2021版新高考生物培优大一轮复习讲义：必修2第7单元第2讲染色体变异与生物育种

第2讲　染色体变异与生物育种

染色体变异

1．观察下列图示，填出变异类型

(1)甲、乙、丙、丁所示变异类型分别属于缺失、重复、倒位、基因突变。

(2)可在显微镜下观察到的是甲、乙、丙。

(3)基因数目和排列顺序未变化的是丁。

2．染色体数目变异

(1)类型及实例

(2)染色体组

①概念：细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异。

②组成

如图中雄果蝇体细胞染色体中的一个染色体组可表示为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。

(3)二倍体、多倍体和单倍体的比较

1．染色体易位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响。(×)

[提示]　染色体易位可能对当代生物体不产生影响，也可能产生影响，且染色体变异大多对生物体是不利的。

2．染色体上某个基因的缺失属于基因突变。(×)

[提示]　染色体上某个基因的缺失属于染色体结构变异中的缺失。

3．非同源染色体某片段移接，仅发生在减数分裂过程中。(×)

[提示]　非同源染色体某片段的移接，是染色体易位，可以发生在减数分裂或有丝分裂过程中。

4．基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变。(×)

[提示]　基因突变与染色体结构变异都有可能使个体表现型改变。

5．染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增减。(×)

[提示]　染色体组整倍性增加会导致基因的数量增加，但基因的种类不变。

6．二倍体生物花药离体培养后即可得到纯合子。(×)

[提示]　二倍体生物花药离体培养得到单倍体，后经秋水仙素处理加倍才得到纯合子。

7．单倍体含有的染色体组数都是奇数。(×)

[提示]　四倍体的单倍体染色体组数是两个，不是奇数。

同源多倍体产生配子的种类及比例

(1)若同源四倍体的基因型为Aaaa，其中A对a为完全显性，则产生的配子类型及比例：Aa∶aa＝1∶1。

(2)若同源四倍体的基因型为AAAa，其中A对a为完全显性，则产生的配子类型及比例：AA∶Aa＝1∶1。

(3)若同源四倍体的基因型为AAaa，其中A对a为完全显性，则产生的配子类型及比例：AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1。

1．染色体结构变异中有的会导致生物体死亡，并不遗传给后代，为何还称为可遗传的变异？

[提示]　染色体结构变异使排列在染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，即由遗传物质的变化引起的变异称为可遗传的变异。

2．辨析易位与交叉互换

3．有人让某品系的豌豆自交，子代出现了性状分离，且出现了高∶矮＝35∶1。原因可能是染色体加倍形成了四倍体的豌豆DDdd。请设计一个实验方案对该解释加以验证。

[提示]　让该品系的豌豆与矮茎豌豆测交，若测交后代性状分离比为高∶矮＝5∶1，则验证了解释。

染色体结构变异的分析与判断

1．DNA分子中特定片段的“拷贝数变异”是指与本物种正常的基因组相比，染色体上发生的一种结构变异。某研究小组利用PCR方法，检测了莱芜猪(2n＝38)种群体细胞中R基因拷贝总数。如图为R基因在13号染色体上的位置及拷贝数示意图。以下叙述错误的是(　　)

A．R基因拷贝数的改变可能导致基因表达量的改变，引起性状的改变

B．与a比较，b、c染色体发生了R基因所在片段的缺失、重复

C．因为染色体的长度差异，减数分裂过程中，a、b、c三种染色体不会联会

D．上述两种变异在光学显微镜下均可观察到

C　[虽然由于R基因拷贝不同染色体长度出现差异，但是a、b、c仍然是同源染色体，减数分裂过程中三种染色体可以发生联会，C错。]

2．(2019·日照市高三期末)图甲是某二倍体生物体细胞染色体模式图，①～⑥是细胞发生变异后的染色体组成模式图。下列叙述错误的是(　　)

A．①～⑥中发生染色体变异的是②③④⑥

B．①②③的变异方式分别为基因重组、易位、倒位

C．①～⑥能引起染色体上基因数目或排列顺序发生改变

D．甲→⑤过程可通过自交或花药离体培养后再加倍来实现

C　[图①～⑥中，②③④⑥为染色体变异，A正确；①②③的变异方式分别为基因重组、易位、倒位，B正确；②③引起基因的数量或排列顺序发生变化，而④⑥为染色体数目变异，C错误；甲自交可产生⑤，通过甲的花药离体培养，然后用秋水仙素加倍，也可产生⑤，D正确。]

染色体组与生物体倍性的判断

3．一般认为烟草是由两个二倍体野生种合并起来的异源四倍体，其中一种甲含24条染色体，染色体组成用SS表示；另一种乙含24条染色体，染色体组成用TT表示，故烟草的染色体组成可表示为SSTT。某烟草单体含47条染色体，染色体组成用SSTT－1表示，与甲杂交的F1群体内，一些植株有36条染色体，另一些植株有35条染色体。细胞学检测表明，35条染色体的F1植株在减数分裂时，有22条染色体联会成11对同源染色体，还有13条染色体不联会，请回答下列问题：

(1)F1植株的染色体组成可表示为___________________________________。

(2)该烟草单体所缺的那条染色体属于________(填“S组”或“T组”)染色体组。如果所缺的那条染色体属于另一个染色体组，则上述的35条染色体的F1植株在减数分裂时应该有________条染色体联会成对，同时形成________条不联会的染色体。

(3)判断甲、乙烟草属于不同物种的依据是_____________________________

____________________________________________________________________。

[解析]　(1)某烟草单体(SSTT－1)可产生配子的染色体组成类型是ST、ST－1或者ST、S－1T。甲(SS)产生的配子染色体组成类型为S。则杂交后F1群体内，一些植株有36条染色体，染色体组成为SST，另一些植株有35条染色体，染色体组成为SST－1或SS－1T。

(2)甲(SS)含24条染色体，有12对同源染色体；乙(TT)含24条染色体，有12对同源染色体。细胞学检测表明，35条染色体的F1植株在减数分裂时，有22条染色体联会成11对同源染色体，还有13条染色体不联会，可以推断出该烟草单体所缺的那条染色体属于S组。如果所缺的那条染色体属于另一个染色体组，即T组，则上述的35条染色体的F1植株在减数分裂时应该有24条染色体(SS)联会成对，同时形成11条不联会的染色体(T)。

(3)甲、乙烟草属于不同物种的依据是存在生殖隔离，即不能交配或交配后不能产生可育后代(有生殖隔离)。

[答案]　(1)SST、SST－1或SS－1T　(2)S组　24　11　(3)不能交配或交配后不能产生可育后代(有生殖隔离)

生物变异类型的判断

4．一只红眼雄果蝇(XBY)与一只白眼雌果蝇(XbXb)杂交，子代中发现有一只白眼雌果蝇。分析认为，该白眼雌果蝇出现的原因有两种：亲本果蝇在产生配子过程中发生了基因突变或染色体片段缺失。(注：控制某一性状的基因都缺失时，胚胎致死；各型配子活力相同)

(1)甲同学想通过一次杂交的方法以探究其原因。请你帮助他完成以下实验设计。

实验步骤：

①______________________________________________________________；

②_____________________________________________________________。

结果预测：

Ⅰ.如果________________________，则为基因突变；

Ⅱ.如果________________________，则为染色体片段缺失。

(2)乙同学认为可以采用更简便的方法验证甲同学的实验结论，乙同学的方法是_________________________________________________________________。

[解析]　(1)用代入法进行倒推，通过一次杂交的方法(让这只雌果蝇与正常红眼雄果蝇交配)来确定变异的类型。若发生了基因突变，这只雌果蝇的基因型为XbXb，子代中雌果蝇为红眼，雄果蝇为白眼，雌雄个体数之比为1∶1；若发生了含B基因的染色体片段缺失，这只雌果蝇的基因型为XXb，产生的子代中雌果蝇均为红眼，雄果蝇都是白眼，雌雄个体数之比为2∶1。

(2)可以用显微镜检查该白眼雌果蝇细胞中的X染色体形态验证甲同学的结论。

[答案]　(1)实验步骤：①让这只雌果蝇与正常红眼雄果蝇交配　②观察并记录子代中雌雄比例

结果预测：Ⅰ.子代中雌∶雄＝1∶1　Ⅱ.子代中雌∶雄＝2∶1

(2)用显微镜检查该白眼雌果蝇细胞中的X染色体形态

　生物变异类型的判断方法

(1)可遗传变异与不可遗传变异及判断方法

(2)基因突变与基因重组的判断

(3)染色体变异与基因突变的判断

①判断依据：光学显微镜下能观察到的是染色体变异，不能观察到的是基因突变。

②具体操作：制作正常个体与待测变异个体的有丝分裂临时装片，找到中期图像进行染色体结构与数目的比较可以判断是否发生了染色体变异。

低温诱导植物染色体数目的变化(实验)

1．实验原理

低温处理植物分生组织细胞→纺锤体不能形成→染色体不能被拉向两极→细胞不能分裂→细胞染色体数目加倍。

2．实验流程

1．实验中各种试剂的作用

(1)卡诺氏液：固定细胞形态。

(2)体积分数为95%的酒精：冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液。

(3)解离液(体积分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒精以1∶1混合)：使组织中的细胞相互分离开来。

(4)清水：洗去解离液，防止解离过度影响染色。

(5)改良苯酚品红染液：使染色体着色，便于观察染色体的形态、数目和行为。

2．材料选用及处理

(1)本实验选用洋葱(或大葱、蒜)作实验材料，原因是洋葱(或大葱、蒜)染色体数目较少，便于观察。

(2)低温诱导：应设常温、低温4 ℃、0 ℃三种，以作对照，否则实验设计不严谨。

3．实验结果观察

(1)观察染色体数目是否加倍，应选择根尖分生区进行观察，该区的细胞特点是细胞呈正方形，排列紧密。

(2)观察染色体数目是否加倍，应选择处于有丝分裂中期的细胞进行观察。

(3)能使染色体染成深色的物质除了改良苯酚品红染液外，还有龙胆紫溶液、醋酸洋红液等试剂。

1．如图是“低温诱导染色体数目加倍”实验的流程图。下列说法合理的是

(　　)

―→―→―→―→

　　　        ①　　　 ②　 　  ③　 　　④　　 　⑤

A．实验所用材料必须取自植物的分生组织

B．步骤②和③的顺序可以调换

C．③的目的是将细胞分裂阻断在中期

D．④中所用的改良苯酚品红将DNA染成红色

A　[步骤②和③的顺序不可调换，否则染色体无法加倍，B错；③的目的是固定细胞形态，便于观察，C错；④中所用的改良苯酚品红将染色体染成红色，D错。]

2．某科研小组利用基因型为Aa的普通二倍体玉米(2N＝20)，人工诱导得到了同源四倍体玉米(植株A)，从收获的同源四倍体玉米穗中随机抽取10个穗子，统计完全成熟的粒数并求其结实率如下表所示。

为进一步研究同源四倍体玉米的遗传特性，该科研小组对植株A进行了如图甲所示的系列实验。请回答下列问题：

甲

乙

(1)获得同源四倍体玉米的育种方式为________，据表中数据分析可知该育种方式的局限性为______________________________________________________。

(2)基因重组能够发生在图甲所示过程________(填序号)中。

(3)为观察同源四倍体玉米细胞中染色体的情况，可取植株A中部分组织，进行__________________、制片后进行镜检。若发现染色体出现如图乙所示的异常情况，推测该过程发生在______________(时期)。在过程③中，最多能观察到染色体数目为__________，可观察到四分体________个。

(4)假设四倍体玉米所有花粉母细胞的染色体都能两两配对成功并平均分配，则植株B中杂合子所占比例为________。

[解析]　(1)由二倍体Aa诱导形成同源四倍体AAaa的过程为多倍体育种；根据表格数据分析，多倍体实际结实数较少、结实率很低，说明多倍体育种的局限性为结实率低。(2)基因重组发生在减数第一次分裂，即图甲中的②过程中。(3)观察同源四倍体玉米细胞中染色体必须先制作临时装片，制作临时装片的过程为解离、漂洗、染色和制片；分析可知，图乙中的染色体异常情况发生在减数第一次分裂前期；过程③发生的是有丝分裂，在有丝分裂后期，染色体数目最多为体细胞的两倍，为40×2＝80条；有丝分裂过程中不会出现四分体。(4)根据题意分析，植株A的基因型为AAaa，花药离体培养得到的幼苗的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，则染色体数目加倍以后得到的植株B的基因型及其比例为AAAA∶AAaa∶aaaa＝1∶4∶1，因此植株B中杂合子所占比例为2/3。

[答案]　(1)多倍体育种　结实率低　(2)②　(3)解离、漂洗、染色　减数第一次分裂前期　80　0　(4)2/3

生物变异在育种上的应用

1．单倍体育种

(1)原理：染色体(数目)变异。

(2)方法

花药

(3)优点：明显缩短育种年限，所得个体均为纯合子。

(4)缺点：技术复杂。

2．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)实例：三倍体无子西瓜

①两次传粉

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．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)过程：

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，选择后代不发生性状分离的F2个体。

(3)优良性状的选择

①若采用杂交育种，一般应从F2开始进行筛选，原因是F2才出现性状分离。

②若采用单倍体育种，对优良性状的选择应在秋水仙素处理之后(填“前”或“后”)，原因是秋水仙素处理之前为单倍体，一般植株较小，不能表现出优良性状。

4．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。

(2)过程：选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。

(3)诱变育种与上述杂交育种相比，二者最大的区别在于诱变育种能创造出新基因。

1．将大豆种子用60Co处理后，筛选出一株杂合子抗病植株连续自交若干代，则其纯合抗病植株的比例逐代下降。(×)

[提示]　杂合子自交，随自交后代数增加，纯合子逐代增多。

2．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。(√)

3．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，此实践活动包含基因工程技术。(×)

[提示]　此育种方式属于杂交育种，原理是基因重组，不包含基因工程技术。

4．通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。(√)

5．最简便的育种途径是杂交育种，但育种周期较长。(√)

6．诱变育种可通过改变基因的结构达到育种的目的。(√)

1．几种常考的育种方法

2．根据提供的材料选择合适的育种方法

(1)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，则最简单的方法是自交。

(2)实验材料若是动物，则杂交育种一般不通过逐代自交，而是应通过测交实验直接判断基因型。

(3)实验植物若是营养繁殖类，如土豆、地瓜等，则只要出现所需要性状即可，不需要培育出纯种。

(4)实验材料是原核生物，则不能运用杂交育种，细菌的培育一般采用诱变育种和基因工程育种。

某闭花受粉的植物，生产中使用的该植物品种都是具有优良性状的杂合子(杂种优势)，且该植物的穗大(A)对穗小(a)为显性，黄粒(B)对白粒(b)为显性。请利用现有的穗大白粒和穗小黄粒品种(基因型未知)设计一个快速的育种方案，以实现长期培育穗大黄粒(AaBb)优良品种的目的。

[提示]　①分别种植穗大白粒、穗小黄粒植株，性成熟后，分别取其花药离体培养至单倍体幼苗，然后用秋水仙素处理得到二倍体纯合子，分别自交，选择穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。②分别种植穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株，选择其中的一部分植株进行杂交，获得穗大黄粒(AaBb)的杂合子品种。③其余另一部分植株进行自交，获得穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。

考查育种原理、过程及方法等

1．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。

[解析]　(1)育种的目的是获得人类所需要的有价值的性状，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时联会紊乱，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。

[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

育种方案的选择与设计

2．小麦品种是纯合子，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种；马铃薯品种是杂合子(有一对基因杂合即可称为杂合子)，生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序以及马铃薯品种间杂交育种程序，要求用遗传图解表示并加以简要说明(写出包括亲本在内的三代即可)。

[解析]　根据题意，小麦用种子繁殖，所以选育的矮秆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种必须是纯合子，可采用杂交育种的方法把矮秆不抗病(aabb)和高秆抗病(AABB)两个品种杂交，获得矮秆抗病(aaB_)个体，再通过自交选育获得矮秆抗病的纯合子即可。马铃薯生产上通常用块茎繁殖，育种只需要获得具有优良性状的个体即可，不必获得纯合子，要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种，可先采用杂交育种的方法把优良性状重组，即将黄肉不抗病个体和非黄肉抗病个体杂交，获得黄肉抗病品种即可，而后用块茎进行无性繁殖。具体遗传图解见答案。

[答案]　

　　　　　　　　    小麦

第一代　　　　　AABB×aabb　　亲本杂交

　　　　　　　　　   ↓

第二代　F1　　　　　AaBb　　　　种植F1自交

　　　　　　　　　   ↓自交

第三代F2　A_B_　A_bb　aaB_　aabb　

(注：①A_B_、A_bb、aaB_、aabb表示F2出现的9种基因型和4种表现型；②写出F2的9种基因型和4种表现型即可)

　　　　　　    马铃薯

第一代　　　　yyRr×Yyrr　　　　　　　亲本杂交

 　　　　　　　　 ↓

第二代　YyRr　yyRr　Yyrr　yyrr　　

 　　　　　　　　 ↓

第三代　　　　　YyRr　　　　　　　用块茎繁殖

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

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

C　[基因重组是在有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合，会导致后代性状发生改变，A错误；基因突变会导致DNA的碱基序列发生改变，但由于密码子的简并性等原因，基因突变不一定会导致生物体性状发生改变，B错误；多倍体的染色体组数如果奇倍数的增加(如三倍体)，其后代遗传会严重地不平衡，在减数分裂形成配子时，同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，因此不利于育种，D错误。]

2．(2018·天津高考)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

C　[花粉是经过减数分裂产生的，其配子含有X染色体或Y染色体，经过花药离体培养，得到单倍体，再经过秋水仙素处理后得到的植株乙与丙的基因型为XX或YY，因此雄株丁的亲本的基因型分别为XX或YY，C错。]

3．(2014·全国卷Ⅰ)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。

____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

[解析]　(1)杂交育种的目的是获得多种优良性状集于一身的纯合新品种，从题意知，抗病与矮秆(抗倒伏)为优良性状。

(2)孟德尔遗传定律包括基因分离定律和基因自由组合定律，其中符合分离定律的性状是由一对等位基因控制的，符合自由组合定律的性状要位于不同对的同源染色体上。

(3)测交是指用杂合子和隐性纯合子杂交，而题干无杂合子，故应先杂交得到杂合子，然后再进行测交实验。

[答案]　(1)抗病和矮秆

(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；控制这两对相对性状的基因位于非同源染色体上

(3)将纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交，产生F1，让F1与感病矮秆杂交