2020年高考生物一轮复习讲义：必修2 第七单元 第23讲 生物变异在育种上的应用 第二课时

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话

1．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。(P98—正文)(√)

2．选择育种不仅周期长，而且可选择的范围是有限的。(P98—正文)(√)

3．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。(P99—正文)(√)

4．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个体。(P100—小字)(√)

5．常用的青霉素有青霉素钠盐和青霉素钾盐等。(P100—相关信息)(√)

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。(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。(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。(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(简记：粗、大、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)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)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)的染色体数不变。

[易错判断]

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。(√)

[特别提醒]

秋水仙素在有丝分裂前期起作用，只是抑制纺锤体形成，不能抑制着丝点分裂。

[深入思考]

无子西瓜培育过程中四倍体植株结西瓜后，植株细胞中染色体组数情况？

提示　地上植株细胞含四个染色体组，地下部分细胞含两个染色体组，所结西瓜

三、杂交育种

1．原理：基因重组。

2．过程

(3)培育显性纯合子品种

a．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。

b．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

[深入思考]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。

[深入思考]

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，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。

(3)育种过程中，三倍体无子西瓜偶尔有少量的种子，原因是减数第一次分裂后期，一个染色体组的全部染色体正好移向了细胞的一极，另外两个染色体组的全部染色体正好移向了细胞的另一极，产生了正常的配子。

(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。

易错警示

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：

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1/9

B．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。

知识拓展

 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．(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∶1

D．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，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。

2．(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ab，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；②cde基因位置发生了颠倒，属于倒位，D正确。

3. (2015·江苏高考)甲、乙为两种果蝇(2n)，如图为这两种果蝇的各一个染色体组，下列叙述正确的是(　　)

A．甲、乙杂交产生的F1减数分裂都正常

B．甲发生染色体交叉互换形成了乙

C．甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同

D．图示染色体结构变异可为生物进化提供原材料

答案　D

解析　分析图示可知，甲的1号染色体倒位形成乙的1号染色体，所以甲、乙杂交产生的F1减数分裂过程中染色体1间不能正常联会，A、B错误；染色体倒位后，染色体上的基因排列顺序改变，C错误；基因突变、染色体变异和基因重组为生物进化提供原材料，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)育种的目的是获得人类所需的有价值的性状，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。