第5章-基因突變及其他變異-素養(yǎng)提升課(五)-可遺傳變異的比較、單倍體育種和多倍體育種

素養(yǎng)提升課(五)可遺傳變異的比較、單倍體育種和多倍體育種一、三種可遺傳變異的對(duì)比【情境1】圖為生物可遺傳變異的兩種類型圖解。[分析](1)依據(jù)染色體的大小和形態(tài)可判斷圖中a與b、c與d的關(guān)系分別是

。

同源染色體、非同源染色體(2)圖甲表示的變異類型是

,該變異發(fā)生的時(shí)期是

。

(3)圖乙的變異類型是

,判斷依據(jù)是

。

基因重組減數(shù)分裂Ⅰ的四分體時(shí)期染色體片段的移接發(fā)生在非同源染色體之間染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位【情境2】圖為生物可遺傳變異的兩種類型圖解。[分析](1)圖甲表示的變異類型是

,判斷依據(jù)是

。

基因突變a基因中增加堿基對(duì)A-T后突變?yōu)閍'基因(2)圖乙的變異類型是

,判斷依據(jù)是

。

染色體結(jié)構(gòu)變異①發(fā)生了染色體片段的缺失,②發(fā)生了染色體片段的重復(fù)(3)請(qǐng)對(duì)基因突變和染色體結(jié)構(gòu)變異進(jìn)行比較:基因內(nèi)部染色體項(xiàng)目基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)變異區(qū)別在一個(gè)

發(fā)生了堿基的替換、增添或缺失

在

上發(fā)生了染色體片段的增加、缺失、顛倒或移接

基因的數(shù)量和位置不改變,基因的種類可能改變基因的數(shù)目或排序發(fā)生改變基因突變、基因重組、染色體變異的比較項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異實(shí)質(zhì)基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變基因的重新組合染色體的結(jié)構(gòu)或數(shù)目發(fā)生改變類型自發(fā)突變、誘發(fā)突變?nèi)旧w互換、自由組合染色體結(jié)構(gòu)變異、染色體數(shù)目變異發(fā)生時(shí)期通常是DNA復(fù)制時(shí)(有絲分裂前的間期和減數(shù)分裂前的間期)減數(shù)分裂Ⅰ四分體時(shí)期及減數(shù)分裂Ⅰ后期細(xì)胞分裂過程中項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異適用范圍任何生物均可發(fā)生真核生物進(jìn)行有性生殖產(chǎn)生配子時(shí)真核生物細(xì)胞增殖過程中均可發(fā)生結(jié)果產(chǎn)生新的基因產(chǎn)生新的基因型引起基因數(shù)目或排列順序發(fā)生變化意義生物變異的根本來源,提供生物進(jìn)化的原始材料形成生物多樣性的重要原因,對(duì)生物進(jìn)化有十分重要的意義對(duì)生物進(jìn)化有一定的意義例1

下列有關(guān)生物可遺傳變異的敘述,錯(cuò)誤的是 (

)A.發(fā)生鐮狀細(xì)胞貧血的直接原因是血紅蛋白中氨基酸發(fā)生替換B.R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌的根本原因是發(fā)生了基因突變C.染色體結(jié)構(gòu)變異和基因突變都可改變DNA堿基對(duì)排列順序D.染色體的某一片段可在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中發(fā)生顛倒B[解析]發(fā)生鐮狀細(xì)胞貧血的根本原因是基因突變,直接原因是血紅蛋白中氨基酸發(fā)生替換,進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變,A正確;R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌的根本原因是發(fā)生了基因重組,B錯(cuò)誤;染色體結(jié)構(gòu)變異會(huì)導(dǎo)致基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變,基因突變可使基因中堿基對(duì)排列順序發(fā)生改變,二者都可改變DNA堿基對(duì)排列順序,C正確;染色體的某一片段可在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中發(fā)生顛倒,進(jìn)而引起染色體結(jié)構(gòu)的改變,D正確。例2如圖所示為某二倍體生物發(fā)生的四種變異,其中圖甲中字母表示染色體上的基因,圖乙~丁反映的是染色體情況。下列敘述正確的是

(

)A.圖甲變異為基因突變,該變異具有定向性和隨機(jī)性等特點(diǎn)B.圖乙變異為染色體數(shù)目變異,該變異僅僅發(fā)生于減數(shù)分裂過程中C.圖丙變異為基因重組,該變異發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ后期D.圖丁變異為染色體變異,該變異能為生物進(jìn)化提供原材料D[解析]圖甲的變異類型是基因突變,該變異具有不定向性和隨機(jī)性等特點(diǎn),A錯(cuò)誤;染色體數(shù)目變異可發(fā)生在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中,B錯(cuò)誤;減數(shù)分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體之間的互換發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ前期,C錯(cuò)誤;圖丁變異為染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位,基因突變、基因重組和染色體變異都能為生物進(jìn)化提供原材料,D正確。例3科研小組用某種昆蟲的野生型雌性(XAXa)和雄性(XAY)個(gè)體雜交,子代中偶然出現(xiàn)一只雌性的突變型個(gè)體,若該突變個(gè)體的出現(xiàn)有三種可能性(基因突變、染色體結(jié)構(gòu)變異或染色體數(shù)目變異),不同變異類型相關(guān)基因在染色體上的分布情況如圖。下列說法正確的是 (

)A.若是情況乙,則是母本的減數(shù)第一次分裂異常導(dǎo)致的B.若甲情況的出現(xiàn)是由基因突變引起的,則基因突變發(fā)生于母本的減數(shù)分裂過程C.甲、乙、丙三種可能性中,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異的是丙,是染色體片段重復(fù)引起的D.基因突變具有低頻性、不定向性、隨機(jī)性等特點(diǎn)D[解析]分析題意可知,親本基因型是XAXa和XAY,若是情況乙(XaXaY),則是母本提供了兩條含a基因的X染色體所致,故推測(cè)母本減數(shù)第二次分裂時(shí),姐妹染色單體Xa、Xa未發(fā)生分離,進(jìn)入同一個(gè)配子中,A錯(cuò)誤;若甲情況的出現(xiàn)是由基因突變引起的,這兩條X染色體應(yīng)一條來自父方一條來自母方,而父方X染色體上只有A,甲是XaXa,故基因突變發(fā)生于父本的減數(shù)分裂過程中,XA變?yōu)閄a所致,B錯(cuò)誤;甲、乙(兩條X染色體和一條Y染色體)、丙(染色體缺失了一段)三種可能性中,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異的是丙,是染色體片段缺失引起的,C錯(cuò)誤;基因突變具有低頻性、不定向性、隨機(jī)性等特點(diǎn),D正確。二、單倍體育種1.原理:染色體數(shù)目變異。2.主要技術(shù)手段:花藥離體培養(yǎng)、人工誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。3.育種流程例:某植物的花色中紫花和白花是一對(duì)相對(duì)性狀,受2對(duì)獨(dú)立遺傳的等位基因控制,當(dāng)個(gè)體中每對(duì)等位基因都至少含有一個(gè)顯性基因時(shí),植物開紫花,否則開白花?，F(xiàn)有兩純種白花個(gè)體,分別為AAbb、aaBB,如何利用單倍體育種培育出純種紫花植株。4.優(yōu)點(diǎn):明顯縮短育種年限;培育得到的植株能夠正常生殖,每對(duì)染色體上成對(duì)的基因都是純合的,自交后代不會(huì)發(fā)生性狀分離。5.缺點(diǎn):技術(shù)復(fù)雜。例4

下列關(guān)于單倍體和單倍體育種的敘述,錯(cuò)誤的是

(

)A.單倍體是體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體B.利用單倍體育種方法培育新品種能明顯縮短育種年限C.用低溫處理單倍體幼苗后得到的都是二倍體植株D.采用花藥離體培養(yǎng)的方法能獲得單倍體植株C[解析]配子發(fā)育成的個(gè)體稱為單倍體,因此單倍體是體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體,A正確;利用單倍體育種方法培育新品種能排除顯隱性的干擾,即所選顯性個(gè)體或隱性個(gè)體都是純合子,免去了不斷自交的麻煩,能明顯縮短育種年限,B正確;低溫能抑制紡錘體的形成,用低溫處理單倍體幼苗后得到的不一定是二倍體,如含有兩個(gè)染色體組的單倍體,用低溫處理單倍體幼苗后得到的是四倍體,C錯(cuò)誤;花藥中含有植物的花粉(雄配子),通過花藥離體培養(yǎng)得到的是單倍體植株,D正確。例5現(xiàn)有兩純種小麥,一純種小麥性狀是高稈(D)、抗銹病(T);另一純種小麥的性狀是矮稈(d)、易染銹病(t)(兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳)。育種專家提出了如圖所示育種方法以獲得小麥新品種,請(qǐng)據(jù)圖分析回答:(1)與正常植株相比,單倍體植株長(zhǎng)得弱小,而且高度不育,但是利用單倍體植株培育新品種卻能明顯

。單倍體育種的原理是

。也可以通過雜交育種的方法獲得所需品種,雜交育種的原理是

。

縮短育種年限染色體變異數(shù)目(或染色體變異)基因重組(2)圖中(三)過程采用的方法稱為

,圖中(四)過程最常用的化學(xué)藥劑是

,該物質(zhì)作用于正在分裂的細(xì)胞,引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍的原因是

。該物質(zhì)作用的時(shí)期是

。

花藥離體培養(yǎng)秋水仙素抑制紡錘體的形成前期(3)圖中標(biāo)號(hào)④基因組成為

。用這種方法培育得到的植株中,符合人們要求的矮稈抗銹病植株所占的比例為

。

ddTT1/4[解析](1)單倍體育種能排除顯隱性的干擾,得到的正常植株都是純合體,自交后代不發(fā)生性狀分離,所以能明顯縮短育種年限;單倍體育種的原理是染色體數(shù)目變異;雜交育種的原理是基因重組。(2)圖中(三)過程是用配子直接培育成單倍體的花藥離體培養(yǎng);圖中的(四)過程是使染色體數(shù)目加倍,最常用的化學(xué)藥劑是秋水仙素,它能作用于正在分裂的細(xì)胞,抑制紡錘體的形成,從而形成染色體數(shù)目加倍的細(xì)胞;因?yàn)榧忓N體在前期形成,因此秋水仙素作用的時(shí)期是前期。(3)DdTt能產(chǎn)生DT、Dt、dT和dt四種配子,由圖分析可知①是DT,則②是dT,圖中標(biāo)號(hào)④是由dT經(jīng)染色體數(shù)目加倍形成的,所以基因組成為ddTT;因?yàn)樗a(chǎn)生的4種配子的比例為1∶1∶1∶1,所以符合人們要求的矮稈抗銹病植株ddTT所占的比例為1/4。三、多倍體育種1.方法:用秋水仙素或低溫處理。2.處理材料:萌發(fā)的種子或幼苗。3.原理

例6

草莓多數(shù)屬于多倍體,一個(gè)染色體組用X表示。育種工作者用哈尼品種(8X)與森林草莓(2X)進(jìn)行相關(guān)雜交實(shí)驗(yàn),子代的WBT與親本雜交,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。F2得到小部分植株H1~H3,其生物學(xué)性狀如下表所示。下列相關(guān)分析錯(cuò)誤的是

(

)A.草莓植株的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量與發(fā)育狀況和染色體組數(shù)目有關(guān)B.WBT為五倍體,染色體聯(lián)會(huì)紊亂導(dǎo)致難以生成可育卵細(xì)胞C.WBT雜交時(shí)產(chǎn)生了染色體數(shù)目減半和染色體數(shù)目未減的花粉D.多次雜交得到的植株可為草莓品質(zhì)改良提供原材料C植物代號(hào)倍性植物學(xué)性狀H19X植株高大,長(zhǎng)勢(shì)旺盛,葉柄粗,匍匐莖粗壯H27X植株中等,葉片小,匍匐莖較少且細(xì)小H36X植株矮小,葉片小呈圓形,匍匐莖較少且細(xì)小[解析]結(jié)合表格可知,多倍體植物表現(xiàn)為莖稈粗壯、果實(shí)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量豐富,故草莓植株的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量與發(fā)育狀況和染色體組數(shù)目有關(guān),A正確;WBT是由含有四個(gè)染色體組的卵細(xì)胞和含有一個(gè)染色體組的精子結(jié)合成的合子發(fā)育成的,細(xì)胞中含有5個(gè)染色體組,為五倍體,在減數(shù)分裂過程中染色體聯(lián)會(huì)紊亂導(dǎo)致難以生成可育卵細(xì)胞,因而以WBT為母本,與哈尼雜交時(shí),雜交的結(jié)果表現(xiàn)為無子代,B正確;根據(jù)H1~H3的倍性可知,WBT雜交時(shí)產(chǎn)生了染色體數(shù)目減少和染色體數(shù)目未減的花粉,即含5個(gè)染色體組的花粉、含3個(gè)染色體組的花粉、含2個(gè)染色體組的花粉,與含4個(gè)染色體組的卵細(xì)胞結(jié)合發(fā)育為9X、7X、6X倍性的子代,沒有產(chǎn)生染色體數(shù)目減半的花粉,C錯(cuò)誤;結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,多次雜交得到的植株倍性不同,可為草莓品質(zhì)改良提供原材料,D正確。例7小麥為六倍體(AABBDD,A、B、D表示來源不同的三個(gè)染色體組),黑麥為二倍體(RR,R表示一個(gè)染色體組)。小麥與黑麥為可雜交的近緣作物,育種專家欲用小麥和黑麥培養(yǎng)適應(yīng)高寒地區(qū)且高產(chǎn)的八倍體小黑麥(AABBDDRR)。下列育種措施中可行的是

(

)A.將小麥與黑麥進(jìn)行雜交獲取種子,直接種植種子獲取小黑麥B.分別取小麥與黑麥的花粉離體培養(yǎng)獲取單倍體,將兩種單倍體雜交后獲取小黑麥C.取小麥花粉離體培養(yǎng)獲取單倍體,將此單倍體與黑麥雜交獲取種子,再用秋水仙素處理上述種子獲取小黑麥D.將小麥與黑麥進(jìn)行雜交獲取種子,種植種子獲取幼苗,再用秋水仙素處理上述幼苗獲取小黑麥D[解析]小麥與黑麥進(jìn)行雜交,所得種子的染色體組成為ABDR,直接種植此種子獲得的植株由于細(xì)胞中無同源染色體而不能經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生可育配子,因此不能得到八倍體小黑麥。可以將該種子(ABDR)種植獲取幼苗,再用秋水仙素處理上述幼苗,進(jìn)而獲取染色體組成為AABBDDRR的小黑麥,D正確。例8普通牡蠣含有兩個(gè)染色體組(2n=20)。普通牡蠣在產(chǎn)生配子之前,性腺的發(fā)育需要消耗體內(nèi)儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),配子排放后導(dǎo)致牡蠣軟體部極度消瘦,嚴(yán)重影響牡蠣的口感和出肉率。利用多倍體育種技術(shù)培育三倍體牡蠣,可通過改變育性避免牡蠣繁殖期間品質(zhì)下降的問題,并保持多倍體生物個(gè)體大、生長(zhǎng)快的優(yōu)點(diǎn)