课题六 变异 育种进化.docx
《课题六 变异 育种进化.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课题六 变异 育种进化.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
课题六变异育种进化
课题六变异、育种与进化
核心知识梳理
一、比较基因重组、基因突变和染色体变异
基因重组
基因突变
染色体数量变异（整倍性）
多倍体
单倍体
发生时期
减数第一次分裂
（前期和后期）
细胞分裂间期可能性最大
细胞分裂期
某些生物进行单性生殖时
产生机理
非同源染色体上非等位基因的自由组合；交叉互换
DNA上发生碱基对的增添、缺失、改变，从而引起DNA碱基序列即遗传信息的改变
由于细胞分裂受阻，体细胞中染色体组成倍的增加
直接由生物的配子，如未受精卵细胞、花粉粒发育而来，使染色体组数成倍减少
是否有新
基因产生
没有产生新基因，但产生了新的基因组合类型
产生了新基因
没有产生新基因，但增加了某一基因的数量
没有产生新基因
在生物进
化中地位
对生物进化有一定意义
生物变异的主要来源，提供生物进化的原始材料
对生物进化有一定意义
对生物进化的意义不大
实践应用
杂交育种
诱变育种
多倍体育种
单倍体育种
例题：
下列变异中，不属于染色体结构变异的是（）
A.非同源染色体之间相互交换片段 B.染色体中DNA的一个碱基发生改变
C.同源染色体的非姐妹染色单体之间的交叉交换D.染色体增加片段或者缺失片段
例题（2008广东理科基础卷47.）有关基因突变的叙述，正确的是（ ）
A.不同基因突变的频率是相同的 B.基因突变的方向是由环境决定的
C.一个基因可以向多个方向突变 D.细胞分裂的中期不发生基因突变
（2008广东卷·10）正常双亲产下一头矮生雄性牛犊，以下解释不可能的是（）
A．雄犊营养不良B．雄犊携带了X染色体
C．发生了基因突变D．双亲都是矮生基因的携带者
重难点分析
1、基因突变
基因突变是DNA分子水平上某一个基因内部碱基K考S资5源U网对种类和数目的变化，基因的数目和位置并未改变。
基因突变发生在体细胞中，一般不遗传，但有些植物可以通过无性生殖传递给后代。
如果发生在配子中，可以通过配子传递给后代。
基因突变不一定引起生物形状的改变，若引起改变，替换的影响最小。
例题：
（04年全国卷）自然界中，一种生物某一基因及其三种突变基因决定的蛋白质
的部分氨基酸序列如下：
正常基因 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸
突变基因1 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸
突变基因2 精氨酸 亮氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸
突变基因3 精氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸 酪氨酸 丙氨酸
根据上述氨基酸序列确定这三种突变基因DNA分子的改变是（ ）
A．突变基因1和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添
B．突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添
C．突变基因1为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添
D．突变基因2为一个碱基的替换，突变基因1和3为一个碱基的增添
练习：
原核生物中某一基因的编码区起始端插入一个碱基对，在插入位点的附近，再发生下列哪种情况有可能对其编码的蛋白质结构影响最小（ ）
A.互换某个碱基对 B.增加4个碱基对C.缺失3个碱基对 D.缺失4个碱基对
2、基因重组
产生了新的基因型，但未改变基因的“质”和“量”。
基因工程也属于控制不同性状的基因重新组合，属于非自然的基因重组，可以发生在不同种生物之间，能够定向改变生物性状。
肺炎双球菌的转化也属于基因重组。
基因重组
自然的基因重组
基因工程（重组DNA技术）例：
抗虫棉
人工的基因重组
例题：
（09年上海高考）下图中①和②表示发生在常染色体上的变异。
①和②所表示的变异类型分别属于 （ ）
A.重组和易位 B.易位和易位 C.易位和重组 D.重组和重组
解析：
根据题干题干信息可知，该变异为“常染色体上”。
由染色体图像可判断①中两条染色体形态和大小都相同为同源染色体；②中两条染色体大小和形态不同为非同源染色体。
①是同源染色体的非姐妹染色单体间交换部分染色体片段，交换前后染色体的大小和形态仍未发生变化，即每条染色体上基因的数目没有改变，故属于重组。
②是在非同源染色体之间交换部分染色体，交换前后染色体的大小和形态发生变化，即每条染色体上基因的数目发上来改变，且为染色体水平的变化，故属于易位。
答案A
3、染色体组与染色体数目的判断
染色体组判定的关键是是否携带了生物全部的遗传信息
（1）要确定某生物体细胞中染色体组的数目，可从以下几个方面考虑：
①细胞中同种形态的染色体有几条，细胞内就含有几个染色体组。
（如图一）
②根据基因型判断细胞中的染色体数目，根据细胞的基因型确定控制每一性状的基因出现的次数，该次数就等于染色体组数（如图二）。
如基因型AAaaBBbb的细胞生物体含有4个染色体组。
③根据染色体的数目和染色体的形态数来推算，染色体组的数目=染色体数／染色体形态数。
例题：
下图是甲、乙两种生物的体细胞内染色体情况示意图，则染色体数与图示相同的甲、乙两种生物体细胞的基因型可依次表示为：
A.甲：
AaBb 乙：
AAaBbb
B.甲：
AaaaBBbb 乙：
AaBB
C.甲：
AAaaBbbbCCCc 乙：
AaaBBb
D.甲:
AaaBBb 乙：
AaaaBbbb
（2）单倍体与二倍体、多倍体的判定
由受精卵发育而成的个体，含有几个染色体组，就叫几倍体。
由配子发育而成的个体，不论含几个染色体组，都称为单倍体。
如八倍体生物的单倍体含有
4个染色体组。
单倍体个体的体细胞染色体组数一般为奇数，当其进行减数分裂形成配子时，
由于同源染色体无法正常联会或联会紊乱，不能产生正常的配子。
例题：
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.二倍体体水稻与四倍体水稻杂交，可得到三倍体水稻，含有三个染色体组
D.水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、米粒小
例题：
将马铃薯品种的花药进行离体培养获得幼苗，在幼苗细胞中发现了12对染色体，能确定此幼苗属于（）
A单倍体B二倍体C四倍体D多倍体
4、染色体变异常见的情况：
类别
名称
染色组
构成
事例
个别染色体数目增减
（非整倍体）
单体
2N－1
AA—1（abcd）（abc）
唐氏综合征（XO）
双单体
2N—1—1
AA—1，AA—1（abc-）（ab-d）
缺体
2N—2
（1）
AA—1，AA—1（abc-）（abc-）
三体
2N＋1
AA＋1（abcd）（abcd）（d）
21三体综合征
四体
2N＋2
（1）
AA＋1，AA＋1（abcd）（abcd）（dd）
双三体
2N＋1＋1
AA＋1，AA＋1（abcd）（abcd）（cd）
染色体数目成倍增减
（整倍体）
单倍体
1或多个
1个（abcd）或多个（abcd）
蜜蜂的雄蜂
二倍体
2N
AA（abcd）（abcd）
人果蝇豌豆
多倍体
同源三倍体
3N
AAA（abcd）（abcd）（abcd）
香蕉三倍体西瓜
同源四倍体
4N
AAAA4个（abcd）
蔓陀罗
异源四倍体
4N
AABB2个（abcd）2个（opqr）
棉花烟草油菜
异源六倍体
6N
2个（abcd）
AABBCC2个（opqr）
2个（wxyz）
普通小麦
异源八倍体
8N
4个（abcd）
4个（wxyz）
异源八倍体小黑麦
说明：
大写字母表示染色体组，小写字母表示染色体。
这里假定每个染色体组含有4个染色体。
四倍体（AAaa）的自交分析
×
AAaa显性
显性AAaa
亲本
配子
1AA
4Aa
1aa
1AA
1AAAA显
4AAAa显
1Aaaa显
4Aa
4AAAa显
16Aaaa显
4Aaaa显
1aa
1Aaaa显
4Aaaa显
1aaaa隐
隐性∶显性＝35∶1
子代
拓展
1、多倍体育种
第一年所结果实
第二年所结果实（三倍体西瓜）
果实位置
四倍体植株上
三倍体植株上
果皮染色体组数
4
3
种皮染色体组数
4
3
胚染色体组数
3
无
胚乳染色体组数
5
无
无籽西瓜虽然没有籽，但是却可以遗传。
无子番茄是不经传粉受精，子房经生长素处理后形成的二倍体果实，其无子性状不能遗传。
2普通小麦（异源六倍体）的自然形成途径
二、常见育种方式比较
名称
原理
方法
优点
缺点
应用
杂交
育种
基因
重组
杂交→自交→筛选出符合要求的表型，通过自交至不再发生性状分离为止。
使分散在同一物种不同品种间的多个优良性状集中于同一个体上，即“集优”。
（1）育种时间长；
（2）局限于同种或亲缘关系较近的个体
用纯种高秆抗病与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦
诱变
育种
基因
突变
（1）物理：
紫外线、射线、激光等；
（2）化学：
秋水仙素、硫酸二乙酯等。
提高变异频率；
加快育种进程；
大幅度改良性状。
有利变异少，工作量大，需大量的供试材料。
盲目性强。
高产青霉素菌株
单倍体
育种
染色体
变异
二倍体
单倍体
纯合体
大大缩短育种年限；
子代均为纯合体。
技术复杂
用纯种高秆抗病与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦
多倍体
育种
染色体
变异
用一定浓度秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
植株茎秆粗壮，果实、种子都比较大，营养物质含量提高。
技术复杂；发育延迟，结实率低，一般只适合于植物
三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦
转基因
育种
异源DNA
重组
提取目的基因→与运载体结合→导入受体细胞→目的基因的检测与表达→筛选出符合要求的新品种
目的性强；
育种周期短；
定向改造生物性状
技术复杂；生态安全问题多
转基因抗虫棉
细胞工程育种
细胞膜的流动性、细胞的全能性
原生质体融合—杂种细胞—组织培养—杂种植株
克服远缘杂交不亲和的障碍
白菜--甘蓝
细胞工程育种
方式
植物组织培养
植物体细胞杂交
细胞核移植
原理
植物细胞的全能性
植物细胞膜的流动性；细胞的全能性
动物细胞核的全能性
方法
离体的植物器官、组织或细胞→愈伤组织→根、芽→植物体
去掉细胞壁→诱导原生质体融合→组织培养
核移植→胚胎移植
优点
快速繁殖、培育无病毒植株等
克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出作物新品种
繁殖优良品种，用于保存濒危物种，有选择地繁殖某性别的动物
缺点
技术要求高、培养条件严格
技术复杂，难度大；需植物组织培养技术
导致生物品系减少，个体生存能力下降。
举例
试管苗的培育、培养转基因植物
培育"番茄马铃薯"杂种植株
"多利"羊等克隆动物的培育
植物激素育种
（1）原理：
适宜浓度的生长素可以促进果实的发育
（2）方法：
在未受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素类似物溶液，子房就可以发育成无子果实。
（3）优点：
由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并不能导致植物的基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的。
（4）缺点：
该种方法只适用于植物。
（5）举例：
无子番茄的培育
例题：
填出下列各题的育种方法：
（1）花药离体培养出的烟草新品种是 。
（2）用抗倒伏、不抗锈病的小麦与不抗倒伏、抗锈病的小麦F1培育出既抗倒伏又抗锈病的小麦的品种是 。
（3）用紫外线线辐射稻种,培育出成熟期提前、蛋白质含量高的品系是 。
（4）无子西瓜的培育是 。
（5）培育青霉素高产菌株的方法是 。
（6）将人胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内的技术是 。
（7）利用兰花的离体组织大规模培育兰花属于 。
（8）利用谷氨酸棒状杆菌大规模生产谷氨酸属于 。
参考答案：
（1）单倍体育种
（2）杂交育种（3）诱变育种（4）多倍体育种 （5）诱变育种（6）基因工程（7）细胞工程（8）发酵工程
例题：
用X射线处理蚕蛹，使其第2染体上的斑纹基因易位于决定雌性的W染色体上，使雌体都有斑纹。
再将雌蚕与白体雄蚕交配，其后代凡是雌蚕都有斑纹，凡是雄蚕都无斑纹。
这样有利于去雌留雄，提高蚕丝的质量。
这种育种方法是由于 （ ）
A．染色体结构的变异B．染色体数目的变异
C．基因突变 D．基因互换
例题：
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，三对等位基因分别位于三对同源染色体上。
如果从播种到获得种子需要一年那么采用杂交育种的方法，获得aabbdd植株至少需要几年（）
A．2年 B．3年 C．4年 D．5年
答案：
第一年，A与B杂交后得到发育成F1代的种子,种子的胚是AaBbDD
第二年，AaBbDD与C杂交得到能发育成F2代的种子
第三年，F2代的表现型是A_B_D_,自交得到能发育成F3代的种子
第四年，F3代中就有aabbdd的植株,它自交所结的种子就是所需的.
若培育的品种是显性性状，使用单倍体育种可缩短周期。
若培育的品种是隐性性状，就不需使用单倍体育种。
例题：
（07年山东理综）（17分）普通小麦中有高杆抗病（TTRR）和矮杆易感病（ttrr）两个品种，控制两队相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：
（1）A组由F1获得F2的方法是，F2矮杆抗病植株中不能稳定遗传的占。
（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮杆抗病植株中，最可能产生不育配子的是类。
（3）A、B、C三组方法中，最不容易获得矮杆抗病小麦新品种的方法是组，原因是。
（4）通过矮杆抗病Ⅱ获得矮杆抗病小麦新品种的方法是。
获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占。
（5）在一块高杆（纯合体）小麦田中，发现了一株矮杆小麦。
请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因（简要写出所用方法、结果和结论）_______________________________________________________
答案：
（1）杂交 2/3
（2）（3）C 基因突变发生的频率极低且不定向性（4）秋水仙素（或低温）诱导染色体数目加倍 100%（5）将矮秆小麦与高杆小麦杂交；如果子一代为高杆，子二代高杆：
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。
或将矮秆小麦与高杆小麦种植在相同环境下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状是环境引起；否则矮秆性状是基因突变造成的。
例题：
（淄博模拟）以下各图分别表示几种不同的育种方法。
请据图回答：
（1）A图所示过程是一种克隆动物的新技术，新个体丙的性别决定于 亲本。
能稳定遗传的矮秆抗锈病品种
（2）在B图中，由物种P突变为物种P′，在指导蛋白质合成时，③处的氨基酸由物种P的 改变成了 。
（缬氨酸GUC；谷氨酰胺CAG；天门冬氨酸GAC）
（3）C图所示的育种方法叫 ，该方法最常用的做法是在1处 。
（4）D图所表示的育种方法叫 ，若要在F2中选出最符合生产要求的新品种，最简便的方法是 。
（5）E图中过程2常用的方法是 ，与D方法相比，E方法的突出优点是 。
三、现代生物进化理论
种群是
生物进
化的
单位
⑴一个种群所含有的全部基因，称为种群的基因库。
基因库代代相传，得到保持和发展
⑵种群中每个个体所含有的基因，只有基因库中的一个组成部分
⑶不同的基因在基因库中的基因频率是不同的
⑷生物进化的实质是种群基因频率发生变化的过程
突变和
基因重组
是产生
进化的
原材料
⑴可遗传的变异是生物进化的原材料
⑵可遗传的变异包括基因突变、染色体变异和基因重组
⑶突变的有害或有利取决于生物生存的环境
⑷有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型
⑸变异的不定向性，确定了突变和基因重组是产生进化的原材料
自然选择
决定生物
进化方向
⑴种群中产生的变异是不定向的
⑵自然选择淘汰不利变异，保留有利变异
⑶自然选择使种群基因频率发生定向改变，即导致生物朝一个方向缓慢进化。
隔离导致
物种形成
⑴物种：
分布在一定自然区域，具有一定形态结构和生理功能，而且在自然状态下能相互交配、繁殖产生可育后代的一群生物个体
⑵隔离：
将一个种群分成若干个小种群，使彼此间不能交配，从而形成新的物种。
⑶物种形式：
同一个物种间产生变异和基因重组，经过长期的自然选择，使种群基因频率发生定向改变，再经过隔离作用产生新的物种。
特别提醒：
1、物种的两种方式：
（1）渐变式（常见方式）：
即由长期的地理隔离→生殖隔离→新物种形成。
过程：
差异加大
生殖隔离
基因频率
发生改变
自然选择
地理隔离
阻断交流
种群小的种群新物种
新物种形成的必要条件是隔离；新物种形成的标志是生殖隔离；新物种的形成是一个从量变到质变的过程。
（2）骤变式：
在很短的时间内形成，如自然界中多倍体的形成。
通常情况下，物种的形成需经地理隔离，最后产生生殖隔离。
但在特殊情况下，不需地理隔离也能产生生殖隔离，导致新物种的形成，如人工诱导多倍体的形成，可不经过地理隔离而达到生殖隔离。
如二倍体无籽西瓜为二倍体，经人工诱导形成四倍体西瓜，四倍体和二倍体西瓜后代是高度不育，所以四倍体西瓜不经地理隔离就出现的新物种
2、生物进化不等于物种形成。
①判断生物是否进化了，看种群的基因频率是否改变了；
②判断新物种是否形成了，看它与原生物是否出现了生殖隔离。
（不能交配或者交配后代不育）
例题：
（08山东卷·5）下列与生物进化相关的叙述，正确的是（）
A、进化总是有突变引起的B、进化时基因频率总是变化的
C、变异个体总是适应环境的D、进化改变的是个体而不是群体
例题（2010年山东卷）下列符合现代生物理论的叙述是（）
A、物种的形成可以不经过隔离B、生物进化过程的实质在于有利变异的保存
C、基因突变产生的有利变异决定生物进化的方向
D、自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率
四、基因频率计算
1．种群、基因库、基因频率、基因型频率
种群基因突变率的计算
每一代出现的种群突变数=种群个体数×每个个体基因数×每个基因的突变率
2、基因频率的计算
题型一已知各种基因型的人数求基因频率
根据各种基因型人数求出基因总数以及每个基因的数目，依据基因频率的概念求出基因频率。
例1.在人类的MN血型系统中，基因型LMLM的个体表现为M血型；基因型LMLN的个体表现为MN血型，基因型NN的个体表现为N血型。
1977年上海中心血防站调查了1788人，发现有397人为M血型，861人为MN血型，530人为N血型。
则LM基因的频率为_________，LN基因的频率为_________。
解析：
LM基因
；
LN基因
答案：
0.46280.5372
例2.对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现：
780名女生中有患者23人，携带者52人，820名男生中有患者65人，那么该群体中色盲基因的概率是（）。
A.4.4%B.5.1%C.6.8%D.10.2%
解析：
人群中色盲基因的数目是
；
人群中含有的基因总数是
，
所以色盲基因的频率是
。
答案：
C
题型二：
根据各基因型比例求基因频率
这类题目主要是依据各种基因型的比例，求出群体中产生的配子含有某基因的比例，得出基因频率。
例3.如果在以下各种群中，基因型AA的比例占25%，基因型Aa的比例为50%，基因型aa比例占25%，已知基因型aa的个体失去求偶和繁殖的能力，则随机交配一代后，基因型aa的个体所占的比例为（）。
A.1/16B.1/9C.1/8D.1/4
例4.据调查，某小学的学生中，基因型为
的比例为
为7.36%，
为0.32%，
为46%，
为4%，则在该地区
和
的基因频率分别为（）。
A.6%，8%B.8%，92%C.78%，92%D.92%。
8%
题型三根据遗传平衡公式求基因频率
遗传平衡定律
如果一个群体满足以下条件：
①个体数量足够大②交配是随机的③没有突变、迁移和遗传漂变④没有新基因加入⑤没有自然选择。
那么这个群体中的各等位基因频率和基因型频率在一代一代的遗传中保持平衡（不变）。
这就是遗传平衡定律。
这类题目主要依据遗传平衡公式解决。
根据遗传平衡公式，设等位基因的频率分别为p、q（隐性基因），则有
。
若为复等位基因，基因频率分别为p、q、r（隐性基因），则有
，（
）
，展开为
。
由于隐性纯合子是含有隐性基因的雌雄配子结合成的受精卵发育来的，隐性基因频率在雌雄配子中相等，所以可以采用开平方的方法求出隐性基因的频率。
例5.囊性纤维变性是一种常染色体遗传病。
在欧洲人群中每2500个人就有一人患此病。
如果一对健康的夫妇有一个患病的儿子，此后该女又与另一健康男子再婚，则再婚后他们生一个患此病孩子的概率是（）。
A.0.98%B.0.04%C.3.9%D.2%
解析：
由于一对健康夫妇生了一个患病的儿子，所以该遗传病为隐性遗传病，设显性基因为A，隐性基因为a，所以这对夫妇的基因型都为Aa。
把人群看成一个平衡群体，则有
，所以隐性基因的频率
，显性基因A的频率为
那么群体中，则AA基因型的频率为
，Aa基因型的频率为2pq，正常个人中杂合子Aa所占的比例为
，
即健康人中杂合子所占的比例为2/51，该女子与正常男性婚配后生出患病孩子的几率为
。
答案：
A
例6.人的ABO血型决定于3个等位基因IA、IB、i。
通过抽样调查发现血型频率（基因型频率）：
A型（IAIA，Iai）=0.45；B型（IBIB，Ibi）=0.13；AB型（IAIB）=0.06；O型（ii）=0.36。
则IA、IB、i这3个等位基因的频率分别为_________、_________、_________。
解析：
把人群看成是一个平衡群体，设IA、IB、i的基因频率分别为p、q、r，则人群中产生的配子中含有相应基因的频率也为p、q、r，雌雄配子随即组合，后代个体基因型及血型如下表所示：
根据表格可以列出如下关系式：
①
（A型血）②
（B型血）
③
（AB型血）④
（O型血）。
容易求得
升级会员 