高中生物 第四章 生物的变异 第二节 生物变异在生产上的应用学案 浙科版必修2Word文档格式.docx

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c.改良作物品质，增强抗逆性。

②缺点：

由于突变的多方向性，育种具有一定的盲目性。

获得理想的个体需要处理大量的材料。

（5）应用：

用于作物、微生物和动物育种，其中在微生物育种方面成效极为明显。

归纳总结

　杂交育种和诱变育种的比较

项目

杂交育种

诱变育种

原理

基因重组

基因突变、染色体畸变

方法

杂交→自交→选优

辐射诱变、化学诱变

优点

不同个体的优良性状可集中到同一个体上

提高变异频率，大幅度改良某些性状，加速育种进程

缺点

时间长、需要及时发现优良性状

有利变异少，需要处理大量实验材料，具有不确定性

例1

　有两个纯种小麦，一为高秆（D）抗锈病（T），另一为矮秆（d）不抗锈病（t）。

这两对性状独立遗传，现要培育矮秆抗锈病的新品种，过程如下：

高秆、抗锈病×

矮秆、不抗锈病

稳定遗传的矮秆抗锈病类型。

（1）这种过程叫________育种，过程a叫________，过程b叫________。

（2）过程c的处理方法是____________________________________________________。

（3）F1的基因型是________，表现型是________，矮秆抗锈病新品种的基因型应是________。

答案　

（1）杂交　杂交　自交　

（2）筛选和连续自交，直至选出能够稳定遗传的矮秆抗锈病新品种

（3）DdTt　高秆抗锈病　ddTT

解析　过程a叫做杂交，产生的F1基因型为DdTt，表现型为高秆抗锈病。

过程b叫做自交，目的是获取表现型为矮秆抗锈病的小麦品种（ddT_），因为此过程所得后代会发生性状分离，所以要想得到稳定遗传的矮秆抗锈病植株必须经过过程c，即筛选和连续自交，直至后代不发生性状分离。

特别提醒

　动、植物杂交育种的区别

实例分析：

现有基因型为BBEE和bbee的两个植物（非多年生）或动物品系，欲培育基因型为BBee的植物或动物品种，育种过程用遗传图解表示如下：

将B_ee上的种子分别

收集和种植，连续逐代

自交，直到出现不发生

性状分离的BBee为止　　　

例2

　家兔的黑色对白色为显性，短毛对长毛为显性。

这两对基因分别位于一对同源染色体上。

下列关于利用黑色短毛纯种兔和白色长毛纯种兔培育出黑色长毛纯种兔的做法，错误的是（　　）

A.黑色短毛纯种兔×

白色长毛纯种兔，得F1

B.选取健壮的F1个体自交，得F2

C.从F2中选取健壮的黑色长毛兔与白色长毛兔测交

D.根据测交结果，选取F2中稳定遗传的黑色长毛雌、雄兔

答案　B

解析　家兔属于雌雄异体生物，不能进行自交。

例3

　下列关于诱变育种的说法中，不正确的是（　　）

A.能够在较短的时间内获得更多的优良变异类型

B.一次诱变处理供实验的生物定能获得所需的变异类型

C.青霉素产量很高的菌株的选育依据的原理是基因突变

D.诱变育种过程能创造新的基因而杂交育种过程则不能

解析　诱变育种依据的原理是基因突变，能创造新的基因，因此能够在较短的时间内获得更多的优良变异类型，但是基因突变具有多方向性，一次诱变处理供实验的生物不一定能获得所需的变异类型。

二、单倍体育种、多倍体育种和转基因技术

1.单倍体育种

（1）单倍体植株特点：

植株小而弱，且高度不育。

（2）单倍体育种

①原材料：

单倍体。

②概念：

利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。

③主要特点

a.缩短育种年限。

b.能排除显隐性干扰，提高效率。

④原理：

染色体数目变异。

⑤育种程序：

P

单倍体幼苗

染色体加倍的可育纯合植株

优良新品种。

2.多倍体育种

（1）多倍体特点

其细胞通常比二倍体的细胞大，细胞内有机物的含量高、抗逆性强，在生产上具有很好的经济价值。

（2）人工诱导多倍体

①原理：

②方法：

目前效果较好的方法是用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗等，使它们的染色体加倍。

③机理：

秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，因此染色体虽已复制，但不能分离，最终导致染色体数目加倍。

④应用：

培育作物新品种的另一条重要途径。

⑤举例：

三倍体无籽西瓜的培育（过程图解）

3.转基因技术

利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因（外源基因）转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。

（2）处理方法：

用人工方法将人类所需要的目的基因导入受体细胞内，使其整合到受体的染色体上。

（3）原理：

①人为地增加了生物变异的范围，实现种间遗传物质的交换。

②从采用的多种方法看，这种技术的针对性更强，效率更高，经济效益更明显。

各种转基因动植物的培育，如抗虫棉。

例4

　水稻是湛江主要的粮食作物，改善水稻的遗传性状是育种工作者不断努力的目标。

下图表示培育优质水稻的一些途径。

请回答下列问题：

（1）以矮秆易感病（ddrr）和高秆抗病（DDRR）水稻为亲本进行杂交，得到F1，F1自交产生F2，F2中不能稳定遗传的个体占__________，选F2中的矮秆抗病的水稻植株让其进行自交，子代中ddRR∶ddRr＝_____________________________________________________________。

（2）若要在较短时间内获得矮秆抗病水稻，可选图中________（用图中序号和箭头表示）途径所用的方法。

其中⑦途径的常用方法是____________。

（3）科学工作者欲培育能产生人体蛋白的水稻新品种，应该选择图中________（用图中序号和箭头表示）途径最为合理可行，该育种方式所利用的原理为___________________________。

（4）图中________（用图中序号和箭头表示）途径具有多方向性。

答案　

（1）

　3∶2　

（2）⑤→⑦→⑧　花药离体培养　（3）③→④　基因重组　（4）①→②

解析　题图中①→②途径表示诱变育种，③→④途径表示基因工程育种，⑤→⑥途径表示杂交育种，⑤→⑦→⑧途径表示单倍体育种，⑨→⑩途径表示多倍体育种。

（1）用矮秆易感病（ddrr）和高秆抗病（DDRR）水稻杂交，得到F1（DdRr），F1自交产生F2，F2中不能稳定遗传的占1－

＝

。

F2中矮秆抗病水稻基因型为

ddRR、

ddRr，自交后子代中ddRR占

＋

×

，ddRr占

，故ddRR∶ddRr＝3∶2。

（2）要尽快获得矮秆抗病类型新品种，应该采用单倍体育种的方式，即图中⑤→⑦→⑧途径。

将F1的花药经过离体培养后，便可以得到单倍体植株。

（3）培育能产生人体蛋白的水稻新品种，应该用基因工程育种的方式即图中③→④途径，所利用的原理是基因重组。

（4）诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有多方向性，因此图中①→②途径具有多方向性。

　依据不同需求，选择适宜的育种方法

（1）将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。

（2）要求快速育种，则运用单倍体育种。

（3）要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。

（4）要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。

（5）若要将特殊性状组合到一起，可考虑转基因技术，如抗虫棉的培育。

例5

　下列有关育种的叙述正确的是（　　）

A.诱变育种可以定向地改变生物的性状

B.通过杂交育种获得新品种均需要从F3开始选取

C.多倍体育种中，秋水仙素处理的作用机理是抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极

D.通过花药离体培养获得的新个体即为纯合子

答案　C

解析　由于基因突变具有多方向性，所以诱变育种不能定向改变生物的性状；

通过杂交育种获得新品种可以从F2就开始选取；

在多倍体育种中，秋水仙素处理的作用机理是能抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍；

在单倍体育种的过程中，通过花药离体培养获得的新个体是单倍体，高度不育，需通过人工诱导染色体加倍后，才可能得到纯种个体。

1.育种专家用高秆抗锈病水稻与矮秆不抗锈病水稻杂交，培育出了矮秆抗锈病水稻，这种水稻出现的原理是（　　）

A.基因突变B.基因重组

C.染色体畸变D.环境条件的改变

解析　矮秆抗锈病水稻是经杂交育种得到的，其原理是基因重组。

2.（2018·

台州高一测试）通过单倍体育种将宽叶不抗病（AAbb）和窄叶抗病（aaBB）两个烟草品种培育成宽叶抗病（AABB）新品种。

下列关于育种过程的叙述正确的是（　　）

A.将AAbb和aaBB杂交得到AaBb的过程实现了基因重组

B.对F1的花药进行离体培养，利用了细胞的全能性

C.需要用秋水仙素处理萌发的F1种子，使染色体加倍

D.育种过程中淘汰了杂合个体，明显缩短了育种年限

解析　将AAbb和aaBB杂交，由于AAbb和aaBB都是纯合子，所以得到AaBb的过程没有发生基因重组，A错误；

对F1的花药进行离体培养，获得单倍体植株，利用了植物细胞的全能性，B正确；

单倍体育种过程中，F1的花药进行离体培养获得单倍体植株，然后需要用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，C错误；

单倍体育种过程中，获得的都是纯合子，不需要进行淘汰杂合子个体，所以明显缩短了育种年限，D错误。

3.下列关于育种方法的叙述，正确的是（　　）

A.用杂交的方法进行育种，从F1自交后代中可筛选出符合人类需要的优良品种

B.用辐射的方法进行诱变育种，诱变后的植株一定比诱变前的植株具备更多优良性状

C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，所有的新品种自交后代中约有1/4为纯合子

D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的新品种和原品种杂交一定能产生可育后代

答案　A

解析　诱变育种的生物学原理为基因突变，基因突变具有多害少利和多方向性的特点，故诱变后的植株不一定比诱变前的植株具备更多优良性状，故B错误；

用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，产生的新品种全为纯合子，其自交后代也全为纯合子，故C错误；

二倍体植株染色体加倍后成为四倍体植株，四倍体植株和原二倍体植株杂交得到的三倍体植株是高度不育的，故D错误。

4.下列关于育种的叙述中，错误的是（　　）

A.用物理因素诱变处理萌发的种子可提高突变率

B.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因

C.三倍体植物可以由受精卵发育而来

D.单倍体育种最大的优点是能明显缩短育种年限

解析　基因突变的频率是很低的，物理因素、化学因素处理生物可以提高基因的突变率，A正确；

诱变育种的原理是基因突变，可以产生新基因，杂交育种的原理是基因重组，不能产生新基因，B错误；

二倍体生物与四倍体生物杂交可以获得三倍体生物，三倍体生物可以由受精卵发育而来，C正确；

单倍体育种最大的优点是能明显缩短育种年限，D正确。

5.普通小麦中有高秆抗病（TTRR）和矮秆易感病（ttrr）两个品种，控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。

实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：

请分析回答下列问题：

（1）A组由F1获得F2的方法是________，F2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占________。

（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是________________。

（3）A、B、C三组方法中，最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是________组，原因是______________。

（4）通过矮秆抗病Ⅱ获得矮秆抗病新品种的常用方法是__________________________。

获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占________。

答案　

（1）自交　

（2）矮秆抗病Ⅱ　（3）C　基因突变频率低，且具有多方向性　（4）秋水仙素诱导染色体加倍　100%

解析　

（1）A组为杂交育种，由F1获得F2的方法为自交，F2中矮秆抗病植株（ttR_）中不能稳定遗传的占

（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是矮秆抗病Ⅱ，因其为单倍体植株，往往表现为高度不育。

（3）由于基因突变具有多方向性，故诱变育种最具盲目性。

（4）矮秆抗病Ⅱ需经人工诱导染色体加倍，方可获得新品种，且一经加倍，一定为纯合子。

[对点训练]

题组一　杂交育种

1.在植物的杂交育种中，选种工作一般（　　）

A.从F1中选B.只从F2中选

C.从F2中选D.从F2开始选

答案　D

解析　在杂交育种过程中，F1一般不会发生性状分离，当在F2时，往往会发生性状分离，在育种工作中，往往选择F2作为育种工作的开始。

2.杂交玉米的种植面积越来越广，农民需要购买玉米杂交种。

不能自留种子来年再种的原因是（　　）

A.自留种子发芽率低

B.杂交种都具有杂种优势

C.自留种子容易患病虫害

D.杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离

解析　不选用自留种子来年种植是因为杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离，不能很好的保留杂种优势，影响产量和质量。

3.现有高秆抗锈病（DDTT）和矮秆易感锈病（ddtt）的小麦，两对基因独立遗传。

育种专家利用它们培育出了矮秆抗锈病新品种（如图）。

下列相关叙述错误的是（　　）

A.该育种方法是杂交育种

B.该方法依据的原理是染色体畸变

C.从F2开始筛选矮秆抗锈病植株

D.该方法可将多个优良性状集中在一起

解析　根据题意和图示分析可知：

该育种方法是杂交育种，A正确；

杂交育种的原理是基因重组，B错误；

从F2开始出现矮秆抗锈病植株，由于有杂合子，所以需要通过自交筛选矮秆抗锈病植株，C正确；

杂交育种可以将不同亲本的多个优良性状集中到同一后代的身上，D正确。

4.杂交育种是植物育种的常规方法，其选育新品种的一般方法是（　　）

A.根据杂种优势原理，从子一代中即可选出

B.从子三代中选出，因为子三代中才出现纯合子

C.既可从子二代中选出，也可从子三代中选出

D.只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种

解析　杂交育种从子二代开始出现性状分离。

题组二　诱变育种

5.用紫外线照射红色细菌的培养液，接种在平板培养基上，几天后出现了一个白色菌落，把这个白色菌落转移培养，长出的菌落全是白色的，这是（　　）

A.染色体畸变B.自然突变

C.人工诱变D.基因重组

解析　紫外线是诱导基因突变的物理因素，红色细菌经过紫外线照射后，出现了一个白色的菌落，且将这一白色菌落转移培养后，得到的子代全为白色，说明白色性状是能够稳定遗传的，由此可推知，白色性状是人工紫外线照射，红色细菌体内发生基因突变的结果。

6.下列不属于诱变育种实例的是（　　）

A.一定剂量的γ射线引起变异得到新品种

B.用一定剂量X射线处理青霉菌菌株获得高产菌株

C.玉米单株自交后代中出现一定比例的白化苗

D.激光照射植物或动物引起突变得到新品种

解析　A、B、D三项均是物理因素诱变育种的实例。

玉米单株自交后代出现一定比例的白化苗可能是由于杂合子自交产生了性状分离。

7.随着科学技术的发展，育种方法得到不断改进。

下图所示的育种方法属于（　　）

A.单倍体育种B.多倍体育种

C.杂交育种D.诱变育种

用射线照射小麦种子，后代出现了新的性状，说明射线引起种子细胞发生了基因突变，产生了新的基因，从而表现出新的性状，这种育种方式属于诱变育种。

8.（2017·

浙江杭州二模）家蚕（2n＝28）雌性体细胞内有两个异型的性染色体ZW，雄性体细胞内有两个同型性染色体ZZ。

人们用辐射的方法使常染色体上带有卵色基因的片段易位到W染色体，使ZW卵和不带卵色基因的ZZ卵有所区别，从而在家蚕卵还未孵化时就能区分雌雄。

下列有关说法错误的是（　　）

A.这种育种方式属于诱变育种

B.辐射的目的是为了提高基因的突变率，更容易筛选到卵色基因

C.上述带有卵色的受精卵将来会发育为雌性家蚕

D.上述带有卵色基因的家蚕染色体组型图与正常家蚕不同

解析　人们用辐射的方法使常染色体上带有卵色基因的片段易位到W染色体上，说明该方法是诱变育种，A正确；

辐射的目的是为了提高基因的突变率，更容易筛选到含有卵色基因的个体，B错误；

根据题意可知，卵色基因的片段易位到W染色体上，则带有卵色的受精卵为ZW，为雌性家蚕，C正确；

上述带有卵色基因的家蚕W染色体上多了一段染色体，所以其染色体组型图与正常家蚕不同，D正确。

题组三　单倍体育种、多倍体育种和转基因技术

9.能够打破物种界限，定向改造生物的遗传性状，按照人们的意愿培育生物新品种的方法是（　　）

A.诱变育种和转基因技术

B.杂交育种和诱变育种

C.杂交育种和基因工程

D.转基因技术育种

解析　转基因技术可以将控制特定性状的基因从一种生物体内转移到另一种生物体内，使基因实现了跨物种的转移，定向改造生物的遗传性状。

10.下图中，甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑦表示培育水稻新品种的过程，则下列说法错误的是（　　）

A.①→②过程简便，但培育周期长

B.②和⑦的变异都发生于有丝分裂间期

C.③过程常用的方法是花药离体培养

D.③→⑥过程与⑦过程的育种原理相同

解析　分析题图，①→②过程为杂交育种过程，杂交育种操作简便，但育种周期长；

②过程发生了基因重组，发生在减数分裂过程中，⑦过程是多倍体育种，此过程发生的染色体畸变是由于秋水仙素抑制分裂前期纺锤体的形成；

③→⑥表示的过程是单倍体育种，其中③过程常用的方法是花药离体培养；

单倍体育种与多倍体育种的原理都是染色体畸变中的染色体数目变异。

11.将二倍体芝麻的种子萌发成的幼苗用秋水仙素处理后得到四倍体芝麻，下列说法正确的是（　　）

A.对花粉进行离体培养，可得到二倍体芝麻

B.产生的配子没有同源染色体，所以无遗传效应

C.与原来的二倍体芝麻杂交，产生的是不育的三倍体芝麻

D.秋水仙素诱导染色体加倍时，最可能作用于细胞分裂的后期

解析　二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有4个染色体组，而且每个染色体组之间都有同源染色体，由四倍体的配子发育而来的芝麻是单倍体，含两个染色体组，所以该单倍体芝麻是可育的，A、B错误；

四倍体的配子中有两个染色体组，二倍体的配子中有一个染色体组，所以四倍体与二倍体杂交产生的是三倍体芝麻，由于三倍体芝麻在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，所以不育，C正确；

秋水仙素诱导染色体加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成，D错误。

12.某农科所通过如图所示的育种过程培育成了高品质的糯小麦。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.a过程中运用的遗传学原理是基因重组

B.b过程能提高突变率，从而明显缩短了育种年限

C.a过程需要使用秋水仙素，作用于萌发的种子

D.b过程需要通过自交来提高纯合率

解析　分析题图可知，a为单倍体育种过程，其遗传学原理是染色体畸变；

b过程为杂交育种过程，不是诱变育种，不能提高突变率，缩短育种年限；

a过程需要使用秋水仙素，但其作用对象不是萌发的种子，而是花粉萌发形成的单倍体幼苗；

杂合子自交可以提高后代中纯合子的比例。

[综合强化]

13.1943年，青霉素产量只有20单位/mL，产量很低，不能满足要求。

后来科学家用X射线、紫外线等照射青霉菌，结果大部分青霉菌死亡，少量生存下来。

在存活下来的青霉菌中，青霉素的产量存在很大差异，其中有的青霉菌产生的青霉素的量提高了几百倍（最高达到20000单位/mL），从而选育出了高产青霉菌株。

根据以上材料回答下列问题：

（1）用射线照射青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生__________。

（2）从分子水平看，发生上述变化的根本原因是____________的结构发生了变化。

（3）存活下来的青霉菌产生的青霉素的量存在着很大的差异，这说明__________________。

（4）上述育种方式叫________育种，所获得的高产青霉菌株的青霉素产量提高了几百甚至几千倍，这说明这种育种方式的优点是____________________________________________。

答案　

（1）基因突变　

（2）DNA分子

（3）突变是多方向的

（4）诱变　能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状

解析　用射线照射青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生基因突变，由于突变具有多方向性，产生的后代有产量高的、有产量低的，但大部分青霉菌还是保持原有的产量水平；

对少量的高产菌株做进一步选育，即可得到所需品种。

14.现有两个水稻品种，一个纯种水稻的性状是高秆（D）、抗锈病（T）；

另一个纯种水稻的性状是矮秆（d）、易染锈病（t）。

两对基因独立遗传。

育种专家提出了如下图所示的Ⅰ、Ⅱ两种育种方法以获得水稻新品种。

请据图回答下列问题：

（1）要缩短育种年限，应选择的方法是______________，（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）依据的变异原理是________________；

另一种方法的育种原理是________。

（2）图中①和④基因组成分别为________和________。

（3）

（二）过程中，D和d的分离发生在________________；

（三）过程采用的方法称为________________；

（四）过程最常用的化学药剂是______________。

（4）（五）过程产生的抗倒伏抗锈病植株中的纯合子占________。

（5）如将方法Ⅰ中获得的③⑤植株杂交，再让所得到的后代自交，则后代的基因型比例为________。

答案　

（1）Ⅰ　染色体畸变　基因重组

（2）DT　ddTT

（3）减数第一次分裂后期　花药离体培养　秋水仙素

（4）

　（5）1∶2∶1

解析　图中

（一）过程属于杂交，作用是把矮秆和抗病基因组合到一个植株上。

图中

（二）过程F1种下后，产生4种配子（DT、Dt、dT、dt）。

根据图中可知，①的基因型是DT，②的基因型是dT。

图中（三）是培养单倍体的过程，一般用花药离体培养的方法获得单倍体植株。

图中（四）是诱导染色体加倍的过程，