第26课生物变异与育种.docx
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第26课生物变异与育种
第26课生物变异与育种
普查讲26生物变异与育种
1．杂交育种的概念、原理及应用
（1）（经典题，9分）现有两个纯合的某作物品种：
抗病高秆（易倒伏）和感病矮秆（抗倒伏）品种，已知抗病对感病为显性，高秆对矮秆为显性，但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。
回答下列问题：
①在育种实践中，若利用这两个品种进行杂交育种，一般来说，育种目的是获得具有__________优良性状的新品种。
②杂交育种前，为了确定F2的种植规模，需要正确预测杂交结果。
若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，需要满足3个条件：
条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；其余两个条件是_________________________________________
____________________________________________________________________。
③为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述3个条件，可用测交实验来进行检验。
请简要写出该测交实验的过程。
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案：
①抗病矮秆（2分） ②高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；控制这两对性状的基因位于非同源染色体上（4分） ③将纯合的抗病高秆与感病矮秆杂交，产生F1，让F1与感病矮秆杂交（3分）
解析：
①杂交育种的目的是获得具有双亲优良性状的子代，就本题而言，育种的目的是获得具有抗病矮秆优良性状的新品种。
②基因分离定律适用于一对等位基因控制的相对性状，基因自由组合定律适用于非同源染色体上的非等位基因。
要按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合基因分离定律；条件之二是高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合基因分离定律；条件之三是控制这两对相对性状的基因位于非同源染色体上，遵循基因自由组合定律。
③用纯合抗病高秆植株和感病矮秆植株杂交获得F1，F1均为抗病高秆双杂合个体，让F1与感病矮秆植株杂交，若子代出现抗病高秆、抗病矮秆、感病高秆和感病矮秆四种表现型，且比例为1∶1∶1∶1，则说明控制这两对性状的基因满足上述3个条件。
2．诱变育种的原理及应用
（2）（2019改编，9分）水稻中淀粉的含量、直链淀粉和支链淀粉的比例及支链淀粉的精细结构等决定着水稻的产量和稻米的品质，因此水稻淀粉合成代谢的遗传研究备受关注。
相关研究的部分信息如图所示，请据图回答下列问题：
①图中反映了基因与性状的关系是______________________________________________
________________________________________________________________________。
②由图中所示变化可判断，水稻AGPaes基因1变为AGPaes基因2可能是发生了______________（填变异类型）。
若是在自然界中，引起图中所示变异的“某种因素”主要有______________________等；该变异结果在自然界中较难找到，由此可说明该种变异的特征之一是______________。
③若人为用γ射线照射普通野生稻（低产）后，对其进行培育，最终在种植的水稻植株中发现了几株高产水稻，此育种方法称为______________，相对于②中的自然变异而言，主要优点是____________________；γ射线的作用是____________________，用它照射的“普通野生稻”应处于______________________的生长发育时期。
④通过实验已知，图中高产的优良性状为显性，若用杂交育种方法，需要连续自交选择，历时较长，可通过__________________的方法在短时间内培育出符合生产要求的水稻品系。
答案：
①基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状（1分） ②基因突变（1分）
紫外线、电离辐射（1分） 低频性（1分） ③诱变育种（1分） 提高了突变频率（1分） 诱发基因突变（1分） 种子萌发或幼苗（1分） ④单倍体育种（1分）
解析：
①由图中可以看出，不论是AGPaes基因1还是AGPaes基因2都是通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状的。
②图中正常酶的氨基酸数目是n，突变以后的酶含有氨基酸的数目是n＋2，说明碱基对发生了改变，所以图示发生的变异类型是基因突变。
引起基因突变的自然因素中物理性因素较多，如紫外线、电离辐射等。
该变异类型在自然界中较难找到，说明了基因突变的低频性。
③通过人工方法诱导基因突变而获得优良品种的育种方法叫诱变育种，其优点主要是提高了基因的突变频率，因此所用的γ射线的作用是诱发基因突变，用于诱变的植物通常处于种子萌发期或幼苗期。
④本小题重点在于审题——“较短时间”所用方法，通常是指单倍体育种。
关键词有别于“简单方法”，简单方法通常是指杂交育种或自交。
本题的另一关键词是“符合生产要求”，意为纯合子，即自交后代不发生性状分离、稳定遗传的品系。
3．单倍体育种和多倍体育种的比较及应用
a．单倍体育种和多倍体育种的比较
（3）（2019汇编，6分）下列叙述正确的是（ ）
A．单倍体育种获得的植株中染色体数目与亲代相比减半
B．多倍体育种中秋水仙素的作用机理是抑制着丝点的分裂
C．利用单倍体育种可以培育无子西瓜
D．多倍体育种能得到营养物质含量高的品种
答案：
D
解析：
单倍体育种时会用秋水仙素处理使染色体数目加倍，获得的植株中染色体数目与亲代相同，故A项错误。
多倍体育种中秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体的形成，故B项错误。
培育无子西瓜时常用多倍体育种，故C项错误。
多倍体育种得到的新品种与二倍体植株相比，茎秆粗壮，叶片、果实和种子相对来说都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加，故D项正确。
b．多倍体育种的应用
（4）（经典题，8分）科学家将培育的异源多倍体的抗叶锈病基因转移到普通小麦中，培育成了抗叶锈病的小麦，育种过程如图。
图中A、B、C、D表示4个不同的染色体组，每组有7条染色体，C染色体组中含携带抗病基因的染色体。
请回答下列问题：
①异源多倍体是由两种植物AABB与CC远缘杂交形成的后代，经___________________
_______________________方法培育而成，还可用植物细胞工程中____________________方法进行培育。
②杂交后代Ⅰ染色体组的组成为____________，进行减数分裂时形成______个四分体，体细胞中含有________条染色体。
③杂交后代Ⅱ中C组的染色体减数分裂时易丢失，这是因为减数分裂时这些染色体________________________。
④为使杂交后代Ⅲ的抗病基因稳定遗传，常用射线照射花粉，使含抗病基因的染色体片段转接到小麦染色体上，这种变异称为________________________。
答案：
①秋水仙素诱导染色体数目加倍（1分）植物体细胞杂交（1分） ②AABBCD（1分） 14（1分） 42（1分） ③无同源染色体配对（1分） ④染色体结构变异（2分）
解析：
①植株AABB产生的配子为AB，植株CC产生的配子为C，因此这两种植株远缘杂交形成的后代为ABC，由于这种植株没有同源染色体，因此不可育，而经秋水仙素诱导染色体数目加倍后，形成可育的后代AABBCC，此种植株也可用植物细胞工程中植物体细胞杂交方法进行培育。
②植株AABBCC产生的配子为ABC，植株AABBDD产生的配子为ABD，因此杂交后代染色体组的组成为AABBCD；减数分裂过程中同源染色体两两配对形成四分体，C染色体组和D染色体组中无同源染色体，不能形成四分体，两个A染色体组可形成7个四分体，两个B染色体组可形成7个四分体，共计14个四分体。
由于体细胞AABBCD中有6个染色体组，每个染色体组7条染色体，共42条染色体。
③杂交后代Ⅱ中由于C组的染色体在减数分裂时无同源染色体配对，因此减数分裂时易丢失。
④非同源染色体之间发生的片段之间的移接属于染色体结构变异中的易位。
4．基因工程育种的原理及应用
（5）（多选）（2019汇编，6分）下列关于基因工程育种的说法，正确的是（ ）
A．动物的生长激素基因转入植物后不能表达
B．杂交育种和基因工程育种的原理都是基因重组，产生了新的基因型和新性状
C．基因工程育种的优点之一是目的性强
D．基因工程的产物对人类都是有益的
E．基因工程育种能够产生新的基因，定向改变生物性状
F．基因工程育种可克服远缘杂交不亲和的障碍
答案：
CF
解析：
由于不同生物共用一套遗传密码，所以动物生长激素基因转入植物后也能表达，故A项错误。
杂交育种和基因工程育种的原理都是基因重组，两者都可以产生新的基因型，杂交育种是原有性状的重新组合，没有产生新性状，故B项错误。
基因工程是按人们的意愿定向改造生物的性状，因此基因工程育种的优点之一是目的性强，故C项正确。
基因工程的产物对人类不一定是有益的，也可能会产生食品安全问题、生物安全问题和环境安全问题等，故D项错误。
基因工程是按照人们的意愿，定向地改造生物的遗传性状，但是不能产生新的基因，故E项错误。
基因工程育种可将特定的基因进行定向转移，同时打破了自然状态下的生殖隔离，实现了基因在不同物种之间的转移，所以基因工程育种可克服远缘杂交不亲和的障碍，故F项正确。
5．几种育种方法的综合分析
a．育种方案的选择
（6）（多选）（经典题，6分）现有小麦种质资源包括：
①高产、感病；②低产、抗病；③高产、晚熟等品种。
为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求，育种专家要培育3类品种：
a.高产、抗病；b.高产、早熟；c.高产、抗旱。
下述育种方法可行的是（ ）
A．利用①、③品种间杂交筛选获得a
B．对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b
C．a、b和c的培育均可采用诱变育种方法
D．用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得c
答案：
CD
解析：
①、③品种均没有抗病的性状，两者之间杂交筛选无法获得a高产、抗病品种，应利用①和②品种间进行杂交筛选，故A项错误。
对品种③进行染色体加倍处理可获得多倍体，但仍然是高产、晚熟品种，不可能筛选获得b高产、早熟品种，应对③进行诱变育种，故B项错误。
诱变育种可以产生新基因，因此a、b和c的培育均可采用诱变育种方法，故C项正确。
可通过基因工程技术，将外源抗旱基因导入高产品种细胞内，经组织培养可获得c高产、抗旱品种，故D项正确。
b．育种图解分析方法
（7）（2018河北衡水中学模拟，6分）如图所示，甲、乙表示两个水稻品种，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，①～⑧表示培育水稻新品种的过程，则下列说法正确的是（ ）
A．以甲和乙为亲本来培育新品种，①→③→④过程最简便，且明显缩短了育种年限
B．②和⑦的变异都发生于有丝分裂间期
C．③体现了基因的自由组合定律的实质
D．⑤与⑧过程的育种原理相同
答案：
C
解析：
分析题图，①表示杂交过程，②是连续自交过程，③是花药离体培养形成单倍体的过程，④⑦是人工诱导染色体数目加倍的过程，常用秋水仙素处理，⑤⑥表示人工诱变育种过程，⑧表示导入外源基因，属于基因工程育种。
以甲和乙为亲本来培育新品种AAbb,①→③→④过程属于单倍体育种，能明显缩短育种年限，但不是最简便的育种方法，故A项错误。
②过程属于自交，其变异类型为基因重组，发生在减数第一次分裂的后期；⑦过程为秋水仙素诱导染色体数目加倍，为染色体数目变异。
秋水仙素的作用是抑制前期纺锤体的形成，导致后期着丝点分裂后染色体不能移向细胞两极，使染色体数目加倍，故B项错误。
③过程为AaBb通过减数分裂产生配子，Ab配子的形成是由于非同源染色体上的非等位基因自由组合所致，体现了基因的自由组合定律的实质，故C项正确。
⑤过程为人工诱变育种，原理是基因突变，⑧过程是基因工程育种，原理是基因重组，两个育种过程的原理不相同，故D项错误。
随堂普查练26
1．（2018天津理综，6分）芦笋是雌雄异株植物，雄株性染色体为XY，雌株为XX；其幼茎可食用，雄株产量高。
以下为两种培育雄株的技术路线。
有关叙述错误的是（ ）
A．形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导
B．幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程
C．雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XY、XX
D．与雄株甲不同，雄株丁培育过程中发生了基因重组
答案：
C
解析：
诱导形成愈伤组织的过程中要添加生长素和细胞分裂素，也可添加与其功能相似的植物生长调节剂诱导，故A项正确，不符合题意。
幼苗乙和丙都是花粉经过脱分化和再分化两个过程得到的植株，故B项正确，不符合题意。
根据图示可知，幼苗乙的性染色体组成应为X（Y），通过染色体加倍得到的植株乙的性染色体组成应为XX（YY），幼苗丙的性染色体组成应为Y（X），通过染色体加倍得到的植株丙的性染色体组成应为YY（XX），故雄株丁的亲本的性染色体组成分别为YY（XX）、XX（YY），杂交得到的雄株丁的性染色体组成为XY，故C项错误，符合题意。
由题图可知，雄株甲是通过顶芽的脱分化和再分化形成的，不存在减数分裂过程，所以没有发生基因重组，而雄株丁是由花粉离体培养开始的，在产生花粉的过程中发生了基因重组，故D项正确，不符合题意。
2．（经典题，6分）下列实践活动包含基因工程技术的是（ ）
A．水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种
B．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
C．将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株
D．用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆
答案：
C
解析：
A选项属于单倍体育种，原理是染色体变异；B选项属于杂交育种，原理是基因重组；C选项属于基因工程育种，原理是基因重组；D选项属于诱变育种，原理是基因突变，故C项正确，A、B、D项错误。
3．（2018江苏模拟，2分）现用矮秆不抗病（ddrr）品系和高秆抗病（DDRR）品系培育矮秆抗病（ddRR）品系，下列对其过程分析正确的是（ ）
A．F2中出现性状分离的原因是F1雌雄配子随机结合导致基因重组
B．通常利用亲本的花粉进行单倍体育种，可以明显缩短育种年限
C．F1中虽未表现出矮秆抗病的性状组合，但已经集中了相关基因
D．选种一般从F3开始，因为F3中才有能稳定遗传的矮秆抗病品系
答案：
C
解析：
高秆抗病（DDRR）和矮秆不抗病（ddrr）杂交后代F1为DdRr，F1自交后代为高秆抗病∶高秆不抗病∶矮秆抗病∶矮秆不抗病＝9∶3∶3∶1。
F1产生配子时发生了基因重组，雌雄配子随机结合没有发生基因重组，故A项错误。
通常利用F1的花粉进行单倍体育种，可以明显缩短育种年限，故B项错误。
高秆抗病（DDRR）和矮秆不抗病（ddrr）杂交后代F1为DdRr，F1中虽未表现出矮秆抗病的性状组合，但已经集中了相关基因，故C项正确。
F2出现了性状分离，因此选种一般从F2开始，故D项错误。
4．（2015浙江理综，18分）某自花且闭花授粉植物，抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。
抗病和感病由基因R和r控制，抗病为显性；茎的高度由两对独立遗传的基因（D、d，E、e）控制，同时含有D和E表现为矮茎，只含有D或E表现为中茎，其他表现为高茎。
现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子，欲培育纯合的抗病矮茎品种。
请回答：
（1）自然状态下该植物一般都是______合子。
（2）若采用诱变育种，在γ射线处理时，需要处理大量种子，其原因是基因突变具有________________________________________________________________________和有害性这三个特点。
（3）若采用杂交育种，可通过将上述两个亲本杂交，在F2等分离世代中____________抗病矮茎个体，再经连续自交等____________手段，最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种。
据此推测，一般情况下，控制性状的基因数越多，其育种过程所需的______________。
若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的F1在自然状态下繁殖，则理论上F2的表现型及其比例为_______
_________________________________________________________________________。
（4）若采用单倍体育种，该过程涉及的原理有____________________________________。
请用遗传图解表示其过程（说明：
选育结果只需写出所选育品种的基因型、表现型及其比例）。
答案：
（1）纯（2分）
（2）不定向性、低频性（2分）（3）选择（2分） 纯合化（2分） 年限越长（2分）高茎∶中茎∶矮茎＝1∶6∶9（2分） （4）基因重组和染色体变异（2分） 图解如下（4分）
解析：
（1）由于该植物是自花且闭花授粉，所以在自然状态下一般都是纯合子。
（2）诱变育种的原理是基因突变，由于基因突变具有不定向性、低频性和有害性等特点，所以需要处理大量种子。
（3）若采用杂交育种，可通过将上述两个纯合亲本杂交，在F2中选择抗病矮茎个体（R_D_E_），再经连续自交、筛选等手段，最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种（RRDDEE）。
一般情况下，控制性状的基因数量越多，需进行更多次的自交和筛选操作才能得到所需的纯合品种，因此育种所需的时间越长。
若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的F1（DdEe）在自然状态下繁殖即自交后，F2中表现型及比例为矮茎（9D_E_）∶中茎（3D_ee、3ddE_）∶高茎（1ddee）＝9∶6∶1。
（4）若采用单倍体育种，应首先让感病矮茎（rrDDEE）植株与抗病高茎（RRddee）植株杂交，获得F1抗病矮茎（RrDdEe）植株，然后对F1的花药（RDE、RDe、RdE、Rde、rDE、rDe、rdE、rde）进行离体培养，得到相应的单倍体植株，再用秋水仙素处理，让它们的染色体数目加倍，从中选择出抗病矮茎（RRDDEE占1/8）植株，该过程涉及的原理有基因重组和染色体变异。
遗传图解详情见答案。
突破积累练育种图解分析
1．（2018河北保定模拟，6分）如图表示以某种作物中的①和②两个品种分别培育出④⑤⑥三个新品种的过程，下列有关说法正确的是（ ）
A．Ⅰ和Ⅱ分别称为杂交和测交
B．Ⅲ是花药离体培养
C．Ⅳ常用化学或物理的方法进行诱变处理
D．培育⑤所依据的原理是基因突变和基因重组
答案：
B
解析：
图中所涉及的育种方式有杂交育种（Ⅰ→Ⅱ）、单倍体育种（Ⅰ→Ⅲ→Ⅴ）和多倍体育种（Ⅰ→Ⅳ），其原理分别是基因重组、染色体变异和染色体变异。
用①和②培育成⑤的过程中所采用的方法Ⅰ和Ⅱ分别是杂交和自交，故A项错误。
用③经过Ⅲ培育出④常用的方法是花药离体培养获得单倍体幼苗，故B项正确。
用③经过Ⅳ培育出⑥常用一定浓度的秋水仙素处理③的幼苗或萌发的种子，使其染色体数目加倍，故C项错误。
图中培育出⑤所依据的原理是基因重组和染色体变异，故D项错误。
2．（2018福建龙岩模拟，6分）将①、②两个植株杂交，得到③，再作进一步处理，如图所示。
下列分析错误的是（ ）
A．③到④是诱变育种过程，不一定能获得满足需求的植株
B．③到⑥属于杂交育种，一般要在⑥中开始选种，因为从⑥开始发生性状分离
C．由③到⑦中，使用秋水仙素可以抑制纺锤体的形成，但不影响着丝点的正常分裂
D．由③到⑨的过程就是单倍体育种
答案：
D
解析：
分析题图可知，③到④是诱变育种过程，由于基因突变是不定向的，且多害少利，所以不一定能获得满足需求的植株，故A项正确，不符合题意。
③到⑥属于杂交育种，由于杂交育种过程中从子二代开始发生性状分离，因此一般要在子二代开始选种，故B项正确，不符合题意。
由③到⑦中，使用秋水仙素可以抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，但不影响后期着丝点的正常分裂，故C项正确，不符合题意。
由③到⑨的过程是单倍体育种中的一个阶段，即花药离体培养，第二阶段是用秋水仙素处理单倍体幼苗，故D项错误，符合题意。
3．（经典题，15分）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1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）棕色棉花抗虫力强，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1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1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（2分） 隐性（2分）
（2）AaBB（2分） aaBb（2分） （3）不发生性状分离（或全为棕色棉，或没有出现白色棉）（3分） 图解如下：
（4分）
解析：
（1）从诱变当代棕色、高酚棉花植株个体自交，后代出现棕色和白色两种性状，说明棕色为显性性状；从诱变当代白色、高酚棉花植株个体自交，后代出现低酚和高酚两种性状，说明低酚为隐性性状。
（2）棕色、高酚棉花植株自交后代出现了白色，说明棕色是杂合子，后代都是高酚，说明高酚是纯合子，故基因型是AaBB；白色是隐性性状，高酚自交后代出现了低酚，故白色、高酚棉花植株的基因型是aaBb。
（3）只有纯合子的后代不会发生性状分离，所以留种应从不发生性状分离的区域中选取。
该亲本的基因型应是AABB，要选出棕色、低酚的棉花植株，应和白色、低酚的棉花植株杂交，遗传图解应标明亲子代基因型及表现型，要写出用什么处理，详见答案。
4．（2017江苏单科，8分）研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株，决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。
请回答下列问题：
（1）要判断该变异株的育种价值，首先要确定它的__________物质是否发生了变化。
（2）在选择育种方法时，需要判断该变异株的变异类型。
如果变异株是个别基因的突变体，则可采用育种方法①，使早熟基因逐渐__________，培育成新品种1。
为了加快这一进程，还可以采集变异株的__________进行处理，获得高度纯合的后代，选育成新品种2，这种方法称为______________育种。
（3）如果该早熟植株属于染色体组变异株，可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式，由此造成不规则的__________，产生染色体数目不等、生活力很低的________，因而得不到足量的种子。
即使得到少量后代，早熟性状也很难稳定遗传。
这种情况下，可考虑选择育种方法③，其不足之处是需要不断制备____________，成本较高。
（4）新品种1与新品种3均具有早熟性状，但其他性状有差异，这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次________________，产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。
答案：
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