高考生物一轮复习 第七单元 第20讲生物变异在生产上的应用学案 浙科版.docx

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高考生物一轮复习第七单元第20讲生物变异在生产上的应用学案浙科版

第20讲　生物变异在生产上的应用

[考纲要求]　生物变异在生产上的应用（Ⅱ）。

一、杂交育种与诱变育种

1．杂交育种

（1）含义：

将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。

（2）育种原理：

基因重组。

（3）方法：

杂交→自交→选种→自交。

2．诱变育种

（1）含义：

利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生变异。

（2）育种原理：

基因突变和染色体畸变。

（3）方法：

辐射诱变、化学诱变。

（4）特点：

①可提高突变频率；②能在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状；③改良作物品质，增强抗逆性。

二、单倍体育种与多倍体育种

1．单倍体育种

（1）含义：

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。

（2）原理：

染色体数目变异。

（3）优点

（4）花药离体培养育种程序

常规方法获得杂种F1

　↓

F1花药离体培养形成愈伤组织，并诱导其分化成幼苗

　↓

用秋水仙素处理幼苗，获得可育的纯合植株

2．多倍体育种（判一判）

（1）多倍体育种的基本原理是利用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗（　√　）

（2）多倍体育种技术明显缩短育种年限，获得后代一定都是杂合子（　×　）

（3）无籽西瓜是利用人工诱变多倍体的方法获得（　×　）

（4）多倍体育种可培育出新物种（　√　）

三、转基因技术

1．含义：

利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的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．原理：

基因重组。

3．过程

用人工方法将目的基因导入受体细胞

　　　　　↓

目的基因整合到受体的染色体上

　　　　　↓

目的基因在受体细胞内得以表达，并能稳定遗传

考点一　比较几种遗传育种

方法

原理

常用方法

优点

缺点

代表实例

杂交育种

基因重组

杂交

操作简单，目标性强

育种年限长

矮秆抗

病小麦

诱变育种

基因突变和染色体畸变

辐射诱变、激光诱变等

提高突变率，加速育种进程

有利变异少，需大量处理实验材料

高产青霉菌株

多倍体育

染色体畸变

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

操作简单，且能在较短的时间内获得所需品种

所得品种发育迟缓，结实率低；在动物中无法开展

无籽西瓜、八倍体小黑麦

单倍体育种

染色体畸变

花药离体培养后，再用秋水仙素处理

明显缩短育种年限

技术复杂，需要与杂交育种配合

“京花1号”小麦

基因工程育种

基因重组

将一种生物特定的基因转移到另一种生物细胞中

能定向改造生物的遗传性状

有可能引发生态危机

转基因抗虫棉

易错警示　单倍体育种并不等于花药离体培养技术

单倍体育种经过花药离体培养后，还要经过染色体加倍（例如用秋水仙素处理幼苗）才能获得目标植株，而花药离体培养只是将花药进行培养，二者关系密切，但步骤和结果是不同的。

1．下列有关育种的说法正确的是（　　）

A．杂交育种所依据的主要遗传学原理是染色体畸变

B．利用单倍体育种可以培育出无籽西瓜

C．诱变育种可以定向地把两个或多个品种的优良性状集中在一起，获得新的品种

D．目前人工诱导多倍体最有效的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

答案　D

解析　杂交育种的原理是基因重组；无籽西瓜的培育原理是染色体畸变（多倍体育种）；诱变育种的原理是基因突变，基因突变是不定向的；杂交育种可以将两个或多个品种的优良性状集中在一起，获得新的品种。

2．假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。

现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良品种AAbb，可采用的方法如图所示。

请据图回答问题：

（1）由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种的育种方式称为____________，其原理是______________。

用此育种方式一般从____________才能开始选育AAbb个体，是因为________________________________________________________________________。

（2）若经过过程②产生的子代总数为1552株，则其中基因型为AAbb的植株在理论上有____________株。

基因型为Aabb的植株经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是____________。

（3）过程⑤常采用____________________________技术得到Ab个体。

与过程①②③的育种方法相比，过程⑤⑥的优势是______________________________________________。

（4）过程⑦的育种方式是____________，与过程⑦比较，过程④的明显优势是________________________________________________________________________。

答案　

（1）杂交育种　基因重组　F2　从F2开始出现AAbb个体（或从F2开始出现性状分离）　

（2）97　1∶1　（3）花药离体培养　能明显缩短育种年限　（4）诱变育种　过程④产生的变异是定向的（或基因工程育种转入的基因是已知的，用基因工程手段产生的变异是定向的）

解析　根据孟德尔自由组合定律，F2中基因型为AAbb的植株占1/16，所以共97株。

Aabb自交后代AAbb和aabb的比例为1∶1。

⑤⑥过程是单倍体育种，包括了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍两个步骤，可以明显缩短育种年限。

⑦属于诱变育种。

过程④与⑦相比，其具有的明显优势是能定向地改造生物的遗传性状。

对几种育种方法的分析

1．杂交育种是最简捷的方法，而单倍体育种是最快获得纯合　子的方法，可缩短育种年限。

2．让染色体加倍可以用秋水仙素等进行处理，也可采用细胞　融合的办法，且此方法能在两个不同物种之间进行。

3．原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进　行育种，一般采用的方法是诱变育种。

考点二　有关育种方式的选择

1．若要培育隐性性状个体，可用自交或杂交，只要出现该性状即可。

2．有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其最简便的方法是自交。

3．若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。

4．若要提高营养物质含量，可用多倍体育种方法。

5．若要培育原先没有的性状，可用诱变育种。

6．若培育植物为营养繁殖，如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。

易错警示　与杂交育种有关的4点注意事项

（1）杂交育种不一定需要连续自交。

若选育显性优良纯种，则需要连续自交筛选直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要在子二代出现该性状个体即可。

（2）诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。

（3）杂交育种与杂种优势不同：

①杂交育种是在杂交后代众多类型中选择符合育种目标的个体进一步培育，直到获得稳定遗传的具有优良性状的新品种；②杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定。

（4）杂交种与多倍体的比较：

二者都可产生很多优良性状如茎秆粗壮、抗倒伏、产量提高、品质改良，但多倍体生长周期长，晚熟；而杂交种可早熟，故根据成熟期早晚可判定是多倍体还是杂交种。

3．为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。

请回答问题。

（1）从对该种除草剂敏感的二倍体水稻植株上取花药离体培养，诱导成________幼苗。

（2）用γ射线照射上述幼苗，目的的________________；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织有____________。

（3）取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体____________，获得纯合________________，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。

（4）对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与________________杂交，如果________________，表明抗性是隐性性状。

F1自交，若F2的性状分离比为15（敏感）∶1（抗性），初步推测_________________________________________________________________

____________________________________________________________________________。

答案　

（1）单倍体　

（2）诱发基因突变　抗该除草剂的能力

（3）数目加倍　抗性植株　（4）（纯合）敏感性植株　F1都是敏感性植株　该抗性性状由两对基因共同控制，且两对基因均隐性纯合时，植株表现抗性，其余表现敏感性

解析　F1自交所得的F2的性状分离之比为15∶1,根据自由组合定律中F2的性状分离比为9∶3∶3∶1，可推知水稻的抗性最可能由两对等位基因控制，且只有双隐性个体才表现为抗性。

育种方式的综合应用

作物育种方式包括杂交、诱变、单倍体育种、多倍体育种

以及基因工程育种，育种的最终目的就是改变原有品种的遗传物质，培育出符合人类需求的新品种。

在具体解题中，要正确区分不同育种的特点，恰当使用育种程序步骤综合分析，寻找出解题突破口。

例如：

绝大多数生物为二倍体，所以，其单倍体应高度不育，但对于部分属于多倍体的配子发育成的个体则有可能可育。

同时，注意几种育种方法的处理时间，如利用基因突变育种时，处理时间是细胞分裂的间期，利用染色体畸变育种时，处理时间是萌发的种子或幼苗。

序号

错因分析

正确答案

序号

错因分析

正确答案

①

受思维定势影响，忽视了题干中“F1获得F2的方法”

自交

②

忽视了“矮秆抗病中”而不是“F2中”

2/3

③

不理解矮秆抗病Ⅱ植株的来源

Ⅱ

④

答案不完整，要点不全

基因突变频率低且不定向

⑤

审题不清，没有准确获取题干信息

秋水仙素（或低温）诱导染色体加倍

⑥

该题是“矮秆抗病”中，而且是F1的花药全部培养得到

100%

⑦

忽视了高秆为显性，误认为矮秆为显性

方法一：

将矮秆小麦与高秆小麦杂交，如果子一代为高秆，子二代高秆∶矮秆＝3∶1（或出现性状分离），则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是由环境引起的

方法二：

将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状由环境引起；否则，矮秆性状是基因突变的结果

题组一　有关遗传育种

1．（2012·天津卷，2）芥酸会降低菜籽油的品质。

油菜有两对独立遗传的等位基因（H和h，G和g）控制菜籽的芥酸含量，下图是获得低芥酸油菜新品种（HHGG）的技术路线。

已知油菜单个花药由花药壁（2n）及大量花药（n）等组分组成，这些组分的细胞都具有全能性。

据图分析，下列叙述错误的是（　　）

A．①、②两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化

B．与④过程相比，③过程可能会产生二倍体再生植株

C．图中三种途径中，利用花粉培养筛选低芥酸植株（HHGG）的效率最高

D．F1减数分裂时，H基因所在染色体会与G基因所在染色体发生联会

答案　D

解析　①②过程均为植物组织培养中的脱分化，均需要利用植物激素来诱导，A项正确。

两亲本杂交使H基因和G基因集中到一个生物个体中，可通过杂交育种的方法获得双显性性状个体，但要获得HHGG纯合子需要H_G_个体连续多年自交，育种效率不高；根据自由组合定律推知：

F1产生的花粉有HG、Hg、hG、hg四种，花药离体培养获得的再生单倍体植株也是四种，使用秋水仙素处理后可根据性状直接筛选获得纯合的HHGG植株，其效率最高；F1花药离体培养所得的再生植株中，除HG、Hg、hG、hg四种单倍体植株外，还可能有花药壁细胞经组织培养获得的HhGg二倍体植株，因而其育种效率较花粉离体培养低，B、C两项正确。

分析题干得出：

H基因和G基因位于两对同源染色体上，减数分裂时非同源染色体不发生联会，D项错误。

2．改良缺乏某种抗病性的水稻品种，不宜采用的方法是（　　）

A．诱变育种B．单倍体育种

C．基因工程育种D．杂交育种

答案　B

解析　该物种缺乏某种抗病性基因，单倍体育种不能产生新的基因，所以不宜采用。

题组二　与育种有关的实验设计

3．（2012·浙江卷，32）玉米的抗病和不抗病（基因为A、a）、高秆和矮秆（基因为B、b）是两对独立遗传的相对性状。

现有不抗病矮秆玉米种子（甲），研究人员欲培育抗病高秆玉米，进行以下实验：

取适量的甲，用合适剂量的γ射线照射后种植，在后代中观察到白化苗4株、抗病矮秆1株（乙）和不抗病高秆1株（丙）。

将乙与丙杂交，F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗病矮秆。

选取F1中抗病高秆植株上的花药进行离体培养获得幼苗，经秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株（丁）。

另一实验表明，以甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高秆。

请回答：

（1）对上述1株白化苗的研究发现，控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA，因此该基因不能正常__________，功能丧失，无法合成叶绿素，表明该白化苗的变异具有________的特点，该变异类型属于__________。

（2）上述培育抗病高秆玉米的实验运用了__________、单倍体育种和杂交育种技术，其中杂交育种技术依据的原理是__________。

花药离体培养中，可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株，也可通过诱导分化成__________获得再生植株。

（3）从基因组成看，乙与丙植株杂交的F1中抗病高秆植株能产生__________种配子。

（4）请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到F1的过程。

答案　

（1）表达　有害性　基因突变　

（2）诱变育种　基因重组　胚状体　（3）4　（4）如图

解析　

（1）DNA分子中发生碱基对的增加、缺失或替换而引起的基因结构的改变属于基因突变。

由此可以判断，控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA属于基因突变，突变后的基因不能正常表达而影响细胞正常的生理功能。

基因突变具有低频性、不定向性、多害少利性等特点。

（2）取适量甲种子，用合适剂量的γ射线照射，属于诱变育种的方法；杂交育种的原理为基因重组；单倍体育种常采用花药离体培养技术，在该过程中，可通过诱导其脱分化形成愈伤组织，再分化出芽、根获得再生植株，也可以通过诱导分化成胚状体获得再生植株。

（3）根据甲与丁杂交的结果可判断抗病对不抗病为显性、高秆对矮秆为显性。

因为乙为抗病矮秆，其基因型为A_bb，丙为不抗病高秆，其基因型为aaB_，再根据乙与丙杂交的结果，可判断乙的基因型为Aabb，丙的基因型为aaBb。

乙与丙杂交，F1中抗病高秆的基因型为AaBb，根据基因自由组合定律可知，它能产生AB、Ab、aB、ab四种数目相等的配子。

（4）根据乙、丙的基因型，写出遗传图解如下：

4．（2010·安徽卷，31Ⅰ）如图所示，科研小组用60Co照射棉花种子，诱变当代获得棕色（纤维颜色）新性状，诱变Ⅰ代获得低酚（棉酚含量）新性状。

已知棉花的纤维颜色由一对基因（A、a）控制，棉酚含量由另一对基因（B、b）控制，两对基因独立遗传。

（1）两个新性状中，棕色是______性状，低酚是______性状。

（2）诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株基因型是________，白色、高酚的棉花植株基因型是________。

（3）棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。

为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变Ⅰ代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从____________________的区域中得到纯合棕色、高酚植株。

请你利用该纯合体作为一个亲本，再从诱变Ⅰ代中选择另一个亲本，设计一方案，尽快选育出抗虫高产（棕色、低酚）的纯合棉花新品种（用遗传图解和必要的文字表示）。

答案　

（1）显性　隐性　

（2）AaBB　aaBb

（3）不发生性状分离（或全为棕色棉，或没有出现白色棉）

解析　

（1）因为诱变当代中的棕色、高酚性状个体自交发生性状分离，出现白色、高酚性状，故棕色为显性性状，白色为隐性性状；白色、高酚性状个体自交也发生性状分离，出现白色、低酚性状，故高酚为显性性状，低酚为隐性性状。

（2）根据显隐性关系以及诱变Ⅰ代的性状表现，可以推断诱变当代中的棕色、高酚的棉花植株基因型为AaBB，而白色、高酚的棉花植株基因型为aaBb。

（3）由题意知，纯合棕色、高酚植株的基因型是AABB，需要培育的类型是棕色、低酚植株，其基因型是AAbb，则另一个亲本的基因型是aabb，最快的育种方法是单倍体育种。

即由以上两个亲本杂交得到F1，取F1的花粉进行花药离体培养得到单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，从其后代中选出棕色、低酚性状的植株就是所要选育的新品种。

【组题说明】

考　点

题　号

错题统计

错因分析

育种方式

2、3、4、5、6、7、9、10、11

基因工程

1、8、12

育种方案的设计

13、14、15

1．要将基因型为AaBB的植物，培育出以下基因型的品种：

①AaBb；②AaBBC；③AAaaBBBB；

④aB。

则对应的育种方法依次是（　　）

A．诱变育种、转基因技术、细胞融合、花药离体培养

B．杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种

C．花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术

D．多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术

答案　A

解析　用基因型为AaBB的植物要培育出AaBb的品种，可利用物理或化学方法处理材料，通过基因突变获得；要获得AaBBC的品种，由于本物种没有C基因，所以必须通过转基因技术；要获得AAaaBBBB的品种，可通过细胞融合；要获得aB的品种，可利用花药离体培养。

2．如图为利用纯合高秆（D）抗病（E）小麦和纯合矮秆（d）染病（e）小麦快速培育纯合优良矮秆抗

病小麦（ddEE）品种的示意图，下列有关此图的叙述错误的是（　　）

A．①过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起

B．②过程中发生了非同源染色体的自由组合

C．③过程依据的主要生物学原理是细胞增殖

D．④过程中要用到一定浓度的秋水仙素溶液

答案　C

解析　③过程为花药离体培养，其依据的原理是细胞的全能性。

3．农业生产上常常需要进行作物育种，以保证正常的农业生产活动。

下列有关作物育种方法的叙述，正确的是（　　）

A．作物育种中最简捷的方法是杂交育种和单倍体育种

B．只有单倍体育种能明显缩短育种年限

C．采用克隆的方法培育作物品种能保持亲本的优良性状

D．体细胞中染色体组数为奇数的作物品种都是经花药培养得来的

答案　C

解析　杂交育种时间长、工作量大；单倍体育种与杂交育种相比，能明显缩短育种年限，但不是缩短育种年限的唯一方法；克隆是无性生殖，能保持亲本的优良性状；三倍体无籽西瓜的体细胞中染色体组数为奇数，但其并不是经花药培养得来的。

4．小麦高秆（A）对矮秆（a）为显性，抗病（B）对易感病（b）为显性，如图表示培育矮秆抗病品种的几种途径，下列相关说法正确的是（　　）

A．过程①的原理是基因突变，最大的优点是育种周期短

B．过程⑥使用的试剂是秋水仙素，在有丝分裂间期发挥作用

C．过程⑤为单倍体育种，可明显缩短育种年限

D．④过程产生的子代中纯合子所占比例是2/3

答案　D

解析　过程①为诱变育种，最大的优点是变异频率高，可在较短的时间内获得更多的优良变异类型；秋水仙素作用于有丝分裂前期；过程②⑤⑥结合起来称为单倍体育种；③过程产生的基因型为aaB__的个体中含有1/3aaBB和2/3aaBb，自交后代纯合子所占的比例为1/3×1＋2/3×1/2＝2/3。

5．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，往往从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，所育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不定向的特点，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。

6．将某种植物的①②两个植株杂交，得到③，对③的处理如图所示。

下列分析不正确的是

（　　）

A．由③到④的育种过程依据的原理是基因突变

B．通过⑤⑥植株杂交得到的⑧植株属于新物种

C．若③的基因型为AaBbdd，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4

D．由⑦到⑨的过程中会发生突变和重组，可为生物进化提供原材料

答案　D

解析　由⑦到⑨的过程是通过有丝分裂来实现的，而基因重组发生在减数分裂过程中，故D错误。

7．下图中甲、乙表示水稻的两个品种，A、a和B、b分别表示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，下列叙述不正确的是（　　）

A．①→②过程简便，但育种周期长

B．②和⑥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．⑤和⑦过程的育种原理不相同

答案　B

解析　①→②过程为杂交育种，育种年限比较长；②过程发生了基因重组，基因重组发生在减数第一次分裂过程中，⑥过程需要用秋水仙素处理幼苗，秋水仙素作用于细胞分裂前期；③过程为花药离体培养；⑤过程的原理为基因突变，⑦过程的原理为基因重组。

8．在实验田中偶然出现了一株抗旱、抗盐的玉米，设想利用该植株培育能稳定遗传的抗旱、抗盐水稻品种，用到的育种方法和技术应有（　　）

①诱变育种　②单倍体育种　③转基因技术　④组织培养技术

A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④

答案　B

解析　题干中强调玉米植株中出现了抗性基因，要使水稻植株中含有该抗性基因，必须利用转基因技术，将抗性基因转入后进行组织培养，获得杂合子植株，还需要对其进行单倍体育种才能获得能稳定遗传的抗性水稻品种。

9．下列有关育种的叙述中，错误的是（　　）

A．用于大田生产的优良品种不一定是纯合子

B．通过植物组织培养技术培育脱毒苗，筛选培育抗病毒新品种

C．诱变育种可提高突变频率，加速新基因的产生，从而加速育种进程

D．三倍体无籽西瓜需年年制种，可利用植物组织培养快速繁殖

答案　B

解析　通过植物组织培养技术培育的脱毒苗没有病毒，但不一定能抗病毒。

10．某农科所通过如图所示的两种育种方法培育成了高品质的糯小麦。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．a、b两过程应用的遗传学原理分别是染色体畸变和基因重组

B．b过程需要通过杂交来提高纯合率

C．a过程需要使用秋水仙素，其只能作用于萌发的种子

D．a过程提高了突变率，从而