的新品种？学生活动：思考、讨论、交流。课件展示：利用单倍体育种方法培育矮秆、抗病的新品种的过程：师:利用单倍体育种方法培育矮秆、抗病的新品种时，通过秋水仙素处理后得到的小麦的基因组成有什么特点？学生活动：观察、思考、讨论。生:利用秋水仙素处理后得到的小麦的基因组成都是纯合的。师:用人工诱导使单倍体植株染色体加倍后，它的体细胞中不仅含有正常植株体细胞中的染色体数，而且每对染色体上的成对的基因都是纯合的，这样植株后代就不会发生性状分离。师:利用单倍体育种方法培育能稳定遗传的矮秆、抗病的新品种时，需要几年时间？ 学生活动：观察、思考、讨论。生:需要2年。师:若采用杂交育种，在第二年能获得稳定遗传的矮秆、抗病的新品种吗？学生活动：回顾基因自由组合定律在杂交育种中的应用知识，讨论、交流。生:不能，因为在第二年获得的矮秆、抗病的类型中有2/3是杂合子，不能稳定遗传。师:利用杂交育种，子二代中得到的矮秆、抗病的类型中有2/3是杂合子，它的下一代会出现性状分离。要想得到可以稳定遗传的矮秆、抗病类型，就必须对所得到的无芒、抗病品种进行多代自交和选种，淘汰不符合要求的植株，最后才能得到能够稳定遗传的矮秆、抗病类型，这就需要经过多年的选育。利用单倍体育种方法培育稳定遗传的矮秆、抗病类型，可以2年就培育成功，比杂交育种所需时间大大地缩短。师:无子西瓜是如何培育出来的呢？学生活动：阅读教材P44“积极思维”，思考、讨论三倍体西瓜是如何培育的？为什么无子？课件展示：三倍体西瓜培育的过程师:人工诱导多倍体的最常用的方法是什么？生:利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。师:利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，为什么能使细胞染色体数目加倍？学生活动：阅读教材P45，思考、讨论、交流。生:利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗时，当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能抑制纺锤体的形成，导致染色体不能分离，从而使细胞内染色体数目加倍。教师活动：演示植物细胞有丝分裂的过程，再演示无纺锤体时细胞分裂过程的变化。师:自然条件下多倍体是如何形成的呢？生:植物体的内外环境发生骤变，使正在分裂的细胞中纺锤体可能受到破坏，已复制的染色体不能分到两极，细胞也不分裂，从而形成染色体组加倍的细胞。教师活动：展示三倍体的葡萄与正常二倍体葡萄。师:多倍体植物与普通二倍体相比有什么特点？学生活动：观察、比较、阅读教材、讨论、交流。生:多倍体植株的茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类、蛋白质等含量多。师:正是由于多倍体具有这些优良的特点，所以人们常利用诱导多倍体的方法来培育多倍体。三、染色体变异在育种上的应用1单倍体育种2多倍体育种1解析：利用杂交育种，子二代中得到的显性性状类型中都有杂合子，它的下一代会出现性状分离。要想得到可以稳定遗传的某种类型，就必须对所得到的某种显性性状类型品种进行多代自交和选种，淘汰不符合要求的植株，最后才能得到能够稳定遗传的类型，这就需要经过多年的选育。利用单倍体育种方法培育时，由于一般是利用杂种子一代的花药离体培养，得到的单倍体幼苗再利用秋水仙素处理，处理后的植物体是纯合子，后代不会出现性状分离，因此，可以2年就培育成功，比杂交育种所需时间大大地缩短。答案：C2解析：基因型为DdTt的植物，经过减数分裂形成的花粉有四种类型： DT、Dt、dT、dt，其花粉离体培养成的幼苗为单倍体，基因型为： DT、Dt、dT、dt，再经秋水仙素处理，处理后的植物体染色体数目加倍，而且都是纯合子。因此，这些幼苗长成后，自交后代不会出现性状分离。答案：A3解析：四倍体的西瓜与二倍体的西瓜杂交时，四倍体西瓜产生的配子含有2个染色体组，二倍体西瓜产生的配子含有一个染色体组，杂交所得到的子一代为三倍体。三倍体西瓜开花时，由于减数分裂时，同源染色体联会紊乱，不能产生正常的生殖细胞，但利用二倍体西瓜的花粉给四倍体西瓜进行传粉，刺激子房发育为果实，但由于没有经过受精作用，所以，所结的果实中没有种子。答案：C4解析：粗糙脉孢菌的单倍体细胞中具有7条染色体，呈奇数，说明粗糙脉孢菌的单倍体细胞中只有一个染色体组，两个不同类型的粗糙脉孢菌融合后的二倍体，随即发生典型的减数分裂，应最终形成四个子细胞，每个子细胞中的染色体数目应该减半为7条。这四个子细胞经过有丝分裂，一个细胞能形成两个子细胞，这样，最终可以形成8个细胞。有丝分裂的前后染色体数目不变，仍为7条。答案：A5解析：普通仓鼠和花背鼠的体细胞中均有22条染色体，因此，普通仓鼠与花背鼠进行种间杂交时，减数分裂形成的生殖细胞中均含有一个染色体组，11条染色体。而形成的受精卵中有分别来自普通仓鼠和花背鼠的一个染色体组，经过染色体加倍后，形成的细胞中有44条染色体，四个染色体组，因此，金背仓鼠为四倍体。答案：C6答案：水稻正常体细胞中有24条染色体，两个染色体组，经过减数分裂形成的配子中，染色体数目减半，为12条染色体，因此，水稻是二倍体生物；普通小麦正常体细胞中有42条染色体，六个染色体组，经过减数分裂形成的配子中，染色体数目减半，为21条染色体，因此，普通小麦是六倍体生物；马铃薯正常体细胞中有48条染色体，四个染色体组，经过减数分裂形成的配子中，染色体数目减半，为24条染色体，因此，马铃薯是四倍体生物；人正常体细胞中有46条染色体，两个染色体组，经过减数分裂形成的配子中，染色体数目减半，为23条染色体，因此，人是二倍体生物。1多倍体诱导在植物育种上的意义一个物种细胞中染色体形态结构和数目的恒定性是这个种的重要特征。我们把二倍体个体中能维持配子或配体正常功能的、最低数目的一套染色体称为染色体组或基因组。当生物体内细胞染色体组数达到3组或3组以上者，称为多倍体。多倍体在植物进化中有很重要的意义。随着植物自然演化地位的提高，多倍体所占比例增大。据有关资料显示，自然界中，多倍体在裸子植物中占物种的13%，在单子叶植物中占42.8%，在双子叶植物中占68.6%，即显花植物中约有一半的物种是通过多倍体途径形成的次生种，其中有些是在一个属内存在着不同倍数的种，有些是在同一种内存在着不同倍数的品种。遗传学上把一个属内不同种的染色体按某一基数而倍增的现象称为染色体倍数性系列，或多倍体系列。处在倍数性系列上的植物，因其基因剂量存在差异，所以各有相异的表型，它们在细胞染色体尚未数清以前，就早已为形态分类学家区分为不同的种群。在自然条件下，机械损伤，射线辐射，温度骤变，及其他一些化学因素刺激，都可以使植物材料的染色体加倍，形成多倍体种群。近几十年来，随着人们对多倍体诱导机制研究的深入，由人工模拟自然条件来诱导多倍体植物获得了长足进展，形成了不少有价值的人工多倍体种群。细胞核内染色体组加倍以后，常带来一些形态和生理上的变化，如巨大性、抗逆性增强等。一般多倍体细胞的体积，气孔保卫细胞都比二倍体大，叶子、果实、花和种子的大小也随加倍而递增。从内部代谢来看，由于基因剂量加大，一些生理生化过程也随之加强，某些代谢物的产量比二倍体增多，如大麦同源四倍体种子蛋白质含量比二倍体提高10%12%，玉米同源四倍体子粒内拟胡萝卜素含量比二倍体原种增加43%，胡萝卜糖含量增加10%20%，欧洲巨型山杨生长量增加一倍等。这些改变都与基因剂量有关。多倍体的产生多出现在分布区的一些边缘地带，多在气候条件恶劣的地区，这些地区多倍体的出现常伴随着抗逆性的相对提高，如报春花原产于温带，我国云南很多，原始种为二倍体，而新生的异源四倍体分布在二倍体区域内的高山上，三倍体和八倍体分布在更北或更南的高山上，而十四倍体生长在极地。(杨晓红、李越华、张克中，xx)。由于多倍体植物带有巨大性、不育性、代谢物增多和抗递性加强等特点，给生产、生活带来了很大的经济价值。自从二十世纪三十年代，人们发现用秋水仙素诱导多倍体的方法以来，育种家们在植物倍性育种方面作出了较多的探索，形成了一些人工多倍体的商业品种。花卉方面：矮牵牛、金鱼草、鸡冠花等多倍体植物多表现为叶片肥厚、花色艳丽、花期长、花瓣多等特点，观赏价值得到了提高；药材方面，板蓝根四倍体有效成分含量比普通二倍体对照高出约40%；林木方面，四倍体桑树及刺槐在生长量及抗逆性方面都较之二倍体对照有了较大提高。一般而言，用秋水仙素诱导成的多倍体植株往往是同源四倍体，如果将其与二倍体对照杂交，便可获得三倍体的植株，例如，人工获得的三倍体西瓜、香蕉等。无子或少子是它们的显著特征。另外，在倍性育种的过程中，育种家们发现：在一些远缘杂交不亲和的组合中，如果将其中之一加倍、远缘杂交往往变得容易进行，而且所获得的异源多倍体在生长量及抗逆性方面，往往有突出表现。在用各种射线诱变育种时，多倍体材料的诱变率大大高于二倍体对照。由此可见，在人工诱导植物多倍体的基础上，如能结合其他育种手段，以培育出高质量的植物新品种，大有潜力可挖。总之，随着人们对多倍体诱导技术及其他相关育种技术研究的深入，在不久的将来，定能形成越来越多的人工多倍体种群，使多倍体诱导成为最有效的育种手段之一！2秋水仙素的诱导机理秋水仙素是1937年发现的，从百合科植物秋水仙种子球茎中提取出来的一种植物碱，分子式为C22H25O6N。秋水仙素呈白色或黄色粉末或针状结晶，有剧毒，易溶于冷水、酒精和氯仿，难溶于热水、乙醚等，有效诱导浓度为0.000 6%1.6%，一般以0.2%浓度效果最好。常被用作多倍体诱导剂，经处理的萌发种子或幼苗细胞染色体数会发生加倍。其诱导加倍的机理与微管、着丝粒的结构和特性有关。微管是广泛存在于各种真核细胞中的一种重要细胞结构，细胞分裂中纺锤体就是由微管组成的。微管管壁由13条原丝纵向平行排列构成，主要成分为微管蛋白，而微管蛋白分微管蛋白和微管蛋白两种。微管蛋白和微管蛋白组成的异二聚体构成微管亚单位，若干个异二聚体相接连成原丝。微管蛋白与微管蛋白在化学结构上极为相似，两者相对分子质量均为50 000，氨基酸数目分别为450和445个，两者42%序列相同。其中微管蛋白肽链中第201位为半胱氨酸，为秋水仙素结合部位。微管蛋白和微管蛋白彼此间具有很强的亲和力，常呈二聚体形式存在。每一微管蛋白异二聚体上尚有秋水仙素与之结合的部位，如果结合的部位被其结合，微管不仅不能继续聚合，而且会引起原有微管解聚。故秋水仙素具有干扰微管装配，破坏纺锤体形成和终止细胞分裂的作用。细胞分裂间期染色体经过复制形成了两条姐妹染色单体，但在进入后期之前，姐妹染色单体在着丝粒区连结在一起。着丝粒位于染色体上的主缢痕部位，为染色单体的连接结构，而动粒才是动粒纤维附着在染色体的结构。着丝粒由一段特殊DNA序列构成，着丝粒DNA具有高度重复序列，如小鼠染色体着丝粒约有300个碱基对重复几千次组成，含量占染色体DNA的5%10%，而在果蝇细胞中可达40%。Clarke等学者认为，着丝粒区域DNA可能编码一种特殊信号，使其复制在S期受阻遏，一直到后期这一区域DNA复制才完成。着丝粒DNA复制完成也就启动了后期染色单体的分离，故姐妹染色单体分离动力不是来自与两极相连的动粒微管张力。人们发现，用秋水仙素处理分裂的细胞，虽然纺锤体被破坏了，但是两条姐妹染色单体照样分开。总之，秋水仙素虽然破坏了细胞中微管组装，阻止了纺锤体正常生成，使细胞分裂失去了动力来源，从而在染色体复制后期细胞不能一分为二，但是染色体数却加倍了。