2020年高考生物实验突破 专题09 低温诱导植物染色体数目的变化（含解析）

专题09低温诱导植物染色体数目的变化1．实验原理用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不能被拉向两极，以致细胞不能分裂成两个子细胞，染色体的数目发生变化。提示着丝点分裂与纺锤体无关，没有纺锤体的牵引，着丝点也能正常分裂。2．实验步骤与现象（1）(2)现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。3．注意事项(1)在显微镜下观察到的细胞已经死亡，不能持续观察到细胞中染色体的数目变化。(2)选材只能是分生区细胞，不能进行细胞分裂的细胞不会出现染色体数目的变化。4．低温诱导植物染色体数目变化的实验中的试剂及其作用试剂使用方法作用卡诺氏液将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h固定细胞形态体积分数为冲洗用卡诺氏液处理的根尖洗去卡诺氏液95%的酒精质量分数为15%的盐酸与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液解离根尖细胞蒸馏水浸泡解离后的根尖约10min洗去药液，防止解离过度改良苯酚品红染液把漂洗干净的根尖放进盛有改良苯酚品红染液的玻璃皿中染色3～5min使染色体着色5．低温诱导染色体数目变化的实验与观察细胞有丝分裂实验的比较项目低温诱导植物染色体数目的变化观察根尖分生组织细胞的有丝分裂培养待洋葱长出1cm左右不定根时放入冰箱低温室(4℃)诱导培养36h适宜温度下培养固定解离前用卡诺氏液进行固定，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次不用固定染色用改良苯酚品红染液用醋酸洋红液或龙胆紫溶液考点一：实验的基本原理和操作步骤例1．用质量分数为2%的秋水仙素处理植物分生组织5～6h，能够诱导细胞内染色体加倍。某生物小组为了探究用一定时间的低温(如4℃)处理水培的洋葱根尖是否也能诱导细胞内染色体加倍进行了相关实验设计。下列关于该实验的叙述中，错误的是()A．本实验的假设是用一定时间的低温处理水培的洋葱根尖能够诱导细胞内染色体加倍B．本实验可以在显微镜下观察和比较经过不同处理后根尖细胞内的染色体数目C．本实验需要制作根尖细胞的临时装片，制作步骤是解离→漂洗→染色→制片D．本实验可以看到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程【答案】D【解析】由于在装片制作过程中已经将细胞杀死，所以用显微镜观察时看不到一个细胞完整的染色体数目加倍的过程，故D项错误。例2．将洋葱(2n＝16)放在装满清水的广口瓶上，让洋葱底部接触水面。待洋葱长出约1cm左右的不定根时，再将整个装置放入4℃环境下继续培养36h，然后取根尖制作成临时装片在显微镜下观察。下列与此相关的叙述中，正确的是()A．卡诺氏液的作用是使洋葱根尖的组织细胞相互分离开来B．显微镜视野中可以观察到16、32或64条染色体的细胞C．显微镜视野中可以观察到四分体和同源染色体分离现象D．4℃的低温通过抑制着丝点的分裂而使细胞染色体数目加倍【答案】B【解析】卡诺氏液的作用是固定细胞形态，解离液的作用是使组织细胞相互分离开来，A错误；由于低温诱导，有的细胞中染色体数目加倍，有的仍为正常二倍体，加倍后染色体数目为32条，或没有加倍的细胞中染色体数目在有丝分裂后期为32条，加倍后的染色体在有丝分裂后期为64条，而正常细胞染色体数目为16条，B正确；同源染色体联会形成四分体及分离是减数第一次分裂的特征，有丝分裂没有此现象，C错误；低温抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，而不是抑制着丝点的分裂，无纺锤体的牵引，染色体无法向两极移动而保留在一个细胞中，从而使染色体数目加倍，D错误。考点二实验的拓展和应用例1．以下材料选自某同学所做实验的部分记录。实验名称：低温诱导植物细胞染色体数目的变化实验步骤：培养固定：将洋葱放在装满清水的广口瓶上，待根长出1cm左右，剪取根尖0.5～1cm，置于盛有清水的培养皿内，并在冰箱的冷藏室诱导培养36h，将诱导后的根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h，然后用体积分数为95%的酒精冲洗两次。装片制作：解离→染色→漂洗→制片。观察：先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂图像，确认某个细胞染色体发生数目变化后，再用高倍镜观察。实验结论：低温条件下根尖所有细胞染色体数目都加倍。问题：(1)请将上述内容中错误之处予以改正。①_____________________________________________________________________________；②_____________________________________________________________________________;③____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)低温诱导染色体数目加倍的原因是________________________________。如果要探究诱导染色体数目变化的最适温度，请写出简单的设计思路：__________________________________________________________________。【答案】(1)①将整个培养装置放入冰箱的低温室内②解离→漂洗→染色→制片③部分细胞染色体数目发生变化或者没有细胞发生染色体数目变化(2)低温抑制纺锤体的形成设置不同温度梯度的实验组，观察并比较实验结果【解析】(1)由于实验是低温诱导植物染色体数目的变化，所以在实验过程中，待根长出约1cm的不定根时，要将整个培养装置放入冰箱的低温室内(4℃)，诱导培养36h；细胞有丝分裂装片制作过程为取材→解离→漂洗→染色→制片→观察，所以实验中将漂洗与染色颠倒了；细胞在低温下不会都发生变异，而且大多数细胞处于分裂间期，所以低温条件下根尖只有部分细胞染色体数目发生变化或者没有细胞发生染色体数目的变化，而不可能所有细胞染色体数目都加倍。(2)低温诱导染色体数目加倍的原因是抑制纺锤体的形成，温度不同，诱导的效果也不一样；要探究诱导染色体数目变化的最适温度，需要设置不同温度梯度的实验组，观察并比较实验结果。例2．四倍体大蒜的产量比二倍体大蒜高许多，为探究诱导大蒜染色体数目加倍的最适温度，设计了如下实验：(1)实验主要材料：大蒜、培养皿、恒温箱、卡诺氏液、体积分数为95%的酒精、质量分数为15%的盐酸、显微镜、改良苯酚品红染液等。(2)实验步骤①取5个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。②将培养皿分别放入－4℃、0℃、________、________、12℃的恒温箱中培养1h。③取大蒜随机均分成____________组，分别放入5个培养皿中诱导培养36小时。④分别取根尖0.5～1cm，放入____________中固定0.5～1h，然后用________________________________________________________________________冲洗2次。⑤制作装片：解离→________→__________→制片。⑥低倍镜检测，统计每组视野中的染色体数目加倍率，并记录结果。(3)实验结果：染色体数目加倍率最高的一组为最适温度。(4)实验分析①设置实验步骤②的目的是____________________________________________。②除低温外，________________也可以诱导染色体数目加倍，原理是____________________________________________________________________。【答案】(2)②4℃8℃③5④卡诺氏液体积分数为95%的酒精⑤漂洗染色(4)①将培养皿放在不同温度下恒温处理，是为了进行相互对照；恒温处理1h是为了在DNA复制时尽可能使细胞处于设定温度中，以排除其他温度干扰②秋水仙素抑制纺锤体的形成【解析】本实验的目的是探究诱导大蒜染色体数目加倍的最适温度，所以温度应设置为自变量，不同温度处理是为了进行相互对照，恒温处理1h是为了在DNA复制时尽可能使细胞处于设定温度中，以排除其他温度的干扰。但低温并不能使所有细胞染色体数目加倍，所以要统计加倍率来确定最适温度。易错点一：选材①选用的实验材料既要容易获得，又要便于观察。②常用的观察材料有蚕豆、洋葱、大蒜等。易错点二：归纳实验中各种液体的作用①卡诺氏液：固定细胞形态。②体积分数为95%的酒精：冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液。③解离液(质量分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒精为1∶1混合)：使组织中的细胞相互分离。④清水：洗去解离液，防止解离过度影响染色。⑤改良苯酚品红染液：使染色体着色，便于观察染色体的形态、数目、行为。易错点三：根尖培养①培养不定根：要使材料湿润以利生根。②低温诱导：应设常温、低温4℃、0℃三种，以作对照，否则实验设计不严密。易错点四：观察：换用高倍镜观察材料，只能用细准焦螺旋进行调焦，切不可动粗准焦螺旋。显微镜下观察到的细胞是已被杀死的细胞。挑战真题：(2014·四川卷，5)油菜物种甲(2n＝20)与乙(2n＝16)通过人工授粉杂交，获得的幼胚经离体培养形成幼苗丙，用秋水仙素处理丙的顶芽形成幼苗丁，待丁开花后自交获得后代戊若干。下列叙述正确的是()A.秋水仙素通过促进着丝点分裂，使染色体数目加倍B.幼苗丁细胞分裂后期，可观察到36或72条染色体C.丙到丁发生的染色体变化，决定了生物进化的方向D.形成戊的过程未经过地理隔离，因而戊不是新物种【答案】B【解析】秋水仙素通过抑制纺锤体的形成，使染色体加倍，A错误；丙的染色体数为18条，用秋水仙素处理顶芽形成幼苗丁，并不是所有细胞的染色体都能加倍，在幼苗丁细胞分裂后期，可观察到：不加倍的为36条染色体，加倍的为72条染色体，B正确；丙到丁发生的染色体变化仅为生物进化提供材料，而自然选择才决定生物进化的方向，C错误；地理隔离并非新物种形成的必经途径，而生殖隔离才是新物种形成的标志，D错误。挑战模拟题：一、选择题1.(2019·湖北荆州第一次质检)下列有关“低温诱导植物染色体数目的变化”的实验条件和试剂使用的叙述中，错误的一组是()①低温：与“多倍体育种”中“秋水仙素”的作用机理相同②酒精：与在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”中的使用方法相同③卡诺氏液：与“探究酵母菌细胞呼吸的方式”中“NaOH溶液”的作用相同④改良苯酚品红染液：与“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”中“醋酸洋红液”的使用目的相同A.①②B.①④C.②③D.③④【解析】低温和秋水仙素都可抑制纺锤体的形成，①正确；检测生物组织的脂肪的实验中酒精的作用是洗去浮色，在低温诱导染色体数目变化的实验中，使用酒精的目的是冲洗残留的卡诺氏液及酒精与盐酸混合用于解离根尖细胞，②错误；卡诺氏液用于固定细胞的形态，在探究酵母菌细胞呼吸方式实验中，NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2，③错误；改良苯酚品红染液和醋酸洋红液的使用目的都是将染色体着色，④正确。【答案】C2.(2019·福建龙岩期末)低温诱导植物(洋葱根尖)染色体数目变化的实验，以下相关叙述正确的是()A.在低倍镜视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞B.洋葱根尖在冰箱的低温室内诱导36h，可抑制细胞分裂中染色体的着丝点分裂C.用卡诺氏液固定细胞的形态，用甲基绿染液对染色体染色D.低温处理洋葱根尖分生组织细胞，作用的时期是细胞有丝分裂中期【答案】A【解析】低温能抑制细胞有丝分裂前期纺锤体的形成，使细胞内染色体数目加倍，D错误；低温能够抑制纺锤体的形成，但不影响着丝点分裂，B错误；染色体的染色使用龙胆紫溶液或醋酸洋红液等碱性染料，甲基绿只能用于DNA的染色，C错误。3．洋葱是二倍体植物，体细胞中有16条染色体，某同学用低温诱导洋葱根尖细胞染色体数目加倍获得成功。下列相关叙述不正确的是()A．该同学不会观察到染色体加倍的过程B．低温诱导细胞染色体数目加倍时不可能发生基因重组C．分生区同时存在染色