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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(xì)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(xì)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(xì)胞(基因型BbTt)進(jìn)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(xì)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(jìn)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(dāng)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(xì)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(rèn)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(xì)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?。╮）為顯性，有芒（B）對無芒（b）為顯性，兩對基因自由組合，體細(xì)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(jìn)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(xì)胞染色體數(shù)為________。 （4）在培養(yǎng)過程中，一部分花藥壁細(xì)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(xì)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(jìn)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(xì)胞有絲分裂后期，抑制著絲粒的分裂 B．植株A的體細(xì)胞中含兩個染色體組，所以是二倍體 C．植株A能夠進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(dāng)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(dá)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(jìn)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(xì)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(dá)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(jìn)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(xì)胞；接下來將該雜種細(xì)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(jìn)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(xì)胞。若裝片中的細(xì)胞均多層重疊，原因是___________________。統(tǒng)計細(xì)胞周期各時期的細(xì)胞數(shù)和細(xì)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(xì)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(xì)胞周期及下一個細(xì)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(jìn)程，還可以采集變異株的_______________進(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(xì)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(jìn)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(xì)胞不能分裂，從而使細(xì)胞中染色體數(shù)目加倍，C正確；萌發(fā)的種子或幼苗因細(xì)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(dá)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(xì)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(jìn)行自交，對不符合要求的品種進(jìn)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(xì)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(yuǎn)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(xì)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(xì)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(xì)胞，用纖維素酶和果膠酶處理，去除細(xì)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(xì)胞；將該雜種細(xì)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(yuǎn)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(jìn)行處理，抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，導(dǎo)致細(xì)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(jìn)行觀察。由于只有根尖的分生區(qū)進(jìn)行細(xì)胞分裂，因此可觀察分生區(qū)細(xì)胞的染色體數(shù)目。在進(jìn)行有絲分裂實驗中，解離是使細(xì)胞相互分離開，壓片是進(jìn)一步使細(xì)胞相互分散開，如果解離不充分或壓片不充分，會使細(xì)胞均多層重疊。在觀察細(xì)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(xì)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(xì)胞周期中的間期時間長短， 用x2 +x3 +x4 +x5來表示甲株細(xì)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(xì)胞不會分裂為兩個子細(xì)胞，進(jìn)而使細(xì)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(jìn)行下一次細(xì)胞分裂時，按照加倍后的染色體數(shù)目進(jìn)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(xì)胞周期及下一個細(xì)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