高中生物 （新高考）2021届高三大题优练5 遗传的细胞基础与分子基础、生物变异与育种 教师版

例1：减数第一次分裂之前的间期需进行DNA的复制和有关蛋白质的合成。回答下列问题：

（1）在DNA的复制过程中，DNA在______的作用下，双螺旋链解开成为两条单链，并以______为模板合成子代DNA分子。子DNA分子中总有一条链来自上一代的母链，由此可证明DNA的复制特点之一为______。

（2）部分氨基酸的密码子如表所示。若来自某植物的一段小肽（短的肽链）对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是____________________________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为____________________________。

（3）基因控制蛋白质的合成先后包含____________两个过程，前一过程原材料到达指定位置需遵循______原则，后一过程原材料达到指定位置需要______的转运。

【答案】（1）解旋酶    DNA分子的每一条链    半保留复制   

（2）酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸    UAUGAGCACUGG   

（3）转录、翻译    碱基互补配对    tRNA

【解析】（1）DNA的复制过程中，解旋酶作用于DNA分子的氢键，将双链DNA变成单链，以DNA分子的每一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成子代DNA，其复制方式为半保留复制。（2）根据该小肽的编码序列和对应的部分密码子表可知，该小肽的氨基酸序列是：酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、组氨酸对应的密码子各有两种，故可知对应的DNA序列有3处碱基发生替换后，氨基酸序列不变，则形成的编码序列为UAUGAGCACUGG。（3）基因控制蛋白质的合成包括转录和翻译两个过程，转录过程原材料到达指定位置需遵循碱基互补配对原则，后一过程原材料达到指定位置需要tRNA转运。

例2：以一个有正常叶舌的小麦纯系种子为材料，进行辐射处理。处理后将种子单独隔离种植，发现其中有两株(甲、乙)的后代分离出无叶舌突变株，且正常株与突变株的分离比例均接近3∶1，这些叶舌突变型都能真实遗传。请回答：

（1）辐射处理正常叶舌的小麦纯系种子，其后代分离出无叶舌突变株，该育种方式是____________。该过程需要用到大量的种子，其原因是基因突变具有__________和低频性。甲和乙的后代均出现3∶1的分离比，表明辐射处理最可能导致甲、乙中各有_______（填“一”、“二”或“多”）个基因发生突变。

（2）将甲株的后代种植在一起，让其随机传粉，只收获正常株上所结的种子，若每株的授粉率和结籽率相同，则其中无叶舌突变类型的比例为___________。

（3）从甲、乙及其后代中选择合适的材料，设计杂交实验探究甲、乙两株叶舌突变株产生的原因，是由于同一对基因发生突变引起的还是不同对的基因发生突变引起的。写出实验思路并预测实验结果_________。

【答案】（1）诱变育种    不定向性    一   

（2）1/6   

（3）实验思路：选择甲、乙后代的无叶舌突变株进行单株杂交，统计F1的表现型及比例

实验结果：若F1全为无叶舌突变株，则甲乙两株叶舌突变是由于同一对基因突变引起的；若F1全为正常叶舌植株，则甲乙两株叶舌突变是由于不同对基因突变引起的   

【解析】（1）由题意知，常叶舌的小麦纯系种子为材料，进行辐射处理，属于诱变育种，诱变育种的原理是基因突变，由于基因突变具有不定向和低频性特点，因此诱变育种需要处理大量的实验材料才也可能获得所需要的性状；甲、乙植株是有舌叶，自交后代出现3∶1的性状分离比，符合一对等位基因的分离定律，也说明甲、乙有舌性状的相关基因型为杂合子，故可知甲、乙突变性状的出现是由一个基因发生突变所致。（2）甲植株后代的基因型是AA∶Aa∶aa=1∶2∶1，正常植株产生的卵细胞的基因型及比例是A∶a=2∶1，所授花粉的基因型及比例是A∶a=1∶1，因此甲株的后代种植在一起，让其随机传粉，只收获正常株上所结的种子，若每株的授粉率和结籽率相同，则其中无叶舌突变类型的比例为aa=1/3×1/2=1/6。（3）要解决题中的问题，设计实验为：让甲、乙进行杂交获得子一代，然后观察后代的性状表现，若植株如果甲乙两株叶舌突变是发生在一对基因上，则甲、乙后代中无舌叶的基因型是aa，杂交后代都是aa，表现为无舌叶。如果甲乙两株叶舌突变是发生在两对基因上，则甲、乙后代中无舌叶的基因型是aaBB、AAbb，杂交后代的基因型是AaBb，都表现为有舌叶。

1．减数分裂中同源染色体配对形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生交换。实验表明，某些生物体的有丝分裂偶尔也会发生交换，称为有丝分裂交换。图示为某雌雄同株高等植物细胞发生的有丝分裂交换过程，其中D和d、E和e、F和f表示某对同源染色体上的三对等位基因。

(1)请问该细胞在发生有丝分裂交换后，子代细胞的基因型可能情况是：________________。

(2)如果不考虑该生物产生精子时发生的交换，那么该生物产生的精子有________种基因型，并写出基因型：________。

(3)若该植物进行自交，如果减数分裂过程中不发生交叉互换，则后代中显性纯合子的概率为________；若减数分裂过程中一半生殖细胞发生上图所示交叉互换，则该概率为________。

(4)如果细胞在减数分裂和有丝分裂中都发生交换，你认为哪一种分裂方式对于遗传多样性的贡献更大，并说明原因：____________________________。

【答案】(1)DdEeFF和DdEeff或DdEeFf   

(2)2　  DEF和def   

(3)1/4  　9/64   

(4)减数分裂    减数分裂所产生的重组配子能遗传到下一代，而有丝分裂产生的细胞只是对个体的局部有影响

【解析】(1)若图示为有丝分裂的交换，在有丝分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分离，并在纺锤丝的牵引下，随机移向两极，若DEF基因所在的子染色体和def基因所在的子染色体移向一极，则DEf基因所在的子染色体和deF基因所在的子染色体移向另一极，这样就会形成基因型为DdEeFf的子细胞，即只有一种基因型的子代细胞；若DEF基因所在的子染色体和deF基因所在的子染色体移向一极，则DEf基因所在的子染色体和def基因所在的子染色体移向另一极，这样就会形成基因型为DdEeFF、DdEeff的子细胞，综上分析，可能形成的子细胞基因型为DdEeFF和DdEeff或DdEeFf。(2)图中细胞三对基因表现为连锁，若没有发生交叉互换，则减数第一次分裂时同源染色体分离，减数第二次分裂过程中姐妹染色单体分离后，会形成基因型为DEF和def的两种配子。(3)如果减数分裂过程中不发生交叉互换，该植物会产生基因型为DEF和def的两种数量相等的雌配子或基因型为DEF和def的两种数量相等的雄配子，故该植物自交后代显性纯合子的概率为1/2×1/2＝1/4。若减数分裂过程中一半生殖细胞发生上图所示交叉互换，则产生雌雄配子的种类和比例均为DEF∶def∶DEf∶deF＝3∶3∶1∶1，故该植株自交后代显性纯合子的概率为3/8×3/8＝9/64。(4)如果细胞在减数分裂和有丝分裂中都发生交换，因为减数分裂所产生的重组配子能遗传给下一代，而有丝分裂产生的细胞只对个体的局部有影响，所以减数分裂对遗传多样性的贡献更大。

2．人类对遗传的认知逐步深入：

（1）在孟德尔豌豆杂交实验中，纯合的黄色圆粒（YYRR）与绿色皱粒（yyrr）的豌豆杂交，若将F2中黄色皱粒豌豆自交，其子代中表现型为绿色皱粒的个体占      。进一步研究发现r基因的碱基序列比R基因多了800个碱基对，但r基因编码的蛋白质（无酶活性）比R基因编码的淀粉支酶少了末端61个氨基酸，推测r基因转录的mRNA提前出现          。试从基因表达的角度，解释在孟德尔“一对相对性状的杂交实验”中，所观察的7种性状的F1中显性性状得以体现，隐性性状不体现的原因是                               。

（2）摩尔根用灰身长翅（BBVV）与黑身残翅（bbvv）的果蝇杂交，将F1中雌果蝇与黑身残翅雄果蝇进行测交，子代出现四种表现型，比例不为1∶1∶1∶1，说明F1中雌果蝇产生了        种配子。实验结果不符合自由组合定律，原因是这两对等位基因不满足该定律“                      ”这一基本条件。

（3）格里菲思用于转化实验的肺炎双球菌中，S型菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ等多种类型，R型菌是由SⅡ型突变产生。利用加热杀死的SⅢ与R型菌混合培养，出现了S型菌，有人认为S型菌出现是由于R型菌突变产生，但该实验中出现的S型菌全为         ，否定了这种说法。

（4）沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，该模型用                        解释DNA分子的多样性，此外，                的高度精确性保证了DNA遗传信息的稳定传递。

【答案】（1）1/6  终止密码（子）    显性基因表达，隐性基因不转录，或隐性基因不翻译，或隐性基因编码的蛋白质无活性、或活性低

（2）4    非同源染色体上非等位基因   

（3）SⅢ

（4）碱基对排列顺序的多样性  碱基互补配对

3．新型冠状病毒传染性强，目前仍没有特效药；乙肝病毒能将其DNA侵入到细胞核中形成闭合环状DNA，药物难彻底将其清除；艾滋病毒能将其逆转录产生的DNA侵入到细胞核中，并整合于人体核DNA分子中下图为三种病毒侵染人体相应细胞后的增殖过程，请结合所学知识回答下列问题：

（1）过程①发生在核糖体上，属于遗传信息的___________过程，过程②和③均需要______________酶。

（2）新型冠状病毒的+RNA除了参与病毒组成外，还具有的功能有____________。假设新型冠状病毒基因组+RNA含有n个碱基，其中A和U占碱基总数的比例为m。则以病毒基因组+RNA为模板合成一条子代+RNA，共需要含碱基G和C的核糖核苷酸______________个。

（3）逆转录酶在过程⑥⑦中发挥重要作用由此可判断逆转录酶的作用有_______（填下面的选项）。

A．催化RNA单链的形成      B．催化DNA链的形成      C．切割DNA分子

（4）以上三类病毒的传染性、毒性及增殖过程等均有差异，其根本原因是它们所含有的____________不同。

（5）治疗乙肝时，一方面增强自身的免疫力，另一方面通过药物抑制过程⑤。选择抑制过程⑤的原因是__________________________________________________________________。

（6）艾滋病毒感染T细胞后，一般很难根除，从图中分析原因是________________________，从免疫的角度分析原因是__________________________________________。

【答案】（1）翻译    RNA复制   

（2）翻译和复制的模板    2n(1-m)   

（3）B、C

（4）遗传信息（或遗传物质）   

（5）过程⑤是逆转录，是乙肝病毒增殖过程中特有的过程，在人体细胞内不存在该过程

（6）艾滋病毒将其逆转录产生的DNA整合到人体细胞的DNA中，难以清除（2分）    艾滋病毒杀伤T细胞，使人体几乎丧失（特异性）免疫能力

【解析】有些逆转录酶还有DNA内切酶活性，与病毒基因整合到宿主细胞染色体DNA中有关。

4．郁金香有高秆黄花(AAbb)和矮秆红花(aaBB)两个品种，某园艺师欲培育出新品种高秆红花(AABB)，可采用如图所示的育种流程。回答以下问题：

(1)最难获得目的品种的是方法①，原因是_______________。

(2)育种②③④过程较繁琐，最早在子_____代中能分离得到AABB植株，通过②⑤⑥过程可快速完成育种，其育种原理是________________，其中⑥过程最常用且最有效的方法是_______________。

(3)若想郁金香获得抗虫性状，可将苏云金杆菌的抗虫基因导入。细菌的基因能在郁金香中表达的原因是______________________________。(答出两点即可)。

【答案】(1)基因突变频率较低，而且具有不定向性   

(2)三    基因重组和染色体变异    用一定浓度的秋水仙素处理单倍体植株幼苗   

(3)遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码，都遵循中心法则

【解析】分析题图：②③④表示杂交育种，其原理是基因重组；②⑤⑥是单倍体育种，其中⑤是花药离体培养形成单倍体的过程，⑥是人工诱导染色体数目加倍的过程，常用秋水仙素处理；①表示人工诱变，属于诱变育种。(1)因为基因突变频率较低，而且具有不定向性，故最难获得目的品种的是诱变育种。(2)②③④表示杂交育种，过程较繁琐，最早要在子三代中才能分离得到AABB植株，通过②⑤⑥单倍体育种过程可快速完成育种，其育种原理分别是基因重组和染色体变异，其中⑥是人工诱导染色体数目加倍的过程，最常用且最有效的方法是用一定浓度的秋水仙素处理单倍体植株幼苗。(3)细菌的基因能在郁金香中表达的原因是遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码，都遵循中心法则。

5．玉米中有一种雄性不育的变异，育种专家在用该种雄性不育植株进行杂交实验时，发现少数父本具有恢复雄性可育的作用，而且证明这种恢复作用是由染色体上显性基因Rf控制的（rf无此效应）。控制雄性可育性的基因在细胞质中，若以（S）代表雄性不育的细胞质基因，（N）代表雄性正常的细胞质基因，且已知以（S）rfrf和（N）RfRf为亲本杂交时，F1均为雄性可育，且（N）rfrf也能正常自交。请回答下列相关问题：

（1）由题意可知雄性不育株细胞质中含有________基因，且核基因的相关基因型为___________________。

（2）以（S）rfrf和（N）RfRf为亲本杂交，F1自交得到的表现型和比例为________，请写出此过程的遗传图解（不要求写配子）______。

（3）玉米群体中，与雄性不育株杂交，后代均为雄性正常的株系称为恢复系，而与雄性不育株杂交，具有保持其不育性并在世代中稳定传递的株系称为保持系，据此可知玉米种群中恢复系有____种，其相应基因型为____________；保持系有__________种，其相应基因型为___________。

【答案】（1）S    rfrf   

（2）雄性可育∶雄性不育=3∶1       

（3）2    （S）RfRf、(N)RfRf    1    (N)rfrf   

【解析】由题干信息知“恢复作用是由染色体上显性基因Rf控制的”，则Rf、rf基因属于细胞核基因，“以（S）代表雄性不育的细胞质基因，（N）代表雄性正常的细胞质基因”知细（S）、（N）是细胞质基因，两种基因共同影响雄性植株的育性。（1）由题意“以（S）rfrf和（N）RfRf为亲本杂交时，F1均为雄性可育，且（N）rfrf也能正常自交”可知，雄性不育植株需同时具有细胞质不育基因（s）和细胞和基因rf纯合；（2）由题意可知：（S）rfrf为雄性不育植株，故杂交时只能做母本，则（N）RfRf为父本，亲本杂交组合可写成（S）rfrf×（N）RfRf，又细胞质基因来自母本，细胞核基因的遗传符合孟德尔遗传规律，后代细胞质基因为（S），细胞核基因为Rfrf，则F1全为（S）Rfrf，表现为雄性可育，F1自交，F2基因型和表现型及比例为雄性可育（S）RfRf∶雄性可育（S）Rfrf∶雄性不育（S）rfrf=1∶2∶1，遗传图解如下：

（3）由题意可知：恢复系是指与雄性不育系（S）rfrf杂交，后代均表现为雄性正常的株系，因为雄性不育株（S）rfrf杂交时只能作为母本，则杂交后代细胞质基因可确定为（S），欲使后代均为雄性可育，则父本细胞核基因Rf必须纯合，细胞质基因既可为（N），也可为（S），综上恢复系基因型为（S）RfRf、（N）RfRf，共2种；同理，保持系细胞核基因rf必须纯合，又因为雄性不育株（S）rfrf只能做母本，故保持系的细胞质基因不能为（S），只能是（N），综上，保持系的基因型只有（N）rfrf一种。

6．某二倍体雌雄同株植物的茎色紫色对绿色为显性，受等位基因A/a的控制。科学家用X射线处理某纯合紫株的花药后，将获得的花粉对绿株进行授粉，得到的F1中出现了1株绿株（M）。请回答下列问题：

（1）等位基因是通过______产生的，等位基因A、a的根本区别是______________________________。

（2）若M是由基因突变造成的，则发生突变的基因是_______（填“A”或“a”），发生突变的时间最可能为___________。

（3）经检测后得知M的出现是由染色体变异引起的，而且变异的配子活力不受影响（两条染色体异常的受精卵不能发育），则对M出现的合理解释是______________________。请利用杂交实验对以上结论进行验证，简要写出实验思路和预期结果。

实验思路：_______________。

预期结果：______________________。

【答案】（1）基因突变    脱氧核糖核苷酸的排列顺序不同   

（2）A    减数第一次分裂前的间期   

（3）在减数分裂过程中发生了A基因的缺失或A基因位于的染色体整条缺失    将绿株M与紫株纯合亲本杂交得到F1，F1自交统计后代茎色的性状分离比    若后代茎色紫色∶绿色=3∶1，则为基因突变导致的；若后代茎色紫色∶绿色=6∶1，则为染色体变异导致   

【解析】（1）基因突变是生物变异的根本来源，等位基因是通过基因突变产生的；等位基因A、a的根本区别是脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序不同。（2）植物的茎色紫色对绿色为显性，若绿株M是由纯合紫株AA基因突变造成的，则A突变为a，发生突变的时间最可能为减数第一次分裂前的间期，发生突变后传给后代。（3）经检测后得知M的出现是由染色体变异引起的，而且变异的配子活力不受影响（两条染色体异常的受精卵不能发育），则对M出现的合理解释是在减数分裂过程中发生了A基因的缺失或A基因位于的染色体整条缺失。利用杂交实验对以上结论进行验证，实验思路是：将绿株M与紫株纯合亲本杂交得到F1，F1自交统计后代茎色的性状分离比。预期结果：若为基因突变导致的绿株产生，则为AA×aa→Aa，自交后代中3/4A_紫色∶1/4aa绿色，即后代茎色紫色∶绿色=3∶1，则基因突变导致的；若为染色体变异导致，用“-”代表缺失的染色体或结构异常的染色体，则为AA×-a→Aa、A-，自交时，1/2Aa自交→1/2×3/4A_紫色∶1/2×1/4aa绿色，但1/2A-自交→1/2×3/4A_紫色∶1/2×1/4-受精卵不能发育，故后代茎色紫色=1/2×3/4+1/2×3/4=3/4，绿色1/2×1/4=1/8，即紫色∶绿色=6∶1，则为染色体变异导致。