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考點44 生物變異在育種上的應(yīng)用 高考頻度：★★★☆☆ 難易程度：★★★☆☆ 1．單倍體育種和多倍體育種 （1）圖中①和③的操作是秋水仙素處理，其作用原理是抑制紡錘體的形成。 （2）圖中②過程是花藥離體培養(yǎng)。 （3）單倍體育種的優(yōu)點是能明顯縮短育種年限。 2．雜交育種與誘變育種 （1）雜交育種 ①概念：將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法。 ②過程：選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本→雜交→獲得F1→F1自交→獲得F2→鑒別、選擇需要的類型→優(yōu)良品種。 （2）誘變育種 ①概念：利用物理因素或化學(xué)因素來處理生物，使生物發(fā)生基因突變，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法。 ②過程：選擇生物→誘發(fā)基因突變→選擇理想類型→培育。 3．基因工程 （1）概念：基因工程，又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。 （2）操作的基本步驟：提取目的基因→目的基因與運載體結(jié)合→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定。 4．生物育種原理、方法、實例(連線) 考向一 育種方法的選擇與分析 1．如圖是利用玉米(2n＝20)的幼苗芽尖細胞(基因型BbTt)進行實驗的流程示意圖。下列分析不正確的是 A．基因重組發(fā)生在圖中②過程，過程③中能夠在顯微鏡下看到染色單體的時期是前期和中期 B．秋水仙素用于培育多倍體的原理是其能夠抑制紡錘體的形成 C．植株A為二倍體，其體細胞內(nèi)最多有4個染色體組；植株C屬于單倍體，其發(fā)育起點為配子 D．利用幼苗2進行育種的最大優(yōu)點是明顯縮短育種年限，植株B純合的概率為25% 【參考答案】D 解題必備 育種方式的選擇 （1）根據(jù)育種目的和提供的材料選擇合適的育種方法 ①集中不同親本的優(yōu)良性狀：a.一般情況下，選擇雜交育種，這也是最簡捷的方法；b.需要縮短育種年限(快速育種)時，選擇單倍體育種。 ②培育果實較大或植株較大或營養(yǎng)物質(zhì)含量較高的新物種——多倍體育種。 ③提高變異頻率，“改良”“改造”或“直接改變”現(xiàn)有性狀，獲得當前不存在的基因或性狀——誘變育種。 ④若要培育隱性性狀個體，可選擇自交或雜交育種，只要出現(xiàn)該性狀即可。 （2）根據(jù)育種流程圖來辨別育種方式 ①雜交育種：涉及親本的雜交和子代的自交。 ②誘變育種：涉及誘變因子，產(chǎn)生的子代中會出現(xiàn)新的基因，但基因的總數(shù)不變。 ③單倍體育種：常用方法為花藥離體培養(yǎng)，再人工誘導(dǎo)染色體加倍，形成純合子。 ④多倍體育種：用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。 ⑤基因工程育種：與原有生物相比，出現(xiàn)了新的基因。 2．有人在一片柑橘林中發(fā)現(xiàn)一株具有明顯早熟特性的植株，經(jīng)檢測，該變異是由基因突變引起的。研究人員決定利用該植株培育早熟柑橘新品種，下列敘述正確的是 A．該柑橘變異植株的早熟性狀一定能通過配子遺傳給后代 B．若變異植株自交后代均為早熟就可判斷早熟性狀是隱性 C．用秋水仙素處理變異植株的幼苗就能得到純合早熟品系 D．選育早熟品種過程中柑橘種群基因頻率會發(fā)生定向改變 【答案】D 考向二 生物變異在育種上的應(yīng)用 3．現(xiàn)有基因型ttrr與TTRR的水稻品種，通過不同的育種方法可以培育出不同的類型。下列敘述正確的是 A．單倍體育種可獲得TTrr，其育種原理主要是基因突變 B．將ttrr人工誘變可獲得ttRr，其等位基因的產(chǎn)生來源于基因重組 C．雜交育種可獲得TTrr，其變異發(fā)生在減數(shù)第二次分裂后期 D．多倍體育種獲得的TTttRRrr，其染色體數(shù)目加倍可發(fā)生在有絲分裂的后期 【參考答案】D 易錯警示 單倍體育種、多倍體育種及植物細胞工程育種的幾個易錯點 （1）單倍體育種一般應(yīng)用于二倍體植物，因為若為四倍體植物，通過單倍體育種形成的個體不一定是純合子。 （2）用秋水仙素處理植株使染色體數(shù)目加倍，若操作對象是單倍體植株，屬于單倍體育種；若操作對象為正常植株，叫多倍體育種，不能看到“染色體數(shù)目加倍”就認為是多倍體育種。 （3）單倍體育種和多倍體育種都需用秋水仙素處理，使染色體數(shù)目加倍。單倍體育種在幼苗期處理，多倍體育種在種子萌發(fā)期或幼苗期處理。 （4）單倍體育種和植物細胞工程育種，都運用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)。 4．已知水稻抗?。≧）對感病（r）為顯性，有芒（B）對無芒（b）為顯性，兩對基因自由組合，體細胞染色體數(shù)為24條?，F(xiàn)用單倍體育種方法選育抗病、有芒水稻新品種。 （1）誘導(dǎo)單倍體所用的花藥，應(yīng)取自基因型為______________的植株。 （2）為獲得上述植株，應(yīng)采用基因型為__________和__________的兩親本進行雜交。 （3）在培養(yǎng)過程中，單倍體有一部分能自然加倍成為二倍體植株，該二倍體植株花粉表現(xiàn)_____（可育或不育），結(jié)實性為______（結(jié)實或不結(jié)實），體細胞染色體數(shù)為________。 （4）在培養(yǎng)過程中，一部分花藥壁細胞能發(fā)育成為植株，該植株的花粉表現(xiàn)__________（可育或不育），結(jié)實性為________（結(jié)實或不結(jié)實）。體細胞染色體數(shù)為____________。 （5）自然加倍植株和花藥壁植株中都存在抗病、有芒的表現(xiàn)型。為獲得穩(wěn)定遺傳的抗病、有芒新品種，本實驗應(yīng)選以上兩種植株中的________________________植株，因為自然加倍植株__________，花藥壁植株________________。 （6）鑒別上述自然加倍植株與花藥壁植株的方法是__________________________________。 【答案】（1）RrBb （2）RRbb rrBB （3）可育 結(jié)實 24條 （4）可育 結(jié)實 24條 （5）自然加倍 基因型純合 基因型雜合 （6）將植株分別自交，子代性狀表現(xiàn)一致的是自然加倍植株，子代性狀分離的是花藥壁植株 1．下列關(guān)于育種的敘述，正確的是 A．基因工程育種可以定向改變生物性狀，且都能穩(wěn)定遺傳給后代 B．對三倍體無子西瓜進行植物組織培養(yǎng)獲得的子代植株不能表現(xiàn)為無子性狀 C．在植物雜交育種中，到了F2可以采用連續(xù)自交選育穩(wěn)定遺傳的新物種 D．在哺乳動物雜交育種中，到了F2對顯性性狀個體采用測交方法可選出純合子 2．下表中育種方法與原理、優(yōu)點都相符的是 A．A B．B C．C D．D 3．將某二倍體植物用秋水仙素溶液處理后可得到四倍體，再取該四倍體的花藥離體培養(yǎng)可得到植株A。下列說法正確的是 A．秋水仙素作用于細胞有絲分裂后期，抑制著絲粒的分裂 B．植株A的體細胞中含兩個染色體組，所以是二倍體 C．植株A能夠進行正常的減數(shù)分裂，產(chǎn)生的配子是可育的 D．上述涉及的兩種育種方法所利用的變異原理不相同 4．用純合的二倍體水稻品種高稈抗銹?。―DTT）和矮稈不抗銹?。╠dtt）進行育種時，一種方法是雜交得到Fl，F(xiàn)l再自交得F2；另一種方法是用F1的花藥進行離體培養(yǎng)，再用秋水仙素處理幼苗得到相應(yīng)植株。下列敘述正確的是 A．前一種方法依據(jù)的原理是基因重組 B．后一種方法依據(jù)的原理是染色體結(jié)構(gòu)變異 C．前一種方法所得F2中的重組類型占5/8 D．后一種方法所得的植株中可用于生產(chǎn)的類型比例為2/3 5．下面①～④列舉了四種育種方法，有關(guān)的敘述錯誤的是 A．第①種方法一般從F2開始選種，因為從F2開始出現(xiàn)新的性狀組合 B．在第②種方法中，若F1中n對等位基因獨立遺傳，則單倍體幼苗有3n種類型 C．第③種育種方法的作用機理是秋水仙素抑制紡錘體形成 D．第④種方法中衛(wèi)星搭載的種子應(yīng)當選用萌發(fā)的種子或幼苗 6．如圖表示利用某種農(nóng)作物品種①和②培育出⑥的幾種方法，據(jù)圖分析錯誤的是 A．過程Ⅵ是用秋水仙素處理正在萌發(fā)的種子 B．培育品種⑥的最簡捷的途徑是Ⅰ→Ⅴ C．通過Ⅲ→Ⅵ過程育種的原理是染色體變異 D．通過Ⅱ→Ⅳ過程育種最不容易達到目的 7．如圖所示，將二倍體植株①和②雜交得到③，再將③做進一步處理。對此分析錯誤的是 A．由⑤得到⑥的育種原理是基因重組 B．圖中秋水仙素的作用是使染色體數(shù)目加倍 C．若③的基因型是AaBbdd，則⑨的基因型可能是aBd D．③至④的過程中，所產(chǎn)生的變異都有利于生產(chǎn) 8．研究人員為提高單倍體育種過程中染色體加倍率，以某品種煙草的單倍體苗為材料，研究了不同濃度秋水仙素處理對煙草單倍體苗的成苗率、大田移栽成活率和染色體加倍率的影響，結(jié)果如下表。有關(guān)敘述不正確的是 秋水仙素濃度 （mg/L） 成苗率 （%） 大田移栽成活率 （%） 染色體加倍率 （%） 750 79.98 82.15 2.46 500 80.42 85.53 2.31 250 81.51 87.39 1.92 75 82.54 89.86 1.17 A．秋水仙素的作用是通過抑制細胞分裂過程中紡錘體的形成從而使染色體加倍 B．采用花藥離體培養(yǎng)的方法可獲得單倍體苗 C．隨著秋水仙素濃度降低，成苗率、大田移栽成活率升高而染色體加倍率降低 D．綜合本實驗結(jié)果分析，濃度為75mg/L的秋水仙素處理最能達到實驗?zāi)康? 9．如圖甲、乙表示水稻兩個品種(兩對相對性狀獨立遺傳)，①~⑧表示培育水稻新品種的過程。下列說法正確的是 A．如果過程②中逐代自交，那么自交代數(shù)越多純合植株的比例越高 B．⑤與⑧過程的育種原理相同，③過程表示單倍體育種 C．育種過程②⑤⑥中需要進行篩選，篩選不會改變?nèi)魏我粋€基因的頻率 D．經(jīng)過①和⑦過程培育的品種和甲、乙品種基因型不同，但是仍然屬于同一個物種 10．如圖表示由甲、乙兩種植物逐步培育出戊植株的過程，請據(jù)圖回答下列問題： （1）通過Ⅰ過程培育出丙種植物的方法有以下兩種： 方法一：將甲、乙兩種植物雜交得到基因型為________的植株，并在________期用________________(填化學(xué)物質(zhì))處理，從而獲得基因型為bbDD的丙種植物。 方法二：先取甲、乙兩種植物的____________________，利用________________________處理，獲得具有活力的______________________；然后用__________________方法誘導(dǎo)融合、篩選出基因型為_______________的雜種細胞；接下來將該雜種細胞通過__________________技術(shù)培育出基因型為bbDD的丙種植物，此種育種方法的優(yōu)點是________________________。 （2）由丙種植物經(jīng)Ⅱ過程培育成丁植株，發(fā)生的變異屬于________________________；將丁植株經(jīng)Ⅲ培育成戊植株的過程，在育種上稱為______________________。 （3）若B基因控制著植株的高產(chǎn)，D基因決定著植株的抗病性。如何利用戊植株(該植株為兩性花)，采用簡便的方法培育出高產(chǎn)抗病的新品種(不考慮同源染色體交叉互換)？請畫圖作答并簡要說明。 11．（2018天津卷）為獲得玉米多倍體植株，采用以下技術(shù)路線。據(jù)圖回答： （1）可用______________對圖中發(fā)芽的種子進行處理。 （2）篩選鑒定多倍體時，剪取幼苗根尖固定后，經(jīng)過解離、漂洗、染色、制片，觀察_____區(qū)的細胞。若裝片中的細胞均多層重疊，原因是___________________。統(tǒng)計細胞周期各時期的細胞數(shù)和細胞染色體數(shù)。下表分別為幼苗I中的甲株和幼苗II中的乙株的統(tǒng)計結(jié)果。 可以利用表中數(shù)值____________和_____________，比較甲株細胞周期中的間期與分裂期的時間長短。 （3）依表結(jié)果，繪出形成乙株的過程中，誘導(dǎo)處理使染色體數(shù)加倍的細胞周期及下一個細胞周期的染色體數(shù)變化曲線______。 12．（2017江蘇卷）研究人員在柑橘中發(fā)現(xiàn)一棵具有明顯早熟特性的變異株，決定以此為基礎(chǔ)培育早熟柑橘新品種。請回答下列問題： （1）要判斷該變異株的育種價值，首先要確定它的_______________物質(zhì)是否發(fā)生了變化。 （2）在選擇育種方法時，需要判斷該變異株的變異類型。如果變異株是個別基因的突變體，則可采用育種方法①，使早熟基因逐漸_______________，培育成新品種1。為了加快這一進程，還可以采集變異株的_______________進行處理，獲得高度純合的后代，選育成新品種2，這種方法稱為_______________育種。 （3）如果該早熟植株屬于染色體組變異株，可以推測該變異株減數(shù)分裂中染色體有多種聯(lián)會方式，由此造成不規(guī)則的_______________，產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的______________，因而得不到足量的種子。即使得到少量后代，早熟性狀也很難穩(wěn)定遺傳。這種情況下，可考慮選擇育種方法③，其不足之處是需要不斷制備_______________，成本較高。 （4）新品種1與新品種3均具有早熟性狀，但其他性狀有差異，這是因為新品種1選育過程中基因發(fā)生了多次_______________，產(chǎn)生的多種基因型中只有一部分在選育過程中保留下來。 1．【答案】D 2．【答案】B 【解析】雜交育種的原理是基因重組，優(yōu)點是能將同種生物的不同個體的優(yōu)良性狀集中于同一個體上，但不能克服遠緣雜交不親和的障礙，A錯誤；誘變育種的原理是基因突變，優(yōu)點是提高變異頻率，大幅度改良某些性狀，加速育種進程，B正確；多倍體育種的原理是染色體變異，優(yōu)點是莖稈粗壯、種子、果實等都比較大，C錯誤；單倍體育種的原理是染色體變異，優(yōu)點是能明顯縮短育種年限，D錯誤。 3．【答案】C 4．【答案】A 【解析】前一種是雜交育種，原理是基因重組（細胞學(xué)基礎(chǔ)是非同源染色體自由組合），A正確；后一種是單倍體育種，原理是染色體數(shù)目變異（在光學(xué)顯微鏡下可以觀察到），B錯誤；前一種DDTTddtt→F1：DdTt自交→F2：D_T_∶D_tt∶ddT_∶ddtt=9∶3∶3∶1，其中重組類型占3/8，C錯誤；后一種用F1（DdTt）的花藥進行離體培養(yǎng)，再用秋水仙素處理幼苗所得植株的基因型及比例為：DDTT∶DDtt∶ddTT∶ddtt=1∶1∶1∶1，可用于生產(chǎn)的類型（ddTT）比例為1/4，D錯誤。 5．【答案】B 【解析】據(jù)圖分析，圖中①為雜交育種，原理是基因重組；②是單倍體育種，原理是染色體變異，優(yōu)點是明顯縮短育種時間。③是多倍體育種，原理是染色體變異。④是誘變育種，原理是基因突變。第①種方法是雜交育種，其原理是基因重組，F(xiàn)2因性狀分離出現(xiàn)重組性狀，所以一般從F2開始選種，A正確；若F1中n對等位基因獨立遺傳，非等位基因之間將遵循基因自由組合定律，F(xiàn)1產(chǎn)生的配子有2n種，單倍體幼苗有2n種類型，B錯誤；③是多倍體育種，秋水仙素的作用是抑制紡錘體的形成，使細胞不能分裂，從而使細胞中染色體數(shù)目加倍，C正確；萌發(fā)的種子或幼苗因細胞分裂旺盛，容易誘導(dǎo)基因突變，可作為誘變育種的材料，D正確。 6．【答案】A 【解析】⑤ab為單倍體，沒有種子，過程Ⅵ是用秋水仙素處理幼苗，A錯誤；Ⅰ→Ⅴ為雜交育種，培育品種⑥的最簡捷的途徑是雜交育種，B正確；Ⅲ→Ⅵ過程為單倍體育種，其育種的原理是染色體變異，C正確；Ⅱ→Ⅳ過程為誘變育種，最不容易達到目的，D正確。 7．【答案】D 【解析】⑤→⑥的育種是雜交育種，其原理是基因重組，A正確；秋水仙素可以抑制細胞分裂過程中紡錘體的形成，從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍，B正確；若③的基因型是AaBbdd，能產(chǎn)生4種配子，則⑨的基因型可能是aBd，也可能是ABd、Abd或abd，C正確；基因突變具有多害少利性，故③→④過程中產(chǎn)生的變異大多數(shù)不利于生產(chǎn)，D錯誤。 8．【答案】D 9．【答案】A 【解析】①②為雜交育種，②過程需要不斷進行自交，對不符合要求的品種進行淘汰，所以自交代數(shù)越多，子代純合植株的比例越高，A正確；⑤過程的育種原理是基因突變，⑧過程的育種原理是基因重組，③過程表示花藥離體培養(yǎng)，③④過程表示單倍體育種，B錯誤；育種過程中需要篩選，而篩選會淘汰個體，因而會改變基因的頻率，C錯誤；經(jīng)過①和⑦過程培育的品種是四倍體，與甲、乙品種（二倍體）雜交不能產(chǎn)生可育后代，所以四倍體與甲、乙品種不是同一個物種，D錯誤。 10．【答案】（1）bD 幼苗 秋水仙素 體細胞 纖維素酶和果膠酶 原生質(zhì)體 物理或化學(xué) bbDD 植物組織培養(yǎng) 克服了不同物種之間遠緣雜交不親和的障礙 （2）染色體結(jié)構(gòu)的變異(染色體易位) 誘變育種 （3）如圖所示 從子代中選出高產(chǎn)抗病的植株，不斷自交選育，直到不再發(fā)生性狀分離為止，即可培育出基因型為的高產(chǎn)抗病的新品種。 【解析】（1）分析圖示并結(jié)合題意可知，方法一為多倍體育種，其過程為：甲(bb)、乙(DD)兩種植物雜交得到基因型為bD的植株；因基因型為bD的植株不育，因此需要在幼苗期用秋水仙素處理，使其細胞中的染色體數(shù)目加倍，從而獲得基因型為bbDD的丙種植物。方法二是利用植物體細胞雜交技術(shù)培育新品種，其過程是：先取甲、乙兩種植物的體細胞，用纖維素酶和果膠酶處理，去除細胞壁，獲得有活力的原生質(zhì)體，再用物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，篩選出基因型為bbDD的雜種細胞；將該雜種細胞通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)，培育出基因型為bbDD的丙種植物；此種育種方法的優(yōu)點是克服了不同物種之間遠緣雜交不親和的障礙。（2）題圖顯示，由丙種植物經(jīng)Ⅱ過程培育成丁植株的過程中，b和D基因所在的兩條非同源染色體發(fā)生了易位，所以該變異屬于染色體結(jié)構(gòu)的變異(染色體易位)。將丁植株經(jīng)Ⅲ培育成戊植株的過程中發(fā)生了基因突變，該育種方法為誘變育種。（3）利用戊植株(該植株為兩性花)培育出高產(chǎn)抗病的新品種，所采用的簡便育種方案就是讓戊植株自交，其遺傳圖解及簡要說明如下： 從子代中選出高產(chǎn)抗病的植株，不斷自交選育，直到不再發(fā)生性狀分離為止，即可培育出基因型為的高產(chǎn)抗病的新品種。 11．【答案】（1）秋水仙素（或低溫） （2）分生 解離不充分或壓片不充分 x1 x2 +x3 +x4 +x5 （3）如圖 【解析】（1）據(jù)題意“為獲得玉米多倍體植株”可用秋水仙素對萌發(fā)的種子進行處理，抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，導(dǎo)致細胞內(nèi)的染色體數(shù)目加倍，從而得到多倍體玉米。（2）篩選鑒定多倍體時，需要觀察染色體的數(shù)目，取玉米幼苗的根尖固定后，經(jīng)過解離、漂洗、染色、制片過程，進行觀察。由于只有根尖的分生區(qū)進行細胞分裂，因此可觀察分生區(qū)細胞的染色體數(shù)目。在進行有絲分裂實驗中，解離是使細胞相互分離開，壓片是進一步使細胞相互分散開，如果解離不充分或壓片不充分，會使細胞均多層重疊。在觀察細胞分裂時，材料經(jīng)過解離已經(jīng)死亡。觀察到的某一狀態(tài)的細胞數(shù)量越多，說明該時期持續(xù)時間越長。因此可用x1表示甲株細胞周期中的間期時間長短， 用x2 +x3 +x4 +x5來表示甲株細胞周期中的分裂期的時間長短。（3）秋水仙素誘導(dǎo)導(dǎo)致幼苗在有絲分裂前期不出現(xiàn)紡錘體，因此后期染色體加倍后細胞不會分裂為兩個子細胞，進而使細胞內(nèi)的染色體數(shù)目是誘導(dǎo)之前染色體數(shù)目的兩倍。再進行下一次細胞分裂時，按照加倍后的染色體數(shù)目進行正常的有絲分裂。因此誘導(dǎo)處理使染色體數(shù)加倍的細胞周期及下一個細胞周期的染色體數(shù)變化曲線如圖所示：。 12．【答案】（1）遺傳 （2）純合 花藥 單倍體 （3）染色體分離 配子 組培苗 （4）重組