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3.2 染色体数目的变异

基因突变、基因重组、染色体变异与生物进化 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 指细胞中染色体数目以“组”为单位成倍增减(整倍体)或非整倍增减(非整倍体)的变异。

从哪来 基于 3.2 伴X染色体隐性遗传 和 3.3 伴X染色体显性遗传 中关于性染色体决定性别及伴性遗传规律的理解,以及 5.5 基因与性状的关系 中基因剂量效应与表现型关联的认知。

为什么 染色体是基因的主要载体,基因在染色体上呈线性排列。当染色体数目发生变异时,其上的基因拷贝数随之改变,导致基因表达产物(蛋白质)的数量失衡,进而破坏细胞正常的代谢平衡和发育程序。 1. 整倍体变异:如三倍体(3n),所有基因拷贝数加倍,通常导致细胞体积增大但分裂异常(如联会紊乱),因为同源染色体无法两两配对。 2. 非整倍体变异:如21三体综合征(2n+1),仅特定染色体多一条,导致该染色体上基因产物过量,干扰胚胎发育关键通路,造成严重表型异常。 这种变异不同于基因突变(碱基对改变),它是染色体水平的“数量”变化,影响范围更大,后果更严重。

类比法:图书馆藏书量突变** 适合**形象思维强、抽象逻辑较弱**的学生。 将细胞核比作图书馆,染色体是书架,基因是书。 - **正常二倍体
每种书都有两本(一套常染色体+一套性染色体),阅读顺畅。 - 非整倍体(如21三体):21号书架多放了一本,导致该书架空间拥挤,其他书架的书被挤歪(基因表达失衡),图书馆管理员(细胞机制)无法正常工作。 - 整倍体(如三倍体):整个图书馆所有书架的书都变成了三份,书架彻底爆满,管理员完全瘫痪(联会紊乱,高度不育)。 通过“书多了导致混乱”来解释为什么染色体数目变异通常有害。
讲法
机制推演法:减数分裂联会障碍 适合逻辑严密、擅长过程分析的学生。 从减数分裂I前期同源染色体联会切入: - 二倍体(2n):同源染色体两两配对,形成n个四分体,正常分离。 - 三倍体(3n):每条染色体有3个同源者,无法两两配对,形成三价体或单价体,分离随机且混乱,产生染色体数目不平衡的配子,受精后胚胎致死或不育。 - 非整倍体(2n+1):多出的那条染色体在减数分裂时随机进入某一极,导致配子染色体数目为n或n+1,受精后形成2n或2n+1个体。 强调“配对失败”是整倍体变异导致不育的核心机制。
讲法
临床案例法:从症状反推机制 适合对医学应用感兴趣、喜欢真实情境的学生。 以唐氏综合征(21三体)为例: - 现象:患者智力低下、特殊面容、通贯掌。 - 追问:为什么多一条染色体就导致智力低下? - 解析:21号染色体上有多个与神经发育相关的基因。多一条染色体意味着这些基因的转录和翻译产物增加约50%。这种“基因剂量效应”打破了神经细胞发育的精密平衡,导致神经元连接异常。 - 对比:猫叫综合征(5号染色体短臂缺失,虽属结构变异但常与数目变异对比讲解),强调染色体是基因功能的“平台”,平台不稳,功能必乱。
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练一道
基础题
某生物体细胞染色体数为2n=14。若其减数分裂过程中,一对同源染色体未分离,而是移向了同一极,则产生的配子染色体数目可能是多少?
变式
某果蝇(2n=8)的初级精母细胞在减数第一次分裂后期,X和Y染色体未分离,同时有一对常染色体也未分离。该细胞最终产生的4个精子中,染色体数目分别是多少?
试试手自己判
检测题
某二倍体生物(2n=10)的一个精原细胞,在减数第一次分裂后期,有一对同源染色体未分离,移向了同一极;在减数第二次分裂后期,有一个次级精母细胞中的一条染色体着丝点分裂后,两条子染色体移向了同一极。请问该精原细胞最终产生的4个精子中,染色体数目分别是多少?
看答案和判分标准
答案:6、4、4、2
判对标准:
- 正确识别减I异常产生两个次级精母细胞,染色体数分别为6(5+1)和4(5-1)。
- 正确识别减II异常仅影响其中一个次级精母细胞。
- 若减II异常发生在含6条染色体的细胞中:该细胞分裂产生一个含7条(6+1)和一个含5条(6-1)的精子?不对。
让我们重新推导:
2n=10, n=5.
减I:一对同源染色体未分离。
- 细胞A:5+1=6条染色体(每条含2单体)。
- 细胞B:5-1=4条染色体(每条含2单体)。
减II:
- 细胞B正常分裂:产生2个精子,各含4条染色体。
- 细胞A异常分裂:题目说“有一个次级精母细胞中的一条染色体着丝点分裂后,两条子染色体移向了同一极”。
细胞A有6条染色体。其中一条染色体的姐妹染色单体未分离,移向同一极。
该极得到:(6-1) + 2 = 7条染色体。
另一极得到:(6-1) + 0 = 5条染色体。
所以细胞A产生2个精子,染色体数分别为7和5。
综上,4个精子染色体数为:7、5、4、4。

修正答案:7、5、4、4
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