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四、多倍体育种

基因突变、染色体变异与生物进化 · 高一
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 利用染色体变异原理,使植物细胞内染色体数目成倍增加,从而培育出多倍体新品种的技术。

从哪来 建立在“二、两定律的细胞学基础”之上。理解减数分裂中同源染色体分离及配子形成机制,是理解多倍体(如四倍体)产生三倍体种子及无子特性逻辑前提。

为什么 多倍体育种的核心在于打破二倍体生物正常的减数分裂平衡。 1. 原理层面:二倍体生物减数分裂时,同源染色体两两配对(联会)并分离,产生含单倍体染色体组的配子。若细胞内染色体组加倍(如变为四倍体),减数分裂时同源染色体联会紊乱或形成四价体,导致配子染色体数目异常或不育。 2. 应用层面:利用秋水仙素抑制纺锤体形成,使有丝分裂后期染色体移向两极受阻,细胞不分裂,染色体数目加倍。 3. 结果层面:四倍体与二倍体杂交产生三倍体,因减数分裂联会紊乱无法形成正常配子,故果实无子且果肉细胞染色体加倍,营养物质积累更多,表现出“茎秆粗壮、果实大、含糖量高”等优良性状。

类比法:从“双人舞”到“四人舞”的混乱** **适合学生
形象思维强、对抽象概念理解困难的学生。 讲解:把染色体想象成跳舞的人。二倍体是“双人舞”,每两个人一组,跳完分开,秩序井然(正常减数分裂)。现在用秋水仙素这个“胶水”把舞伴粘住,或者强行让四个人挤在一个舞池里(四倍体)。当四倍体(四人组)和二倍体(两人组)想一起生孩子(杂交)时,生出来的孩子(三倍体)是三人组。三人跳舞没法两两配对,总是有一人落单,导致动作(减数分裂)完全乱套,生不出正常的“舞伴”(配子),所以结不出种子(无子西瓜)。
流程推演法:染色体数目变化的数学逻辑** **适合学生
逻辑严密、擅长数理推导的学生。 讲解: 1. 起点:二倍体(2n),减数分裂产生配子(n)。 2. 干预:秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 $\rightarrow$ 有丝分裂后期染色体加倍 $\rightarrow$ 形成四倍体(4n)。 3. 杂交:四倍体(4n,配子2n) $\times$ 二倍体(2n,配子n) $\rightarrow$ 受精卵(3n)。 4. 结果:三倍体植株(3n)开花 $\rightarrow$ 减数分裂时,3n染色体无法平均分配(联会紊乱) $\rightarrow$ 无正常配子 $\rightarrow$ 无子。 5. 关键点:强调“无子”是因为没有种子,而不是没有果实。果实由子房壁发育而来,子房壁是母本组织,染色体数目不变。
对比辨析法:单倍体 vs 多倍体** **适合学生
容易混淆概念、需要厘清知识边界的学生。 讲解: | 特征 | 单倍体 | 多倍体 | | :--- | :--- | :--- | | 来源 | 由配子直接发育而来 | 染色体组加倍(如2n$\rightarrow$4n) | | 染色体组数 | 1个(或奇数个) | 3个及以上(通常为偶数,如4n) | | 育性 | 高度不育(减数分裂紊乱) | 通常可育(如四倍体),但三倍体不育 | | 应用 | 快速育种(花药离体培养) | 改良性状(无子西瓜、八倍体小黑麦) | | 核心区别 | 看“来源”而非“组数” | 看“组数”是否成倍增加 | 重点:单倍体不一定只有一个染色体组(如六倍体小麦的单倍体有3个组),多倍体也不一定都是不育的(四倍体可育)。
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练一道
基础题
用秋水仙素处理二倍体西瓜(2n)的幼苗,使其染色体加倍。请回答: 1. 处理后的植株染色体组数为多少? 2. 该植株自交,后代种子种下去长成的植株是几倍体?
变式
无子西瓜的培育过程中,第一年用二倍体西瓜和四倍体西瓜杂交得到三倍体种子,第二年种植三倍体种子长成植株后,需要授粉才能结果。请问: 1. 第二年给三倍体植株授粉时,应该用哪种西瓜的花粉? 2. 为什么无子西瓜的果肉细胞染色体数目是3n,而种子(如果有的话)的染色体数目会不同?
看解答过程
三倍体植株减数分裂紊乱,不能产生正常卵细胞,但需要花粉刺激子房发育成果实。二倍体花粉能产生正常的雄配子(n),刺激子房壁发育。 2. 果肉细胞是母本(三倍体植株)的子房壁发育而来,其染色体数目与母本相同,为3n。种子是由受精卵发育而来,若三倍体能产生异常配子(如n或2n)并与二倍体花粉(n)结合,种子染色体数目可能为2n或3n,但通常因联会紊乱无法形成正常受精卵,故无子。若强行形成,其染色体数目取决于配子组合,与果肉(母本组织)不同。
试试手自己判
检测题
某二倍体生物(2n=10),经秋水仙素处理后得到植株甲。植株甲与原始二倍体生物杂交,得到植株乙。请判断: 1. 植株甲的染色体数目是多少? 2. 植株乙的染色体数目是多少? 3. 植株乙是否可育?为什么?
看答案和判分标准
答案:1. 20(4n)。 2. 15(3n)。 3. 不可育。因为植株乙是三倍体,减数分裂时同源染色体联会紊乱,不能形成正常的配子。
判对标准:
- 第1问答出20或4n得2分。
- 第2问答出15或3n得2分。
- 第3问答出“不可育”得1分,答出“联会紊乱”或“不能形成正常配子”得1分。
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