高考生物第一轮复习10.docx
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高考生物第一轮复习10
2008年高考生物第一轮复习11：
生物的变异与作物育种
知识梳理
疑难突破
1、基因突变的特点
（1）基因突变实际上是染色体一个位点上的基因的脱氧核苷酸的种类、数目或排列顺序发生了变化，例如果蝇的红眼由基因W控制，W变成w以后，红眼变成了白眼。
W和w是一对同源染色体同一位点上的基因，又分别控制红眼和白眼这对相对性状，所以是一对等位基因。
可见，等位基因是由基因突变产生的。
思考讨论
基因突变对生物体究竟好不好？
提示：
大多数有害，少数有利。
（2）可逆性。
即正常型与突变型，从左到右称为正突变，从右到左称反突变。
原因是基因突变并非是原有基因的丧失，而是基因化学结构发生了变化。
（3）多向性。
即一个基因可以朝着不同的方向发生突变，形成多种突变。
如：
A→a1，
A→a2，A→a3。
a1、a2、a3之间也可以相互转变，且a1、a2、a3都在同一位点上，这就形成了复等位基因，但对一个二倍体个体来说，体细胞中只含有其中的一对等位基因，如人类的A、B、O血型就是由三个复等位基因控制的。
（4）基因突变有的是显性突变，有的是隐性突变。
如人的并指基因就是显性突变基因，正常基因是s，由s→S，人类由正常指变成并指。
再如人的白化病，是由正常基因A突变为a所致。
（5）突变往往是有害的，有的甚至是致死的。
如人类的糖尿病、血友病、色盲、白化病，水稻、玉米的白化苗等。
但也有少数突变是有利的，如突变产生的植物抗病性、耐旱性、早熟、茎秆坚硬等等。
（6）低频性。
自然状态下，突变的频率是很低的，如高等动植物的突变频率是105～
108，即10万到1亿个配子中，仅有1个发生基因突变。
（7）随机性。
基因突变是随机发生的。
不论是对于个体、细胞、基因来讲，或对于所影响的性状来讲，突变的发生都是一个随机事件。
（8）基因突变发生在间期，性细胞突变可以遗传给下一代，体细胞突变不能遗传给下一代。
2、基因突变的本质
基因突变是指染色体上个别基因所发生的分子结构的改变。
基因是具有遗传效应的DNA片段，每一个基因都有特定的脱核苷酸排列顺序，含有特定的遗传信息。
当基因中的脱核苷酸种类、数量、排列顺序发生改变时，也就改变了遗传信息。
使其突变成它的等位基因（A→a或a→A），并且会引起它所控制的性状的改变。
如果不从性状改变考虑，基因突变是无法观察到的。
思考讨论
基因突变发生在什么时期？
哪些细胞能发生基因突变？
提示：
参见“疑难突破”。
3、基因突变的时期
基因突变可发生在任何生物的细胞中，一般发生于DNA复制的时候，突变的基因在细胞分裂的间期随DNA的复制而复制，通过细胞分裂而传递给子细胞，体细胞发生的基因突变一般不能传递给后代，而发生在生殖细胞中的突变，可以通过生殖细胞的结合传给后代。
4、染色体组
细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体叫一个染色体组。
根据染色体组的数目可判断生物是二倍体还是多倍体，但一般不能用于直接判断单倍体。
5、比较作物育种方式
类型
杂交育种
人工诱变育种
单倍体育种
多倍体育种
原理
基因重组
基因突变
染色体组成倍减少
染色体组成倍增加
方法
将具有不同优良性状的两个亲本杂交
用物理或化学的方法处理生物
花药的离体培养
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
主要优点
使优良性状集中在一个个体
可提高变异频率，加速育种进程
自交后代是纯合体，明显缩短育种年限
器官巨大，提高产量和质量
思考讨论
单倍体育种为什么能够缩短育种年限？
提示：
自交后代是纯合体。
6、判断二倍体、多倍体和单倍体
二倍体生物和多倍体生物的判断依据，是根据其体细胞中的染色体组数来判断的；而单倍体生物，其存在的前提条件是本物种体细胞中的染色体组数是偶数（如二倍体、四倍体、六倍体）的生物，才有可能形成单倍体，这是因为单倍体通常是由生殖细胞不经过受精作用直接发育而成的个体。
所以，单倍体的体细胞中可以含有一个或多个染色体组。
遗传学上，将某物种配子形成的含有多个染色体组的个体，不再称为二倍体或多倍体，而称为某生物的单倍体。
如普通小麦（六倍体）经花药离体培育而成的小麦苗，称为普通小麦的单倍体，而不称作三倍体。
思考讨论
区分二倍体、多倍体和单倍体的依据是什么？
提示：
参见“疑难突破”。
7、比较基因重组、基因突变和染色体变异
基因重组
基因突变
染色体变异
本质
基因的重新组合产生新的基因型，使性状重新组合
基因的分子结构发生了改变，产生了新的基因，出现了新的性状
染色体组成倍增加或减少，或个别染色体增加或减少，或染色体内部结构发生改变
发生时期及其原因
减Ⅰ四分体时期由于四分体的非姐妹染色单体的交叉互换和减Ⅰ后期非同源染色体的自由组合
个体发育的任何时期和任何细胞，DNA碱基对的增添、缺失或改变
体细胞在有丝分裂中，染色体不分离，出现多倍体；或减数分裂时，偶然发生染色体不配对不分离，分离延迟等原因产生染色体数加倍的生殖细胞，形成多倍体
条件
不同个体之间的杂交
外界条件的剧变和内部因素的相互作用
外界条件的剧变和内部因素的相互
作用
意义
是生物变异和产生生物多样性的重要原因之一。
通过杂交育种，导致性状的重新组合，从而培育出新的优良品种
生物变异的根本来源，也是生物进化的重要因素之一。
通过诱变育种可培育出新品种
利用单倍体育种和多倍体育种可选育出优质、高产的新品种。
利用个别染色体的增加或减少，还可进行基因定位研究和实施染色体工程的研究，有针对性地选育动植物新品种
8、表解染色体数目变异及示例
类别
名称
符号
染色体组示例
示例
整
倍
体
单倍体
二倍体
三倍体
同源四倍体
异源四倍体
n
2n
3n
4n
2（2x）
（ABCD）
（ABCD）（ABCD）
（ABCD）（ABCD）（ABCD）
（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）
（ABCD）（ABCD）（A′B′C′D′）（A′B′C′D′）
小麦（21）
人（46）
香蕉（33）
水稻（48）
洋葱（32）
烟草（48）
萝卜—甘蓝（36）
非整倍体
单体
缺体
三体
双三体
四体
2n－1
2n－2
2n+1
2n+1+1
2n+2
（ABCD）（ABC）
（ABC）（ABC）
（ABCD）（ABCD）（A）
（ABCD）（ABCD）（AB）
（ABCD）（ABCD）（AA）
21三体综合征
略
克氏综合征
略
略
典例剖析
【例1】（2007年春季理综，4）下列有关水稻的叙述，错误的是
A.二倍体水稻含有两个染色体组
B.二倍体水稻经秋水仙素处理，可得到四倍体水稻，稻穗、米粒变大
C.二倍体水稻与四倍体水稻杂交，可得到三倍体水稻，含三个染色体组
D.二倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、米粒变小
剖析：
考查染色体组、单倍体、多倍体的形成及特点，能力要求B。
二倍体生物，其生殖细胞中含有的染色体，叫一个染色体组，在一个染色体组中无同源染色体（染色体的形态、大小各不相同），我们把含一个染色体组的个体叫单倍体，两个染色体组的个体叫二倍体，n个染色体组的个体叫n倍体，所以四倍体水稻含有四个染色体组；同二倍体相比，多倍体水稻的显著特点是果实大、结实率低、发育延迟；二倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体幼苗，在遗传上表现为高度不育，不可能出现稻穗、米粒变小的现象。
答案：
D
【例2】杂交育种时，杂种优势只能利用一年，而杂种马铃薯却可连续种植多年，原因是
A.马铃薯进行出芽生殖
B.马铃薯只能进行无性生殖
C.马铃薯进行营养生殖，使后代保持亲本的性状
D.马铃薯自交后代不发生性状分离
剖析：
马铃薯通过杂交育种得到优良品种后，可以进行营养生殖，使后代保持亲本的性状，所以杂种马铃薯可连续种植多年而品质不变。
答案：
C
【例3】（2007年太原市高三基础知识测试）下图所示为用农作物①和②两个品种分别培养出④⑤⑥⑦四个品种的过程。
请据图回答下列问题：
（1）用①和②通过Ⅰ和Ⅱ过程培育出⑤的操作步骤是________、________、________，此过程所依据的遗传学原理是________。
通过Ⅲ和Ⅴ培育出⑤的育种方法的优点是_____________。
由③培育出的⑥是________倍体。
（2）经过Ⅵ对品种进行改造，所培育的⑦称为转基因植物，这一过程不涉及________。
A.目的基因和运载体结合B.细胞融合
C.提取目的基因D.检测目的基因的表达
（3）如果在⑥的柱头上授以⑤的花粉，将会获得________（填“有”或“无”）子果实，果皮的基因型为________。
剖析：
为杂交育种方法，通过杂交使不同的优良性状的基因重组，再自交选择纯合子。
单倍体育种主要步骤为花药离体培养，用秋水仙素处理，2年即可得到纯合子。
转基因植物来自基因工程，主要步骤为：
提取目的基因，目的基因与运载体结合，导入受体细胞，目的基因的检测与表达。
细胞融合是体细胞杂交，属于细胞工程。
答案：
（1）杂交自交表现型符合要求的个体连续自交基因重组明显缩短了育种的时间四
（2）B（3）有AAaaBBbb
【例4】（2006年辽宁、广东大综合，47）良种对于提高农作物产量、品质和抗病性等具有重要作用。
目前培养良种有多种途径。
其一是具有不同优点的亲本杂交，从其后代中选择理想的变异类型，变异来源于________，选育过程中性状的遗传遵循________、________。
其二是通过射线处理，改变已有品种的个别重要性状，变异来源于________，实质上是细胞中DNA分子上的碱基发生改变。
其三是改变染色体数目，例如用秋水仙素处理植物的分生组织，经过培育和选择能得到________植株。
剖析：
考查几种育种方式的原理，能力要求B。
我们知道，杂交育种的原理是基因重组，就是有目的地选取具有不同优点的亲本进行杂交，通过连续数代的自交，获得能稳定遗传的新品种，选育过程中性状的遗传遵循基因分离定律和自由组合定律。
通过射线处理，改变已有品种的个别重要性状，变异来源于基因突变。
用秋水仙素处理植物的分生组织，使染色体数目加倍，这样的育种方式叫多倍体育种。
答案：
基因重组基因分离定律基因自由组合定律基因突变多倍体
●教学点睛
本部分可用4～6课时。
相关内容可复习2～3课时，反馈练习可用2～3课时。
本块知识包括：
《基因突变和基因重组》《染色体变异》《人类遗传病与优生》三节内容和观察果蝇唾液腺巨大染色体装片一个实验。
由于基因突变是生物变异的主要来源，是生物进化的重要因素之一，基因突变的概念和原因是理解基因突变的关键；染色体组的概念是理解单倍体、二倍体、多倍体的基础；多倍体和单倍体的有关知识在育种工作中应用广泛，均是重点内容。
染色体组的概念和单倍体的概念不容易理解，是难点内容。
生物的有性生殖过程是基因重组的基础。
在复习设计过程中应结合减数分裂图解进行；若某一同源染色体含有两对等位基因AaBb，则在减数第一次分裂前期的四分体时期，非姐妹染色单体之间发生互换，导致父母染色体的基因与对方发生交换，结果在原父方（或母方）的同一条染色体上发生父母双方基因的重组，即Ab、aB为重组基因，最终形成Ab、aB两种新的基因重组类型的配子，传递给后代，使后代发生了变异。
另一种重组情况发生在减数第一次分裂的后期，若考虑Aa和Cc这两对非同源染色体上的非等位基因，则发生非同源染色体上非等位基因的自由组合，形成AB、Ab、aB、ab四种比值相等的配子，除去双亲产生的两种亲本组合配子（假设为AB、ab），则另两种（aB、Ab）为基因重新组合的配子。
由此可知，基因重组来源于基因的互换和自由组合。
基因重组是生物变异的重要来源之一，若n对等位基因位于同一对同源染色体上，则产生重组类型的配子为2n－2（种）；若n对等位基因位于n对同源染色体上，则产生2n－2种基因突变是染色体的某个位点上的基因的改变，在复习设计过程中，应结合DNA的半保留复制、有丝分裂和减数分裂的有关知识，明确突变的实质是在内外因素的影响之下，处于细胞分裂间期DNA半保留复制过程中，发生的DNA分子碱基对的增添、缺失或改变。
理解基因突变的不定向性、随机性、低频性、多害少利等特点。
并通过某些具体实例和习题的练习达到掌握的目的。
基因突变是生物变异的根本来源，突变产生的等位基因（新基因）再经基因重组（与原来的基因发生重新组合）产生多种基因型。
因此基因突变是基因重组的基础。
对于《染色体变异》的复习设计，也应以细胞的有丝分裂、减数分裂过程中的染色体变化行为为基础。
在减数分裂四分体时期，同源染色体交换对应片段，若受环境因素影响，可能会发生缺失片段（如对方片段没有交换过来）、增加片段、位置颠倒、接到另一条非同源染色体上的现象，都会导致染色体结构上的变异。
若体细胞在有丝分裂过程中，染色体完成了复制，纺锤体受到破坏（如秋水仙素），以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂形成两个子细胞，造成染色体数目加倍，继续分裂就可发育形成多倍体。
若在减数分裂过程中，某同源染色体（初级精母细胞）或某姐妹染色单体（次级精卵细胞）没有均分，就会导致配子中多一条（或几条）或少一条（或几条）染色体的现象，就会发生染色体数目的变异。
若是整倍增加或整倍减少，就会形成多倍体或单倍体。
●拓展题例
【例1】（2006年杭州市质量检测题）下图表示某植物正常体细胞的染色体组成，下列可能是该植物基因型的是
A.ABCdB.AaaaC.AaBbCcDdD.AaaBbb
剖析：
图中有4条同源染色体，控制同一性状的基因的座位有4个。
答案：
B
【例2】小麦小穗（D）对大穗（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，两对基因独立遗传。
现有3株小麦A、B、C分别为：
A：
小穗抗锈病（DdTt）；B：
大穗抗锈病（ddTT）；C：
大穗抗锈病（ddTt）。
（1）在不借助其他品种小麦的情况下，鉴定B、C两样小麦是否为纯种的最简便方法是________________________________________________________。
（2）若从小穗抗锈病小麦（A株）迅速获得稳定遗传的大穗抗锈病小麦，则育种方法最好采用____________________________。
（3）若要改变小麦原有基因的遗传信息，则应该选择的育种方法是________。
（4）A株小穗抗锈病小麦自交后代中获得30株大穗抗病个体，若将这30株大穗抗病个体作亲本自交。
在其中F1中选择大穗抗病的再进行自交，F2能稳定遗传的大穗抗病小麦占F2中所有大穗抗病的比为________。
（5）将选出的大穗抗病小麦种子晒干后放在容器内，采用什么措施可延长储存期？
（不少于两种措施）____________________________________________。
剖析：
快速育种方法即单倍体育种，可明显缩短育种年限。
（2）诱变育种的原理是诱发基因突变，出现新类型。
（3）A株自交→大穗抗病（ddT_,其中1/3ddTT,2/3ddTt）自交2次→后代中杂合子占2/3×（1/2）2=1/6,大穗抗病纯合子占1/3+2/3×3/8=7/12。
则大穗抗病类型中大穗抗病纯合子占7/9。
（5）粮食种子储藏与细胞呼吸密切相关，应当从影响细胞呼吸的主要因素：
温度、湿度、氧气等方面采取措施降低呼吸强度。
答案：
（1）让其自交，所得F1在生长过程中用锈病病菌感染
（2）单倍体育种
（3）诱变育种（4）7/9（5）降低温度，降低湿度，抽出空气，充N2和CO2
【例3】（2007年全国理综Ⅳ，31）回答下面的
（1）～
（2）题。
（1）下表是豌豆五种杂交组合的实验统计数据：
亲本组合
后代的表现型及其株数
组别
表现型
高茎红花
高茎白花
矮茎红花
矮茎白花
甲
高茎红花×矮茎红花
627
203
617
212
乙
高茎红花×高茎白花
724
750
243
262
丙
高茎红花×矮茎红花
953
317
0
0
丁
高茎红花×矮茎白花
1251
0
1301
0
戊
高茎白花×矮茎红花
517
523
499
507
据上表回答：
（1）上述两对相对性状中，显性性状为________、________。
（2）写出每一杂交组合中两个亲本植株的基因型，以A和a分别表示株高的显、隐性基因，B和b分别表示花色的显、隐性基因。
甲组合为__________×__________。
乙组合为__________×__________。
丙组合为__________×__________。
丁组合为__________×__________。
戊组合为__________×__________。
③为最容易获得双隐性个体，应采用的杂交组合是________。
（2）假设某一种酶是合成豌豆红花色素的关键酶，则在基因工程中，获得编码这种酶的基因的两条途径是_________________________和人工合成基因。
如果已经得到能翻译成该酶的信使RNA，则利用该信使RNA获得基因的步骤是___________________________________________________________________________，然后__________________________________。
剖析：
根据乙组杂交组合，两高茎亲本的子代中出现了高茎和矮茎的性状分离现象，则两个亲本均为杂合体，杂合体所表现出来的性状是显性性状，故高茎是显性性状，同理，根据丙组杂交组合，可以推出红花为显性性状。
亲本高茎的基因型为AA或Aa，矮茎的基因型为aa；红花的基因型为BB或Bb，白花的基因型为bb。
若后代出现性状分离，则显性亲本为杂合体，若后代不出现性状分离，则显性亲本为纯合体。
可以得出结论：
甲组合：
AaBb×aaBb，乙组合：
AaBb×Aabb，丙组合：
AABb×aaBb，丁组合：
AaBB×aabb，戊组合：
Aabb×aaBb。
根据题意，最容易获得双隐性个体应采用的杂交组合为戊组合，该组合中矮茎白花个体出现的概率为1/4。
在基因工程中获得目的基因的主要方法有从供体细胞的DNA分子直接分离基因和人工合成基因等。
利用信使RNA获得基因的步骤是：
以信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA。
答案：
（1）①高茎红花②甲组合：
AaBb×aaBb乙组合：
AaBb×Aabb丙组合：
AABb×aaBb丁组合：
AaBB×aabb戊组合：
Aabb×aaBb③戊组合
（2）从供体细胞的DNA分子直接分离基因以信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA在酶的作用下合成双链DNA
【例4】（2007年广西，38）番茄是自花授粉植物，已知红果（R）对黄果（r）为显性。
正常果形（F）对多棱果（f）为显性。
以上两对基因分别位于非同源染色体上。
现有红色多棱果品种、黄色正常果形品种和黄色多棱果品种（三个品种均为纯合体），育种家期望获得红色正常果形的新品种，为此进行杂交。
试回答下列问题：
（1）应选用以上哪两个品种作为杂交亲本?
（2）上述两亲本杂交产生的F1代具有何种基因型和表现型?
（3）在F2代中表现红色正常果形植株出现的比例有多大?
F2代中能稳定遗传的红色正常果形植株出现的比例有多大?
剖析：
通过具体事例，考查基因自由组合定律在育种实践上的应用，能力要求C。
根据题目的要求，要通过杂交育种培育出双显性的后代，在选择亲本时，应选择能够产生双杂种的F1（即基因型为RrFf，表现型为红色正常果形）的亲本杂交，即红色多棱果和黄色正常果。
F1经减数分裂可以产生4种配子，雌雄配子结合机会相等，出现的F2中，双显性占9/16，其中能稳定遗传的占1/16。
答案：
（1）红色多棱果品种和黄色正常果形品种。
（2）RrFf。
红色正常果形。
（3）9/16。
1/16。
●资料卡片
1、克隆技术与遗传育种
克隆技术是通过细胞融合、细胞核移植、原生质体融合等细胞操作技术，以及细胞和组织培养技术，“复制”出遗传上与亲本等同的一个无性繁殖系。
克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”，它已经过了三个发展时期：
第一期是微生物克隆，即由一个细菌很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌群；第二期是生物技术克隆，如DNA克隆，DNA很少，单一研究很困难，于是生物学家就把一个DNA注入到一个细菌中，随着细菌的克隆而产生出成千上万条DNA来；第三期，即是动物克隆，由一个动物个体形成很多个相同个体。
在农业方面，人们利用“克隆”技术培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病虫害的优质高产品种，大大提高了粮食产量。
在这方面，我国已迈入世界最先进的行列。
到目前为止，已有上百种植物能由原生质体培养再生植株。
还出现了属间和种间杂种原生质体培养，从而超越了种间、属间和种间有性杂交的不亲和性的障碍，有可能给植物育种带来新的突破。
花药和花粉培养获得的单倍体和纯合二倍体植物，是研究细胞遗传的极好材料。
在细胞培养中很易引起变异和染色体变化，从而可得到作物的新类型，为研究染色体工程开辟新途径。
用植物组织培养方法，生产有用的次生代谢物质是近年来植物生物工程发展的一个重要方向。
日本日东电器工业公司和北里大学古谷力教授从朝鲜人参中分离出人参细胞，把这种人参细胞置放于130t级的发酵罐里进行培养，使其增殖，3个月后即可收获“颗粒状人参”。
这种人参的有效成分：
人参皂甙不变，药效更明显。
德国科学家也用此方法在100t级发酵罐里培养生产强心剂：
毛地黄。
加拿大也正着手进行抗癌药物长春新碱、秋水仙碱的细胞培养。
利用家畜胚胎移植、超数排卵和冷冻保存等综合新技术，以及提高家畜产仔数和产奶量。
这是近年来，生物工程技术在畜产研究开发上的一大进展。
科学家通过多年努力，已使这项技术发展得相当完善，能使发育到32个细胞的胚胎分离为32个单细胞卵裂球，并将它们移植到32个去核的卵母细胞中，得到数量不等的重新发育的多细胞胚胎。
经过核移植后发育成功的多细胞胚胎，还可以再拿出来分成单个卵裂球，进行下一轮核移植。
这一过程可以周而复始地进行，使优良母畜的胚胎呈几何级数增加。
2、航天与育种技术
航天与育种技术是我国农业发展的迫切需要和中国具有返回卫星优势相结合的产物。
它的育种原理是充分利用了太空环境具有强宇宙射线辐射、高真空、微重力等综合因素的有利条件。
当这些因素共同作用于DNA分子时，可使DNA分子外围的电子激活，结果造成DNA分子碱基的突变；或者引起染色体缺失、倒位、易位、重复等畸变，从而对植物种子产生诱变作用，获得了在地球上难以获得的某些变异，这是其他方法难以替代的。
航天育种在国外开展得比较早。
我国自1987年以来，已成功地利用返回式卫星进行了多次有关农作物种子的搭载试验。
已进行的项目有：
粮食作物有水稻、小麦、大麦、高粱、玉米、谷子；豆类有大豆、绿豆、青豆、黑豆；经济作物有棉花、烟草、甜菜、莲子；蔬菜类有丝瓜、黄瓜、青椒、西红柿、西瓜、萝卜、绿花菜、尾穗苋；观赏植物与药用植物有石刁柏、鸡冠花、三色堇、龙葵、菊花、甘草、油松、白皮松等。
植物种子放在返回卫星舱内，随卫星在空间距地面200～400km的轨道飞行5～16天。
直至返回地面后，对搭载的种子萌发植物在田间的生长、发育、产量及有关生理生化、细胞、遗传等进行了分析研究与试验，发现不同种属的种子表现各不相同。
其中小麦、水稻和黄瓜种子经飞行后，幼苗根尖细胞的染色体出现比地面对照组更多的变异，其后代遗传
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