师:同学们,今天我们学习人教版高中生物必修2第五章第二节染色体变异的第一课时内容——染色体数目变异。这节课我们需要掌握以下三个方面:一、理解染色体数目变异;二、掌握染色体组的概念;三、理解二倍体、多倍体、单倍体以及它们之间的联系。

  大家都吃过香蕉,平时吃的香蕉一般没有种子,但野生香蕉的祖先是有种子的。为什么平时吃的香蕉没有种子呢?许多栽培植物与它们的祖先不大相同,除香蕉外,马铃薯也是如此。请大家根据前面所学的减数分裂的知识,试着完成这个表格。经过减数分裂,配子中染色体数目只有体细胞染色体数目的一半。所以香蕉野生祖先的配子染色体数目是11条,栽培品种拉车里树的配子染色体数目是24条 。

  香蕉栽培品种的体细胞中染色体数目是33条,为奇数条染色体。部分染色体在减数分裂时无法正常配对,出现联会紊乱,不能形成正常的配子,因此香蕉果实没有种子。同学们,都做对了吗?分析表中的数据,你们还能做出一些推测吗?能不能提出其他问题呢?比如,能形成种子的植物细胞中染色体数目一定要是偶数吗?接下来,带着这些困惑,我们开启本节课的学习。

  我们知道,减数分裂和受精作用能使亲代和子代的染色体数目保持稳定。然而,马铃薯和香蕉栽培品种的染色体数目为什么和它们的野生祖先有很大差别呢?其实在自然界,像马铃薯和香蕉这样的例子还有很多。生物界十分复杂,如果只有稳定而没有变化,何来多样性和进化呢?生物体的体细胞或生殖细胞中染色体数目或结构的变化,我们统称为染色体变异。染色体变异包括染色体数目变异和染色体结构变异。这节课,我们先来学习染色体的数目变异。

  染色体的数目变异分为两类:一类是细胞内个别染色体的增加或减少;另一类是细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数,即以染色体组为单位发生增加或减少。图中以果蝇的染色体数目变化为例,展示两种染色体数目变化的类型。上面两幅图中,果蝇比正常多了一条或少了一条X染色体,属于个别染色体的增加或减少;下面两幅图中,每种染色体都多了一条或少了一条,属于以染色体组为单位的增加或减少。

  其实人类也存在染色体数目变异的现象。左边是正常女性和正常男性的染色体图解,右边是患者的染色体图解。仔细观察21三体综合征男性患者的染色体组成,和正常男性染色体组成有什么区别呢?对,我们发现该患者21号染色体多出了一条,所以俗称21三体综合征。接下来再看特纳氏综合征患者的染色体图解,和正常人的有什么区别呢?非常好,通过观察可知,该患者性染色体少了一条,这类患者会性腺发育不良,被称为特纳氏综合征。以上两个案例,就是人类个别染色体数目增加或减少的典型案例。

  在大多数生物体细胞中,染色体两两成对,也就是含有两套非同源染色体,其中每套非同源染色体我们称为一个染色体组。我们进一步理解染色体组的概念。左边是雌果蝇的染色体图解,果蝇有8条染色体,两两成对,共4对。我们把它类比成绘图工具,大家说说图中有多少套绘图工具呢?对,有两套。一个染色体组就犹如一套绘图工具,组内各条染色体的形态、结构、功能各不相同,是一组非同源染色体,包含每对同源染色体中的一条。一个染色体组必须组合在一起,才具有完整的功能,它包含了一种生物生长发育所需的全部遗传信息。

  例如,野生马铃薯体细胞中有两个染色体组,共24条染色体,那么野生马铃薯每个染色体组应该有多少条染色体呢?没错,每个染色体组包含12条形态、功能各不相同的非同源染色体。像这样,体细胞中含有两个染色体组的个体叫做二倍体。在自然界中,几乎全部的动物和过半数的高等植物都是二倍体,例如果蝇、玉米和人。一般情况下,二倍体通过减数分裂形成的配子只有一个染色体组。如果二倍体减数分裂出现错误,形成含有两个染色体组的配子,这样的配子与含有一个染色体组的配子结合,发育的个体细胞中就含有三个染色体组,这样的个体叫做三倍体。三倍体具有特殊性,原始生殖细胞中有3套非同源染色体,减数分裂时会出现联会紊乱,不能形成配子,所以食用香蕉没有种子。

  大家想一想,三倍体食用香蕉是怎样获得的呢?又是如何繁殖后代的呢?野生香蕉的祖先芭蕉个体小、种子多,无法食用。三倍体食用香蕉没有种子,它是这样培育出来的:野生芭蕉是二倍体,通过染色体数目加倍获得四倍体芭蕉,四倍体芭蕉与二倍体芭蕉杂交,就获得了三倍体香蕉。三倍体食用香蕉没有种子,只能通过无性繁殖后代。如果两个含有两个染色体组的配子发育而成的个体,就含有4个染色体组,我们称为四倍体。二倍体在胚或幼苗时期受某种因素影响,比如低温,体细胞进行有丝分裂时,染色体只复制不分离,也会形成四倍体。细胞中含有3个或3个以上染色体组的,称之为多倍体。四倍体草莓明显比二倍体草莓体积大,四倍体番茄维生素C含量比二倍体几乎增加了一倍。多倍体植株常常茎秆粗壮,叶片、种子、果实都比较大,糖类、蛋白质等营养物质含量也有所增加。

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