学年高中生物 第六章 从杂交育种到基因工程 第1节 杂交育种与诱变育种教学案 新人.docx
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第1节 杂交育种与诱变育种
[学习导航] 1.结合具体实例，简述杂交育种的概念和基本原理，并举例说明杂交育种方法的优点和不足。
2.举例说出诱变育种在生产中的应用。
3.讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。
[重难点击] 杂交育种和诱变育种的原理和过程。
你见过像图示的那样大的南瓜吗？
它可不是普通的南瓜，它是由我国首次载人航天飞船“神舟”五号带入太空培育的新品种。
这种南瓜比一般的杂交种品质好，一般重量在300～400斤，是名副其实的“巨人”南瓜。
这种育种方法的原理和过程是怎样的呢？
今天我们就来学习有关育种的知识。
一、杂交育种
1．概念：
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．原理：
基因重组。
3．常用流程：
选择具有不同优良性状的亲本
F1
F2
……→稳定遗传的良种。
4．优缺点：
可以把多个品种的优良性状集中在一起，但是育种周期长，育种筛选过程复杂；不能产生新基因和新性状。
有两种纯种的小麦，一个为高秆（D）抗锈病（T），另一个为矮秆（d）易感锈病（t），这两对性状独立遗传，现要培育矮秆抗锈病新品种，方法如下：
高秆抗锈病×矮秆易感锈病
F1
F2
稳定遗传的矮秆抗锈病新品种。
请据此分析：
1．过程a、b、c的处理方法分别叫什么？
答案 杂交、自交、连续自交和观察筛选。
2．从哪一代开始出现矮秆抗锈病的新品种？
其中有多少比例的纯合子？
答案 F2中开始出现矮秆抗锈病个体，其中纯合子占
。
3．上述杂交育种过程至少需要几年的时间（假设每年只繁殖一代）?
分析 第一年：
种植亲代，杂交，收获F1种子；
第二年：
种植F1，自交，收获F2种子；
第三年：
种植F2，获得表现型符合要求的小麦（矮抗），同时矮抗自交，收获F3种子，分单株保存；
第四年：
分别种植符合要求的F3，观察是否发生性状分离，不发生性状分离的为合乎要求的新品种。
答案 4年。
4．若上述过程改为单倍体育种的过程，则后代中ddTT占所有后代的比例是多少？
单倍体育种获得新品种至少需要几年（假设每年只繁殖一代）?
分析 第一年：
种植亲代，杂交，收获F1种子；
第二年：
种植杂交种子，长成植株开花后，取其花粉粒（精子的基因型有四种，为DT、Dt、dT、dt）进行植物组织培养，得到单倍体植株（基因型也是四种，为DT、Dt、dT、dt）。
在单倍体植株的幼苗期，用秋水仙素进行染色体加倍，得到纯合的二倍体植株（基因型分别为DDTT、DDtt、ddTT、ddtt）。
选取表现型合乎要求的植株所结种子即可。
答案
；2年。
5．培育细菌新品种时，能否用杂交育种的方法？
答案 不能，杂交育种只适用于进行有性生殖的生物，如植物和动物。
细菌是原核生物，不能进行有性生殖。
6．是不是所有的杂交育种过程都必须从F2开始筛选？
是不是也都需要连续自交提高纯合度？
举例说明。
答案 不一定。
如果培育杂合子品种，选亲本杂交得到的F1即可。
如果选育的优良性状是隐性性状，一旦出现就是纯合的，不需要再连续自交了。
知识整合 杂交育种通过杂交将两个或多个品种的优良性状集中在一起，再经过自交，F2中就出现所需要的品种，如果优良性状都是隐性性状，从F2中直接选出即可，如果优良性状为显性性状，需要连续自交和筛选（有些生物也可以从F2开始进行无性繁殖，如马铃薯），需要较长时间；单倍体育种可以明显缩短育种年限；杂交育种适合有性生殖的过程，原核生物一般不适用。
1．用杂合子（DdEe）种子获得纯合子（ddee）最简捷的方法是（ ）
A．种植→F1→选双隐性植株→纯合子
B．种植→秋水仙素处理→纯合子
C．种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合子
D．种植→秋水仙素处理→花药离体培养→纯合子
答案 A
解析 杂合子（DdEe）种子中含有d、e基因，自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传，方法简捷。
2．为获得纯合高蔓抗病番茄植株（二倍体），采用了下图所示的方法：
图中两对相对性状独立遗传，高蔓、感病是显性性状。
据图分析错误的是（ ）
A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高
B．过程②可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料
C．经③处理获得的是由染色体加倍而成的多倍体植株
D．经③处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4
答案 C
解析 在杂交育种中，通过反复自交可提高纯合子的比例；由于F1中植株的基因型是相同的，故过程②可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料；由于该番茄植株是二倍体，故其单倍体经秋水仙素处理后染色体加倍而培养成的是纯合的二倍体植株。
育种要求是获得高蔓抗病番茄植株，F1产生4种类型的花药，故经③处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4。
二、诱变育种
1．概念：
利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法称为诱变育种。
2．原理：
基因突变。
自然突变的频率低，而且是不定向的，较难获得生产所需要的品种。
物理因素或化学因素能提高突变率，短时间内获得更多的优良变异类型。
3．常用方法：
运用物理的或者化学的手段处理萌发的种子或幼苗，诱发基因突变，从中选出需要的突变个体，然后进行培育推广。
4．优缺点
（1）优点：
①提高变异频率，加速育种进程；②大幅度改良某些性状。
（2）缺点：
①有利变异少，需大量处理实验材料；②诱变的方向和性质不能控制，具有盲目性。
5．应用
当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返航时，一些特殊的乘客也回到了地球。
它们是一些生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。
在太空遨游了115小时32分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们进行有关试验。
请回答下列问题：
1．搭载航天器的植物种子需要做怎样的处理？
说明原因。
答案 浸泡种子使其萌发。
因为萌发的种子细胞分裂旺盛，易受到太空诱变因素的影响发生基因突变。
2．作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现全新的变异特征，这种变异的来源主要是什么？
答案 基因突变。
3．这些新产生的变异对人类是否一定有益？
答案 不一定。
因为基因突变是不定向的。
4．遨游太空回到地面后的种子，种植一代发现没有所需要的性状出现，可以随意丢弃吗？
说明原因。
答案 不可以。
因为可能发生隐性突变。
知识整合 诱变育种通常处理萌发的种子或幼苗，因为这些细胞分裂旺盛，容易诱变基因突变，但因为基因突变是不定向的，不一定能获得优良性状；如果是隐性突变，还需要进一步杂交筛选。
3．如下图所示，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。
请回答下列问题：
（1）两种新性状中，棕色是________性状，低酚是________性状。
（2）诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是________，白色、高酚的棉花植株的基因型是________。
（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。
请你利用该纯合子作为一个亲本，再从诱变1代中选择另一亲本，设计一个方案，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）
遗传图解如下：
解析 基因突变一般只是等位基因的一个基因发生突变，分为显性突变和隐性突变二种情况，即：
①诱变当代获得棕色新性状→棕色为显性性状且诱变当代基因型为AaBB。
②诱变1代获得低酚新性状→低酚为隐性性状且诱变当代基因型为aaBb。
要培育纯合棕色低酚植株（其基因型为AAbb），需用基因型为AABB的植株与诱变1代的白色低酚（aabb）植株进行杂交，若要尽快选育则应用单倍体育种方法，因为它可明显缩短育种年限。
4．结合上题继续分析：
（1）用60Co的γ射线照射植物种子的目的是__________________________________。
（2）用60Co的γ射线照射原本开红花的植物种子，诱导产生了开白花、蓝花的植株等，说明基因突变具有______性。
50株突变植株中，47株逐渐死亡，说明基因突变具有________的特性。
（3）育种时用60Co的γ射线照射正在萌发的种子，而不用60Co的γ射线照射休眠的种子的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
萌发种子的所有突变________（填“能”或“不能”）全部遗传给子代。
（4）假如诱变产生的蓝花植株自交，其后代中又出现了红花植株，这说明蓝花突变是________突变。
答案
（1）提高突变率
（2）不定向 多害少利
（3）萌发的种子中细胞分裂旺盛，DNA复制旺盛，易发生基因突变 不能 （4）显性
1．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
答案 C
解析 杂交育种从子二代开始出现性状分离。
2．用高秆抗病小麦和矮秆易染病小麦培育矮秆抗病小麦品种时，检测基因型的常用方法是（ ）
A．连续自交B．连续测交
C．秋水仙素诱导D．显微镜观察
答案 A
解析 检测基因型的常用方法是连续自交。
3．有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质，可以降解，不至于对环境造成严重的白色污染。
培育专门降解这种塑料的“细菌能手”的方法是（ ）
A．杂交育种B．诱变育种
C．单倍体育种D．多倍体育种
答案 B
解析 细菌属于原核生物，原核生物不能进行有性生殖，因而不能实施杂交育种；原核生物无染色体不发生染色体变异，因而不能进行单倍体和多倍体育种。
4．杂交育种和诱变育种所依据的遗传学原理依次是（ ）
A．基因突变、基因重组
B．基因重组、基因突变
C．染色体变异、基因突变
D．染色体变异、基因重组
答案 B
解析 杂交育种遵循的遗传学原理是基因重组，诱变育种遵循的遗传学原理是基因突变。
5．小香猪“天资聪颖”，略通人性，成为人们的新宠。
其背部皮毛颜色由位于不同常染色体上的两对基因（A、a和B、b）控制，共有四种表现型，黑色（A__B__）、褐色（aaB__）、棕色（A__bb）和白色（aabb）。
现有多对黑色杂合的小香猪，要选育出纯合的棕色小香猪，请简要写出步骤（假设亲本足够多，产生的后代也足够多）。
（1）________________________________________________________________________；
（2）________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）杂交：
选择亲本中多对雌雄个体进行杂交
（2）测交：
选择F1中的棕色小香猪与异性白色小香猪测交，不出现性状分离的即为纯合子
解析 育种的方法为杂交→自交→筛选，对于动物育种来说，叙述中要注意：
①动物一般为雌雄异体，叙述时不要写成“自交”，应说明雌雄个体进行杂交；②动物繁殖一代后一般不会死亡，所以选育纯种时不要采用连续自交，一般用测交法即可测定其基因型，确定是否为所需品种。
课时作业
[学考达标]
1．把同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上，并能使性状稳定遗传，常用的方法是（ ）
A．诱变育种B．杂交育种
C．花药离体培养D．自交
答案 B
解析 将同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上的方法是杂交得到F1，这样F1体内就集中了控制不同优良性状的基因，F1自交，产生F2，在子二代中选择出优良性状个体，经过多代选育，选择出稳定遗传个体即可，该方法属于杂交育种。
2．太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等，诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异，然后进行选育的一种育种方法。
下列说法正确的是（ ）
A．太空育种产生的突变总是有益的
B．太空育种培育的植物是地球上原本不存在的
C．太空育种产生的性状是定向的
D．太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的
答案 D
解析 基因突变具有不定向性，多数有害，少数有利，可以产生新基因，但不能改变生物的种类。
太空育种的实质是诱变育种，和其他诱变方法一样，依据的原理是基因突变。
3．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
答案 C
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。
4．下列关于诱变育种的优点和缺点分析不正确的是（ ）
A．提高变异频率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程
B．结实率低、发育迟缓、茎秆粗壮、果实种子大、营养物质含量高
C．大幅度改良某些性状
D．有利个体不多，需要大量的实验材料
答案 B
解析 选项B为多倍体的特点，故为多倍体育种的特点分析。
5．下列关于育种的叙述中，正确的是（ ）
A．人工诱变处理可提高作物的突变率
B．诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C．诱变获得的突变体多数表现出优良性状
D．与诱变育种相比，杂交育种可以大幅度地改良某些性状
答案 A
解析
6．将①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如下图所示。
下列分析错误的是（ ）
A．由③到⑦过程发生了等位基因的分离、非等位基因的自由组合
B．获得④和⑧植株的原理不同
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
D．图中各种筛选过程利用的原理相同
答案 D
解析 ③到⑦过程要进行减数分裂产生花粉，所以该过程发生等位基因的分离和非等位基因的自由组合；③到④是诱变育种，原理是基因突变，而③到⑧是多倍体育种，原理是染色体变异；若③的基因型为AaBbdd，则其自交后代只有纯合子才能稳定遗传，纯合子的概率是
×
×1＝
。
[高考提能]
7．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
答案 D
解析 杂交种具有杂种优势，但杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离而不再具有杂种优势。
8．“嫦娥1号”胜利奔月，“神六”、“神七”胜利返回，这些航天技术的发展，为我国的生物育种创造了更多更好的机会，下列有关航天育种的说法，不正确的是（ ）
A．航天育种可缩短育种周期
B．种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下发生基因突变
C．航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一
D．“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种
答案 D
解析 基因突变能够提高突变率，但是仍然具有多害少利性。
9．现有三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。
若通过杂交育种要获得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，至少需要的时间为（ ）
A．2年B．3年C．4年D．5年
答案 C
解析 aaBBDD×AAbbDD→AaBbDD一年；
AaBbDD×AABBdd→AaBbDd一年；
AaBbDd自交→aabbdd一年；
种植aabbdd种子，得aabbdd植株一年，
所以需要4年的时间。
10．如图所示为农业上关于两对相对性状的两种不同育种方法的过程示意图。
下列对图中育种方式的判断和比较，错误的是（ ）
A．图中表示的育种方法有杂交育种和单倍体育种
B．两种育种方法的进程不同
C．两种育种方法的原理不同
D．两种育种方法对新品种的选择与鉴定方法不同
答案 D
解析 图中左侧表示的是杂交育种，右侧表示的是单倍体育种；杂交育种的原理是基因重组，单倍体育种的原理是染色体变异；单倍体育种能加快育种进程；两种育种方法最后对符合要求的新品种筛选方法是一样的。
11．已知西瓜早熟（A）对晚熟（a）为显性，皮厚（B）对皮薄（b）为显性，沙瓤（C）对紧瓤（c）为显性，控制上述三对性状的基因独立遗传。
现有三个纯合的西瓜品种甲（AABBcc）、乙（aabbCC）、丙（AAbbcc），进行下图所示的育种过程。
请分析并回答问题：
（1）为获得早熟、皮薄、沙瓤的纯种西瓜，最好选用品种________和________进行杂交。
（2）图中________植株（填数字序号）能代表无子西瓜，该植物体细胞中含有________个染色体组。
（3）获得⑦幼苗常采用的技术手段是______________；与⑧植株相比，⑩植株的特点是__________________________________，所以明显缩短育种年限。
（4）按图中所示的育种方案，④植株最不容易获得AAbbCC品种，原因是____________________________________。
（5）图中的⑥植株属于新物种，其单倍体__________（可育、不可育）。
答案
（1）乙 丙
（2）⑨ 三 （3）花药离体培养 均为纯合子 （4）基因突变是不定向的，而且产生有利变异的频率较低 （5）可育
解析
（1）根据性状的显隐性，要获得早熟、皮薄、沙瓤的纯种西瓜，其基因型为AAbbCC，可选用品种乙（aabbCC）和丙（AAbbcc）进行杂交，得到子代后再进行自交，在F3中选育出纯种西瓜。
（2）由图示可知，由自然生长的二倍体⑤植株与四倍体⑥植株杂交，得到的⑨植株含有三个染色体组。
（3）图中⑦植株是由花粉离体培养得到的单倍体，经过秋水仙素诱导染色体加倍后，得到的⑩植株全部为纯合子。
（4）图中④植株是通过诱变育种而获得的，诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性，且多害少利，因此该方法获得AAbbCC品种的难度最大。
（5）图中的⑥植株是由二倍体③植株经过秋水仙素处理后得到的四倍体，产生的花粉发育成的植株的体细胞中含有2个染色体组，是可育的。
12．1943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）突变是不定向的 （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，由于基因突变具有不定向性，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。
13．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：
A组 B组 C组
P 高秆抗病×矮秆易感病 P 高秆抗病×矮秆易感病 P 高秆抗病
↓ ↓ ↓γ射线
F1 高秆抗病 F1 高秆抗病 矮秆抗病Ⅲ
↓？
花药离↓体培养
F2 矮秆抗病Ⅰ 矮秆抗病Ⅱ
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方法是_____________________________________
________________________________________________________________________。
获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占______________。
（5）在一块高秆（纯合子）小麦田中，发现了一株矮秆小麦。
请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因（简要写出所用方法、结果和结论）。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）自交
（2）矮秆抗病Ⅱ （3）C 基因突变频率低且不定向 （4）秋水仙素（或低温）诱导染色体加倍 100% （5）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，矮秆性状是环境引起的。
或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
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