第8講李德生-變異原理在育種中的應用

第8講生物的變異、育種與進化考點一生物變異的類型與特點考點二變異原理在育種中的應用考點三生物的進化總綱目錄1.基因重組及其意義(Ⅱ);2.基因突變的特征和原因(Ⅱ);3.染色體結構變異和

數(shù)目變異(Ⅱ);4.生物變異在育種上的應用(Ⅱ);5.轉基因食品的安全(Ⅰ);6.現(xiàn)

代生物進化理論的主要內容(Ⅱ);7.生物進化與生物多樣性的形成(Ⅱ)。

外界環(huán)境條件普遍性、低頻性、不定向性、隨機性產(chǎn)生新的基因減Ⅰ的四分體時期和減Ⅰ后期自由組合型和交叉互換型缺失、易位、倒位、重復基因重組基因突變(主要)染色體變異染色體變異基因重組種群自然選擇隔離生物多樣性1.(必修2P98本節(jié)聚焦)雜交育種的優(yōu)點:使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中于

一個個體上;不足:時間長,需及時發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀。誘變育種的優(yōu)點:可以提高

變異頻率或出現(xiàn)新性狀;不足:有利變異少,需大量處理實驗材料,具有不確定

性。2.(必修2P99思考與討論)雜交育種只能利用已有基因的重組,按需選擇,并不

能創(chuàng)造新的基因。3.(必修2P100思考與討論)誘變育種的優(yōu)點是能夠提高突變率,在較短的時間

內獲得更多的優(yōu)良變異類型。4.(必修2P102本節(jié)聚焦)基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。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。5.(必修3P112旁欄思考題)由于受當時遺傳學發(fā)展水平的限制,人們還沒有認

識到基因與性狀的關系,不清楚可遺傳變異的來源。

1.某植株發(fā)生基因突變后,該植株及其子代均不能表現(xiàn)突變性狀,其原因:該突

變?yōu)殡[性突變,且基因突變發(fā)生在植株的體細胞中,不能通過有性生殖傳遞給

子代。2.體細胞發(fā)生基因突變,可用什么方法讓其后代表現(xiàn)出突變性狀:取發(fā)生基因

突變部位的組織細胞,通過組織培養(yǎng)技術獲得試管苗,讓其自交,其子代即可

表現(xiàn)出突變性狀。3.設計怎樣的簡單實驗方案,可判斷突變型是顯性突變還是隱性突變:選用多

株突變型植株自花傳粉,若后代出現(xiàn)野生型,則為顯性突變所致;若后代全為

突變型,則為隱性突變所致。4.基因重組的準確描述:在生物體進行有性生殖的過程中,控制不同性狀的基

因的重新組合。5.描述單倍體的育性:由二倍體的配子發(fā)育成的單倍體,表現(xiàn)為高度不育,而多

倍體的配子若含有偶數(shù)個染色體組,則其發(fā)育成的單倍體中含有同源染色體

就可育并能產(chǎn)生后代。6.在一塊高稈(純合)小麥田中,發(fā)現(xiàn)了一株矮稈小麥。請設計實驗方案探究

出現(xiàn)該性狀的可能原因(簡要寫出所用方法、結果和結論):取該小麥種子在

其他小麥田種下,讓其自交,若全是高稈,說明矮稈性狀的出現(xiàn)是由環(huán)境引起

的;若后代出現(xiàn)高稈、矮稈兩種性狀,或者全為矮稈,則是基因突變引起的。7.簡述用基因型為AaBb(抗病卵形葉)的植株作材料,獲得基因型為AABB的

抗病卵形葉植株的過程:取AaBb植株的花粉經(jīng)花粉離體培養(yǎng)獲得單倍體幼

苗,用秋水仙素誘導使染色體數(shù)目加倍,用相應病原體感染卵形葉植株,保留

抗病植株。8.什么具體方法可以幫助你確定A和B不是一個物種:如果A和B不能雜交,或

雜交后不能產(chǎn)生可育后代,說明它們不是一個物種。9.種群基因頻率發(fā)生改變,是否代表產(chǎn)生了新的物種,簡述理由:種群基因頻率

發(fā)生改變,不能代表產(chǎn)生了新的物種,新物種形成的標志是產(chǎn)生生殖隔離。10.長期使用殺蟲劑,發(fā)現(xiàn)滅蟲效果越來越差,現(xiàn)代生物進化理論的解釋:經(jīng)自

然選擇(殺蟲劑)作用,種群中抗藥性基因頻率升高?？键c一生物變異的類型與特點

1.(2020課標全國Ⅱ,4,6分)關于高等植物細胞中染色體組的敘述,錯誤的是

()A.二倍體植物的配子只含有一個染色體組B.每個染色體組中的染色體均為非同源染色體C.每個染色體組中都含有常染色體和性染色體D.每個染色體組中各染色體DNA的堿基序列不同C解析

二倍體植物體細胞內有2個染色體組,其配子是經(jīng)減數(shù)分裂后形成

的,同源染色體分離,染色體組數(shù)減半,A正確;染色體組是指細胞中的一組在

形態(tài)和功能上各不相同,但又互相協(xié)調,共同控制生物生長、發(fā)育、遺傳和變

異的非同源染色體,B正確;高等植物中只有雌雄異體的植物細胞中才有性染

色體,而雌雄同體的植物細胞中是沒有性染色體的,故高等植物的染色體組中

不一定有性染色體,C錯誤;一個染色體組內的染色體的形態(tài)、功能各不相同,

所含基因也不相同,故每個染色體組中各染色體DNA的堿基排列順序也是不

相同的,D正確。2.(2020山東,6,2分)在細胞分裂過程中,末端缺失的染色體因失去端粒而不穩(wěn)

定,其姐妹染色單體可能會連接在一起,著絲點分裂后向兩極移動時出現(xiàn)“染

色體橋”結構,如下圖所示。若某細胞進行有絲分裂時,出現(xiàn)“染色體橋”并

在兩著絲點間任一位置發(fā)生斷裂,形成的兩條子染色體移到細胞兩極。不考

慮其他變異,關于該細胞的說法錯誤的是()CA.可在分裂后期觀察到“染色體橋”結構B.其子細胞中染色體的數(shù)目不會發(fā)生改變C.其子細胞中有的染色體上連接了非同源染色體片段D.若該細胞基因型為Aa,可能會產(chǎn)生基因型為Aaa的子細胞解析

據(jù)題可知,著絲點分裂后向兩極移動時出現(xiàn)“染色體橋”結構,故

可在分裂后期觀察到此結構,A正確;“染色體橋”在兩著絲點間任一位置斷

裂形成的兩條子染色體移到細胞兩極,子細胞染色體數(shù)目不變,B正確;“染色

體橋”是由姐妹染色單體相連造成的,斷裂后的染色體上不可能連接非同源

染色體片段(不考慮其他變異),故題述子細胞中的染色體上不會連接非同源

染色體片段,C錯誤;若細胞基因型是Aa,細胞分裂中基因A所在染色體正常,

基因a所在染色體形成“染色體橋”,由于“染色體橋”可在兩著絲點間任

一位置斷裂,斷裂后形成的某一條異常染色體可能含有基因aa,則可能會形成基因型為Aaa的子細胞,D正確。

3.(2018課標全國Ⅰ,6,6分)某大腸桿菌能在基本培養(yǎng)基上生長,其突變體M和

N均不能在基本培養(yǎng)基上生長,但M可在添加了氨基酸甲的基本培養(yǎng)基上生

長,N可在添加了氨基酸乙的基本培養(yǎng)基上生長。將M和N在同時添加氨基酸

甲和乙的基本培養(yǎng)基中混合培養(yǎng)一段時間后,再將菌體接種在基本培養(yǎng)基平

板上,發(fā)現(xiàn)長出了大腸桿菌(X)的菌落。據(jù)此判斷,下列說法不合理的是

(

)A.突變體M催化合成氨基酸甲所需酶的活性喪失B.突變體M和N都是由于基因發(fā)生突變而得來的C.突變體M的RNA與突變體N混合培養(yǎng)能得到XD.突變體M和N在混合培養(yǎng)期間發(fā)生了DNA轉移

C解析

大腸桿菌屬于原核生物,其突變一般指基因突變,突變體M在基本

培養(yǎng)基上不能生長,但可在添加氨基酸甲的培養(yǎng)基上生長,說明突變體M催化

合成氨基酸甲所需酶的活性喪失,A、B正確;將M與N在同時添加氨基酸甲和

乙的基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間后,形成了另一種大腸桿菌X,說明突變體M

與N共同培養(yǎng)時,二者之間發(fā)生了DNA轉移(基因重組),形成了大腸桿菌X,突

變體M與N之間的基因重組發(fā)生在DNA水平,RNA不能與DNA發(fā)生重組,C錯

誤,D正確。1.可遺傳變異類型的判斷方法(1)DNA分子內的變異替換、增添和缺失重復或缺失倒位

(2)DNA分子間的變異基因重組易位2.“二看法”界定二倍體、多倍體、單倍體

單倍體考向一結合變異類型和特點,考查識記和理解的科學思維能力1.(2020河北衡水安平中學月考)除草劑敏感型的大豆經(jīng)輻射獲得抗性突變

體,且敏感基因與抗性基因是1對等位基因。下列敘述正確的是

()A.突變體若為1條染色體的片段缺失所致,則該抗性基因一定為隱性基因B.突變體若為1對同源染色體相同位置的片段缺失所致,則再經(jīng)誘變可恢復

為敏感型C.突變體若為基因突變所致,則再經(jīng)誘變不可能恢復為敏感型D.抗性基因若為敏感型基因中的單個堿基對替換所致,則該抗性基因一定不

能編碼肽鏈A解析

突變體若為1條染色體缺失導致,則可能是帶有敏感型基因的片段

缺失,原有的隱性基因(抗性基因)得以表達的結果,A正確。突變體若為1對同

源染色體相同位置的片段缺失所致,再經(jīng)誘變不能使缺失的片段恢復,所以不

能恢復為敏感型,B錯誤。突變體若為基因突變所致,基因突變具有不定向性,

再經(jīng)誘變可能恢復為敏感型,C錯誤?？剐曰蛉魹槊舾谢蛑械膯蝹€堿基

對替換所致,則該抗性基因也可能能編碼肽鏈,D錯誤?？枷蚨@變異類型的實驗探究,考查科學思維與科學探究能力2.(2020廣東揭陽高三月考)已知豌豆(2n=14)的花色受兩對獨立遺傳的基因

控制,紅色(A)對白色(a)為顯性,B基因淡化花色,兩個B基因能淡化紅色為白

色,一個B基因淡化紅色為粉紅色。請據(jù)此分析下列問題:(1)豌豆中粉紅花植株基因型有

種,AABb植株的自交后代

(填

“能”或“不能”)出現(xiàn)白花植株。(2)若純合紅花植株與白花植株(aaBB)雜交,子代中出現(xiàn)一株白色植株,科研人

員對其成因做出了三種假設。假設一:丟失一條染色體所致。假設二:兩對基因中的一個基因發(fā)生了基因突變所致。假設三:A、a、B、b以外的另一對基因中的一個基因發(fā)生顯性突變所致(三

對基因獨立遺傳)。確定假設一是否正確的簡便方法是

。若假設二成立,則發(fā)生突變的基因可能是

基因。若變異來源為基因突變,某同學欲設計實驗確定該突變來源為假設二還是假

設三,請寫出最簡便的實驗方案及預期結果。實驗方案:

。預期結果:若子代

,則假設二成立;若子代

,則假設三成立。答案(1)2能(2)顯微鏡下觀察有絲分裂中期(或減Ⅰ中期)的染色體條數(shù)是否為13條A或

b讓該白花突變株自交,觀察子代花色全為白花出現(xiàn)紅花和粉紅花(或

出現(xiàn)白花、紅花和粉紅花)解析(1)豌豆中粉紅花植株基因型有2種:AABb、AaBb。AABb植株的自交

后代的基因型及表現(xiàn)型為:1AABB(白花)∶2AABb(粉紅花)∶1AAbb(紅花),

故可以出現(xiàn)白花植株。(2)要驗證假設一,可以在顯微鏡下觀察有絲分裂中期

(或減Ⅰ中期)的染色體條數(shù)是否為13條。若為13條,則假設一正確。純合紅

花植株即AAbb與白花植株(aaBB)雜交,子代基因型應該全為AaBb,均為粉紅

花,若一個基因發(fā)生突變成為白花,則可能是A→a,則白色植株的基因型是

aaBb;也可能是b→B,則白色植株的基因型是AaBB。為了驗證假設二、三的

正確性,可以讓該白花突變株自交,觀察子代花色,若假設二正確,自交后代全為白花;若假設三正確,則該白花植株的基因型為:AaBbCc,則自交后代會出現(xiàn)

紅花、粉紅花、白花?？键c二變異原理在育種中的應用

1.(2020課標全國Ⅰ,32,9分)遺傳學理論可用于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐,回答下列

問題:(1)生物體進行有性生殖形成配子的過程中,在不發(fā)生染色體結構變異的情況

下,產(chǎn)生基因重新組合的途徑有兩條,分別是

。(2)在誘變育種過程中,通過誘變獲得的新性狀一般不能穩(wěn)定遺傳,原因是

,若要使誘變獲得的性狀能夠穩(wěn)定遺傳,需要采取的措施是

。答案(1)在減數(shù)分裂過程中,隨著非同源染色體的自由組合,非等位基因自

由組合;同源染色體上的等位基因隨著非姐妹染色單體的交換而發(fā)生交換,導

致染色單體上的基因重組

(2)控制新性狀的基因是雜合的通過自交篩選性狀能穩(wěn)定遺傳的子代解析(1)有性生殖過程中基因的重新組合發(fā)生在減數(shù)分裂過程中。在減數(shù)

第一次分裂后期,同源染色體彼此分離,非同源染色體自由組合的同時,非等

位基因也自由組合;在減數(shù)第一次分裂前期,同源染色體上的等位基因隨著非

姐妹染色單體的交換而發(fā)生交換,導致染色體上的基因重組。(2)誘變育種的

原理為基因突變,突變可分為顯性突變和隱性突變,若為隱性突變,一般不會

導致性狀的改變。題干明確已獲得新性狀,說明一般發(fā)生了顯性突變。雜合

子在自交過程中會發(fā)生性狀分離,所以新性狀一般不能穩(wěn)定遺傳。若要獲得

穩(wěn)定遺傳的新性狀,即要求獲得的是純合子,可以通過連續(xù)自交獲得。2.(2020課標全國Ⅲ,32,10分)普通小麥是目前世界各地栽培的重要糧食作

物。普通小麥的形成包括不同物種雜交和染色體加倍過程,如圖所示(其

中A、B、D分別代表不同物種的一個染色體組,每個染色體組均含7條染色

體)。在此基礎上,人們又通過雜交育種培育出許多優(yōu)良品種?；卮鹣铝袉?/p>

題:

(1)在普通小麥的形成過程中,雜種一是高度不育的,原因是

。已知普通小麥是雜種二染色體加倍形成的

多倍體,普通小麥體細胞中有

條染色體。一般來說,與二倍體相比,多倍體的優(yōu)點是

(答出2點即

可)。(2)若要用人工方法使植物細胞染色體加倍,可采用的方法有

(答出1點即可)。(3)現(xiàn)有甲、乙兩個普通小麥品種(純合體),甲的表現(xiàn)型是抗病易倒伏,乙的表

現(xiàn)型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙為實驗材料設計實驗獲得抗病抗倒伏

且穩(wěn)定遺傳的新品種,請簡要寫出實驗思路。答案(1)無同源染色體,不能進行正常的減數(shù)分裂42營養(yǎng)物質含量高、

莖稈粗壯

(2)秋水仙素處理

(3)甲、乙兩個品種雜交,F1自交,選取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不發(fā)

生性狀分離的植株。解析(1)一粒小麥(AA)和斯氏麥草(BB)通過雜交得到了雜種一,雜種一含有

A、B兩個染色體組,而A、B兩個染色體組來自不同的物種,所以雜種一不含

同源染色體,在減數(shù)分裂形成生殖細胞時,染色體不能聯(lián)會,減數(shù)分裂異常,不

能產(chǎn)生可育的配子,所以雜種一高度不育。由圖可知,普通小麥的染色體組組

成為AABBDD,因為A、B、D分別代表不同物種的一個染色體組,每個染色

體組均含7條染色體,所以普通小麥體細胞中有42條染色體。與二倍體相比,

多倍體的植株常常莖稈粗壯,葉片、果實和種子都比較大,糖類和蛋白質等營

養(yǎng)物質的含量都有所增加。(2)常常用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗,使植物細胞內染色體數(shù)目加倍。(3)以甲、乙為實驗材料獲得抗病抗倒伏且穩(wěn)定

遺傳的新品種,可以通過雜交育種的方法獲得。據(jù)此可以寫出實驗思路:讓

甲、乙兩個普通小麥品種進行雜交獲得F1,F1再進行自交,從F2中選擇抗病抗

倒伏的小麥個體,讓其自交,后代未出現(xiàn)性狀分離的個體即為抗病抗倒伏且穩(wěn)

定遺傳的新品種。1.育種方式及原理辨析(1)誘變育種原理基因突變(2)單倍體育種與雜交育種的關系選擇所需類型單倍體育種可育植株

(3)多倍體育種的原理分析秋水仙素紡錘體移向細胞兩極多倍體2.準確選取育種方案(1)依據(jù)目標選方案育種目標育種方案集中雙親優(yōu)良性狀

育種(明顯縮短育種年限)

育種(耗時較長,但簡便易行)對原品系實施“定

向”改變

及植物細胞工程(植物體細胞雜交)

育種讓原品系產(chǎn)生新性狀

(無中生有)

育種(可提高變異頻率,期望獲得理想性狀)使原品系營養(yǎng)器官

“增大”或“加強”

育種

單倍體雜交

基因工程誘變多倍體(2)關注“三最”定方向a.最簡便——側重于技術操作,

育種操作最簡便。b.最快——側重于育種時間,

育種所需時間明顯縮短。c.最準確——側重于目標精準度,

技術可“定向”改變生物性

狀。雜交單倍體基因工程

考向一圍繞育種原理與程序,考查理解與科學思維能力1.(2020湖北襄陽五中高三二模)將二倍體植株①和②雜交得到③,再將③做

進一步處理。下列相關分析錯誤的是

()BA.①②③⑤⑥過程的育種原理是基因重組B.圖中秋水仙素的作用是抑制紡錘體形成從而使染色體的著絲點不分裂C.若③的基因型是AaBbdd,不考慮突變,⑨的基因型最多有4種D.③至④的過程中,一般需要處理大量的實驗材料解析

①②③⑤⑥屬于雜交育種,雜交育種的原理是基因重組,A正確;秋

水仙素抑制紡錘體形成,但不影響著絲點分裂,B錯誤;若③的基因型是AaBb-

dd,不考慮突變,⑨的基因型最多有4種,即為ABd、Abd、aBd、abd,C正確;③

至④屬于誘變育種,由于基因突變頻率較低,且具有不定向性,故需要處理大

量的實驗材料,D正確?？枷蚨Y合生物育種方法的選取和設計,考查科學思維與科學探究能力2.(2020四川綿陽中學高三3月月考)回答下列關于遺傳和育種有關的幾個問

題:(1)在孟德爾豌豆雜交實驗中,純合的黃色圓粒(YYRR)與綠色皺粒(yyrr)的豌

豆雜交,若將F2中黃色皺粒豌豆自交,其子代中表現(xiàn)型仍為黃色皺粒的個體占

。進一步研究發(fā)現(xiàn)r基因的堿基序列比R基因多了800個堿基對,這

種變異屬于可遺傳變異中的

。r基因編碼的蛋白質(無酶活性)比R

基因編碼的淀粉支酶少了末端61個氨基酸,推測可能的原因是

。(2)在孟德爾“一對相對性狀的雜交實驗”中,所觀察的7種性狀的F1中總是

出現(xiàn)顯性性狀,而不出現(xiàn)隱性性狀。從基因表達的角度解釋原因可能是

。(3)玉米籽粒的胚乳黃色(A)對白色(a)為顯性,非糯(B)對糯(b)為顯性,兩對性

狀自由組合?，F(xiàn)有白色非糯、黃色糯、白色糯純合的玉米籽粒,其中白色非

糯、黃色糯玉米不抗某種除草劑,白色糯玉米抗該除草劑,其抗性基因位于線

粒體DNA上。若要培育抗該種除草劑的黃色非糯雜種玉米,且選育時根據(jù)籽

粒顏色即可達到目的,請寫出其雜交育種的實驗過程。

。

答案(1)5/6基因突變r基因轉錄的mRNA提前出現(xiàn)終止密碼子(2)顯性基因表達,隱性基因不轉錄,或隱性基因不翻譯,或隱性基因編碼的蛋

白質無活性或活性低(3)選擇白色糯玉米(aabb)為母本,與黃色糯玉米(AAbb)為父本進行雜交獲得

F1,再以F1(Aabb)為母本,與白色非糯玉米(aaBB)為父本進行雜交獲得F2,從中

選擇黃色玉米粒即可解析(1)純合的黃色圓粒(YYRR)與綠色皺粒(yyrr)的豌豆雜交,F1為YyRr,F2

中黃色皺粒為Y_rr(2/3Yyrr、1/3YYrr),自交子代出現(xiàn)黃色皺粒Y_rr概率為2/3

×3/4+1/3=5/6;進一步研究發(fā)現(xiàn)r基因的堿基序列比R基因多了800個堿基對,這

種變異屬于可遺傳變異中的基因突變;r基因編碼的蛋白質(無酶活性)比R基

因編碼的淀粉支酶少了末端61個氨基酸,可推測r基因轉錄的mRNA提前出現(xiàn)

終止密碼子。(2)在孟德爾“一對相對性狀的雜交實驗”中,所觀察的7種性

狀的F1中總是出現(xiàn)顯性性狀,而不出現(xiàn)隱性性狀。從基因表達的角度解釋原

因可能是顯性基因表達,隱性基因不轉錄,或隱性基因不翻譯,或隱性基因編碼的蛋白質無活性或活性低。(3)由于抗性基因位于線粒體DNA上,說明抗性

基因遺傳屬于細胞質遺傳,由于正交與反交的結果不一樣,所以必須用含抗性

基因的玉米為母本,進行雜交育種,實驗過程第一步,以黃色糯純合的玉米

(AAbb)為父本、白色糯純合的玉米(aabb)為母本,進行雜交,得到的為抗除草

劑的黃色糯玉米(Aabb);第二步,以抗除草劑的黃色糯玉米(Aabb)為母本,與白

色非糯純合的玉米(aaBB)為父本進行雜交,得到的為抗除草劑的黃色非糯雜

種玉米和白色非糯雜種玉米;從中選擇黃色玉米即為所需品種。(2016課標全國Ⅰ,6,6分)理論上,下列關于人類單基因遺傳病的敘述,正確的

是

()A.常染色體隱性遺傳病在男性中的發(fā)病率等于該病致病基因的基因頻率B.常染色體顯性遺傳病在女性中的發(fā)病率等于該病致病基因的基因頻率C.X染色體顯性遺傳病在女性中的發(fā)病率等于該病致病基因的基因頻率D.X染色體隱性遺傳病在男性中的發(fā)病率等于該病致病基因的基因頻率考點三生物的進化D解析

理論上,若常染色體隱性遺傳病的致病基因頻率為p,則男性和女

性中的發(fā)病率均為p2,A錯誤;若常染色體顯性遺傳病的致病基因頻率為q,則

正?；蝾l率為1-q,男性和女性中正常的概率均為(1-q)2,患病概率均為1-(1

-q)2=2q-q2,B錯誤;若X染色體顯性遺傳病的致病基因頻率為m,則正?；?/p>