第四单元 生物变异与育种 第1讲 生物的变异

生物变异的概念 变异：是指生物的亲代与子代之间、以及子代个体之间在性状上的差异。 同遗传一样，变异在生物界也是普遍存在的。

生物变异的类型 表现型 = 基因型 + 环境条件 不遗传的变异 （改变） （改变） （改变） （改变） 诱 因 基因突变 染色体变异 表现型 = 基因型 + 环境条件 （改变） （改变） 诱 因 基因突变 染色体变异 基因重组 （分子水平） 突变 可遗传的变异 来源 （细胞水平）

育种 不可遗传的变异（环境条件） 生物的变异 基因重组 基因突变 可遗传的变异（遗传物质） 染色体变异 避免变异——无性繁殖 杂交育种 人工诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 利用变异

例1：下面叙述的变异现象中，可遗传的是 A．割除公鸡和母鸡的生殖腺并相互移植，因而部 分改变的第二性征 B．果树修剪后所形成的树冠具有特定的形状 C．用生长素处理未经受粉的番茄雌蕊，得到的 果实无籽 D．开红花的一株豌豆自交，后代部分植株开白花 D

A 例2：下列关于变异的叙述不正确的是 A．可遗传变异的性状一定是可以遗传给后代的 B．多指症和白化病是由基因突变引起的男女 发病几率相等的疾病 C．变异的产生一般是不定向的，但有些变异 的产生是定向的 D．乳酸菌的可遗传变异的来源只有基因突变 E．生物变异的根本来源是基因突变 A

DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，进而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变。 考点一：基因突变 一、 概念 (类型) DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，进而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变。 (本质) （碱基对排列顺序的改变） ┯┯┯┯┯ ＡＴＡＧＣ ＴＡＴＣＧ ┷┷┷┷┷ 增添 ┯┯┯┯ ＡＴＧＣ ＴＡＣＧ ┷┷┷┷ ┯┯┯ ＡＧＣ ＴＣＧ ┷┷┷ 缺失 ┯┯┯┯ ＡＣＧＣ ＴＧＣＧ ┷┷┷┷ 改变

正常人的红细胞 镰刀型贫血症患者的红细胞

红细胞形状 圆饼状 镰刀状 血红蛋白 异常 正常 氨基酸 谷氨酸 缬氨酸 DNA mRNA 直接原因 突变 根本原因 G U ┷-┷-┷ ┯-┯-┯ C A G T ┷-┷-┷ T A G U ┷-┷-┷ ┯-┯-┯ C T T G Ａ A ┷-┷-┷ G A A ┷-┷-┷ DNA mRNA 分析镰形红细胞的结构发现，其内部的血红蛋白构象异常。B链上的谷氨酸被缬氨酸替代。血红蛋白是由基因控制合成的，控制正常的血红蛋白合成的基因与控制异常血红蛋白合成的基因有何区别呢？——推导碱基对种类变化过程。——基因的碱基对种类改变导致遗传信息改变、蛋白质结构改变、性状改变。 问题：突变后的基因与原基因之间是什么关系？——等位基因的关系。 问题：是不是只要碱基对种类改变就一定会导致性状变化？ 突变 根本原因

（d1） （d2） （D） （d3） ┯┯┯┯┯ ＡＴＡＧＣ ＴＡＴＣＧ ┷┷┷┷┷ 增添 ┯┯┯┯ ＡＴＧＣ ＴＡＣＧ ┷┷┷┷ ┯┯┯ ＡＧＣ ＴＣＧ ┷┷┷ 缺失 （d2） （D） ┯┯┯┯ ＡＣＧＣ ＴＧＣＧ ┷┷┷┷ 改变 （d3）

二、基因突变的时间： 三、基因突变的结果： 有丝分裂间期、减Ⅰ间期 （即DNA复制） B.减数第一次分裂间期 A.有丝分裂间期 体细胞 生殖细胞 （但一般不能传给后代） （可通过受精作用直接传给后代） 三、基因突变的结果： 产生新基因 （等位基因）

四、基因突变的原因： 外部因素 物理因素： 化学因素： 生物因素： 内部因素： X射线、γ射线、紫外线、激光等 亚硝酸、硫酸二乙酯、碱基类似物等 生物因素： 内部因素：

碱基类似物 5-Br尿嘧啶（BU）引起的突变： A┅T 第一次复制 A┅T 第二次复制 A┅T G┅C 第三次复制 A┅BU G┅BU A┅BU （5-Br尿嘧啶是核酸的代谢产物，它有两种互变的异构体，一种结构像胸腺嘧啶，另一种结构则像胞嘧啶。）

四、基因突变的原因： 外部因素 物理因素： 化学因素： 生物因素： 内部因素： X射线、γ射线、紫外线、激光等 亚硝酸、硫酸二乙酯、碱基类似物等 生物因素： 包括病毒和某些细菌等 内部因素： 复制偶发错误，碱基组成、数量、排列顺序改变，引起遗传信息的改变

五、基因突变的特点 ①普遍性: 自然界的物种中广泛存在 ②随机性: 一个DNA 分子的不同部位。 A→a1 或 A→a2 ③不定向性： ④低频性: ⑤多害少利性： ③不定向性： 自然界的物种中广泛存在 时间：生物个体发育的任何时期； 部位：细胞内不同的DNA分子上；同 一个DNA 分子的不同部位。 A→a1 或 A→a2 A的等位基因a1、a2、a3 … 自然界突变率很低：10－5- 10-8 多数有害,少数有利

六、基因突变的意义 七、基因突变的范围 ⑴产生新基因 ⑵是变异的根本来源 ⑶为进化提供了最初的原材料。 所有生物 原核生物的可遗传变异来源一般只有基因突变 病毒的可遗传变异只有基因突变

基因突变与性状的关系： 基因突变，性状未必改变，原因： ①突变发生于真核生物基因的内含子内。 ②突变→密码子改变→氨基酸不变。（密码 的简并性） ③隐性突变，如AA中其中一个A→a。

←A a→ 考点二：基因重组 1、概念：生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合。 ← C c → × 黄色圆粒 绿色皱粒 P F1 F2 黄色 皱粒 绿色圆粒 表现型 ←A a→ ← C c → 配子 AC Ac aC ac 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1

基因重组 2.基因重组的种类 ⑴减Ⅰ前期: 四分体中非姐妹染色单体的交叉互换 自然重组 ⑵减Ⅰ后期: 非同源染色体之间的自由组合 人工重组 ⑵减Ⅰ后期: 非同源染色体之间的自由组合 （受精作用时不同类型精子和卵细胞间的随机结合不属于基因重组）

四分体的非姐妹 染色单体交叉互换 非同源染色体的自由组合 基因互换 产生新型配子 非等位基因自由组合 产生新型配子

基因重组 2.基因重组的种类 ⑴减Ⅰ前期（四分体时期）: 四分体中非姐妹染色单体的交叉互换 自然重组 ⑵减Ⅰ后期: 人工重组 ⑵减Ⅰ后期: 非同源染色体之间的自由组合 （受精作用时不同类型精子和卵细胞间的随机结合不属于基因重组） ⑶基因工程技术（转基因）: 在人工条件下完成基因的重新组合

3.基因重组意义： ①是生物变异的主要来源 假设有10对等位基因分别位于10对同源染色体上，经过减数分裂就可产生的210种类型的配子。 ②是生物多样性形成的重要原因之一 ③有利于生物的进化 基因重组时有没有产生新的基因？ 有没有产生新的基因型和表现型？ 没有 有

基因突变和基因重组的区别 基因突变 基因重组 本质 发生 时间 可能 不同基因的重新组合，不产生新基因，但产生新的基因型，使性状重组。 基因的分子结构发生改变，产生了新基因。 主要发生在分裂间期的DNA复制时 减数第一次分裂 可能性很小 非常普遍

概念： 光学显微镜可见的染色体结构的改变和数目的变化。 考点三：染色体变异 概念： 光学显微镜可见的染色体结构的改变和数目的变化。 染色体结构的改变 非整倍体 整倍体 单倍体 二倍体 多倍体 染色体数目的改变

一、染色体结构的变异 缺失 重复 倒位 易位

交叉互换与易位的区别 a c d e f h j k m l b i i b b a 1 2 A B b B B b ★交叉互换则发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间。互换的两个染色体片断带有相同或等位基因。 ★易位发生在两条非同源染色体之间；易位的两个染色体片断上带有不同类型的基因。

染色体结构的变异导致生物变异的原因是什么？ 染色体结构变异 染色体上的基因的数目或排列顺序改变 导致 生物性状的变异 多数不利

相关问题 例：右图是观察到的同源染色体A１和A２的配对情况。若A1正常，A2发生的改变可能是        染色体缺失 学 网 学科 科网

例：已知某物种的一条染色体上依次排列着M、N、O、p、q五个基因，如图列出的若干种变化分别属于哪种变异类型: 重复 缺失 倒位 基因突变

二.染色体数目变异： 1、细胞内个别染色体的增加或减少。 (1)增加： 如21三体综合症 (2)减少：如性腺发育不良 2、细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。

一个染色体组 2、染色体组 雄性果蝇 减数分裂 另一个染色体组

染色体组：细胞中的一组非同源染色体，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、遗传和变异的全部遗传信息。 注意以下条件： ①不含同源染色体。 ②染色体形态、大小和功能各不相同。 ③含有控制一种生物性状的一整套基因，但不能重复。

判断染色体组的数目： 1、根据形态判断：细胞中同种形态的染色体有几条，该细胞就含几个染色体组。 2、根据基因型判断：控制统一性状的基因出现几次，该细胞就含几个染色体组。 3、染色体组数= （同源染色体） 染色体数目 染色体形态数

3.与染色体组相关的几个概念 （1）如何区分单倍体、二倍体、多倍体？ 受精卵 生物体 生殖细胞 (配子) 二倍体或多倍体 两看 一看： 发育 生物体 生殖细胞 (配子) 二倍体或多倍体 两看 一看： 二看： 由谁发育 一定是单倍体 (不管有几个染色体组) 受精卵 发育 生物体 两个染色体组 三个或三个以 上染色体组 二倍体 染色体组数 多倍体

例3.用花药离体培养法得到马铃薯单倍体植株,当它进行减数分裂时,能观察到染色体两两配对的现象,共有12对.据此判断马铃薯植株是( ). A.二倍体 B.三倍体 C.四倍体 D.六倍体 C 例4.下列属于单倍体的是( )。 A、二倍体种子长出的幼苗 B、四倍体的植株枝条扦插长成的植株 C、六倍体小麦的花药离体培养成的幼苗 D、用鸡蛋孵化出的小鸡 C

（2）单倍体和多倍体的形成 一般由未受精的卵细胞发育而来。 自然条件： 单倍体 人工条件： 常用花药离体培养法。 由于外界环境条件的剧变，影响了细胞 分裂时纺锤体的形成而使染色体数目加 倍产生的。 秋水仙素（常用且最有效）处理萌发的 种子或幼苗，影响了细胞分裂时纺锤体 的形成而使染色体数目加倍产生的。

多倍体的原理： 低温、适宜浓度的秋水仙素能在不影响细胞活力的条件下抑制纺锤体形成。导致染色体复制且着丝点分裂后不能分配到两个细胞中，从而使细胞内的染色体数目加倍。 着丝点分裂 无纺锤丝牵引，染色体数加倍 染色体复制

优点：茎杆粗壮，叶片、果实、种子比较大， 营养物质丰富， 缺点：发育迟缓结实率低 例5.某一些地区一些玉米植株比一般玉米植株早熟，生长整齐而健壮，果穗大、子粒多，因此这些植株可能是（ ）。 A．单倍体 　　　 B．三倍体　　　 Ｃ．四倍体　　　　　 Ｄ．杂交种 D 多倍体植株的特点： 优点：茎杆粗壮，叶片、果实、种子比较大， 营养物质丰富， 缺点：发育迟缓结实率低

D 单倍体植株的特点： 植株弱小，高度不育。 例6.下列有关水稻的叙述，错误的是（ ）。 A. 二倍体水稻含有两个染色体组。 例6.下列有关水稻的叙述，错误的是（ ）。 A. 二倍体水稻含有两个染色体组。 B. 二倍体水稻经秋水仙素处理，可得到四倍体水稻，稻穗、 米粒变大。 C. 二倍体体水稻与四倍体水稻杂交，可得到三倍体水稻， 含有三个染色体组。 D. 二倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、 米粒小。 D 单倍体植株的特点： 植株弱小，高度不育。

思考：R型肺炎双球菌的转化属于哪种变异？ 基因突变、基因重组与染色体变异的比较 基因重组 基因突变 染色体变异 实质 显微镜下是否可见 是否产生新的基因 是否产生新的基因型 原有基因的 重新组合 基因结构的 改变 染色体的数目和结构改变 可见 不可见 不可见 不产生 产生 不产生 产生 产生 产生 思考：R型肺炎双球菌的转化属于哪种变异？

香蕉的形成 香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，无法食用。香蕉的培育过程如下： 野生芭蕉 2n 有子香蕉 4n 加倍 野生芭蕉 2n 　　香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，无法食用。香蕉的培育过程如下： 野生芭蕉 2n 有子香蕉 4n 加倍 野生芭蕉 2n 无子香蕉 3n

普通小麦的形成过程 六倍体普通小麦 配子 四个 两个 四个 配子 三个 六个 14 一粒小麦 山羊草 7 杂交种不育 二粒小麦 14 28 加倍 异源 多倍体 14 另一种山羊草 14 7 配子 杂交种不育 四个 28 14 42 加倍 异源 多倍体 三个 六倍体普通小麦 六个

（1）多倍体育种的原理： （2）多倍体育种的方法： （3）多倍体育种的过程： 三、多倍体育种： （1）多倍体育种的原理： （2）多倍体育种的方法： （3）多倍体育种的过程： 染色体变异 低温或用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 秋水仙素 染色体加倍的组织 萌发的幼苗或种子 多倍体植株 处理

♂ ♀ × 二倍体西瓜幼苗 二倍体西瓜幼苗 杂交 四倍体西瓜植株 二倍体西瓜植株 第一年 三倍体西瓜种子 第二年 授粉 二倍体西瓜植株 秋水仙素处理 自然长成 杂交 四倍体西瓜植株 × 二倍体西瓜植株 ♂ ♀ 第一年 三倍体西瓜种子 第二年 授粉 二倍体西瓜植株 提供生长素，刺激子房发育成果实。 联会紊乱 无籽西瓜

无籽西瓜的培育过程 思考：三倍体植株为什么不能形成种子？ 第一年 第二年 三倍体西瓜联会紊乱，不能产生正常的配子； 二倍体幼苗 二倍体植株 发育 二倍体幼苗 二倍体植株 发育 花粉诱导 授粉 二倍体幼苗 四倍体植株 秋水仙素处理 染色体加倍 三倍体植株 发育 三倍体无籽瓜 三倍体种子 第二年 第一年 思考：三倍体植株为什么不能形成种子？ 三倍体西瓜联会紊乱，不能产生正常的配子；

四、单倍体育种： 1、原理： 染色体变异 2、方法： 花药离体培养 3、过程： 4、优点：缩短了育种年限 杂交 花药离体培养 秋水仙素 筛选 A×B →F1花粉 →4种单倍体植株 →4种纯种植株 →优良品种 基因重组 植物组织培养 染色体数目加倍 4、优点：缩短了育种年限

例如：有两个纯种小麦，一个纯种小麦的性状是高秆（D）能抗病（T）；另一种纯种小麦是矮秆（d），易染锈病（t)，如何在尽量短的时间内培育成符合生产要求的新品种？ 矮秆抗锈病(ddTT)

↓ ↓ 考点精讲：单倍体育种缩短育种年限 ㈠ 杂交育种 ㈡ 单倍体育种 × × P P F1 F1 F2 高杆抗病 DDTT 矮杆感病 第1年 第2年 第3~6年 ↑ 需要的矮抗品种 矮抗 花药离体培养→ P 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt F1 DdTt 配子 DT Dt dT dt DDtt ddTT ↓ 纯合体 秋水仙素→ ↑ 需要的矮抗品种 ㈡ 单倍体育种 第1年 第2年

实验 低温诱导植物染色体数目的变化 原理： 材料： 试剂： 实验 低温诱导植物染色体数目的变化 低温处理植物分生组织细胞，抑制纺锤体的形成，影响染色体被拉向两级，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目发生变化。 原理： 材料： 试剂： 洋葱或大葱，蒜（均为二倍体，体细胞中的染色体数目为16） 卡诺试剂（现配先用,固定细胞形态） 改良苯酚品红染液（给染色体着色） 体积分数为15%的盐酸溶液 体积分数为95%的酒精溶液

方法步骤： 培养根尖（1cm） 低温诱导（4℃，36h） 固定根尖 制作装片 观察装片 卡诺试剂 （ 0.5—1h） 体积分数95%的酒精冲洗2次 解离： 漂洗： 染色： 制片： （解离液：酒精和盐酸）使细胞分散开。 （清水）洗去解离液。 制作装片 （改良苯酚品红染液）使染色体着色。 压片 观察装片 （先低倍镜后高倍镜）

几种主要育种方法的比较 类型 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 基因工程育种 原理 基因重组 基因突变 染色体变异 常用方法 将具有不同 优良性状的 两亲本杂交、连续自交 用物理或化学的方法处理生物 花药离体培养 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 基因拼接 优点 使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上 提高变异频率加速育种进程 明显缩短育种年限 器官大型，营养含量高 可以定向改变性状（目的性强），克服远缘杂交不亲和障碍 缺点 育种时间长 盲目性大有利变异少需大量处理供试材料 技术复杂，需与杂交育种配合 发育延迟，结实率低 技术要求高、可能引起生态危机 实例 矮抗小麦 高产青霉素菌株 无子西瓜 抗虫棉

细胞融合、组织培养 类型 细胞工程育种 细胞融合技术 核移植技术 原理 基因重组、染色体变异 常用方法 将具备所需性状的体细胞核移植到去核卵细胞中 优点 可以按人类意愿定向改变性状（目的性强），克服远缘杂交不亲和障碍 可改良动物品种或保护濒危物种 缺点 技术要求高 实例 白菜甘蓝、番茄马铃薯 各种克隆动物