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新教材高考生物二轮复习专题六生物变异育种与进化课件
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这是一份新教材高考生物二轮复习专题六生物变异育种与进化课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，网络构建知识串联，长句表达思维训练，专项模块•素能培优，提示表型，对点训练，花药离体培养，诱变处理，秋水仙素，基因重组等内容，欢迎下载使用。
第一编
2022
内容索引
网络构建 知识串联
长句表达 思维训练
专项模块•素能培优
网络构建 知识串联
外界环境条件
普遍性、低频性、不定向性、随机性
产生新基因
减数第一次分裂的四分体时期和后期
新基因型
缺失、易位、倒位、重复
基因重组
基因突变
染色体变异
染色体变异
基因重组
种群
自然选择
隔离
生物多样性
长句表达 思维训练
1.DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失是否一定是基因突变?请说明原因。
提示 否。基因突变是发生在基因中碱基的替换、增添或缺失,若碱基的替换、增添或缺失发生在没有遗传效应的DNA片段,则不属于基因突变。
2.染色体结构变异一般会对生物体造成什么影响?
提示 会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变,导致性状的变异。
3.杂交育种的概念是什么?
提示 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中到一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。
4.诱变育种一般不用于动物,请分析原因。
提示 诱变育种具有不定向性和低频性,需要处理大量材料,且发生在动物体细胞中的突变难以遗传给后代。
5.已知某种植物的宽叶对窄叶是显性,在纯种宽叶植株与窄叶植株杂交的后代中,偶然发现一株窄叶植株,如何解释这一现象?
提示 可能是纯种宽叶植株在产生配子时发生了基因突变,也可能是纯种宽叶植株产生的配子中含宽叶基因的染色体片段缺失。
6.现有基因型为AABB和aabb的某植物的种子,已知A基因和b基因控制的性状是优良性状,请写出快速培育具有两种优良性状新品种的育种方法和思路。
提示 应采用单倍体育种的方法。思路:种植基因型为AABB和aabb的植物的种子,然后让两个品种的植株杂交,得到F1,种植F1的种子,采集F1植株的花药进行离体培养得到单倍体的幼苗,用秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍,得到四种纯合的二倍体植株,选择具有所需两种优良性状的植物进行自交并收获种子即为优良品种。
7.什么是“精明的捕食者”策略?其原理是什么?
提示 捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉,否则自己也无法生存,这就是“精明的捕食者”策略。其原理是捕食者和被捕食者的负反馈调节。
8.捕食是常见的生物现象,捕食者的存在能够增加群落的稳定性,也能增加物种多样性,请说明原因。
提示 群落中捕食者和被捕食者相互影响,又相互制约,使它们的数量在一定的范围内波动,因此捕食者的存在能够增加群落的稳定性。捕食者往往捕食个体数量多的物种,这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面,为其他物种的形成腾出空间,因此捕食者的存在也能增加物种多样性。
9.在自然选择过程中,直接受选择的是基因型还是表型?
提示 表型。
1.突破生物变异的四大问题
特别提醒基因突变与基因重组
2.二倍体、多倍体和单倍体(1)利用“两看”法界定二倍体、多倍体和单倍体
单倍体
二倍体
多倍体
(2)界定“三倍体”与“三体”
点拨三倍体不能进行正常的减数分裂,故一般不育。“可遗传”不等于可育。
个别染色体
染色体组
对点训练
题组一 精典对练——拿高分▶题型一 结合变异的类型及特点,考查生命观念、科学思维1.(2021山东烟台模拟)某种水稻体内D18基因突变成S基因,导致编码的多肽链第90位色氨酸替换为亮氨酸(其他序列不变),表现为矮化的突变体水稻。用赤霉素处理这种突变体的幼苗,其株高恢复正常。下列叙述正确的是( )A.D18基因突变成S基因是碱基的缺失造成的B.S基因与D18基因在同源染色体上的位点是一致的C.矮化的突变体植株体内缺乏赤霉素和赤霉素受体D.株高恢复正常的植株,自交后代仍表现为株高正常
答案 B 解析 根据突变基因与正常基因编码的多肽链只有一个氨基酸种类不同可知,D18基因突变成S基因是碱基的替换造成的,A项错误。基因突变只能产生对应的等位基因,故S基因与D18基因在同源染色体上的位点是一致的,B项正确。突变的矮化植株在用赤霉素处理后,其株高恢复正常,这说明矮化的突变体植株体内存在赤霉素的受体,C项错误。株高恢复正常的植株,遗传物质没有改变,其自交后代可能全为矮化植株,D项错误。
2.(2021山东日照一模)在细胞分裂过程中,某些正常的染色体容易断裂,若断裂发生于染色体的两个末端,那么断裂下来的两个片段彼此可以黏合成无着丝粒染色体片段,而带着丝粒的部分可通过两断端的黏合形成环状染色体(如下图所示)。不带着丝粒的片段往往消失,而带着丝粒的部分能继续进行复制、分裂。已知基因型为Aa的细胞中含有一条环状染色体,下列关于该细胞进行有丝分裂(不考虑其他变异)的说法,错误的是( )
A.在间期时可形成两条环状染色单体B.其子细胞中可能不含环状染色体C.其子细胞中染色体数目与母细胞相同D.其子细胞的基因型可能为A、a或Aa
答案 B 解析 在该细胞分裂过程中,间期环状染色体复制后可形成由同一个着丝粒连接的两条环状染色单体,A项正确。该正在分裂的细胞中已形成一条环状染色体,环状染色体能继续进行细胞分裂(有丝分裂),其子细胞中均存在环状染色体,B项错误。虽然环状染色体的形成是正常染色体断裂所致,但环状染色体能继续进行复制、分裂,细胞中染色体数目并未发生改变,子细胞与母细胞染色体数目相同,C项正确。因为不清楚Aa基因的位置,有可能其中一个基因随无着丝粒染色体片段丢失,所以子细胞基因型可能为A、a、或Aa,D项正确。
3.(2021山东济宁模拟)下图中甲~丁表示不同的变异类型,甲中英文字母表示染色体片段。下列叙述正确的是( )
A.甲~丁的变异类型都会引起染色体上基因数量的变化B.甲~丁的变异类型都可能出现在根尖分生区细胞的分裂过程中C.若乙变异类型发生在某精原细胞中,则该精原细胞一定不能产生正常的配子D.图示变异类型中甲、乙、丁可用光学显微镜观察检验
答案 D 解析 题图中甲、乙所示的变异类型可用光学显微镜观察检验。由题图可知,丙为同源染色体上非姐妹染色单体间的互换,属于基因重组,发生在减数分裂过程中,且基因的数量不改变,A、B两项错误。若乙变异类型发生在某精原细胞中,则该精原细胞经过减数分裂,可能会产生正常的配子,C项错误。题图中的甲、乙、丁均为染色体变异,可用光学显微镜观察检验,D项正确。
▶题型二 借助实验设计判断生物变异类型,考查科学探究4.(2021辽宁调研)已知性染色体组成为XO(体细胞内只含1条性染色体X)的果蝇表现为雄性不育。用红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本进行杂交,在F1群体中,发现一只白眼雄果蝇M。为探究M果蝇出现的原因,某研究小组用M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交,再根据杂交结果进行分析推理。下列有关实验结果和实验结论的叙述,正确的是( )A.若子代雌、雄果蝇的表型都为白眼,则M果蝇的出现是由环境改变引起的B.若子代雌果蝇都是红眼、雄果蝇都是白眼,则M果蝇的出现是由基因突变引起的C.若无子代产生,则M果蝇的基因型为XrO,由不能进行正常的减数分裂引起D.若无子代产生,则M果蝇的基因型为XrY,由基因重组引起
答案 C 解析 M果蝇与正常白眼雌果蝇(XrXr)杂交,若子代雌、雄果蝇的表型都为白眼,则M果蝇的基因型为XrY,其出现是由基因突变引起的。若子代雌果蝇都是红眼、雄果蝇都是白眼,则M果蝇的基因型为XRY,其出现是由环境改变引起的。若无子代产生,则M果蝇的基因型为XrO,表现为雄性不育,是由不能进行正常的减数分裂引起的。
5.玉米叶片叶绿素的合成受常染色体上一对等位基因(A、a)控制,同时也受光照的影响。在正常光照下,当玉米植株体细胞中含2个A基因时,植株叶片呈深绿色;含一个A基因时叶片呈浅绿色;不含A基因时叶片呈黄色,不含A基因的植株被称为白化苗,其会在幼苗期逐渐死亡。在遮光条件下,任何基因型的玉米植株叶片均呈黄色。请回答下列问题。(1)从以上信息可以得出, 与 相互作用共同调控着生物的性状。 (2)在正常光照下,以浅绿色叶片玉米植株为亲本,连续随机杂交两代得到F2,在F2幼苗中白化苗占 ,在F2存活植株中A基因的基因频率为 。
(3)在种植深绿色叶片玉米植株的时候,发现一株浅绿色叶片玉米植株。为确定该变异是由基因突变产生的还是由染色体片段缺失造成的(已知具有缺失A基因所在染色体片段的花粉不育),以该地段中的深绿色叶片玉米植株和该浅绿色叶片玉米植株为亲本,完成如下杂交实验(实验条件均为正常光照下)。实验方案: 作父本, 作母本进行杂交,分析比较子代的表型及其比例。 预测结果及结论:①如果 ,则该变异是由基因突变造成的;②如果 ,则该变异是由染色体片段缺失造成的。
答案 (1)基因 环境 (2)1/9 3/4 (3)浅绿色叶片玉米植株 深绿色叶片玉米植株 子代的表型及其比例为深绿∶浅绿=1∶1 子代的表型全为深绿
解析 (1)由题意可知,基因型为AA的植株叶片在正常光照下呈深绿色,而在遮光条件下却呈黄色,说明基因与环境相互作用共同调控着生物的性状。(2)在正常光照下,以浅绿色叶片玉米植株(Aa)为亲本,F1中AA占1/4,Aa占1/2,aa占1/4,但是基因型为aa的植株幼苗期死亡,所以F1中AA∶Aa=1∶2,随机交配,F1产生的A配子占2/3,a配子占1/3,F2中aa占1/9,AA占4/9,Aa占4/9,所以存活植株中A的基因频率是3/4。(3)已知具有缺失A基因所在染色体片段的花粉不育,所以应选择该浅绿色叶片玉米植株作父本,深绿色叶片玉米植株作母本进行杂交,分析比较子代的表型及其比例。如果该变异是由基因突变造成的,则浅绿色植株可以产生A和a两种配子,深绿色植株产生A一种配子,后代为AA∶Aa=1∶1,即子代的表型及其比例为深绿∶浅绿=1∶1;如果该变异是由染色体片段缺失造成的,则浅绿色植株只产生A一种配子,与深绿色植株杂交,后代全为深绿色。
▶题型三 结合遗传变异与遗传规律,考查科学思维6.(2021山东济南测试)烟草植物有24条染色体,染色体缺失某一片段不影响减数分裂过程,但会引起含缺失染色体的一种配子(不确定是雄配子还是雌配子)致死。现有含如下图所示染色体的某株烟草(甲),其中A、a基因分别控制烟草的心形叶和戟形叶。请回答下列问题。
(1)图中A、B、C基因在5号染色体上呈 排列。只考虑烟草的叶形,该株烟草自交后代的性状表现为 。 (2)若现有各种基因型及表型的个体(染色体未缺失片段)可供选择,为了确定染色体片段缺失致死的配子是雄配子还是雌配子,请利用题干所述的染色体片段缺失的烟草植株甲与提供的具有各种基因型及表型的个体设计杂交实验加以证明,用O代表缺失的基因,并预测实验结果。实验设计方案: 。 结果预测: 。
(3)已知B、b基因控制烟草的株高,D、d基因控制焦油的含量。现有基因型为BbDd的个体(不含缺失染色体),若想确定D、d基因是否位于5号染色体上,可让基因型为BbDd的植株自交,若后代 ,则说明D、d基因不位于5号染色体上;若后代 或 ,则说明D、d基因位于5号染色体上(不考虑互换,两空均只描述表型种类及其比例)。
答案 (1)线性 全为心形叶 (2) 选择染色体片段缺失个体(甲)与戟形叶个体进行正反交(正交:AO♀×aa♂;反交:AO♂×aa♀),观察后代的性状表现 若正交后代全为心形叶,反交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,则染色体片段缺失会使雌配子致死;若正交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,反交后代全为心形叶,则染色体片段缺失会使雄配子致死 (3)出现4种表型,比例为9∶3∶3∶1 出现2种表型,比例为3∶1 出现3种表型,比例为1∶2∶1
解析 (1)题图中A、B、C基因在5号染色体上呈线性排列。由题图可知,5号染色体的一条染色体发生了片段缺失,含缺失染色体的一种配子(不确定是雄配子还是雌配子)致死,若是含缺失染色体的雌配子致死,则该个体产生的具有活性的雌配子含A基因,不含a基因;若是含缺失染色体的雄配子致死,则该个体产生的具有活性的雄配子只含A基因,不含a基因。只考虑烟草的叶形,该株烟草自交后代的基因型为AA、AO,均表现为心形叶。
(2)为了确定染色体缺失致死的配子是雄配子还是雌配子,应选择染色体缺失个体与戟形叶个体进行正反交(正交:AO♀×aa♂/反交:AO♂×aa♀),并观察后代的性状表现。若正交后代全为心形叶,反交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,则染色体缺失会使雌配子致死;若正交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,反交后代全为心形叶,则染色体缺失会使雄配子致死。
(3)两对基因若位于两对同源染色体上(即D、d基因不位于5号染色体上),遗传时遵循自由组合定律,让基因型为BbDd的植株自交,后代应出现4种表型,比例为9∶3∶3∶1;若两对基因位于一对同源染色体上,不考虑互换,则BbDd的植株会产生两种数量相等的配子,可能是BD∶bd=1∶1,也可能是Bd∶bD=1∶1,若为前者,后代会出现2种表型,比例为3∶1;若为后者,则后代会出现3种表型,比例为1∶2∶1。
7.(2021广东六校联盟第二次联考)Ⅰ.果蝇的长翅和残翅,棘眼和正常眼分别由两对等位基因A、a和B、b决定(不考虑基因位于X、Y染色体同源区段的情况)。现有一群长翅正常眼雌果蝇和残翅正常眼雄果蝇杂交,F1表型及数量如下表所示。回答下列问题。
(1)基因B、b位于 染色体上,两对相对性状中的显性性状分别是 。 (2)亲本中雌果蝇的基因型是 ,若将F1正常眼雌果蝇与棘眼雄果蝇杂交,后代雌果蝇中棘眼的概率是 。 Ⅱ.果蝇的灰体(E)对黄体(e)为显性,相关基因位于X染色体上。将一只用X射线处理后的灰体雄果蝇与黄体雌果蝇杂交,F1中出现了一只灰体雄果蝇,推测原因可能是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和其他染色体片段发生了互换。
(1)若要验证该推测原因,最简单的方法是 。 (2)以题干中的亲本和F1果蝇为材料,通过一次杂交实验验证上述原因,写出杂交组合和预期结果。杂交组合: 。 预期结果: 。
答案 Ⅰ.(1) X 长翅和正常眼 (2) AAXBXB和AAXBXb 1/8Ⅱ.(1) 利用显微镜观察染色体结构 (2)F1中的灰体雄果蝇×黄体雌果蝇 若后代黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇=1∶1(或后代雄果蝇均为灰体),则是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和Y染色体片段发生了互换;若后代灰体雌果蝇∶黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇∶黄体雄果蝇=1∶1∶1∶1,则是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和常染色体片段发生了互换
解析 Ⅰ.(1)亲本长翅果蝇和残翅果蝇杂交,后代中只出现长翅果蝇,说明长翅是显性性状;亲本正常眼果蝇杂交,后代雌果蝇中只有正常眼,雄果蝇中有正常眼和棘眼,说明正常眼是显性性状,该性状与性别相关,基因B、b位于X染色体上。 (2)F1雄果蝇中正常眼∶棘眼=3∶1,所以亲代长翅正常眼雌果蝇基因型为(1/2)AAXBXB和(1/2)AAXBXb,亲代残翅正常眼雄果蝇基因型为aaXBY;依据亲代果蝇的基因型及其比例,判断F1正常眼雌果蝇的基因型为(3/4)AaXBXB和(1/4)AaXBXb、棘眼雄果蝇的基因型为AaXbY,则其杂交后代雌果蝇中(不用考虑雄果蝇)棘眼XbXb的概率为(1/8)×1=1/8 。
Ⅱ.(1)后代中之所以出现灰体雄果蝇,推测可能是X射线处理灰体雄果蝇时,使其带有E基因的X染色体片段和其他染色体片段发生了互换导致染色体结构发生了改变,可在显微镜下观察到,故其最简单的验证方法是利用显微镜观察染色体结构。(2)如果通过一次杂交实验验证F1灰体雄果蝇出现的原因,应该选择该个体与隐性雌性个体杂交,即F1中的灰体雄果蝇×黄体雌果蝇。若是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和Y染色体片段发生了互换,则Y染色体上多了一段带有E基因的片段,故杂交组合为XeXe×XYE,后代基因型及其比例为XeX∶XeYE=1∶1,即黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇=1∶1(或后代雄果蝇均为灰体);若是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和常染色体片段发生了互换,则杂交组合为XeXe×EXY,后代基因型及其比例为XeX∶XeY∶EXeX∶EXeY=1∶1∶1∶1,即灰体雌果蝇∶黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇∶黄体雄果蝇=1∶1∶1∶1。
题组二 易错防范——不失分1.遗传维持了物种的稳定性,而变异增加了物种的遗传多样性和更广泛的适应性,为进化提供了大量的原始材料。判断下列关于可遗传的变异的叙述是否正确。(1)某膜蛋白基因CTCTT重复次数改变不会引起基因突变[2020江苏卷,T9A]。( )(2)基因重组只是基因间的重新组合,不会导致生物性状变异[2019江苏卷,T4A]。( )(3)红叶杨染色体上的基因突变位点可用普通光学显微镜观察识别[2019天津卷,T4A]。( )
×
×
×
(4)通过普通小麦和黑麦杂交培育出了小黑麦与染色体变异无关[2020江苏卷,T8D]。( )(5)弱小且高度不育的单倍体植株,进行加倍处理后可用于育种[2019江苏卷,T4C]。( )(6)多倍体植株染色体组数加倍,产生的配子数加倍,有利于育种[2019江苏卷,T4D]。( )
×
√
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2.(2021山东菏泽模拟)赤霉素能促进茎的伸长,与植物株高密切相关。研究人员对野生型水稻进行诱变育种,获得了两株严重矮化的突变体甲和乙,分析发现它们的D25基因均发生了改变,而D25是一个指导赤霉素合成酶合成的基因。进一步研究发现,甲是D25基因发生一个碱基替换,导致相邻的两个外显子的产物无法正常拼接,不能合成正常的mRNA;乙是D25基因的一个碱基发生替换,导致原编码色氨酸的密码子变为终止密码子。下列分析错误的是( )A.甲、乙的突变基因和野生型水稻的D25基因互为等位基因B.甲矮化的原因是转录过程缺乏模板,导致不能合成赤霉素合成酶C.乙矮化的原因是翻译产生的多肽没有活性,导致不能合成赤霉素合成酶D.用外源赤霉素处理甲、乙的幼苗,其株高与未加赤霉素的组相比均会显著增高
答案 B 解析 基因突变产生新的等位基因,甲、乙的突变基因和野生型水稻的D25基因互为等位基因,A项正确。甲是D25基因发生一个碱基替换,导致相邻的两个外显子的产物无法正常拼接,不能合成正常的mRNA,则甲矮化的原因是翻译过程缺乏模板,导致不能合成赤霉素合成酶,B项错误。乙是D25基因的一个碱基发生替换,导致原编码色氨酸的密码子变为终止密码子,则乙矮化的原因是翻译产生的多肽没有活性,导致不能合成赤霉素合成酶,C项正确。赤霉素可促进细胞伸长,从而引起植株增高,而甲、乙均无法合成赤霉素,可用外源赤霉素处理甲、乙的幼苗,其株高与未加赤霉素的组相比均会显著增高,D项正确。
3.(2021山东肥城质检)减数分裂过程中,配对的同源染色体并不是简单地平行靠拢,而是在非姐妹染色单体间的某些部位因互换形成清晰可见的交叉。下图为某细胞中的互换模式图。下列叙述错误的是( )
A.此种变异属于基因重组,在减数分裂Ⅰ前期能观察到B.一般情况下,染色体越长可形成的交叉数目越多C.该细胞经减数分裂可产生AB、Ab、aB、ab 4种配子D.互换是基因重组的一种常见类型,可为生物的进化提供原材料
答案 C 解析 同源染色体上非姐妹染色单体发生互换会导致基因重组,染色体互换在光学显微镜下可见,在减数分裂Ⅰ前期能观察到,A项正确。一般情况下,染色体越长,可形成的交叉数目就越多,B项正确。同源染色体中的非姐妹染色单体互换的片段在A和B、a和b之间,故非姐妹染色单体上A与B的等位基因没有发生互换,故该细胞减数分裂产生的配子只有AB和ab 2种,C项错误。互换是基因重组的一种常见类型,能为生物的进化提供原材料,D项正确。
4.下列有关二倍体、多倍体及单倍体的叙述,正确的有( )①普通小麦为六倍体,则其花粉经离体培养所得的植株含三个染色体组,应为三倍体②给四倍体西瓜授以二倍体西瓜的花粉,所结种子发育成的植株含三个染色体组,称为三倍体③单倍体细胞内含有奇数数目的染色体组④单倍体细胞内仅含一个染色体组⑤单倍体细胞内也可含两个以上染色体组⑥划分二倍体、多倍体与单倍体的依据是细胞内染色体组数A.2项 B.3项 C.4项 D.5项
答案 A 解析 由配子发育而来的个体为单倍体,普通小麦为六倍体,则其花粉经离体培养所得的植株含三个染色体组,应为单倍体,①错误。由受精卵发育而成的个体,体细胞中含有几个染色体组,个体就为几倍体,给四倍体西瓜授以二倍体西瓜的花粉,所结种子发育成的植株含三个染色体组(受精卵发育来的),称为三倍体,②正确。单倍体是体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数相同的个体,因此单倍体细胞内含奇数或偶数数目的染色体组,③④错误,⑤正确。划分单倍体、二倍体和多倍体的主要依据是由配子直接发育而来,还是由受精卵发育而来,⑥错误。
易错点拨有关生物变异的四个易错点
分析生物育种程序和原理
(1)识别图中各字母表示的处理方法A. ,D. ,B. ,C.低温、 ,E. ,F.低温或 处理,G.转基因技术,H.脱分化,I.再分化,J.包裹人工种皮。
杂交
自交
花药离体培养
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
诱变处理
秋水仙素
(2)据图判断育种方法及依据的原理
杂交
基因重组
单倍体
染色体变异
基因突变
多倍体
染色体变异
基因重组
(3)育种方法的选择
诱变育种
多倍体育种
杂交育种
单倍体育种
诱变育种
点拨①诱变育种的优点是会产生前所未有的新性状。②基因工程育种的优点是定向改变生物性状。
对点训练
题组一 精典对练——拿高分▶题型一 结合育种的原理和方法,考查生命观念和科学思维1.(2021山东日照三模)穿梭育种是将一个地区的品种与其他地区的品种进行杂交,然后通过在两个地区间不断地反复交替穿梭种植、选择、鉴定,最终选育出优良作物新品种的育种方法。目前,穿梭育种已经在小麦、水稻和玉米等作物上取得了成功。下列叙述错误的是( )A.穿梭育种的遗传学原理是基因重组B.不同地区作物种群的基因库之间存在着差异C.人工选择作用的本质是提高作物种群中隐性基因的基因频率D.穿梭育种打破了地理隔离,实现了不同种群之间的基因交流
答案 C 解析 根据题干“将一个地区的品种与其他地区的品种进行杂交”可知,穿梭育种利用的遗传学原理是基因重组,A项正确。不同地区的环境不同导致自然选择的方向不同,从而使不同地区作物种群的基因库之间存在差异,B项正确。人工选择作用的本质是提高作物种群中优良基因的基因频率,有可能是显性基因的基因频率,C项错误。穿梭育种打破了地理隔离,实现了不同种群之间的基因交流,D项正确。
2.(2021湖北八校联考)某二倍体植物的两个植株①②杂交,得到③,对③的处理如下图所示。下列分析错误的是( )
A.③到④的过程为诱变育种,依据的遗传学原理是基因突变B.植株⑤⑥能通过有性杂交得到三倍体植株⑧,因而⑤⑥属于同一物种C.秋水仙素能够抑制纺锤体的形成,从而引起细胞内染色体数目加倍D.③到⑦的过程为花药离体培养,涉及的原理是植物细胞具有全能性
答案 B 解析 射线处理是对植株进行物理诱变,故③到④的过程为诱变育种,依据的遗传学原理是基因突变,A项正确。植株⑤⑥通过有性杂交得到的三倍体植株⑧不能产生可育后代,说明⑤⑥之间存在生殖隔离,故⑤⑥不属于同一物种,B项错误。秋水仙素能够抑制有丝分裂前期纺锤体的形成,使细胞中姐妹染色单体分离后不能平均分配到两个子细胞中,从而引起细胞内染色体数目加倍,C项正确。③到⑦的过程是将花粉培养成幼苗,为花药离体培养,涉及的原理是植物细胞具有全能性,D项正确。
▶题型二 借助生物育种方法的设计,考查科学思维3.(2021山东聊城一模,不定项选择题)育种工作者将长穗偃麦草(2n=14,用14M表示)3号染色体上的抗虫基因转移到普通小麦(6n=42,用42E表示)体内,培育抗虫小麦新品种,其育种过程如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.普通小麦与长穗偃麦草可以杂交并产生F1,因此二者属于同一个物种B.①过程目前效果较好的办法是用秋水仙素处理幼苗C.丙中来自长穗偃麦草的染色体数目为0~7M条D.丁自交产生的子代中不含长穗偃麦草染色体的植株戊占1/4
答案 BCD 解析 普通小麦与长穗偃麦草杂交产生的后代F1不育,存在生殖隔离,故二者不是同一个物种,A项错误。F1不含同源染色体,不可育(即不能产生种子),因此①过程目前效果较好的办法是用秋水仙素处理幼苗,B项正确。7M是长穗偃麦草的一个染色体组中的染色体数,由题图可知,乙中来自长穗偃麦草的染色体组是一个,因此乙中长穗偃麦草的染色体不能联会,产生的配子的染色体数目最少为21条,最多为(21+7M)条,因此丙中来自长穗偃麦草的染色体数目为0~7M条,C项正确。丁产生的配子中,不含长穗偃麦草染色体的占1/2,故丁自交产生的子代中不含长穗偃麦草染色体的植株戊占(1/2)×(1/2)=1/4,D项正确。
4.(2021山东济南一模)我国科学家袁隆平院士在杂交水稻领域作出了杰出的贡献,使我国成为世界上第一个成功培育杂交水稻并大面积应用于生产的国家。三系法杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻,由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成,如下图所示。不育系A的花粉不育,这种雄性不育性状由细胞质基因cms控制,细胞核含有雄性不育保持基因rf。保持系B能保持不育系的细胞质雄性不育性,其细胞质基因Cms正常可育,能够自交结实。恢复系R含有恢复雄性可育的核基因Rf,与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势,即A×R→F1,因为F1子代的育性、农艺性状等会发生分离,所以F1种植后不再使用,需每年利用不育系育种。回答下列问题。
三系法杂交水稻系统
(1)在培育杂交水稻时,选育雄性不育植株的目的是 。 (2)细胞质不育基因可能存在于 (细胞器)中。繁殖不育系时,不育系A只能作 (填“父本”或“母本”) ;不育系与恢复系间行种植并单行收获的原因是 。 (3)由上图可知,若三系杂交稻中不育系的基因型表示为cms(rfrf),则保持系的基因型为 ,恢复系的基因型为 。
(4)在三系法杂交育种中,选育恢复系非常关键。研究人员发现几株性状优良、纯度高但不含Rf基因的水稻植株(D),现利用基因工程的技术将两个Rf基因导入不同的植株D中来培育恢复系,为确定Rf基因导入的结果,研究人员的思路是将植株D作为亲本与不育系混合种植,单株收获不育系植株所结种子后,再种植并统计后代的育性情况及其数量比例,请依据上述思路完善结果分析。①若 ,则说明两个Rf基因导入保持系 D的一条染色体上。 ②若 ,则说明两个Rf基因导入保持系D的一对同源染色体上。 ③若 ,则说明两个Rf基因导入保持系D的非同源染色体上。
答案 (1)降低人工成本,提高种子质量,得到繁殖保持系和具有杂种优势的杂种植株 (2)线粒体、叶绿体 母本 间行种植易于不育系与恢复系杂交,单行收获可以分别获得恢复系和杂交种 (3)Cms(rfrf) Cms(RfRf)或 cms(RfRf) (4)后代雄性不育植株∶雄性可育植株=1∶1 后代植株均为雄性可育植株 后代雄性不育植株∶雄性可育植株=1∶3
题组二 易错防范——不失分1.(2021四川泸县测试)下列关于遗传和变异的说法,正确的是( )A.三倍体西瓜因进行减数分裂时染色体配对紊乱,一般不能产生可育配子,果实无子B.基因突变都可使染色体上的DNA分子中碱基的排列顺序发生改变,但染色体变异不会C.在水稻单倍体育种的过程中,可用秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗,使染色体数目加倍D.六倍体普通小麦和二倍体黑麦的杂交后代为可育的四倍体小黑麦
答案 A 解析 三倍体西瓜在减数分裂时同源染色体联会紊乱,一般不能产生可育配子,果实无子,A项正确。基因突变的实质是DNA中碱基的排列顺序发生改变,染色体结构变异中的重复、缺失、倒位和易位也能使染色体上DNA中碱基的排列顺序发生改变,B项错误。单倍体高度不育,不能形成种子,因此单倍体育种过程中,应用秋水仙素处理幼苗使染色体数目加倍,C项错误。六倍体普通小麦和二倍体黑麦杂交后产生的四倍体是不育的,需经秋水仙素处理后才可形成可育的八倍体小黑麦,D项错误。
易错点拨三倍体无子西瓜、骡、大多单倍体等均表现为“不育”,但它们均属于可遗传的变异——其遗传物质已发生变化;若将其体细胞培养为个体,则可保持其变异性状,这与仅由环境引起的不可遗传的变异有着本质区别。
2.(2021河北衡水模拟)市场上有许多无子果实,比如脐橙、西瓜、香蕉、番茄等。这些果实无子的生物学原理不尽相同,比如无子脐橙的无子性状源于基因突变,三倍体西瓜的无子性状源于染色体变异等。不考虑基因工程,下列相关叙述正确的是( )A.无子脐橙能发生的可遗传的变异有基因突变、基因重组和染色体变异B.利用一定浓度的生长素类调节剂处理已受粉的番茄可得到无子果实C.三倍体西瓜的子房发育成无子果实所需的生长素来源于发育的种子D.用适宜浓度的2,4-D处理脐橙的插条有利于插条的存活
答案 D 解析 无子脐橙没有种子,不能通过有性生殖繁殖后代,所以能发生的可遗传的变异只有基因突变和染色体变异,A项错误。利用一定浓度的生长素类调节剂处理未受粉的番茄可得到无子果实,B项错误。三倍体西瓜减数分裂时联会紊乱,无法产生正常的配子,因此不能产生正常的种子,C项错误。适宜浓度的2,4-D可促进脐橙的插条生根,进而有利于插条的存活,D项正确。
3.普通二倍体虹鳟鱼(2N)生长周期较长,投入成本较高,利用四倍体虹鳟鱼(4N)和普通二倍体虹鳟鱼(2N)杂交可以获得三倍体虹鳟鱼,其中的全雌三倍体虹鳟鱼全都不孕不育,其摄取的营养无须用来促进性腺的发育,而是全部用来促进生长,所以具有很好的生长优势,而雄性三倍体虹鳟鱼中仍存在性腺可以发育的个体。下列叙述正确的是( )A.部分雄性三倍体虹鳟鱼的生殖细胞在减数分裂过程中会形成2N个四分体B.养殖全雌三倍体虹鳟鱼可避免因性腺发育而对饲料的过多消耗,从而降低成本C.培育三倍体虹鳟鱼的育种方式属于杂交育种D.三倍体虹鳟鱼与二倍体虹鳟鱼是自然界中存在的两个物种
答案 B 解析 由题干“雄性三倍体虹鳟鱼中仍存在性腺可以发育的个体”可知,部分雄性三倍体虹鳟鱼的生殖细胞可以进行减数分裂,在减数分裂过程中会形成N个四分体,A项错误。全雌三倍体虹鳟鱼全都不孕不育,其摄取的营养无须用来促进性腺的发育,可避免因性腺发育而对饲料的过多消耗,从而降低成本,B项正确。培育三倍体虹鳟鱼的育种方式属于多倍体育种,C项错误。三倍体虹鳟鱼雌性全部不育,不能产生后代,所以三倍体虹鳟鱼不是一个物种,D项错误。
易错点拨无子番茄中“无子”的原因是植株未受粉,生长素促进了果实发育,这种“无子”性状是不能保留到子代的,将无子番茄进行组织培养时,若能正常受粉,则可结“有子果实”。
1.现代生物进化理论图解
基因库
基因频率
自然选择学说
生态系统
2.明确隔离、物种形成与进化的关系
种群基因频率
生殖隔离
地理隔离
地理隔离
物种
无机环境
生物多样性
3.关注生物进化的“三种关系”与形成新物种的“两个条件”
4.基因频率相关计算(1)通过基因型频率计算基因频率若已知AA、Aa、aa的基因型频率,求A(a)的基因频率,则:A的基因频率=AA的基因型频率+(1/2)×Aa的基因型频率;a的基因频率=aa的基因型频率+(1/2)×Aa的基因型频率;或A的基因频率=[(AA×2+Aa×1)/(所有个体×2)]×100%;a的基因频率=[(aa×2+Aa×1)/(所有个体×2)]×100%。(2)X染色体上基因频率的计算X染色体上显性基因频率=(雌性显性纯合子个体数×2+雄性显性个体数+雌性杂合子个体数)/(雌性个体数×2+雄性个体数)。
(3)根据遗传平衡定律计算
2pq
特别提醒生物进化说明种群基因频率一定发生了改变,基因频率改变一定表示生物进化了。基因型为Aa的个体连续自交n次,假设无突变、无淘汰等,后代基因型频率改变,基因频率不发生改变,则生物未进化。
对点训练
题组一 精典对练——拿高分▶题型一 围绕现代生物进化理论,考查生命观念和科学思维1.(2021山东淄博模拟)某小岛上生活着两种棕榈科植物,研究认为,200万年前,它们的共同祖先迁移到该岛时,一部分生活在pH较高的石灰岩上,开花较早;另一部分生活在pH较低的火山灰上,开花较晚。由于花期不同,经过长期演变,最终形成两个不同的物种。根据现代生物进化理论分析,下列叙述正确的是( )A.土壤酸碱度的选择作用诱发个体产生不同的变异B.两个种群的基因库产生了明显差异且两者之间已经不能进行基因交流C.基因突变产生新的等位基因,导致种群基因频率定向改变D.该实例说明物种形成的必要环节有地理隔离、变异、自然选择、生殖隔离
答案 B 解析 土壤酸碱度对个体产生的不同变异有选择作用,而不是诱导作用,A项错误。由题意可知,两种群已经进化成了两个不同的物种,显然它们之间已经产生了生殖隔离,即两个种群已经不能进行基因交流,B项正确。基因突变产生新的等位基因,但由于基因突变是不定向的,故不会导致种群基因频率定向改变,C项错误。突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成的三个环节,D项错误。
2.(2021山东费县模拟)海绵等足虫栖息在海生海绵的中央腔中,雌虫的外观都一样,雄虫的形态有大、中、小三种类型,且这三种不同形态的雄虫会采取不同的生殖策略:大雄虫倾向于用战斗来保卫海绵中央腔中的多个雌虫;中雄虫会模拟雌虫,与大雄虫共处一室;小雄虫回避大雄虫并埋伏在其周围,伺机与雌虫交配。研究表明,大、中、小雄虫的体型差异主要来自一个基因的三个等位基因a1、a2、a3。下列说法正确的是( )A.三种雄虫的平均繁殖成功率一定存在显著差异B.大、中、小雄虫存在生殖隔离,分属三个种群C.三种雄虫具有不同的生殖策略是不同雄虫间协同进化的结果D.经历很长时期后,种群中a1、a2、a3的基因频率能保持基本稳定
答案 D 解析 三种雄虫的三种生殖策略能相互协调,平均繁殖成功率没有显著差异,A项错误。大、中、小雄虫都能与同一类雌虫交配繁殖,不存在生殖隔离,属于同一个种群,B项错误。等位基因的产生是基因突变的结果,大、中、小雄虫的体型差异主要来自一个基因的三个等位基因a1、a2、a3,说明三种雄虫具有不同的生殖策略是基因突变的结果,C项错误。三种雄虫能分别通过不同的方式进行繁殖并将基因传递给后代,互不干扰,经历很长时期后,种群中a1、a2、a3的基因频率能保持基本稳定,D项正确。
▶题型二 借助基因频率和基因型频率的相关计算,考查科学思维3.(2021山东济南二轮阶段性测试)某种昆虫(性别决定方式为XY)存在受一对常染色体上的等位基因控制的三种体色,分别为深色(AA)、中间色(Aa)、浅色(aa),它们在幼年期被天敌捕食的概率分别为40%,40%,80%。若第一代种群全为杂合子,群体自由交配,不考虑其他因素的影响,则下列分析正确的是( )A.第二代种群刚孵化的个体中深色个体占3/4B.第二代种群成年个体中浅色个体所占比例为1/10C.第二代种群成年个体中A基因频率为40%D.该群体基因频率变化速度较快,若干年后一定能进化形成新的物种
答案 B 解析 由题意可知,第一代种群中只有中间色(Aa)个体,则第二代种群刚孵化的个体中AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,深色个体(AA)比例为1/4,A项错误。由于第二代种群刚孵化的个体中AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,且它们在幼年期被天敌捕食的概率分别为40%、40%、80%,则第二代种群成年个体基因型及其比例为AA∶Aa∶aa=(1×60%)∶(2×60%)∶(1×20%)=3∶6∶1,故浅色个体(aa)所占比例为1/10,B项正确。由于第二代种群成年个体基因型及其比例为AA∶Aa∶aa=3∶6∶1,即AA基因型频率为30%、Aa基因型频率为60%,因此A基因频率为30%+(1/2)×60%=60%,C项错误。该种群的基因频率发生了改变,说明生物进化了,但形成新物种需要出现生殖隔离,因此该种昆虫不一定会进化成新物种,D项错误。
4.(2021山东济宁检测)在某个非常大的果蝇种群中,个体间随机交配,无迁入和迁出,无突变,不考虑自然选择对果蝇眼睛颜色性状的作用。现在种群中雌、雄果蝇个体数量比为1∶1,且在雄果蝇中红眼(XBY)∶白眼(XbY)=3∶1。如果将该种群中的白眼雌果蝇除去,让剩余的个体进行随机交配,则F1中白眼雌果蝇所占的比例为( )A.1/16 B.1/20C.1/32 D.1/40
答案 D 解析 因为雄果蝇中红眼(XBY)∶白眼(XbY)=3∶1,故该种群中XB的基因频率为3/4,Xb的基因频率为1/4,所以雌性群体中XBXB=9/16,XBXb=3/8,XbXb=1/16;雄性群体中XBY=3/4,XbY=1/4。除去种群中的白眼雌果蝇后,剩余群体的雌果蝇中XBXB=3/5,XBXb=2/5,随机交配后,F1中白眼雌果蝇所占的比例为(2/5)×(1/4)×(1/4)=1/40。
▶题型三 借助协同进化与生物多样性的形成,考查科学思维5.(2021山东泰安模拟)在《爱丽丝镜中奇遇记》中,红皇后对爱丽丝说:“在这个国度中,必须不停地奔跑,才能使你保持在原地。”某科学家据此提出了以下进化假说:在无机环境相对稳定的情况下,物种之间的关系构成进化的动力,因为每个物种都在不断进化以适应其他物种的变化。根据这个假说判断,下列观点错误的是( )A.该假说的理论基础是不同物种之间存在协同进化B.在该假说中,生物的进化与无机环境的变化是相互影响的C.根据该假说,捕食关系有利于提高猎豹和斑马的奔跑速度D.根据该假说,寄生生物基因频率的改变可能导致寄主的进化
答案 B 解析 由题干“在无机环境相对稳定的情况下,物种之间的关系构成进化的动力,因为每个物种都在不断进化以适应其他物种的变化”可知,该假说中无机环境是相对稳定的,不同物种之间的关系是进化的动力,不同物种间存在协同进化。猎豹会以斑马为食物,而斑马要避免被猎豹捕食,故它们在长期的捕食关系下,速度快的个体能够更好地生存,这说明它们之间存在协同进化。种间关系有种间竞争、捕食、互利共生和寄生等,寄生生物基因频率的改变会使寄生生物发生相应的改变从而影响到寄主,使寄主的基因频率发生改变,导致寄主进化。
6.(2021北京西城区模拟)有两种植物靠一种蜂鸟传粉。一种植物的花蕊蜜管直而短,另一种则弯而深。雌鸟的长鸟喙适于在弯曲的长筒状花蕊蜜管中采蜜,雄鸟的短鸟喙适于在短小笔直的花蕊蜜管中采蜜。由此得出的结论错误的是( )A.雌、雄蜂鸟在不同植物上采蜜缓解了雌、雄蜂鸟间的种内竞争B.两种植物花蕊蜜管形态的差异是蜂鸟采蜜导致的变异C.花蕊蜜管形态与鸟喙长度相适应是长期相互选择的结果D.对鸟喙的遗传多样性进行基因检测时,遵循了碱基互补配对原则
答案 B 解析 雌鸟和雄鸟能从不同植物上获取食物,食物的来源不同,因此能够很好地缓解种内个体间因争夺食物而引起的竞争,A项正确。可遗传的变异是生物体内发生的基因重组、基因突变、染色体变异,两种植物花蕊蜜管形态存在差异是因为本身遗传物质发生了改变,而蜂鸟采蜜并不能改变植物的遗传物质,B项错误。花蕊蜜管形态与鸟喙长度相适应是长期相互选择的结果,这体现了生物的协同进化,C项正确。对鸟喙的遗传多样性进行基因检测时,遵循了碱基互补配对原则,D项正确。
题组二 易错防范——不失分1.地球上现存丰富多样的物种是由共同祖先长期进化形成的。判断下列有关生物进化的叙述是否正确。(1)种群是生物进化的基本单位,种群内出现个体变异是普遍现象[2019江苏卷,T6A]。( )(2)锁阳因长期干旱定向产生了适应环境的突变,并被保留下来[2019江苏卷,T15D]。( )(3)从岛上狼的数量相对稳定可推测该岛上环境条件相对稳定[2019海南卷,T25D]。( )
√
×
√
(4)甲、乙两物种在某一地区共同生存了上百万年,物种甲以物种乙为食,物种乙的存在与进化会阻碍物种甲的进化[2018海南卷,T24B]。( )(5)在大自然中,猎物可通过快速奔跑来逃脱被捕食,而捕食者则通过更快速地奔跑来获得捕食猎物的机会,猎物和捕食者的每一点进步都会促进对方发生改变,这种现象在生态学上称为协同进化[2018全国Ⅰ卷,T29(1)改编]。( )
√
×
2.(2021天津红桥区模拟)某种植物正常群体中可产生少量突变型植株,突变型植株可产生有毒的生物碱,导致食用此种植株的某种昆虫死亡;该种昆虫正常群体中也可产生少量突变型个体,突变型个体食用突变型植株不会死亡。下列叙述正确的是( )A.突变型植株对该种昆虫的变异起到了定向诱导的作用B.突变型昆虫和突变型植株的出现增加了物种多样性C.突变型昆虫的存在导致该种突变型植株突变基因的频率增大D.该种昆虫和植物之间的相互选择能够实现二者的协同进化
答案 D 解析 突变型植株会导致该种昆虫群体中不耐受生物碱的个体死亡,使昆虫种群的基因频率发生改变,突变型植株对该种昆虫的变异起到了定向选择的作用,而不是起到定向诱导作用,A项错误。突变型昆虫和突变型植株均未与原来的物种产生生殖隔离,它们的出现不能增加物种多样性,B项错误。突变型昆虫食用该种植物的正常类型和突变类型均不会死亡,则突变型昆虫的数量可能会增加,突变型昆虫的存在不会使突变型植株突变基因的频率增大,C项错误。该种昆虫和植物之间通过相互选择能够实现二者的协同进化,D项正确。
3.(2021广东汕头高三月考)某昆虫种群中,AA个体所占比例为30%,Aa个体所占比例为60%,aa个体所占比例为10%。因天敌捕食,该种群中AA和Aa个体均以每年10%的速率减少,而aa个体以每年10%的速率增加。下列叙述正确的是( )A.天敌捕食使该种群朝着A基因积累的方向定向进化B.该昆虫种群基因库中基因频率发生改变表明其进化成了新物种C.因天敌捕食,一年后该昆虫种群中A的基因频率为60%D.该昆虫种群与其天敌在躲避捕食与捕食中实现了协同进化
答案 D 解析 由题干“因天敌捕食,该种群中AA和Aa个体均以每年10%的速率减少,而aa个体以每年10%的速率增加”可知,天敌捕食使该种群朝着a基因积累的方向定向进化,A项错误。基因频率的改变是生物进化的实质,但基因频率改变不能说明形成了新物种,生殖隔离的出现才标志着新物种的产生,B项错误。假设一开始该种群有100个个体,已知其中AA占30%,Aa占60%,aa占10%,则AA的个体数为100×30%=30(个),Aa的个体数为100×60%=60(个),aa的个体数为100×10%=10(个)。若aa个体每年增加10%,AA和Aa个体均以每年10%的速率减少,则第二年aa的个体数为10×(1+10%)=11(个),AA的个体数为30×(1-10%)=27(个),Aa的个体数为
60×(1-10%)=54(个),AA的基因型频率=[27/(11+27+54)]×100%≈29%,Aa的基因型频率=[54/(11+27+54)]×100%≈59%。则一年后该昆虫种群中A的基因频率为29%+(1/2)×59%=58.5%,C项错误。协同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,被捕食者与捕食者之间都有相互选择、共同促进的作用,D项正确。
易错点拨生物进化≠物种的形成(1)生物进化的实质是种群基因频率的改变,物种形成的标志是生殖隔离的产生。(2)生物发生进化,并不一定形成新物种,但是新物种的形成一定要经过生物进化,即生物进化是物种形成的基础。
4.(2021山东东营测试)林蛙、笛蛙、鼓蛙这三种蛙可生活在同一个池塘里,林蛙在水温7 ℃时(2月)产卵,笛蛙在水温12 ℃时(3月初)产卵,鼓蛙在水温16 ℃时(3月底)产卵。下列运用生物进化观点对这三种蛙的分析,正确的是( )A.同一池塘中三种蛙全部个体所含有的全部基因称为一个基因库B.因繁殖时间不同,三种蛙间不能进行基因交流,产生了生殖隔离C.进化过程中基因突变产生的有利变异决定了三种蛙进化的方向D.若三种蛙生存的环境条件保持稳定,则三个种群的基因频率不会变化
答案 B 解析 由题干信息可知,三种蛙为三个不同种群,而基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因。三种蛙的繁殖时间明显不同,不能进行基因交流从而出现了生殖隔离。进化过程中决定进化方向的是自然选择。即使环境条件稳定,也会因基因突变等因素发生种群基因频率的变化。
易错点拨(1)物种形成与隔离的关系物种的形成不一定要经过地理隔离,但必须要经过生殖隔离,隔离是物种形成的必要条件。(2)“新物种”必须具备两个条件①与原物种间已形成生殖隔离(不能杂交或能杂交但后代不育)。②物种必须是可育的。如三倍体无子西瓜、骡均不可称为“物种”,因为它们均是“不育”的。
专项模块•素能培优
大题分析与表达(三) 变异与育种类大题突破
典例示范
【典例】 (2021河北卷)我国科学家利用栽培稻(H)与野生稻(D)为亲本,通过杂交育种方法并辅以分子检测技术,选育出了L12和L7两个水稻新品系。L12的12号染色体上带有D的染色体片段(含有耐缺氮基因TD),L7的7号染色体上带有D的染色体片段(含有基因SD),两个品系的其他染色体均来自H(图1)。H的12号和7号染色体相应片段上分别含有基因TH和SH。现将两个品系分别与H杂交,利用分子检测技术对实验一亲本及部分F2的TD/TH基因进行检测,对实验二亲本及部分F2的SD/SH基因进行检测,检测结果以带型表示(图2)。
回答下列问题。(1)为建立水稻基因组数据库,科学家完成了水稻 条染色体的DNA测序。 (2)实验一F2中基因型TDTD对应的是带型 。理论上,F2中产生带型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的个体数量比为 。 (3)实验二F2中产生带型α、β和γ的个体数量分别为12、120和108个,表明F2群体的基因型比例偏离 定律。进一步研究发现,F1的雌配子均正常,但部分花粉无活性。已知只有一种基因型的花粉异常,推测无活性的花粉带有 (填“SD”或“SH”)基因。
(4)以L7和L12为材料,选育同时带有来自D的7号和12号染色体片段的纯合品系X(图3)。主要实验步骤包括:① ;②对最终获得的所有植株进行分子检测,同时具有带型 的植株即为目的植株。 (5)利用X和H杂交得到F1,若F1产生的无活性花粉所占比例与实验二结果相同,雌配子均有活性,则F2中与X基因型相同的个体所占比例为 。
答案 (1)12 (2)Ⅲ 1∶2∶1 (3)(基因的)分离 SD (4)将L7与L12杂交得F1,F1自交得F2,在缺氮环境中种植F2 Ⅲ和α (5)1/80
解析 (1)水稻细胞中有12对同源染色体,无性染色体,所以建立水稻基因组数据库,测12条染色体的DNA即可。(2)实验一中,L12(基因型为TDTD)带型为Ⅲ,所以F2中TDTD对应的带型也是Ⅲ。实验一是L12与H杂交,即TDTD×THTH,F2的基因型及其比例为TDTD∶TDTH∶THTH=1∶2∶1。(3)实验二F2中产生带型α、β和γ的数量比不符合1∶2∶1,所以偏离基因的分离定律。F2中带型α、β、γ对应的基因型分别是SDSD、SDSH、SHSH,其个体数量分别为12个、120个、108个,说明带有SD基因的花粉中有部分无活性。
(4)要利用L7和L12得到X,可让L7与L12杂交得到F1,F1自交得到F2,然后在缺氮环境中种植F2。分子检测时同时具有带型Ⅲ(TDTD)和α(SDSD)的植株即为X植株。(5)X植株的基因型为TDTDSDSD,H植株的基因型为THTHSHSH,它们杂交后F1的基因型为TDTHSDSH,F1自交时产生的无活性花粉所占比例与实验二相同,而实验二中F2三种类型SDSD∶SDSH∶SHSH=1∶10∶9,SDSD所占比例为1/20,因此当TDTHSDSH自交时,后代出现TDTDSDSD的概率为TDTD的概率(1/4)×SDSD的概率(1/20)=1/80。
【思维模板】
长句训练
1.研究者常应用单体与缺体分析进行植株基因定位。某雌雄同株的二倍体植株体细胞内含有2n条染色体,该植株体细胞中某对同源染色体缺少一条(即染色体为2n-1条)称为单体,植株体细胞中缺失一对同源染色体(即染色体为2n-2条)称为缺体。回答下列问题。(1)欲判断该植株是否为单体,可以用光学显微镜观察处于有丝分裂时期的细胞,则观察的最佳时期是 ;形成单体或缺体发生的变异属于染色体 变异。
(2)理论上讲,单体植株自交子代中应具有1/4的缺体,从减数分裂和受精作用分析,其原因是单体植株减数分裂时能产生 的两种雌配子和两种雄配子,自交时 的雌、雄配子结合形成受精卵,由该受精卵发育而来的植株占子代的1/4,且体细胞中缺失了一对同源染色体,染色体为2n-2条,即子代中会出现1/4的缺体。
(3)某研究者在培育上述野生型植株过程中偶然发现一株显性纯合突变体(仅考虑一对等位基因),为确定该突变基因位于哪一对同源染色体上,现提供各种野生型单体植株进行实验设计。请完善下列实验设计思路并得出结论。①实验思路:将该突变体植株 杂交得到F1,让F1中单体植株自交得到F2,用光学显微镜观察F2中野生型植株体细胞染色体数目。 ②实验结论:当 时,可确定突变基因位于该杂交组合亲本中野生型单体植株缺失的染色体所对应的同源染色体上。
答案 (1)中期 数目 (2)分别含n、n-1条染色体且比例为1∶1 含n-1条染色体 (3)分别与各种野生型单体植株 某个杂交组合的F2中野生型植株全为缺体
解析 (1)有丝分裂中期,染色体的形态稳定、数目清晰,故欲判断某植株是否为单体,可以用光学显微镜观察处于有丝分裂中期的细胞;形成单体或缺体发生的变异属于染色体数目变异。(2)单体植株在减数分裂时配对的同源染色体彼此分离,而不能配对的染色体移向细胞的哪一极是随机的,所以形成的配子类型为分别含n、n-1条染色体的配子,且比例为1∶1,单体自交时,含n-1条染色体的雌、雄配子结合在一起形成的受精卵(该类型的受精卵占所有受精卵类型的1/4)发育成了缺体。
(3)该突变体为一株显性纯合突变体(设由基因A控制),若基因在单体上,则突变体的基因型为AO;若基因不在单体上,则该突变体的基因型为AA。为确定该突变基因位于哪一对同源染色体上,可将该突变体植株分别与各种野生型单体植株(若基因a在单体上,则突变体的基因型为aO;若基因a不在单体上,则突变体的基因型为aa)杂交得到F1,让F1中单体植株自交得到F2,用光学显微镜观察F2中野生型植株体细胞染色体数目。若突变基因位于该杂交组合亲本中野生型单体植株缺失的染色体上,则亲本基因型为AO、aO,F1中的单体基因型为AO或aO,F1中的单体自交,其中AO自交的后代中野生型全为缺体。若突变基因不位于杂交组合亲本中野生型单体植株缺失的染色体上,则亲本基因型为AA、aa,F1基因型为Aa,F1单体自交后代出现的缺体既有野生型也有突变型。
2.家蚕(染色体组成为2N=56),其性别决定方式为ZW型。有斑纹(A)对无斑纹(a)为显性,A和a所在的常染色体偶见缺失(但基因A/a所在的片段并没有缺失,如下图1所示)现象,表示为A0、a0。家蚕的正常体壁(B)对透明体壁(b)为显性,相关基因位于Z染色体上。
请回答下列问题。(1)若要研究家蚕的基因组,应测定 条染色体上的DNA序列。 (2)研究发现染色体缺失的卵细胞不可育,而染色体缺失的精子可育。基因型为A0aZBZB的个体,产生的可育配子的基因组成为 ;基因型为A0aZbW的个体,产生的可育配子的基因组成为 。这两个亲本家蚕杂交,得到的F1中,有斑纹正常体壁雄蚕所占的比例为 。 (3)雄蚕由于吐丝多、丝的质量好,更受蚕农青睐,但在幼蚕阶段,雌雄蚕不易区分。科学家利用已培育出的限性斑纹蚕(如上图2所示)和无斑纹异性蚕杂交,选择其后代中表型为 (填“有斑纹”或“无斑纹”)的个体培养,得到的都是高产的雄蚕。限性斑纹蚕的培育过程所依据的原理是 。
答案 (1)29(2)A0ZB、aZB aZb、aW 1/4(3)无斑纹 染色体变异(或易位或染色体结构变异)
解析 (1)家蚕(染色体组成为2N=56),其性别决定方式为ZW型。若要研究家蚕的基因组,应测定27条常染色体+Z染色体+W染色体共29条染色体上的DNA序列。(2)染色体缺失的精子可育,因此基因型为A0aZBZB的雄蚕的精原细胞经减数分裂产生的可育配子的基因组成为A0ZB、aZB。染色体缺失的卵细胞不可育,基因型为A0aZbW的雌蚕的卵原细胞经减数分裂产生的可育配子的基因组成为aZb、aW。基因型为A0aZBZB的雄蚕与基因型为
A0aZbW的雌蚕杂交,得到的F1的基因型为A0aZBZb(有斑纹正常体壁雄蚕)、aaZBZb(无斑纹正常体壁雄蚕)、A0aZBW(有斑纹正常体壁雌蚕)、aaZBW(无斑纹正常体壁雌蚕),因此有斑纹正常体壁雄蚕所占的比例为1/4。(3)由题图可知,限性斑纹雌蚕的基因型为aaZWA。在生产中,可利用限性斑纹雌蚕和无斑纹雄蚕培育出易于辨别幼蚕性别的后代。用限性斑纹雌蚕和无斑纹雄蚕培育后代的遗传图解如下所示。
选择其后代中表型为无斑纹的个体培养,得到的都是高产的雄蚕。限性斑纹蚕的产生是由于Ⅱ号染色体上的一个片段(含A基因)移接到W染色体上,因此属于染色体结构变异中的易位。
3.(2021山西长治模拟)番茄为一年生草本植物,因果实营养丰富深受人们喜爱。番茄的紫茎(A)对绿茎(a)为显性,正常果形(B)对多棱果(b)为显性,缺刻叶(C)对马铃薯叶(c)为显性,三对基因独立遗传。现有基因型分别为AABBcc、AAbbCC、aaBBCC三个番茄品种甲、乙、丙。请回答下列问题。(1)利用甲、乙、丙三个品种通过杂交培育绿茎多棱果马铃薯叶的植株丁的过程为 ,此过程至少需要 年。
(2)在种植过程中,研究人员发现了一棵具有明显特性的变异株。要进一步判断该变异株的育种价值,首先要确定它是否属于 变异。若该变异株具有育种价值,要获得可以稳定遗传的植株,可根据变异类型及生产需要选择不同的育种方法。
如果变异株是个别基因的突变体,则可采用育种方法①,使突变基因逐渐 ,培育成新品种A;但若是显性突变,则该方法的缺点是 。为了规避该缺点,可以采用育种方法②,其中处理1采用的核心手段是 。若要在较短时间内获得大量具有该变异的幼苗,可采用育种方法③,该育种方法的基本原理是 。
答案 (1)甲与乙杂交得到F1,F1与丙杂交,得到F2,F2自交,收获种子,播种种子选育出表型为绿茎多棱果马铃薯叶植株(合理即可) 4(2)可遗传的 纯合 获得新品种所需的时间(或周期)长 花药离体培养和秋水仙素处理(使染色体数目加倍) 植物细胞的全能性
解析 (1)由题意可知,培育绿茎多棱果马铃薯叶植株的过程为:甲(AABBcc)与乙(AAbbCC)杂交得到F1(AABbCc),F1(AABbCc)与丙(aaBBCC)杂交,得到的F2中有基因型为AaBbCc的个体,F2自交,收获种子,播种种子得到F3,其中基因型为aabbcc的个体表型为绿茎多棱果马铃薯叶植株。以上培育过程中甲×乙杂交需一年,F1与丙杂交需一年,F2自交需一年,收获的种子从播种到长出所需植株需一年,因此至少需要4年。(2)要判断变异株的育种价值,首先要确定它是否属于可遗传的变异。如果变异株是基因突变导致,则可采用育种方法①即杂交育种,使突变基因逐渐纯合,培育成新品种A。但若是显性突变,则该方法的缺点是获得新品种所需的时间(或周期)长。若要缩短育种年限,可采用单倍体育种的方法即育种方法②,其中处理1采用的核心手段是花药离体培养和秋水仙素处理(使染色体数目加倍)。育种方法③即通过植物组织培养快速繁殖,原理是植物细胞的全能性。
4.(2020山东卷)玉米是雌雄同株异花植物,利用玉米纯合雌雄同株品系M培育出雌株突变品系,该突变品系的产生原因是2号染色体上的基因Ts突变为ts,Ts对ts为完全显性。将抗玉米螟的基因A转入该雌株品系中获得甲、乙两株具有玉米螟抗性的植株,但由于A基因插入的位置不同,甲植株的株高表现为正常,乙植株矮小。为研究A基因的插入位置及其产生的影响,进行了以下实验。
(1)实验一中作为母本的是 ,实验二的F1中非抗螟植株的性别表现为 (填“雌雄同株”“雌株”或“雌雄同株和雌株”)。 (2)选取实验一的F1抗螟植株自交,F2中抗螟雌雄同株∶抗螟雌株∶非抗螟雌雄同株≈2∶1∶1。由此可知,甲中转入的A基因与ts基因 (填“位于”或“不位于”)同一条染色体上,F2中抗螟雌株的基因型是 。若将F2中抗螟雌雄同株与抗螟雌株杂交,子代的表型及其比例为 。
(3)选取实验二的F1抗螟矮株自交,F2中抗螟矮株雌雄同株∶抗螟矮株雌株∶非抗螟正常株高雌雄同株∶非抗螟正常株高雌株≈3∶1∶3∶1,由此可知,乙中转入的A基因 (填“位于”或“不位于”)2号染色体上,理由是 。F2中抗螟矮株所占比例低于预期值,说明A基因除导致植株矮小外,还对F1的繁殖造成影响,结合实验二的结果推断这一影响最可能是 。F2抗螟矮株中ts基因的频率为 ,为了保存抗螟矮株雌株用于研究,种植F2抗螟矮株使其随机受粉,并仅在雌株上收获籽粒,籽粒种植后发育形成的植株中抗螟矮株雌株所占的比例为 。
答案 (1)甲 雌雄同株(2)位于 AAtsts 抗螟雌雄同株∶抗螟雌株=1∶1(3)不位于 抗螟性状与性别性状间是自由组合的,因此A基因不位于Ts、ts基因所在的2号染色体上 含A基因的雄配子不育 1/2 1/6
解析 (1)由题干信息可知,品系M为雌雄同株,甲为雌株突变品系,因此实验一中作为母本的是甲。实验二的F1中非抗螟植株的基因型为Tsts,Ts对ts为显性,因此该植株为雌雄同株。(2)实验一中F1抗螟植株的基因型为ATsts,F2中抗螟雌雄同株∶抗螟雌株∶非抗螟雌雄同株≈2∶1∶1,说明甲中转入的A基因与ts基因位于同一条染色体上。F1抗螟植株中A和ts位于一条染色体上,另一条染色体上的基因为Ts,F1抗螟植株自交产生的F2中抗螟雌株的基因型为AAtsts,其产生的配子为Ats,抗螟雌雄同株的基因型为ATsts,其产生的配子为1/2Ats、1/2Ts,二者杂交,子代的基因型及其比例为AAtsts∶ATsts=1∶1,表型及其比例为抗螟雌株∶抗螟雌雄同株=1∶1。
(3)实验二中F1抗螟矮株基因型为ATsts,F2中抗螟矮株雌雄同株∶抗螟矮株雌株∶非抗螟正常株高雌雄同株∶非抗螟正常株高雌株≈3∶1∶3∶1,是(1∶1)(3∶1)的组合,说明两对基因独立遗传,因此乙中转入的A基因不位于2号染色体上。分析F2中性状表现可知,抗螟∶非抗螟=1∶1,雌雄同株∶雌株=3∶1,由此可判断含A基因的雌配子或含A基因的雄配子不育,再结合实验二信息(乙可产生正常配子)可推断含A基因的雄配子不育。F2中抗螟矮株的基因型为1/4ATsTs、1/2ATsts、1/4Atsts,ts基因的频率为1/2。F2中抗螟矮株雌株的基因型为Atsts,抗螟矮株雌雄同株的基因型为1/3ATsTs、2/3ATsts,又因为含A基因的雄配子不育,所以能受粉的雄配子的基因型为2/3Ts、1/3ts,因此F3中抗螟矮株雌株占1/6。
热点突破5提高农作物产量,保障粮食安全,落实社会责任
微网建构
考向探析
“民以食为天”,粮食与种子问题自始至终是首当其冲的国计民生问题。习近平总书记十分关心我国种粮产量与安全,“靠中国种子来保障中国粮食安全”,保障粮食安全必须把种子牢牢攥在自己手中,要坚持农业科技自立自强,从培育好种子做起,加强良种技术攻关,依靠种子确保粮食产量与安全。因此,当今高考必会与时俱进,应牢牢贯彻种子、粮食产量与安全理念,切入相关原理,探索良种培育与产量提升途径或方法,将是新高考的重要命题。
典题感悟
1.(2021山东菏泽模拟)普通小麦为六倍体,两性花,自花传粉,小麦的糯性对非糯性为隐性。我国科学家用两种非糯性小麦(关东107和白火麦)培育稳定遗传的糯性小麦,过程如下图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.普通小麦单倍体体细胞中有6个染色体组B.小麦单倍体胚细胞的染色体不能发生联会C.低温诱导和用秋水仙素处理的作用相同D.六倍体小麦的培育原理为染色体数目变异
答案 A 解析 普通小麦单倍体体细胞中有3个染色体组,A项错误。小麦单倍体胚细胞中含有3个染色体组,联会时会发生紊乱,故不能发生联会,B项正确。低温诱导和用秋水仙素处理的作用相同,都是在有丝分裂前期抑制纺锤体的形成,C项正确。六倍体小麦的培育原理为染色体数目变异,D项正确。
2.(2021山东济南高三月考)豌豆花紫色(A)对白色(a)为显性,高茎(B)对矮茎(b)为显性。与高茎豌豆的DNA相比,矮茎豌豆的DNA中插入了一段外来的碱基序列,使其不能合成相关的酶,导致豌豆茎不能长高。控制两种性状的两对基因独立遗传。现有白色高茎豌豆和紫色矮茎豌豆两品种的纯合子,欲培育纯合的紫色高茎豌豆品种,其过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A.要明显加快育种进程,可采用图中①②③的育种方法B.图中过程③的操作方法是用秋水仙素或低温处理幼苗,④中激光的作用是诱导基因突变C.从变异的角度看,矮茎豌豆的形成是染色体变异的结果D.从进化的角度分析,过程①→⑤该豌豆种群发生了进化
答案 C 解析 单倍体育种能明显加快育种进程,可采用题图中①②③的育种方法,A项正确。题图中过程③的操作方法是用秋水仙素或低温处理幼苗,④中激光的作用是诱导基因突变,B项正确。矮茎豌豆的DNA中插入了一段外来碱基序列,从变异的角度看,矮茎豌豆的形成是基因突变的结果,C项错误。从进化的角度分析,过程①→⑤中基因频率有发生改变,该豌豆种群发生了进化,D项正确。
3.(2020全国Ⅱ卷)控制某种植物叶形、叶色和能否抗霜霉病3个性状的基因分别用A/a、B/b、D/d表示,且位于3对同源染色体上。现有表型不同的4种植株:板叶紫叶抗病(甲)、板叶绿叶抗病(乙)、花叶绿叶感病(丙)和花叶紫叶感病(丁)。甲和丙杂交,子代表型均与甲相同;乙和丁杂交,子代出现个体数相近的8种不同表型。回答下列问题。(1)根据甲和丙的杂交结果,可知这3对相对性状的显性性状分别是 。 (2)根据甲和丙、乙和丁的杂交结果,可以推断甲、乙、丙和丁植株的基因型分别为 、 、 和 。
(3)若丙和丁杂交,则子代的表型为 。 (4)选择某一未知基因型的植株X与乙进行杂交,统计子代个体性状。若发现叶形的分离比为3∶1、叶色的分离比为1∶1、能否抗病性状的分离比为1∶1,则植株X的基因型为 。
答案 (1)板叶、紫叶、抗病(2)AABBDD AabbDd aabbdd aaBbdd(3)花叶绿叶感病、花叶紫叶感病(4)AaBbdd
解析 (1)甲和丙杂交,子代表型均与甲相同,由此可知,甲表现的性状均为显性,即板叶、紫叶、抗病为显性,花叶、绿叶、感病为隐性。(2)由(1)可知甲的基因型为AABBDD,丙的基因型为aabbdd。乙的表型为板叶绿叶抗病(A_bbD_),丁的表型为花叶紫叶感病(aaB_dd)。乙和丁杂交,子代出现个体数相近的8种不同表型,故乙的基因型为AabbDd,丁的基因型为aaBbdd。(3)若丙(aabbdd)和丁(aaBbdd)杂交,则子代的表型只有花叶绿叶感病(aabbdd)和花叶紫叶感病(aaBbdd)两种。(4)选择某一未知基因型的植株X与乙(AabbDd)进行杂交,统计子代个体性状。叶形的分离比为3∶1,说明植株X叶形的相关基因型为Aa;叶色的分离比为1∶1,说明植株X叶色的相关基因型为Bb;能否抗病性状的分离比为1∶1,说明植株X能否抗病的相关基因型为dd。所以植株X的基因型为AaBbdd。
4.(2020全国Ⅲ卷)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程,如下图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组,每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上,人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题。
(1)在普通小麦的形成过程中,杂种一是高度不育的,原因是 。已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体,普通小麦体细胞中有 条染色体。一般来说,与二倍体相比,多倍体的优点是 (答出两点即可)。 (2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍,可采用的方法有 (答出一点即可)。 (3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合子),甲的表型是抗病易倒伏, 乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种,请简要写出实验思路。
答案 (1)无同源染色体,不能进行正常的减数分裂 42 营养物质含量高、茎秆粗壮(2)秋水仙素处理(3)甲、乙两个品种杂交,F1自交,选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。
解析 (1)由题图可知,杂种一是由一粒小麦和斯氏麦草两种植物杂交得到的,虽然杂种一的体细胞中含有2个染色体组,但它们来自两个不同的物种,即体细胞中无同源染色体,不能进行正常的减数分裂,无法形成正常的生殖细胞,故杂种一是高度不育的。由题图可知,杂种二的体细胞中含有3个染色体组,是三倍体,每个染色体组均含7条染色体;普通小麦是由杂种二染色体加倍形成的多倍体,故普通小麦体细胞中含有42条染色体。与二倍体相比,多倍体的优点是营养物质含量高,茎秆粗壮,叶片、果实和种子都比较大等。(2)使植物细胞染色体加倍的人工方法有用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗;低温处理植物分生组织的细胞。(3)根据题目要求,应设计杂交育种方案获得纯合的抗病抗倒伏小麦,因为只有纯合子才能稳定遗传。杂交实验方案为:甲、乙两个品种杂交获得F1,F1自交,选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。
第一编
2022
内容索引
网络构建 知识串联
长句表达 思维训练
专项模块•素能培优
网络构建 知识串联
外界环境条件
普遍性、低频性、不定向性、随机性
产生新基因
减数第一次分裂的四分体时期和后期
新基因型
缺失、易位、倒位、重复
基因重组
基因突变
染色体变异
染色体变异
基因重组
种群
自然选择
隔离
生物多样性
长句表达 思维训练
1.DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失是否一定是基因突变?请说明原因。
提示 否。基因突变是发生在基因中碱基的替换、增添或缺失,若碱基的替换、增添或缺失发生在没有遗传效应的DNA片段,则不属于基因突变。
2.染色体结构变异一般会对生物体造成什么影响?
提示 会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变,导致性状的变异。
3.杂交育种的概念是什么?
提示 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中到一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。
4.诱变育种一般不用于动物,请分析原因。
提示 诱变育种具有不定向性和低频性,需要处理大量材料,且发生在动物体细胞中的突变难以遗传给后代。
5.已知某种植物的宽叶对窄叶是显性,在纯种宽叶植株与窄叶植株杂交的后代中,偶然发现一株窄叶植株,如何解释这一现象?
提示 可能是纯种宽叶植株在产生配子时发生了基因突变,也可能是纯种宽叶植株产生的配子中含宽叶基因的染色体片段缺失。
6.现有基因型为AABB和aabb的某植物的种子,已知A基因和b基因控制的性状是优良性状,请写出快速培育具有两种优良性状新品种的育种方法和思路。
提示 应采用单倍体育种的方法。思路:种植基因型为AABB和aabb的植物的种子,然后让两个品种的植株杂交,得到F1,种植F1的种子,采集F1植株的花药进行离体培养得到单倍体的幼苗,用秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍,得到四种纯合的二倍体植株,选择具有所需两种优良性状的植物进行自交并收获种子即为优良品种。
7.什么是“精明的捕食者”策略?其原理是什么?
提示 捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉,否则自己也无法生存,这就是“精明的捕食者”策略。其原理是捕食者和被捕食者的负反馈调节。
8.捕食是常见的生物现象,捕食者的存在能够增加群落的稳定性,也能增加物种多样性,请说明原因。
提示 群落中捕食者和被捕食者相互影响,又相互制约,使它们的数量在一定的范围内波动,因此捕食者的存在能够增加群落的稳定性。捕食者往往捕食个体数量多的物种,这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面,为其他物种的形成腾出空间,因此捕食者的存在也能增加物种多样性。
9.在自然选择过程中,直接受选择的是基因型还是表型?
提示 表型。
1.突破生物变异的四大问题
特别提醒基因突变与基因重组
2.二倍体、多倍体和单倍体(1)利用“两看”法界定二倍体、多倍体和单倍体
单倍体
二倍体
多倍体
(2)界定“三倍体”与“三体”
点拨三倍体不能进行正常的减数分裂,故一般不育。“可遗传”不等于可育。
个别染色体
染色体组
对点训练
题组一 精典对练——拿高分▶题型一 结合变异的类型及特点,考查生命观念、科学思维1.(2021山东烟台模拟)某种水稻体内D18基因突变成S基因,导致编码的多肽链第90位色氨酸替换为亮氨酸(其他序列不变),表现为矮化的突变体水稻。用赤霉素处理这种突变体的幼苗,其株高恢复正常。下列叙述正确的是( )A.D18基因突变成S基因是碱基的缺失造成的B.S基因与D18基因在同源染色体上的位点是一致的C.矮化的突变体植株体内缺乏赤霉素和赤霉素受体D.株高恢复正常的植株,自交后代仍表现为株高正常
答案 B 解析 根据突变基因与正常基因编码的多肽链只有一个氨基酸种类不同可知,D18基因突变成S基因是碱基的替换造成的,A项错误。基因突变只能产生对应的等位基因,故S基因与D18基因在同源染色体上的位点是一致的,B项正确。突变的矮化植株在用赤霉素处理后,其株高恢复正常,这说明矮化的突变体植株体内存在赤霉素的受体,C项错误。株高恢复正常的植株,遗传物质没有改变,其自交后代可能全为矮化植株,D项错误。
2.(2021山东日照一模)在细胞分裂过程中,某些正常的染色体容易断裂,若断裂发生于染色体的两个末端,那么断裂下来的两个片段彼此可以黏合成无着丝粒染色体片段,而带着丝粒的部分可通过两断端的黏合形成环状染色体(如下图所示)。不带着丝粒的片段往往消失,而带着丝粒的部分能继续进行复制、分裂。已知基因型为Aa的细胞中含有一条环状染色体,下列关于该细胞进行有丝分裂(不考虑其他变异)的说法,错误的是( )
A.在间期时可形成两条环状染色单体B.其子细胞中可能不含环状染色体C.其子细胞中染色体数目与母细胞相同D.其子细胞的基因型可能为A、a或Aa
答案 B 解析 在该细胞分裂过程中,间期环状染色体复制后可形成由同一个着丝粒连接的两条环状染色单体,A项正确。该正在分裂的细胞中已形成一条环状染色体,环状染色体能继续进行细胞分裂(有丝分裂),其子细胞中均存在环状染色体,B项错误。虽然环状染色体的形成是正常染色体断裂所致,但环状染色体能继续进行复制、分裂,细胞中染色体数目并未发生改变,子细胞与母细胞染色体数目相同,C项正确。因为不清楚Aa基因的位置,有可能其中一个基因随无着丝粒染色体片段丢失,所以子细胞基因型可能为A、a、或Aa,D项正确。
3.(2021山东济宁模拟)下图中甲~丁表示不同的变异类型,甲中英文字母表示染色体片段。下列叙述正确的是( )
A.甲~丁的变异类型都会引起染色体上基因数量的变化B.甲~丁的变异类型都可能出现在根尖分生区细胞的分裂过程中C.若乙变异类型发生在某精原细胞中,则该精原细胞一定不能产生正常的配子D.图示变异类型中甲、乙、丁可用光学显微镜观察检验
答案 D 解析 题图中甲、乙所示的变异类型可用光学显微镜观察检验。由题图可知,丙为同源染色体上非姐妹染色单体间的互换,属于基因重组,发生在减数分裂过程中,且基因的数量不改变,A、B两项错误。若乙变异类型发生在某精原细胞中,则该精原细胞经过减数分裂,可能会产生正常的配子,C项错误。题图中的甲、乙、丁均为染色体变异,可用光学显微镜观察检验,D项正确。
▶题型二 借助实验设计判断生物变异类型,考查科学探究4.(2021辽宁调研)已知性染色体组成为XO(体细胞内只含1条性染色体X)的果蝇表现为雄性不育。用红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本进行杂交,在F1群体中,发现一只白眼雄果蝇M。为探究M果蝇出现的原因,某研究小组用M果蝇与正常白眼雌果蝇杂交,再根据杂交结果进行分析推理。下列有关实验结果和实验结论的叙述,正确的是( )A.若子代雌、雄果蝇的表型都为白眼,则M果蝇的出现是由环境改变引起的B.若子代雌果蝇都是红眼、雄果蝇都是白眼,则M果蝇的出现是由基因突变引起的C.若无子代产生,则M果蝇的基因型为XrO,由不能进行正常的减数分裂引起D.若无子代产生,则M果蝇的基因型为XrY,由基因重组引起
答案 C 解析 M果蝇与正常白眼雌果蝇(XrXr)杂交,若子代雌、雄果蝇的表型都为白眼,则M果蝇的基因型为XrY,其出现是由基因突变引起的。若子代雌果蝇都是红眼、雄果蝇都是白眼,则M果蝇的基因型为XRY,其出现是由环境改变引起的。若无子代产生,则M果蝇的基因型为XrO,表现为雄性不育,是由不能进行正常的减数分裂引起的。
5.玉米叶片叶绿素的合成受常染色体上一对等位基因(A、a)控制,同时也受光照的影响。在正常光照下,当玉米植株体细胞中含2个A基因时,植株叶片呈深绿色;含一个A基因时叶片呈浅绿色;不含A基因时叶片呈黄色,不含A基因的植株被称为白化苗,其会在幼苗期逐渐死亡。在遮光条件下,任何基因型的玉米植株叶片均呈黄色。请回答下列问题。(1)从以上信息可以得出, 与 相互作用共同调控着生物的性状。 (2)在正常光照下,以浅绿色叶片玉米植株为亲本,连续随机杂交两代得到F2,在F2幼苗中白化苗占 ,在F2存活植株中A基因的基因频率为 。
(3)在种植深绿色叶片玉米植株的时候,发现一株浅绿色叶片玉米植株。为确定该变异是由基因突变产生的还是由染色体片段缺失造成的(已知具有缺失A基因所在染色体片段的花粉不育),以该地段中的深绿色叶片玉米植株和该浅绿色叶片玉米植株为亲本,完成如下杂交实验(实验条件均为正常光照下)。实验方案: 作父本, 作母本进行杂交,分析比较子代的表型及其比例。 预测结果及结论:①如果 ,则该变异是由基因突变造成的;②如果 ,则该变异是由染色体片段缺失造成的。
答案 (1)基因 环境 (2)1/9 3/4 (3)浅绿色叶片玉米植株 深绿色叶片玉米植株 子代的表型及其比例为深绿∶浅绿=1∶1 子代的表型全为深绿
解析 (1)由题意可知,基因型为AA的植株叶片在正常光照下呈深绿色,而在遮光条件下却呈黄色,说明基因与环境相互作用共同调控着生物的性状。(2)在正常光照下,以浅绿色叶片玉米植株(Aa)为亲本,F1中AA占1/4,Aa占1/2,aa占1/4,但是基因型为aa的植株幼苗期死亡,所以F1中AA∶Aa=1∶2,随机交配,F1产生的A配子占2/3,a配子占1/3,F2中aa占1/9,AA占4/9,Aa占4/9,所以存活植株中A的基因频率是3/4。(3)已知具有缺失A基因所在染色体片段的花粉不育,所以应选择该浅绿色叶片玉米植株作父本,深绿色叶片玉米植株作母本进行杂交,分析比较子代的表型及其比例。如果该变异是由基因突变造成的,则浅绿色植株可以产生A和a两种配子,深绿色植株产生A一种配子,后代为AA∶Aa=1∶1,即子代的表型及其比例为深绿∶浅绿=1∶1;如果该变异是由染色体片段缺失造成的,则浅绿色植株只产生A一种配子,与深绿色植株杂交,后代全为深绿色。
▶题型三 结合遗传变异与遗传规律,考查科学思维6.(2021山东济南测试)烟草植物有24条染色体,染色体缺失某一片段不影响减数分裂过程,但会引起含缺失染色体的一种配子(不确定是雄配子还是雌配子)致死。现有含如下图所示染色体的某株烟草(甲),其中A、a基因分别控制烟草的心形叶和戟形叶。请回答下列问题。
(1)图中A、B、C基因在5号染色体上呈 排列。只考虑烟草的叶形,该株烟草自交后代的性状表现为 。 (2)若现有各种基因型及表型的个体(染色体未缺失片段)可供选择,为了确定染色体片段缺失致死的配子是雄配子还是雌配子,请利用题干所述的染色体片段缺失的烟草植株甲与提供的具有各种基因型及表型的个体设计杂交实验加以证明,用O代表缺失的基因,并预测实验结果。实验设计方案: 。 结果预测: 。
(3)已知B、b基因控制烟草的株高,D、d基因控制焦油的含量。现有基因型为BbDd的个体(不含缺失染色体),若想确定D、d基因是否位于5号染色体上,可让基因型为BbDd的植株自交,若后代 ,则说明D、d基因不位于5号染色体上;若后代 或 ,则说明D、d基因位于5号染色体上(不考虑互换,两空均只描述表型种类及其比例)。
答案 (1)线性 全为心形叶 (2) 选择染色体片段缺失个体(甲)与戟形叶个体进行正反交(正交:AO♀×aa♂;反交:AO♂×aa♀),观察后代的性状表现 若正交后代全为心形叶,反交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,则染色体片段缺失会使雌配子致死;若正交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,反交后代全为心形叶,则染色体片段缺失会使雄配子致死 (3)出现4种表型,比例为9∶3∶3∶1 出现2种表型,比例为3∶1 出现3种表型,比例为1∶2∶1
解析 (1)题图中A、B、C基因在5号染色体上呈线性排列。由题图可知,5号染色体的一条染色体发生了片段缺失,含缺失染色体的一种配子(不确定是雄配子还是雌配子)致死,若是含缺失染色体的雌配子致死,则该个体产生的具有活性的雌配子含A基因,不含a基因;若是含缺失染色体的雄配子致死,则该个体产生的具有活性的雄配子只含A基因,不含a基因。只考虑烟草的叶形,该株烟草自交后代的基因型为AA、AO,均表现为心形叶。
(2)为了确定染色体缺失致死的配子是雄配子还是雌配子,应选择染色体缺失个体与戟形叶个体进行正反交(正交:AO♀×aa♂/反交:AO♂×aa♀),并观察后代的性状表现。若正交后代全为心形叶,反交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,则染色体缺失会使雌配子致死;若正交后代心形叶∶戟形叶=1∶1,反交后代全为心形叶,则染色体缺失会使雄配子致死。
(3)两对基因若位于两对同源染色体上(即D、d基因不位于5号染色体上),遗传时遵循自由组合定律,让基因型为BbDd的植株自交,后代应出现4种表型,比例为9∶3∶3∶1;若两对基因位于一对同源染色体上,不考虑互换,则BbDd的植株会产生两种数量相等的配子,可能是BD∶bd=1∶1,也可能是Bd∶bD=1∶1,若为前者,后代会出现2种表型,比例为3∶1;若为后者,则后代会出现3种表型,比例为1∶2∶1。
7.(2021广东六校联盟第二次联考)Ⅰ.果蝇的长翅和残翅,棘眼和正常眼分别由两对等位基因A、a和B、b决定(不考虑基因位于X、Y染色体同源区段的情况)。现有一群长翅正常眼雌果蝇和残翅正常眼雄果蝇杂交,F1表型及数量如下表所示。回答下列问题。
(1)基因B、b位于 染色体上,两对相对性状中的显性性状分别是 。 (2)亲本中雌果蝇的基因型是 ,若将F1正常眼雌果蝇与棘眼雄果蝇杂交,后代雌果蝇中棘眼的概率是 。 Ⅱ.果蝇的灰体(E)对黄体(e)为显性,相关基因位于X染色体上。将一只用X射线处理后的灰体雄果蝇与黄体雌果蝇杂交,F1中出现了一只灰体雄果蝇,推测原因可能是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和其他染色体片段发生了互换。
(1)若要验证该推测原因,最简单的方法是 。 (2)以题干中的亲本和F1果蝇为材料,通过一次杂交实验验证上述原因,写出杂交组合和预期结果。杂交组合: 。 预期结果: 。
答案 Ⅰ.(1) X 长翅和正常眼 (2) AAXBXB和AAXBXb 1/8Ⅱ.(1) 利用显微镜观察染色体结构 (2)F1中的灰体雄果蝇×黄体雌果蝇 若后代黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇=1∶1(或后代雄果蝇均为灰体),则是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和Y染色体片段发生了互换;若后代灰体雌果蝇∶黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇∶黄体雄果蝇=1∶1∶1∶1,则是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和常染色体片段发生了互换
解析 Ⅰ.(1)亲本长翅果蝇和残翅果蝇杂交,后代中只出现长翅果蝇,说明长翅是显性性状;亲本正常眼果蝇杂交,后代雌果蝇中只有正常眼,雄果蝇中有正常眼和棘眼,说明正常眼是显性性状,该性状与性别相关,基因B、b位于X染色体上。 (2)F1雄果蝇中正常眼∶棘眼=3∶1,所以亲代长翅正常眼雌果蝇基因型为(1/2)AAXBXB和(1/2)AAXBXb,亲代残翅正常眼雄果蝇基因型为aaXBY;依据亲代果蝇的基因型及其比例,判断F1正常眼雌果蝇的基因型为(3/4)AaXBXB和(1/4)AaXBXb、棘眼雄果蝇的基因型为AaXbY,则其杂交后代雌果蝇中(不用考虑雄果蝇)棘眼XbXb的概率为(1/8)×1=1/8 。
Ⅱ.(1)后代中之所以出现灰体雄果蝇,推测可能是X射线处理灰体雄果蝇时,使其带有E基因的X染色体片段和其他染色体片段发生了互换导致染色体结构发生了改变,可在显微镜下观察到,故其最简单的验证方法是利用显微镜观察染色体结构。(2)如果通过一次杂交实验验证F1灰体雄果蝇出现的原因,应该选择该个体与隐性雌性个体杂交,即F1中的灰体雄果蝇×黄体雌果蝇。若是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和Y染色体片段发生了互换,则Y染色体上多了一段带有E基因的片段,故杂交组合为XeXe×XYE,后代基因型及其比例为XeX∶XeYE=1∶1,即黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇=1∶1(或后代雄果蝇均为灰体);若是X射线处理使带有E基因的X染色体片段和常染色体片段发生了互换,则杂交组合为XeXe×EXY,后代基因型及其比例为XeX∶XeY∶EXeX∶EXeY=1∶1∶1∶1,即灰体雌果蝇∶黄体雌果蝇∶灰体雄果蝇∶黄体雄果蝇=1∶1∶1∶1。
题组二 易错防范——不失分1.遗传维持了物种的稳定性,而变异增加了物种的遗传多样性和更广泛的适应性,为进化提供了大量的原始材料。判断下列关于可遗传的变异的叙述是否正确。(1)某膜蛋白基因CTCTT重复次数改变不会引起基因突变[2020江苏卷,T9A]。( )(2)基因重组只是基因间的重新组合,不会导致生物性状变异[2019江苏卷,T4A]。( )(3)红叶杨染色体上的基因突变位点可用普通光学显微镜观察识别[2019天津卷,T4A]。( )
×
×
×
(4)通过普通小麦和黑麦杂交培育出了小黑麦与染色体变异无关[2020江苏卷,T8D]。( )(5)弱小且高度不育的单倍体植株,进行加倍处理后可用于育种[2019江苏卷,T4C]。( )(6)多倍体植株染色体组数加倍,产生的配子数加倍,有利于育种[2019江苏卷,T4D]。( )
×
√
×
2.(2021山东菏泽模拟)赤霉素能促进茎的伸长,与植物株高密切相关。研究人员对野生型水稻进行诱变育种,获得了两株严重矮化的突变体甲和乙,分析发现它们的D25基因均发生了改变,而D25是一个指导赤霉素合成酶合成的基因。进一步研究发现,甲是D25基因发生一个碱基替换,导致相邻的两个外显子的产物无法正常拼接,不能合成正常的mRNA;乙是D25基因的一个碱基发生替换,导致原编码色氨酸的密码子变为终止密码子。下列分析错误的是( )A.甲、乙的突变基因和野生型水稻的D25基因互为等位基因B.甲矮化的原因是转录过程缺乏模板,导致不能合成赤霉素合成酶C.乙矮化的原因是翻译产生的多肽没有活性,导致不能合成赤霉素合成酶D.用外源赤霉素处理甲、乙的幼苗,其株高与未加赤霉素的组相比均会显著增高
答案 B 解析 基因突变产生新的等位基因,甲、乙的突变基因和野生型水稻的D25基因互为等位基因,A项正确。甲是D25基因发生一个碱基替换,导致相邻的两个外显子的产物无法正常拼接,不能合成正常的mRNA,则甲矮化的原因是翻译过程缺乏模板,导致不能合成赤霉素合成酶,B项错误。乙是D25基因的一个碱基发生替换,导致原编码色氨酸的密码子变为终止密码子,则乙矮化的原因是翻译产生的多肽没有活性,导致不能合成赤霉素合成酶,C项正确。赤霉素可促进细胞伸长,从而引起植株增高,而甲、乙均无法合成赤霉素,可用外源赤霉素处理甲、乙的幼苗,其株高与未加赤霉素的组相比均会显著增高,D项正确。
3.(2021山东肥城质检)减数分裂过程中,配对的同源染色体并不是简单地平行靠拢,而是在非姐妹染色单体间的某些部位因互换形成清晰可见的交叉。下图为某细胞中的互换模式图。下列叙述错误的是( )
A.此种变异属于基因重组,在减数分裂Ⅰ前期能观察到B.一般情况下,染色体越长可形成的交叉数目越多C.该细胞经减数分裂可产生AB、Ab、aB、ab 4种配子D.互换是基因重组的一种常见类型,可为生物的进化提供原材料
答案 C 解析 同源染色体上非姐妹染色单体发生互换会导致基因重组,染色体互换在光学显微镜下可见,在减数分裂Ⅰ前期能观察到,A项正确。一般情况下,染色体越长,可形成的交叉数目就越多,B项正确。同源染色体中的非姐妹染色单体互换的片段在A和B、a和b之间,故非姐妹染色单体上A与B的等位基因没有发生互换,故该细胞减数分裂产生的配子只有AB和ab 2种,C项错误。互换是基因重组的一种常见类型,能为生物的进化提供原材料,D项正确。
4.下列有关二倍体、多倍体及单倍体的叙述,正确的有( )①普通小麦为六倍体,则其花粉经离体培养所得的植株含三个染色体组,应为三倍体②给四倍体西瓜授以二倍体西瓜的花粉,所结种子发育成的植株含三个染色体组,称为三倍体③单倍体细胞内含有奇数数目的染色体组④单倍体细胞内仅含一个染色体组⑤单倍体细胞内也可含两个以上染色体组⑥划分二倍体、多倍体与单倍体的依据是细胞内染色体组数A.2项 B.3项 C.4项 D.5项
答案 A 解析 由配子发育而来的个体为单倍体,普通小麦为六倍体,则其花粉经离体培养所得的植株含三个染色体组,应为单倍体,①错误。由受精卵发育而成的个体,体细胞中含有几个染色体组,个体就为几倍体,给四倍体西瓜授以二倍体西瓜的花粉,所结种子发育成的植株含三个染色体组(受精卵发育来的),称为三倍体,②正确。单倍体是体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数相同的个体,因此单倍体细胞内含奇数或偶数数目的染色体组,③④错误,⑤正确。划分单倍体、二倍体和多倍体的主要依据是由配子直接发育而来,还是由受精卵发育而来,⑥错误。
易错点拨有关生物变异的四个易错点
分析生物育种程序和原理
(1)识别图中各字母表示的处理方法A. ,D. ,B. ,C.低温、 ,E. ,F.低温或 处理,G.转基因技术,H.脱分化,I.再分化,J.包裹人工种皮。
杂交
自交
花药离体培养
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
诱变处理
秋水仙素
(2)据图判断育种方法及依据的原理
杂交
基因重组
单倍体
染色体变异
基因突变
多倍体
染色体变异
基因重组
(3)育种方法的选择
诱变育种
多倍体育种
杂交育种
单倍体育种
诱变育种
点拨①诱变育种的优点是会产生前所未有的新性状。②基因工程育种的优点是定向改变生物性状。
对点训练
题组一 精典对练——拿高分▶题型一 结合育种的原理和方法,考查生命观念和科学思维1.(2021山东日照三模)穿梭育种是将一个地区的品种与其他地区的品种进行杂交,然后通过在两个地区间不断地反复交替穿梭种植、选择、鉴定,最终选育出优良作物新品种的育种方法。目前,穿梭育种已经在小麦、水稻和玉米等作物上取得了成功。下列叙述错误的是( )A.穿梭育种的遗传学原理是基因重组B.不同地区作物种群的基因库之间存在着差异C.人工选择作用的本质是提高作物种群中隐性基因的基因频率D.穿梭育种打破了地理隔离,实现了不同种群之间的基因交流
答案 C 解析 根据题干“将一个地区的品种与其他地区的品种进行杂交”可知,穿梭育种利用的遗传学原理是基因重组,A项正确。不同地区的环境不同导致自然选择的方向不同,从而使不同地区作物种群的基因库之间存在差异,B项正确。人工选择作用的本质是提高作物种群中优良基因的基因频率,有可能是显性基因的基因频率,C项错误。穿梭育种打破了地理隔离,实现了不同种群之间的基因交流,D项正确。
2.(2021湖北八校联考)某二倍体植物的两个植株①②杂交,得到③,对③的处理如下图所示。下列分析错误的是( )
A.③到④的过程为诱变育种,依据的遗传学原理是基因突变B.植株⑤⑥能通过有性杂交得到三倍体植株⑧,因而⑤⑥属于同一物种C.秋水仙素能够抑制纺锤体的形成,从而引起细胞内染色体数目加倍D.③到⑦的过程为花药离体培养,涉及的原理是植物细胞具有全能性
答案 B 解析 射线处理是对植株进行物理诱变,故③到④的过程为诱变育种,依据的遗传学原理是基因突变,A项正确。植株⑤⑥通过有性杂交得到的三倍体植株⑧不能产生可育后代,说明⑤⑥之间存在生殖隔离,故⑤⑥不属于同一物种,B项错误。秋水仙素能够抑制有丝分裂前期纺锤体的形成,使细胞中姐妹染色单体分离后不能平均分配到两个子细胞中,从而引起细胞内染色体数目加倍,C项正确。③到⑦的过程是将花粉培养成幼苗,为花药离体培养,涉及的原理是植物细胞具有全能性,D项正确。
▶题型二 借助生物育种方法的设计,考查科学思维3.(2021山东聊城一模,不定项选择题)育种工作者将长穗偃麦草(2n=14,用14M表示)3号染色体上的抗虫基因转移到普通小麦(6n=42,用42E表示)体内,培育抗虫小麦新品种,其育种过程如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.普通小麦与长穗偃麦草可以杂交并产生F1,因此二者属于同一个物种B.①过程目前效果较好的办法是用秋水仙素处理幼苗C.丙中来自长穗偃麦草的染色体数目为0~7M条D.丁自交产生的子代中不含长穗偃麦草染色体的植株戊占1/4
答案 BCD 解析 普通小麦与长穗偃麦草杂交产生的后代F1不育,存在生殖隔离,故二者不是同一个物种,A项错误。F1不含同源染色体,不可育(即不能产生种子),因此①过程目前效果较好的办法是用秋水仙素处理幼苗,B项正确。7M是长穗偃麦草的一个染色体组中的染色体数,由题图可知,乙中来自长穗偃麦草的染色体组是一个,因此乙中长穗偃麦草的染色体不能联会,产生的配子的染色体数目最少为21条,最多为(21+7M)条,因此丙中来自长穗偃麦草的染色体数目为0~7M条,C项正确。丁产生的配子中,不含长穗偃麦草染色体的占1/2,故丁自交产生的子代中不含长穗偃麦草染色体的植株戊占(1/2)×(1/2)=1/4,D项正确。
4.(2021山东济南一模)我国科学家袁隆平院士在杂交水稻领域作出了杰出的贡献,使我国成为世界上第一个成功培育杂交水稻并大面积应用于生产的国家。三系法杂交水稻是我国研究应用最早的杂交水稻,由不育系、保持系、恢复系三种水稻培育而成,如下图所示。不育系A的花粉不育,这种雄性不育性状由细胞质基因cms控制,细胞核含有雄性不育保持基因rf。保持系B能保持不育系的细胞质雄性不育性,其细胞质基因Cms正常可育,能够自交结实。恢复系R含有恢复雄性可育的核基因Rf,与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势,即A×R→F1,因为F1子代的育性、农艺性状等会发生分离,所以F1种植后不再使用,需每年利用不育系育种。回答下列问题。
三系法杂交水稻系统
(1)在培育杂交水稻时,选育雄性不育植株的目的是 。 (2)细胞质不育基因可能存在于 (细胞器)中。繁殖不育系时,不育系A只能作 (填“父本”或“母本”) ;不育系与恢复系间行种植并单行收获的原因是 。 (3)由上图可知,若三系杂交稻中不育系的基因型表示为cms(rfrf),则保持系的基因型为 ,恢复系的基因型为 。
(4)在三系法杂交育种中,选育恢复系非常关键。研究人员发现几株性状优良、纯度高但不含Rf基因的水稻植株(D),现利用基因工程的技术将两个Rf基因导入不同的植株D中来培育恢复系,为确定Rf基因导入的结果,研究人员的思路是将植株D作为亲本与不育系混合种植,单株收获不育系植株所结种子后,再种植并统计后代的育性情况及其数量比例,请依据上述思路完善结果分析。①若 ,则说明两个Rf基因导入保持系 D的一条染色体上。 ②若 ,则说明两个Rf基因导入保持系D的一对同源染色体上。 ③若 ,则说明两个Rf基因导入保持系D的非同源染色体上。
答案 (1)降低人工成本,提高种子质量,得到繁殖保持系和具有杂种优势的杂种植株 (2)线粒体、叶绿体 母本 间行种植易于不育系与恢复系杂交,单行收获可以分别获得恢复系和杂交种 (3)Cms(rfrf) Cms(RfRf)或 cms(RfRf) (4)后代雄性不育植株∶雄性可育植株=1∶1 后代植株均为雄性可育植株 后代雄性不育植株∶雄性可育植株=1∶3
题组二 易错防范——不失分1.(2021四川泸县测试)下列关于遗传和变异的说法,正确的是( )A.三倍体西瓜因进行减数分裂时染色体配对紊乱,一般不能产生可育配子,果实无子B.基因突变都可使染色体上的DNA分子中碱基的排列顺序发生改变,但染色体变异不会C.在水稻单倍体育种的过程中,可用秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗,使染色体数目加倍D.六倍体普通小麦和二倍体黑麦的杂交后代为可育的四倍体小黑麦
答案 A 解析 三倍体西瓜在减数分裂时同源染色体联会紊乱,一般不能产生可育配子,果实无子,A项正确。基因突变的实质是DNA中碱基的排列顺序发生改变,染色体结构变异中的重复、缺失、倒位和易位也能使染色体上DNA中碱基的排列顺序发生改变,B项错误。单倍体高度不育,不能形成种子,因此单倍体育种过程中,应用秋水仙素处理幼苗使染色体数目加倍,C项错误。六倍体普通小麦和二倍体黑麦杂交后产生的四倍体是不育的,需经秋水仙素处理后才可形成可育的八倍体小黑麦,D项错误。
易错点拨三倍体无子西瓜、骡、大多单倍体等均表现为“不育”,但它们均属于可遗传的变异——其遗传物质已发生变化;若将其体细胞培养为个体,则可保持其变异性状,这与仅由环境引起的不可遗传的变异有着本质区别。
2.(2021河北衡水模拟)市场上有许多无子果实,比如脐橙、西瓜、香蕉、番茄等。这些果实无子的生物学原理不尽相同,比如无子脐橙的无子性状源于基因突变,三倍体西瓜的无子性状源于染色体变异等。不考虑基因工程,下列相关叙述正确的是( )A.无子脐橙能发生的可遗传的变异有基因突变、基因重组和染色体变异B.利用一定浓度的生长素类调节剂处理已受粉的番茄可得到无子果实C.三倍体西瓜的子房发育成无子果实所需的生长素来源于发育的种子D.用适宜浓度的2,4-D处理脐橙的插条有利于插条的存活
答案 D 解析 无子脐橙没有种子,不能通过有性生殖繁殖后代,所以能发生的可遗传的变异只有基因突变和染色体变异,A项错误。利用一定浓度的生长素类调节剂处理未受粉的番茄可得到无子果实,B项错误。三倍体西瓜减数分裂时联会紊乱,无法产生正常的配子,因此不能产生正常的种子,C项错误。适宜浓度的2,4-D可促进脐橙的插条生根,进而有利于插条的存活,D项正确。
3.普通二倍体虹鳟鱼(2N)生长周期较长,投入成本较高,利用四倍体虹鳟鱼(4N)和普通二倍体虹鳟鱼(2N)杂交可以获得三倍体虹鳟鱼,其中的全雌三倍体虹鳟鱼全都不孕不育,其摄取的营养无须用来促进性腺的发育,而是全部用来促进生长,所以具有很好的生长优势,而雄性三倍体虹鳟鱼中仍存在性腺可以发育的个体。下列叙述正确的是( )A.部分雄性三倍体虹鳟鱼的生殖细胞在减数分裂过程中会形成2N个四分体B.养殖全雌三倍体虹鳟鱼可避免因性腺发育而对饲料的过多消耗,从而降低成本C.培育三倍体虹鳟鱼的育种方式属于杂交育种D.三倍体虹鳟鱼与二倍体虹鳟鱼是自然界中存在的两个物种
答案 B 解析 由题干“雄性三倍体虹鳟鱼中仍存在性腺可以发育的个体”可知,部分雄性三倍体虹鳟鱼的生殖细胞可以进行减数分裂,在减数分裂过程中会形成N个四分体,A项错误。全雌三倍体虹鳟鱼全都不孕不育,其摄取的营养无须用来促进性腺的发育,可避免因性腺发育而对饲料的过多消耗,从而降低成本,B项正确。培育三倍体虹鳟鱼的育种方式属于多倍体育种,C项错误。三倍体虹鳟鱼雌性全部不育,不能产生后代,所以三倍体虹鳟鱼不是一个物种,D项错误。
易错点拨无子番茄中“无子”的原因是植株未受粉,生长素促进了果实发育,这种“无子”性状是不能保留到子代的,将无子番茄进行组织培养时,若能正常受粉,则可结“有子果实”。
1.现代生物进化理论图解
基因库
基因频率
自然选择学说
生态系统
2.明确隔离、物种形成与进化的关系
种群基因频率
生殖隔离
地理隔离
地理隔离
物种
无机环境
生物多样性
3.关注生物进化的“三种关系”与形成新物种的“两个条件”
4.基因频率相关计算(1)通过基因型频率计算基因频率若已知AA、Aa、aa的基因型频率,求A(a)的基因频率,则:A的基因频率=AA的基因型频率+(1/2)×Aa的基因型频率;a的基因频率=aa的基因型频率+(1/2)×Aa的基因型频率;或A的基因频率=[(AA×2+Aa×1)/(所有个体×2)]×100%;a的基因频率=[(aa×2+Aa×1)/(所有个体×2)]×100%。(2)X染色体上基因频率的计算X染色体上显性基因频率=(雌性显性纯合子个体数×2+雄性显性个体数+雌性杂合子个体数)/(雌性个体数×2+雄性个体数)。
(3)根据遗传平衡定律计算
2pq
特别提醒生物进化说明种群基因频率一定发生了改变,基因频率改变一定表示生物进化了。基因型为Aa的个体连续自交n次,假设无突变、无淘汰等,后代基因型频率改变,基因频率不发生改变,则生物未进化。
对点训练
题组一 精典对练——拿高分▶题型一 围绕现代生物进化理论,考查生命观念和科学思维1.(2021山东淄博模拟)某小岛上生活着两种棕榈科植物,研究认为,200万年前,它们的共同祖先迁移到该岛时,一部分生活在pH较高的石灰岩上,开花较早;另一部分生活在pH较低的火山灰上,开花较晚。由于花期不同,经过长期演变,最终形成两个不同的物种。根据现代生物进化理论分析,下列叙述正确的是( )A.土壤酸碱度的选择作用诱发个体产生不同的变异B.两个种群的基因库产生了明显差异且两者之间已经不能进行基因交流C.基因突变产生新的等位基因,导致种群基因频率定向改变D.该实例说明物种形成的必要环节有地理隔离、变异、自然选择、生殖隔离
答案 B 解析 土壤酸碱度对个体产生的不同变异有选择作用,而不是诱导作用,A项错误。由题意可知,两种群已经进化成了两个不同的物种,显然它们之间已经产生了生殖隔离,即两个种群已经不能进行基因交流,B项正确。基因突变产生新的等位基因,但由于基因突变是不定向的,故不会导致种群基因频率定向改变,C项错误。突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成的三个环节,D项错误。
2.(2021山东费县模拟)海绵等足虫栖息在海生海绵的中央腔中,雌虫的外观都一样,雄虫的形态有大、中、小三种类型,且这三种不同形态的雄虫会采取不同的生殖策略:大雄虫倾向于用战斗来保卫海绵中央腔中的多个雌虫;中雄虫会模拟雌虫,与大雄虫共处一室;小雄虫回避大雄虫并埋伏在其周围,伺机与雌虫交配。研究表明,大、中、小雄虫的体型差异主要来自一个基因的三个等位基因a1、a2、a3。下列说法正确的是( )A.三种雄虫的平均繁殖成功率一定存在显著差异B.大、中、小雄虫存在生殖隔离,分属三个种群C.三种雄虫具有不同的生殖策略是不同雄虫间协同进化的结果D.经历很长时期后,种群中a1、a2、a3的基因频率能保持基本稳定
答案 D 解析 三种雄虫的三种生殖策略能相互协调,平均繁殖成功率没有显著差异,A项错误。大、中、小雄虫都能与同一类雌虫交配繁殖,不存在生殖隔离,属于同一个种群,B项错误。等位基因的产生是基因突变的结果,大、中、小雄虫的体型差异主要来自一个基因的三个等位基因a1、a2、a3,说明三种雄虫具有不同的生殖策略是基因突变的结果,C项错误。三种雄虫能分别通过不同的方式进行繁殖并将基因传递给后代,互不干扰,经历很长时期后,种群中a1、a2、a3的基因频率能保持基本稳定,D项正确。
▶题型二 借助基因频率和基因型频率的相关计算,考查科学思维3.(2021山东济南二轮阶段性测试)某种昆虫(性别决定方式为XY)存在受一对常染色体上的等位基因控制的三种体色,分别为深色(AA)、中间色(Aa)、浅色(aa),它们在幼年期被天敌捕食的概率分别为40%,40%,80%。若第一代种群全为杂合子,群体自由交配,不考虑其他因素的影响,则下列分析正确的是( )A.第二代种群刚孵化的个体中深色个体占3/4B.第二代种群成年个体中浅色个体所占比例为1/10C.第二代种群成年个体中A基因频率为40%D.该群体基因频率变化速度较快,若干年后一定能进化形成新的物种
答案 B 解析 由题意可知,第一代种群中只有中间色(Aa)个体,则第二代种群刚孵化的个体中AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,深色个体(AA)比例为1/4,A项错误。由于第二代种群刚孵化的个体中AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,且它们在幼年期被天敌捕食的概率分别为40%、40%、80%,则第二代种群成年个体基因型及其比例为AA∶Aa∶aa=(1×60%)∶(2×60%)∶(1×20%)=3∶6∶1,故浅色个体(aa)所占比例为1/10,B项正确。由于第二代种群成年个体基因型及其比例为AA∶Aa∶aa=3∶6∶1,即AA基因型频率为30%、Aa基因型频率为60%,因此A基因频率为30%+(1/2)×60%=60%,C项错误。该种群的基因频率发生了改变,说明生物进化了,但形成新物种需要出现生殖隔离,因此该种昆虫不一定会进化成新物种,D项错误。
4.(2021山东济宁检测)在某个非常大的果蝇种群中,个体间随机交配,无迁入和迁出,无突变,不考虑自然选择对果蝇眼睛颜色性状的作用。现在种群中雌、雄果蝇个体数量比为1∶1,且在雄果蝇中红眼(XBY)∶白眼(XbY)=3∶1。如果将该种群中的白眼雌果蝇除去,让剩余的个体进行随机交配,则F1中白眼雌果蝇所占的比例为( )A.1/16 B.1/20C.1/32 D.1/40
答案 D 解析 因为雄果蝇中红眼(XBY)∶白眼(XbY)=3∶1,故该种群中XB的基因频率为3/4,Xb的基因频率为1/4,所以雌性群体中XBXB=9/16,XBXb=3/8,XbXb=1/16;雄性群体中XBY=3/4,XbY=1/4。除去种群中的白眼雌果蝇后,剩余群体的雌果蝇中XBXB=3/5,XBXb=2/5,随机交配后,F1中白眼雌果蝇所占的比例为(2/5)×(1/4)×(1/4)=1/40。
▶题型三 借助协同进化与生物多样性的形成,考查科学思维5.(2021山东泰安模拟)在《爱丽丝镜中奇遇记》中,红皇后对爱丽丝说:“在这个国度中,必须不停地奔跑,才能使你保持在原地。”某科学家据此提出了以下进化假说:在无机环境相对稳定的情况下,物种之间的关系构成进化的动力,因为每个物种都在不断进化以适应其他物种的变化。根据这个假说判断,下列观点错误的是( )A.该假说的理论基础是不同物种之间存在协同进化B.在该假说中,生物的进化与无机环境的变化是相互影响的C.根据该假说,捕食关系有利于提高猎豹和斑马的奔跑速度D.根据该假说,寄生生物基因频率的改变可能导致寄主的进化
答案 B 解析 由题干“在无机环境相对稳定的情况下,物种之间的关系构成进化的动力,因为每个物种都在不断进化以适应其他物种的变化”可知,该假说中无机环境是相对稳定的,不同物种之间的关系是进化的动力,不同物种间存在协同进化。猎豹会以斑马为食物,而斑马要避免被猎豹捕食,故它们在长期的捕食关系下,速度快的个体能够更好地生存,这说明它们之间存在协同进化。种间关系有种间竞争、捕食、互利共生和寄生等,寄生生物基因频率的改变会使寄生生物发生相应的改变从而影响到寄主,使寄主的基因频率发生改变,导致寄主进化。
6.(2021北京西城区模拟)有两种植物靠一种蜂鸟传粉。一种植物的花蕊蜜管直而短,另一种则弯而深。雌鸟的长鸟喙适于在弯曲的长筒状花蕊蜜管中采蜜,雄鸟的短鸟喙适于在短小笔直的花蕊蜜管中采蜜。由此得出的结论错误的是( )A.雌、雄蜂鸟在不同植物上采蜜缓解了雌、雄蜂鸟间的种内竞争B.两种植物花蕊蜜管形态的差异是蜂鸟采蜜导致的变异C.花蕊蜜管形态与鸟喙长度相适应是长期相互选择的结果D.对鸟喙的遗传多样性进行基因检测时,遵循了碱基互补配对原则
答案 B 解析 雌鸟和雄鸟能从不同植物上获取食物,食物的来源不同,因此能够很好地缓解种内个体间因争夺食物而引起的竞争,A项正确。可遗传的变异是生物体内发生的基因重组、基因突变、染色体变异,两种植物花蕊蜜管形态存在差异是因为本身遗传物质发生了改变,而蜂鸟采蜜并不能改变植物的遗传物质,B项错误。花蕊蜜管形态与鸟喙长度相适应是长期相互选择的结果,这体现了生物的协同进化,C项正确。对鸟喙的遗传多样性进行基因检测时,遵循了碱基互补配对原则,D项正确。
题组二 易错防范——不失分1.地球上现存丰富多样的物种是由共同祖先长期进化形成的。判断下列有关生物进化的叙述是否正确。(1)种群是生物进化的基本单位,种群内出现个体变异是普遍现象[2019江苏卷,T6A]。( )(2)锁阳因长期干旱定向产生了适应环境的突变,并被保留下来[2019江苏卷,T15D]。( )(3)从岛上狼的数量相对稳定可推测该岛上环境条件相对稳定[2019海南卷,T25D]。( )
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(4)甲、乙两物种在某一地区共同生存了上百万年,物种甲以物种乙为食,物种乙的存在与进化会阻碍物种甲的进化[2018海南卷,T24B]。( )(5)在大自然中,猎物可通过快速奔跑来逃脱被捕食,而捕食者则通过更快速地奔跑来获得捕食猎物的机会,猎物和捕食者的每一点进步都会促进对方发生改变,这种现象在生态学上称为协同进化[2018全国Ⅰ卷,T29(1)改编]。( )
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2.(2021天津红桥区模拟)某种植物正常群体中可产生少量突变型植株,突变型植株可产生有毒的生物碱,导致食用此种植株的某种昆虫死亡;该种昆虫正常群体中也可产生少量突变型个体,突变型个体食用突变型植株不会死亡。下列叙述正确的是( )A.突变型植株对该种昆虫的变异起到了定向诱导的作用B.突变型昆虫和突变型植株的出现增加了物种多样性C.突变型昆虫的存在导致该种突变型植株突变基因的频率增大D.该种昆虫和植物之间的相互选择能够实现二者的协同进化
答案 D 解析 突变型植株会导致该种昆虫群体中不耐受生物碱的个体死亡,使昆虫种群的基因频率发生改变,突变型植株对该种昆虫的变异起到了定向选择的作用,而不是起到定向诱导作用,A项错误。突变型昆虫和突变型植株均未与原来的物种产生生殖隔离,它们的出现不能增加物种多样性,B项错误。突变型昆虫食用该种植物的正常类型和突变类型均不会死亡,则突变型昆虫的数量可能会增加,突变型昆虫的存在不会使突变型植株突变基因的频率增大,C项错误。该种昆虫和植物之间通过相互选择能够实现二者的协同进化,D项正确。
3.(2021广东汕头高三月考)某昆虫种群中,AA个体所占比例为30%,Aa个体所占比例为60%,aa个体所占比例为10%。因天敌捕食,该种群中AA和Aa个体均以每年10%的速率减少,而aa个体以每年10%的速率增加。下列叙述正确的是( )A.天敌捕食使该种群朝着A基因积累的方向定向进化B.该昆虫种群基因库中基因频率发生改变表明其进化成了新物种C.因天敌捕食,一年后该昆虫种群中A的基因频率为60%D.该昆虫种群与其天敌在躲避捕食与捕食中实现了协同进化
答案 D 解析 由题干“因天敌捕食,该种群中AA和Aa个体均以每年10%的速率减少,而aa个体以每年10%的速率增加”可知,天敌捕食使该种群朝着a基因积累的方向定向进化,A项错误。基因频率的改变是生物进化的实质,但基因频率改变不能说明形成了新物种,生殖隔离的出现才标志着新物种的产生,B项错误。假设一开始该种群有100个个体,已知其中AA占30%,Aa占60%,aa占10%,则AA的个体数为100×30%=30(个),Aa的个体数为100×60%=60(个),aa的个体数为100×10%=10(个)。若aa个体每年增加10%,AA和Aa个体均以每年10%的速率减少,则第二年aa的个体数为10×(1+10%)=11(个),AA的个体数为30×(1-10%)=27(个),Aa的个体数为
60×(1-10%)=54(个),AA的基因型频率=[27/(11+27+54)]×100%≈29%,Aa的基因型频率=[54/(11+27+54)]×100%≈59%。则一年后该昆虫种群中A的基因频率为29%+(1/2)×59%=58.5%,C项错误。协同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,被捕食者与捕食者之间都有相互选择、共同促进的作用,D项正确。
易错点拨生物进化≠物种的形成(1)生物进化的实质是种群基因频率的改变,物种形成的标志是生殖隔离的产生。(2)生物发生进化,并不一定形成新物种,但是新物种的形成一定要经过生物进化,即生物进化是物种形成的基础。
4.(2021山东东营测试)林蛙、笛蛙、鼓蛙这三种蛙可生活在同一个池塘里,林蛙在水温7 ℃时(2月)产卵,笛蛙在水温12 ℃时(3月初)产卵,鼓蛙在水温16 ℃时(3月底)产卵。下列运用生物进化观点对这三种蛙的分析,正确的是( )A.同一池塘中三种蛙全部个体所含有的全部基因称为一个基因库B.因繁殖时间不同,三种蛙间不能进行基因交流,产生了生殖隔离C.进化过程中基因突变产生的有利变异决定了三种蛙进化的方向D.若三种蛙生存的环境条件保持稳定,则三个种群的基因频率不会变化
答案 B 解析 由题干信息可知,三种蛙为三个不同种群,而基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因。三种蛙的繁殖时间明显不同,不能进行基因交流从而出现了生殖隔离。进化过程中决定进化方向的是自然选择。即使环境条件稳定,也会因基因突变等因素发生种群基因频率的变化。
易错点拨(1)物种形成与隔离的关系物种的形成不一定要经过地理隔离,但必须要经过生殖隔离,隔离是物种形成的必要条件。(2)“新物种”必须具备两个条件①与原物种间已形成生殖隔离(不能杂交或能杂交但后代不育)。②物种必须是可育的。如三倍体无子西瓜、骡均不可称为“物种”,因为它们均是“不育”的。
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大题分析与表达(三) 变异与育种类大题突破
典例示范
【典例】 (2021河北卷)我国科学家利用栽培稻(H)与野生稻(D)为亲本,通过杂交育种方法并辅以分子检测技术,选育出了L12和L7两个水稻新品系。L12的12号染色体上带有D的染色体片段(含有耐缺氮基因TD),L7的7号染色体上带有D的染色体片段(含有基因SD),两个品系的其他染色体均来自H(图1)。H的12号和7号染色体相应片段上分别含有基因TH和SH。现将两个品系分别与H杂交,利用分子检测技术对实验一亲本及部分F2的TD/TH基因进行检测,对实验二亲本及部分F2的SD/SH基因进行检测,检测结果以带型表示(图2)。
回答下列问题。(1)为建立水稻基因组数据库,科学家完成了水稻 条染色体的DNA测序。 (2)实验一F2中基因型TDTD对应的是带型 。理论上,F2中产生带型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的个体数量比为 。 (3)实验二F2中产生带型α、β和γ的个体数量分别为12、120和108个,表明F2群体的基因型比例偏离 定律。进一步研究发现,F1的雌配子均正常,但部分花粉无活性。已知只有一种基因型的花粉异常,推测无活性的花粉带有 (填“SD”或“SH”)基因。
(4)以L7和L12为材料,选育同时带有来自D的7号和12号染色体片段的纯合品系X(图3)。主要实验步骤包括:① ;②对最终获得的所有植株进行分子检测,同时具有带型 的植株即为目的植株。 (5)利用X和H杂交得到F1,若F1产生的无活性花粉所占比例与实验二结果相同,雌配子均有活性,则F2中与X基因型相同的个体所占比例为 。
答案 (1)12 (2)Ⅲ 1∶2∶1 (3)(基因的)分离 SD (4)将L7与L12杂交得F1,F1自交得F2,在缺氮环境中种植F2 Ⅲ和α (5)1/80
解析 (1)水稻细胞中有12对同源染色体,无性染色体,所以建立水稻基因组数据库,测12条染色体的DNA即可。(2)实验一中,L12(基因型为TDTD)带型为Ⅲ,所以F2中TDTD对应的带型也是Ⅲ。实验一是L12与H杂交,即TDTD×THTH,F2的基因型及其比例为TDTD∶TDTH∶THTH=1∶2∶1。(3)实验二F2中产生带型α、β和γ的数量比不符合1∶2∶1,所以偏离基因的分离定律。F2中带型α、β、γ对应的基因型分别是SDSD、SDSH、SHSH,其个体数量分别为12个、120个、108个,说明带有SD基因的花粉中有部分无活性。
(4)要利用L7和L12得到X,可让L7与L12杂交得到F1,F1自交得到F2,然后在缺氮环境中种植F2。分子检测时同时具有带型Ⅲ(TDTD)和α(SDSD)的植株即为X植株。(5)X植株的基因型为TDTDSDSD,H植株的基因型为THTHSHSH,它们杂交后F1的基因型为TDTHSDSH,F1自交时产生的无活性花粉所占比例与实验二相同,而实验二中F2三种类型SDSD∶SDSH∶SHSH=1∶10∶9,SDSD所占比例为1/20,因此当TDTHSDSH自交时,后代出现TDTDSDSD的概率为TDTD的概率(1/4)×SDSD的概率(1/20)=1/80。
【思维模板】
长句训练
1.研究者常应用单体与缺体分析进行植株基因定位。某雌雄同株的二倍体植株体细胞内含有2n条染色体,该植株体细胞中某对同源染色体缺少一条(即染色体为2n-1条)称为单体,植株体细胞中缺失一对同源染色体(即染色体为2n-2条)称为缺体。回答下列问题。(1)欲判断该植株是否为单体,可以用光学显微镜观察处于有丝分裂时期的细胞,则观察的最佳时期是 ;形成单体或缺体发生的变异属于染色体 变异。
(2)理论上讲,单体植株自交子代中应具有1/4的缺体,从减数分裂和受精作用分析,其原因是单体植株减数分裂时能产生 的两种雌配子和两种雄配子,自交时 的雌、雄配子结合形成受精卵,由该受精卵发育而来的植株占子代的1/4,且体细胞中缺失了一对同源染色体,染色体为2n-2条,即子代中会出现1/4的缺体。
(3)某研究者在培育上述野生型植株过程中偶然发现一株显性纯合突变体(仅考虑一对等位基因),为确定该突变基因位于哪一对同源染色体上,现提供各种野生型单体植株进行实验设计。请完善下列实验设计思路并得出结论。①实验思路:将该突变体植株 杂交得到F1,让F1中单体植株自交得到F2,用光学显微镜观察F2中野生型植株体细胞染色体数目。 ②实验结论:当 时,可确定突变基因位于该杂交组合亲本中野生型单体植株缺失的染色体所对应的同源染色体上。
答案 (1)中期 数目 (2)分别含n、n-1条染色体且比例为1∶1 含n-1条染色体 (3)分别与各种野生型单体植株 某个杂交组合的F2中野生型植株全为缺体
解析 (1)有丝分裂中期,染色体的形态稳定、数目清晰,故欲判断某植株是否为单体,可以用光学显微镜观察处于有丝分裂中期的细胞;形成单体或缺体发生的变异属于染色体数目变异。(2)单体植株在减数分裂时配对的同源染色体彼此分离,而不能配对的染色体移向细胞的哪一极是随机的,所以形成的配子类型为分别含n、n-1条染色体的配子,且比例为1∶1,单体自交时,含n-1条染色体的雌、雄配子结合在一起形成的受精卵(该类型的受精卵占所有受精卵类型的1/4)发育成了缺体。
(3)该突变体为一株显性纯合突变体(设由基因A控制),若基因在单体上,则突变体的基因型为AO;若基因不在单体上,则该突变体的基因型为AA。为确定该突变基因位于哪一对同源染色体上,可将该突变体植株分别与各种野生型单体植株(若基因a在单体上,则突变体的基因型为aO;若基因a不在单体上,则突变体的基因型为aa)杂交得到F1,让F1中单体植株自交得到F2,用光学显微镜观察F2中野生型植株体细胞染色体数目。若突变基因位于该杂交组合亲本中野生型单体植株缺失的染色体上,则亲本基因型为AO、aO,F1中的单体基因型为AO或aO,F1中的单体自交,其中AO自交的后代中野生型全为缺体。若突变基因不位于杂交组合亲本中野生型单体植株缺失的染色体上,则亲本基因型为AA、aa,F1基因型为Aa,F1单体自交后代出现的缺体既有野生型也有突变型。
2.家蚕(染色体组成为2N=56),其性别决定方式为ZW型。有斑纹(A)对无斑纹(a)为显性,A和a所在的常染色体偶见缺失(但基因A/a所在的片段并没有缺失,如下图1所示)现象,表示为A0、a0。家蚕的正常体壁(B)对透明体壁(b)为显性,相关基因位于Z染色体上。
请回答下列问题。(1)若要研究家蚕的基因组,应测定 条染色体上的DNA序列。 (2)研究发现染色体缺失的卵细胞不可育,而染色体缺失的精子可育。基因型为A0aZBZB的个体,产生的可育配子的基因组成为 ;基因型为A0aZbW的个体,产生的可育配子的基因组成为 。这两个亲本家蚕杂交,得到的F1中,有斑纹正常体壁雄蚕所占的比例为 。 (3)雄蚕由于吐丝多、丝的质量好,更受蚕农青睐,但在幼蚕阶段,雌雄蚕不易区分。科学家利用已培育出的限性斑纹蚕(如上图2所示)和无斑纹异性蚕杂交,选择其后代中表型为 (填“有斑纹”或“无斑纹”)的个体培养,得到的都是高产的雄蚕。限性斑纹蚕的培育过程所依据的原理是 。
答案 (1)29(2)A0ZB、aZB aZb、aW 1/4(3)无斑纹 染色体变异(或易位或染色体结构变异)
解析 (1)家蚕(染色体组成为2N=56),其性别决定方式为ZW型。若要研究家蚕的基因组,应测定27条常染色体+Z染色体+W染色体共29条染色体上的DNA序列。(2)染色体缺失的精子可育,因此基因型为A0aZBZB的雄蚕的精原细胞经减数分裂产生的可育配子的基因组成为A0ZB、aZB。染色体缺失的卵细胞不可育,基因型为A0aZbW的雌蚕的卵原细胞经减数分裂产生的可育配子的基因组成为aZb、aW。基因型为A0aZBZB的雄蚕与基因型为
A0aZbW的雌蚕杂交,得到的F1的基因型为A0aZBZb(有斑纹正常体壁雄蚕)、aaZBZb(无斑纹正常体壁雄蚕)、A0aZBW(有斑纹正常体壁雌蚕)、aaZBW(无斑纹正常体壁雌蚕),因此有斑纹正常体壁雄蚕所占的比例为1/4。(3)由题图可知,限性斑纹雌蚕的基因型为aaZWA。在生产中,可利用限性斑纹雌蚕和无斑纹雄蚕培育出易于辨别幼蚕性别的后代。用限性斑纹雌蚕和无斑纹雄蚕培育后代的遗传图解如下所示。
选择其后代中表型为无斑纹的个体培养,得到的都是高产的雄蚕。限性斑纹蚕的产生是由于Ⅱ号染色体上的一个片段(含A基因)移接到W染色体上,因此属于染色体结构变异中的易位。
3.(2021山西长治模拟)番茄为一年生草本植物,因果实营养丰富深受人们喜爱。番茄的紫茎(A)对绿茎(a)为显性,正常果形(B)对多棱果(b)为显性,缺刻叶(C)对马铃薯叶(c)为显性,三对基因独立遗传。现有基因型分别为AABBcc、AAbbCC、aaBBCC三个番茄品种甲、乙、丙。请回答下列问题。(1)利用甲、乙、丙三个品种通过杂交培育绿茎多棱果马铃薯叶的植株丁的过程为 ,此过程至少需要 年。
(2)在种植过程中,研究人员发现了一棵具有明显特性的变异株。要进一步判断该变异株的育种价值,首先要确定它是否属于 变异。若该变异株具有育种价值,要获得可以稳定遗传的植株,可根据变异类型及生产需要选择不同的育种方法。
如果变异株是个别基因的突变体,则可采用育种方法①,使突变基因逐渐 ,培育成新品种A;但若是显性突变,则该方法的缺点是 。为了规避该缺点,可以采用育种方法②,其中处理1采用的核心手段是 。若要在较短时间内获得大量具有该变异的幼苗,可采用育种方法③,该育种方法的基本原理是 。
答案 (1)甲与乙杂交得到F1,F1与丙杂交,得到F2,F2自交,收获种子,播种种子选育出表型为绿茎多棱果马铃薯叶植株(合理即可) 4(2)可遗传的 纯合 获得新品种所需的时间(或周期)长 花药离体培养和秋水仙素处理(使染色体数目加倍) 植物细胞的全能性
解析 (1)由题意可知,培育绿茎多棱果马铃薯叶植株的过程为:甲(AABBcc)与乙(AAbbCC)杂交得到F1(AABbCc),F1(AABbCc)与丙(aaBBCC)杂交,得到的F2中有基因型为AaBbCc的个体,F2自交,收获种子,播种种子得到F3,其中基因型为aabbcc的个体表型为绿茎多棱果马铃薯叶植株。以上培育过程中甲×乙杂交需一年,F1与丙杂交需一年,F2自交需一年,收获的种子从播种到长出所需植株需一年,因此至少需要4年。(2)要判断变异株的育种价值,首先要确定它是否属于可遗传的变异。如果变异株是基因突变导致,则可采用育种方法①即杂交育种,使突变基因逐渐纯合,培育成新品种A。但若是显性突变,则该方法的缺点是获得新品种所需的时间(或周期)长。若要缩短育种年限,可采用单倍体育种的方法即育种方法②,其中处理1采用的核心手段是花药离体培养和秋水仙素处理(使染色体数目加倍)。育种方法③即通过植物组织培养快速繁殖,原理是植物细胞的全能性。
4.(2020山东卷)玉米是雌雄同株异花植物,利用玉米纯合雌雄同株品系M培育出雌株突变品系,该突变品系的产生原因是2号染色体上的基因Ts突变为ts,Ts对ts为完全显性。将抗玉米螟的基因A转入该雌株品系中获得甲、乙两株具有玉米螟抗性的植株,但由于A基因插入的位置不同,甲植株的株高表现为正常,乙植株矮小。为研究A基因的插入位置及其产生的影响,进行了以下实验。
(1)实验一中作为母本的是 ,实验二的F1中非抗螟植株的性别表现为 (填“雌雄同株”“雌株”或“雌雄同株和雌株”)。 (2)选取实验一的F1抗螟植株自交,F2中抗螟雌雄同株∶抗螟雌株∶非抗螟雌雄同株≈2∶1∶1。由此可知,甲中转入的A基因与ts基因 (填“位于”或“不位于”)同一条染色体上,F2中抗螟雌株的基因型是 。若将F2中抗螟雌雄同株与抗螟雌株杂交,子代的表型及其比例为 。
(3)选取实验二的F1抗螟矮株自交,F2中抗螟矮株雌雄同株∶抗螟矮株雌株∶非抗螟正常株高雌雄同株∶非抗螟正常株高雌株≈3∶1∶3∶1,由此可知,乙中转入的A基因 (填“位于”或“不位于”)2号染色体上,理由是 。F2中抗螟矮株所占比例低于预期值,说明A基因除导致植株矮小外,还对F1的繁殖造成影响,结合实验二的结果推断这一影响最可能是 。F2抗螟矮株中ts基因的频率为 ,为了保存抗螟矮株雌株用于研究,种植F2抗螟矮株使其随机受粉,并仅在雌株上收获籽粒,籽粒种植后发育形成的植株中抗螟矮株雌株所占的比例为 。
答案 (1)甲 雌雄同株(2)位于 AAtsts 抗螟雌雄同株∶抗螟雌株=1∶1(3)不位于 抗螟性状与性别性状间是自由组合的,因此A基因不位于Ts、ts基因所在的2号染色体上 含A基因的雄配子不育 1/2 1/6
解析 (1)由题干信息可知,品系M为雌雄同株,甲为雌株突变品系,因此实验一中作为母本的是甲。实验二的F1中非抗螟植株的基因型为Tsts,Ts对ts为显性,因此该植株为雌雄同株。(2)实验一中F1抗螟植株的基因型为ATsts,F2中抗螟雌雄同株∶抗螟雌株∶非抗螟雌雄同株≈2∶1∶1,说明甲中转入的A基因与ts基因位于同一条染色体上。F1抗螟植株中A和ts位于一条染色体上,另一条染色体上的基因为Ts,F1抗螟植株自交产生的F2中抗螟雌株的基因型为AAtsts,其产生的配子为Ats,抗螟雌雄同株的基因型为ATsts,其产生的配子为1/2Ats、1/2Ts,二者杂交,子代的基因型及其比例为AAtsts∶ATsts=1∶1,表型及其比例为抗螟雌株∶抗螟雌雄同株=1∶1。
(3)实验二中F1抗螟矮株基因型为ATsts,F2中抗螟矮株雌雄同株∶抗螟矮株雌株∶非抗螟正常株高雌雄同株∶非抗螟正常株高雌株≈3∶1∶3∶1,是(1∶1)(3∶1)的组合,说明两对基因独立遗传,因此乙中转入的A基因不位于2号染色体上。分析F2中性状表现可知,抗螟∶非抗螟=1∶1,雌雄同株∶雌株=3∶1,由此可判断含A基因的雌配子或含A基因的雄配子不育,再结合实验二信息(乙可产生正常配子)可推断含A基因的雄配子不育。F2中抗螟矮株的基因型为1/4ATsTs、1/2ATsts、1/4Atsts,ts基因的频率为1/2。F2中抗螟矮株雌株的基因型为Atsts,抗螟矮株雌雄同株的基因型为1/3ATsTs、2/3ATsts,又因为含A基因的雄配子不育,所以能受粉的雄配子的基因型为2/3Ts、1/3ts,因此F3中抗螟矮株雌株占1/6。
热点突破5提高农作物产量,保障粮食安全,落实社会责任
微网建构
考向探析
“民以食为天”,粮食与种子问题自始至终是首当其冲的国计民生问题。习近平总书记十分关心我国种粮产量与安全,“靠中国种子来保障中国粮食安全”,保障粮食安全必须把种子牢牢攥在自己手中,要坚持农业科技自立自强,从培育好种子做起,加强良种技术攻关,依靠种子确保粮食产量与安全。因此,当今高考必会与时俱进,应牢牢贯彻种子、粮食产量与安全理念,切入相关原理,探索良种培育与产量提升途径或方法,将是新高考的重要命题。
典题感悟
1.(2021山东菏泽模拟)普通小麦为六倍体,两性花,自花传粉,小麦的糯性对非糯性为隐性。我国科学家用两种非糯性小麦(关东107和白火麦)培育稳定遗传的糯性小麦,过程如下图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.普通小麦单倍体体细胞中有6个染色体组B.小麦单倍体胚细胞的染色体不能发生联会C.低温诱导和用秋水仙素处理的作用相同D.六倍体小麦的培育原理为染色体数目变异
答案 A 解析 普通小麦单倍体体细胞中有3个染色体组,A项错误。小麦单倍体胚细胞中含有3个染色体组,联会时会发生紊乱,故不能发生联会,B项正确。低温诱导和用秋水仙素处理的作用相同,都是在有丝分裂前期抑制纺锤体的形成,C项正确。六倍体小麦的培育原理为染色体数目变异,D项正确。
2.(2021山东济南高三月考)豌豆花紫色(A)对白色(a)为显性,高茎(B)对矮茎(b)为显性。与高茎豌豆的DNA相比,矮茎豌豆的DNA中插入了一段外来的碱基序列,使其不能合成相关的酶,导致豌豆茎不能长高。控制两种性状的两对基因独立遗传。现有白色高茎豌豆和紫色矮茎豌豆两品种的纯合子,欲培育纯合的紫色高茎豌豆品种,其过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A.要明显加快育种进程,可采用图中①②③的育种方法B.图中过程③的操作方法是用秋水仙素或低温处理幼苗,④中激光的作用是诱导基因突变C.从变异的角度看,矮茎豌豆的形成是染色体变异的结果D.从进化的角度分析,过程①→⑤该豌豆种群发生了进化
答案 C 解析 单倍体育种能明显加快育种进程,可采用题图中①②③的育种方法,A项正确。题图中过程③的操作方法是用秋水仙素或低温处理幼苗,④中激光的作用是诱导基因突变,B项正确。矮茎豌豆的DNA中插入了一段外来碱基序列,从变异的角度看,矮茎豌豆的形成是基因突变的结果,C项错误。从进化的角度分析,过程①→⑤中基因频率有发生改变,该豌豆种群发生了进化,D项正确。
3.(2020全国Ⅱ卷)控制某种植物叶形、叶色和能否抗霜霉病3个性状的基因分别用A/a、B/b、D/d表示,且位于3对同源染色体上。现有表型不同的4种植株:板叶紫叶抗病(甲)、板叶绿叶抗病(乙)、花叶绿叶感病(丙)和花叶紫叶感病(丁)。甲和丙杂交,子代表型均与甲相同;乙和丁杂交,子代出现个体数相近的8种不同表型。回答下列问题。(1)根据甲和丙的杂交结果,可知这3对相对性状的显性性状分别是 。 (2)根据甲和丙、乙和丁的杂交结果,可以推断甲、乙、丙和丁植株的基因型分别为 、 、 和 。
(3)若丙和丁杂交,则子代的表型为 。 (4)选择某一未知基因型的植株X与乙进行杂交,统计子代个体性状。若发现叶形的分离比为3∶1、叶色的分离比为1∶1、能否抗病性状的分离比为1∶1,则植株X的基因型为 。
答案 (1)板叶、紫叶、抗病(2)AABBDD AabbDd aabbdd aaBbdd(3)花叶绿叶感病、花叶紫叶感病(4)AaBbdd
解析 (1)甲和丙杂交,子代表型均与甲相同,由此可知,甲表现的性状均为显性,即板叶、紫叶、抗病为显性,花叶、绿叶、感病为隐性。(2)由(1)可知甲的基因型为AABBDD,丙的基因型为aabbdd。乙的表型为板叶绿叶抗病(A_bbD_),丁的表型为花叶紫叶感病(aaB_dd)。乙和丁杂交,子代出现个体数相近的8种不同表型,故乙的基因型为AabbDd,丁的基因型为aaBbdd。(3)若丙(aabbdd)和丁(aaBbdd)杂交,则子代的表型只有花叶绿叶感病(aabbdd)和花叶紫叶感病(aaBbdd)两种。(4)选择某一未知基因型的植株X与乙(AabbDd)进行杂交,统计子代个体性状。叶形的分离比为3∶1,说明植株X叶形的相关基因型为Aa;叶色的分离比为1∶1,说明植株X叶色的相关基因型为Bb;能否抗病性状的分离比为1∶1,说明植株X能否抗病的相关基因型为dd。所以植株X的基因型为AaBbdd。
4.(2020全国Ⅲ卷)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程,如下图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组,每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上,人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题。
(1)在普通小麦的形成过程中,杂种一是高度不育的,原因是 。已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体,普通小麦体细胞中有 条染色体。一般来说,与二倍体相比,多倍体的优点是 (答出两点即可)。 (2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍,可采用的方法有 (答出一点即可)。 (3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合子),甲的表型是抗病易倒伏, 乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种,请简要写出实验思路。
答案 (1)无同源染色体,不能进行正常的减数分裂 42 营养物质含量高、茎秆粗壮(2)秋水仙素处理(3)甲、乙两个品种杂交,F1自交,选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。
解析 (1)由题图可知,杂种一是由一粒小麦和斯氏麦草两种植物杂交得到的,虽然杂种一的体细胞中含有2个染色体组,但它们来自两个不同的物种,即体细胞中无同源染色体,不能进行正常的减数分裂,无法形成正常的生殖细胞,故杂种一是高度不育的。由题图可知,杂种二的体细胞中含有3个染色体组,是三倍体,每个染色体组均含7条染色体;普通小麦是由杂种二染色体加倍形成的多倍体,故普通小麦体细胞中含有42条染色体。与二倍体相比,多倍体的优点是营养物质含量高,茎秆粗壮,叶片、果实和种子都比较大等。(2)使植物细胞染色体加倍的人工方法有用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗;低温处理植物分生组织的细胞。(3)根据题目要求,应设计杂交育种方案获得纯合的抗病抗倒伏小麦,因为只有纯合子才能稳定遗传。杂交实验方案为:甲、乙两个品种杂交获得F1,F1自交,选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。
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