2021高三统考人教生物一轮（经典版）学案：必修2第7单元　第23讲　第2课时　生物变异在育种上的应用

第二课时　生物变异在育种上的应用课前自主检测判断正误并找到课本原文1．三倍体无子西瓜中一颗种子也不会产生。(必修2 P89—拓展题)(×)2．传统的方法是选择育种，通过汰劣留良的方法来选择和积累优良基因。(必修2 P98—正文)(√)3．选择育种不仅周期长，而且可选择的范围是有限的。(必修2 P98—正文)(√)4．杂交育种是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。(必修2 P99—正文)(√)5．我国科学家应用X射线和化学诱变剂进行人工诱变处理，从诱变后代中选出抗病性强的优良大豆。(必修2 P100—小字)(√)6．基因工程就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。(必修2 P102—正文)(√)7．质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。(必修2 P103—正文)(√)8．基因工程的方法能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药品，如青霉素。(必修2 P104—正文)(×)真题重组　判断正误(1)(2014·江苏高考)通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育，培育出作物新类型。(√)(2)(2013·大纲卷)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，属于诱变育种。(√)(3)(2013·大纲卷)水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种，属于单倍体育种。(√)(4)(2013·大纲卷)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，属于基因工程育种。(√)(5)(2013·四川高考)抗病植株连续自交若干代，纯合抗病植株的比例逐代下降。(×)知识自主梳理一　单倍体育种1．原理：染色体变异。2．方法3．优点：明显缩短育种年限。4．缺点：技术复杂。5．实例：用高秆抗病(DDTT)和矮秆不抗病(ddtt)小麦品种培育矮秆抗病小麦，过程见图。二　多倍体育种1．方法：用秋水仙素或低温处理。2．处理材料：萌发的种子或幼苗。3．原理4．优点：多倍体植株茎秆粗壮，叶、果实和种子比较大，营养物质含量丰富。5．缺点：多倍体植株发育延迟，结实率低，多倍体育种一般只适用于植物。6．实例：三倍体无子西瓜(1)(2)三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。(3)用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数目不变。三　杂交育种1．原理：基因重组。2．过程(1)培育杂合子品种选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。(2)培育隐性纯合子品种选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表现型符合要求的个体种植并推广。(3)培育显性纯合子品种①植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。②动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代只出现一种性状的F2个体。3．优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。4．缺点：获得新品种的周期长。四　诱变育种1．原理：基因突变。2．过程3.优点(1)可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。(2)大幅度地改良某些性状，创造人们所需要的优良变异类型。4．缺点：有利变异个体往往不多，需处理大量材料。五　针对不同育种目标的育种方案育种目标育种方案集中双亲优良性状单倍体育种(明显缩短育种年限)杂交育种(耗时较长，但简便易行)对原品系实施“定向”改造基因工程育种让原品系产生新性状(无中生有)诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)使原品系营养器官“增大”或“加强”多倍体育种1．单倍体育种过程，使用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。(×)2．单倍体育种所得个体均为纯合子。(×)3．花药离体培养得到单倍体植株。(√)1．“三体”≠“三倍体”三倍体是指由受精卵发育而成，体细胞中含三个染色体组的个体，其每种形态的染色体为“三条相同”(如图1所示)；三体则是二倍体(含两个染色体组)，只是其中某形态的染色体“多出了一条”而成为3条，其余染色体均为两两相同(如图2所示)。2．明确三类“无子果实”(1)无子西瓜—利用染色体变异原理，无子的原因是三倍体联会紊乱，不能产生正常配子。(2)无子番茄—利用生长素促进果实发育的原理，其无子的原因是“未受粉”。(3)无子香蕉—天然三倍体，无子的原因在于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。杂交育种过程中的问题：1．第一次杂交的目的？提示　将控制优良性状的基因集中到一个个体。2．为什么从F2开始选优？提示　F2出现性状分离，有所需优良性状个体。诱变育种为什么往往需处理大量实验材料？提示　诱变育种原理是基因突变，基因突变具有不定向性和低频性，故需处理大量实验材料才有可能得到所需优良性状个体。考点题型突破考点　生物变异在育种上的应用题型一 单倍体与多倍体育种过程及应用1．小麦品种中高秆(A)对矮秆(a)为显性、抗病(B)对易感病(b)为显性，两对相对性状独立遗传。某生物兴趣小组利用基因型为AaBb的小麦来培育能够稳定遗传的矮秆抗病小麦新品种，培育方法如图所示，下列相关叙述中正确的是(　　)A．该生物兴趣小组培育小麦新品种的原理为单倍体育种B．图中②过程常采用花药离体培养的方法C．配子未分化，图中②过程不需要经过脱分化过程D．④过程得到的是四倍体植株为纯合子答案　B解析　题中生物兴趣小组依据的育种原理为染色体变异，A错误；②表示将花药进行离体培养，得到单倍体植株，B正确；配子高度分化，经脱分化、再分化形成单倍体植株，C错误；④过程得到的四倍体植株中仍含有等位基因，应为杂合子，D错误。2．下图是三倍体西瓜育种原理的流程图，请据图回答下列问题：(1)秋水仙素可诱导多倍体的产生，其作用为______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)四倍体母本上结出的三倍体西瓜，其果肉细胞中有________个染色体组，种子的胚细胞中有________个染色体组。三倍体植株不能形成生殖细胞的原因是____________________。(3)育种过程中，三倍体无子西瓜偶尔有少量种子。请从染色体组的角度解释，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。(4)三倍体无子西瓜的性状________(填“能”或“不能”)遗传，请设计简单实验验证你的结论并做出预期实验结果。设计方案：将三倍体无子西瓜果皮的任意一部分______________________________________________________________________________________________________________________________。结果预期：_______________________________________________________。答案　(1)抑制分裂前期的细胞形成纺锤体(2)四　三　联会紊乱(3)一个染色体组的全部染色体正好移向细胞的一极，另外两个染色体组的全部染色体正好移向细胞的另一极，产生了正常的配子(4)能　进行植物组织培养(或无性繁殖)，观察果实中是否有种子　成活长大后的植株仍然不能结出有子果实解析　(1)秋水仙素可诱导多倍体的产生，其作用是抑制分裂前期的细胞形成纺锤体。(2)由于果实的果肉部分是由母本的子房壁细胞分裂、分化而来的，与父本无关，所以四倍体母本上结出的三倍体西瓜，其果肉细胞中含有四个染色体组。种子中的胚是由卵细胞和精子结合成受精卵发育而成，所以胚细胞中含三个染色体组。三倍体植株在减数分裂过程中联会发生紊乱，不能形成正常的生殖细胞。(4)三倍体无子西瓜的育种原理是染色体数目变异，是一种可遗传的变异，它的性状是可以遗传的，但必须用无性繁殖的手段进行培养，如植物组织培养。(1)单倍体育种一般应用于二倍体植物，因为若为四倍体植物，通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。(2)用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍，若操作对象是单倍体植株，属于单倍体育种；若操作对象为正常植株，叫多倍体育种，不能看到“染色体数目加倍”就认为是多倍体育种。(3)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，使染色体数目加倍。单倍体育种在幼苗期处理，多倍体育种在种子萌发期或幼苗期处理。题型二 诱变育种与杂交育种3．家蚕(2n＝28)雌性体细胞内有两个异型的性染色体ZW，雄性体细胞内有两个同型性染色体ZZ。人们用辐射的方法使常染色体上带有卵色基因的片段易位到W染色体，使ZW卵和不带卵色基因的ZZ卵有所区别，从而在家蚕卵还未孵化时就能区分雌雄。下列有关说法错误的是(　　)A．这种育种方式属于诱变育种B．辐射的目的是为了提高基因的突变率，更容易筛选到卵色基因C．上述带有卵色的受精卵将来会发育为雌性家蚕D．上述带有卵色基因的家蚕染色体组型图与正常家蚕不同答案　B解析　人们用辐射的方法使常染色体上带有卵色基因的片段易位到W染色体，说明该方法是诱变育种，A正确；辐射的目的是为了提高变异的突变率，更容易筛选到含有卵色基因的个体，B错误；根据题意可知，卵色基因的片段易位到W染色体，则带有卵色的受精卵为ZW，为雌性家蚕，C正确；上述带有卵色基因的家蚕W染色体多了一段染色体，所以其染色体组型图与正常家蚕不同，D正确。4．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，三对等位基因分别位于三对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形三对相对性状。请回答：(1)如何运用杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株？(用文字简要描述获得过程即可)(2)如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要几年？答案　(1)A与B杂交得到杂交一代，杂交一代与C品种杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，可以得到基因型为aabbdd的种子，该种子可以长成基因型为aabbdd的植株。(2)4年。解析　(1)根据基因的自由组合定律，把基因型为AABBdd的A品种和基因型为AAbbDD的B品种进行杂交，并将得到的杂交一代与基因型为aaBBDD的C品种杂交，得到杂交二代。再将杂交二代自交，就可以得到基因型为aabbdd的种子，该种子可以长成基因型为aabbdd的植株。(2)第一年：A品种和B品种杂交，得到杂合植株AABbDd；第二年：杂合植株和C品种杂交，得到AaBBDD、AaBBDd、AaBbDD、AaBbDd；第三年：第二年收获的种子形成的植株自交，得到含aabbdd的种子；第四年：第三年收获的种子形成植株。5．动物杂交育种的方法假设现有长毛立耳猫(BBEE)和短毛折耳猫(bbee)，你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫(BBee)？写出育种方案(图解)。注意：动物杂交育种与植株杂交育种的不同。答案　可以培育出稳定遗传的长毛折耳猫，育种图解如下：P　　　　长毛立耳　　　　短毛折耳　　　　　　BBEE　　×　　bbee　　　　　　　　     ↓F1　　　　 　BbEe　　×　　BbEe　　　　　长毛立耳　　 　长毛立耳　　　　　    　　　↓F2　B_E_　　 B_ee　　　bbE_　　　bbee长毛立耳  　长毛折耳 　短毛立耳　 短毛折耳选取长毛折耳猫作测交：F2　长毛折耳　短毛折耳　长毛折耳　短毛折耳　   BBee　×　bbee　　　Bbee　×　bbee　　　　   ↓　　　　　　　　　↓F3　　　　Bbee　　　　 　Bbee　　　bbee长毛折耳　　　长毛折耳 　短毛折耳如果子三代只有长毛折耳猫，则说明子二代长毛折耳猫就是所要的品(纯)种；如果子三代既有长毛折耳猫又有短毛折耳猫，则说明子二代长毛折耳猫不是所要的品(杂)种。题型三 生物育种的综合判断6．(2019·唐山一中月考)番茄的抗病(R)对感病(r)为显性，高秆(D)对矮秆(d)为显性，控制上述两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。为获得纯合高秆抗病番茄植株，研究人员采用了如图所示的方法。据图分析，正确的是(　　)A．若过程①的F1自交一代，产生的高秆抗病植株中纯合子占1/9B．过程②常用一定浓度的秋水仙素处理单倍体的种子C．过程③应用的原理是细胞增殖D．过程④“航天育种”方法中主要的变异类型是基因重组答案　A解析　纯合高秆感病植株(DDrr)与纯合矮秆抗病植株(ddRR)杂交，F1基因型为DdRr，F1自交一代，产生的高秆抗病植株占总数的9/16，其中纯合子占1/9，A正确；二倍体经花药离体培养获得的单倍体没有种子，只能用秋水仙素处理幼苗，B错误；过程③应用的原理是植物细胞的全能性，C错误；过程④“航天育种”方法中主要的变异类型是基因突变，D错误。7．(2019·河南许昌高级中学下学期第二次诊断)要提高农作物产量，良种是保障。下列关于几种育种方法的叙述，错误的是(　　)A．培育优质新品种时，单倍体育种和杂交育种都要先通过杂交集优B．选育玉米杂交种时，要通过一定的方法先得到纯种再杂交获得杂种C．诱变育种能提高突变率，但不能控制基因突变的方向D．进行多倍体育种时，加倍的染色体一定来自于一个物种答案　D解析　培育优质新品种时，可先将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起，再采用单倍体育种或杂交育种的方式继续培育和选择，进而获得所需要的新品种，A正确；由于用纯合的亲本杂交时，获得的子代均为杂合子，其杂种优势最大，所以选育玉米杂交种时，要通过一定的方法先得到纯种再杂交获得杂种，B正确；诱变育种的原理是基因突变，而基因突变是不定向的，因此诱变育种能提高突变率，但不能控制基因突变的方向，C正确；进行多倍体育种时，加倍的染色体不一定来自于一个物种，例如八倍体小黑麦的培育，加倍的染色体来自普通小麦与二倍体黑麦，D错误。不同育种方法需注意的问题(1)诱变育种：多用于植物和微生物。原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。(2)杂交育种：不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状个体即可。(3)花药离体培养≠单倍体育种：花药离体培养只是其中的一个程序，要想得到可育的品种，一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体数目加倍。(4)多倍体育种得到的整个植株并不是所有细胞的染色体数目都加倍，细胞是否都出现染色体数目加倍与处理方法有关。方向真题体验1．(2019·江苏高考)下列关于生物变异与育种的叙述，正确的是(　　)A．基因重组只是基因间的重新组合，不会导致生物性状变异B．基因突变使DNA序列发生的变化，都能引起生物性状变异C．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D．多倍体植株染色体组数加倍，产生的配子数加倍，有利于育种答案　C解析　生物的可遗传变异包括基因重组、基因突变和染色体变异，都可能导致生物性状变异，A错误；基因突变使DNA序列发生变化，当发生隐性突变时，不一定会引起生物性状变异，B错误；多倍体植株染色体组数加倍，但产生的配子数不会加倍，D错误。2．(2016·江苏高考)下图中甲、乙两个体的一对同源染色体中各有一条发生变异(字母表示基因)。下列叙述正确的是(　　)A．个体甲的变异对表型无影响B．个体乙细胞减数分裂形成的四分体异常C．个体甲自交的后代，性状分离比为3∶1D．个体乙染色体没有基因缺失，表型无异常答案　B解析　个体甲的变异属于缺失，影响表型，A错误；个体乙发生的变异是倒位，可使减数分裂形成的四分体异常，B正确；含缺失染色体的配子一般是败育的，故其自交后代一般不会发生性状分离，C错误；个体乙染色体没有基因缺失，但发生倒位，表型异常，D错误。3．(2016·上海高考)导致遗传物质变化的原因有很多，图中字母代表不同基因，其中变异类型①和②依次是(　　)A．突变和倒位  B．重组和倒位C．重组和易位  D．易位和倒位答案　D解析　①中少了基因a、b，多了基因J，是非同源染色体间发生了片段交换，属于染色体结构变异中的易位；②c、d、e基因位置发生了颠倒，属于倒位，D正确。4．(2017·江苏高考)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　(1)遗传　(2)纯合　花药　单倍体(3)染色体分离　配子　组培苗　(4)重组解析　(1)只有由遗传物质改变引起的性状改变才能遗传下去，才具有育种价值。(2)方法①是自交，连续自交过程中早熟基因逐渐纯合，培育成新品种1。单倍体育种能明显缩短育种年限，可先通过花药离体培养，再用秋水仙素处理单倍体幼苗。(3)若是由染色体组数目改变引起的变异，则该变异株减数分裂中联会紊乱，从而造成不规则的染色体分离，产生染色体数目不等、生活力很低的异常配子，只有极少数配子正常，故只能得到少量的种子。方法③需要先进行植物组织培养获得柑橘苗，此过程操作复杂、成本较高。(4)在新品种1的选育过程中，连续自交使早熟性状相关基因与其他性状相关基因发生了多次重组。而在植物组织培养过程中不发生基因重组。