高中生物浙科版 (2019)必修2《遗传与进化》第二节 基因重组使子代出现变异学案

第二节　基因重组使子代出现变异

一、非同源染色体间的自由组合导致基因重组

1．基因重组的概念、意义

(1)概念　基因重组是指具有不同遗传性状的雌、雄个体进行有性生殖时，控制不同性状的基因重新组合，导致后代出现不同于亲本类型的现象或过程。

(2)意义　基因重组是通过有性生殖过程实现的，基因重组的结果是导致生物性状的多样性，为动、植物育种和生物进化提供丰富的物质基础。

2．非同源染色体间的自由组合导致基因重组

(1)形成原因

遗传的染色体学说表明，生物在通过减数分裂形成配子时，非同源染色体的自由组合，导致非同源染色体上的非等位基因也自由组合，因此产生多种类型的配子。这样，雌、雄配子结合后形成的新个体的基因型就有可能与亲代的基因型和表型不同。

(2)表型数目的理论推导

按自由组合定律可以知道，在完全显性的条件下，如果涉及的各种性状分别由n对基因控制，并且各对基因分别位于不同的染色体上，则F2的表型数目应是2n。

二、同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换导致基因重组

1．形成原因

在减数分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体之间发生染色体片段的交换，也使染色体上的基因产生重组。

2．变化特点

在减数分裂中，同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换的位点和次数有诸多变化，这样能够使通过基因重组产生的配子种类变得异常多样，从而极大地增加了有性生殖后代的变异性。

三、基因重组可应用于杂交育种

1．杂交育种的概念

利用基因重组原理，可以有目的地将两个或多个品种的优良性状组合在一起，培育出更优良的新品种。

2．培育方法

一般可以通过杂交、选择、纯合化等手段培育出新品种。

四、转基因技术可以实现物种间的基因重组

1．转基因技术的概念

转基因技术是指利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因(外源基因)转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。

2．植物转基因技术的具体实施过程

用人工方法将人类所需要的目的基因导入受体细胞内，使其整合到受体的染色体上。外源基因随细胞的分裂而增殖，并在体内得以表达，还能将所获得的新性状稳定地遗传给后代。

3．转基因技术发展的意义

转基因技术人为地增加了生物变异的范围，实现种间遗传物质的交换。在对生物遗传性状进行改造时所采用的多种方法中，转基因技术的针对性更强，效率更高，经济效益更明显。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．基因型为Aa的个体自交，后代出现性状分离与基因重组有关。 (　　)

提示：×　没有涉及不同性状的重新组合。

2．一对同源染色体可能存在基因重组。 (　　)

提示：√　

3．基因重组会产生新的性状。  (　　)

提示：×　不会产生新性状，是原有性状的重新组合。

4．基因重组在显微镜下是可见的。 (　　)

提示：×　光学显微镜看不见基因。

5．基因重组产生的新的基因型不一定会表达为新表型。 (　　)

提示：√　

　基因重组的概念、特点

1．基因重组的概念剖析

2．抓“关键词”判断基因突变和基因重组

合作探究：图1、图2代表基因重组的两种类型，请分析回答下列问题：

图1　　　　　　　　　　图2

(1)图1、图2中发生重组的分别是什么基因？

提示：图1互换过程中是染色单体上的基因发生重组。图2自由组合过程中是非同源染色体上的非等位基因发生重组。

(2)从配子的角度分析，上述两种类型的基因重组有什么共同点？

提示：都使产生的配子种类多样化。

(3)精子与卵细胞随机结合过程中进行基因重组吗？受精作用的意义是什么？

提示：不进行。重组性状要在后代中表现出来，一般要通过精子与卵细胞结合产生新个体来实现。

1．下列关于基因重组的说法，错误的是(　　)

A．生物体进行有性生殖过程中控制不同性状的基因的重新组合属于基因重组

B．减数分裂四分体时期，同源染色体的姐妹染色单体之间的局部交换可导致基因重组

C．减数分裂过程中，非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组

D．一般情况下，水稻花药内可发生基因重组，而根尖则不能

B　[基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的非同源染色体上的非等位基因重新组合，A正确；减数分裂四分体时期，同源染色体的非姐妹染色单体之间的局部交换可导致基因重组，B错误；减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因自由组合可导致基因重组，C正确；一般情况下，基因重组只发生在减数分裂形成配子的过程中，水稻花药内精原细胞减数分裂形成配子的过程中可发生基因重组，但根尖细胞只能进行有丝分裂，不会发生基因重组，D正确。]

2．如图是某二倍体(AABb)动物的几个细胞分裂示意图。据图判断错误的是(　　)

甲　　　　乙　 　  　丙

A．甲图表明该动物发生了基因突变

B．乙图表明该动物在减数第一次分裂前的间期发生了基因突变

C．丙图表明该动物在减数第一次分裂时发生了交叉互换

D．甲、乙、丙所产生的变异均可遗传给后代

D　[据题干中甲、乙、丙是同一个二倍体动物的几个细胞分裂图，其基因型为AABb，分析可知：甲图表示有丝分裂后期，染色体上基因A与a不同，是基因突变的结果，A正确；乙图表示减数第二次分裂后期，其染色体上基因A与a不同，基因a只能是基因突变的结果，B正确；丙图也表示减数第二次分裂后期，基因B与b所在的染色体颜色不一致，则染色体上基因B与b不同是交叉互换造成的，C正确；甲细胞分裂产生体细胞，产生的变异一般不遗传给后代，D错误。]

[题后反思]　“三看法”判断基因突变与基因重组

甲　　　　乙　　　　丙

　杂交育种

1．原理：基因重组。

2．过程

(1)培育杂合子品种

选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×)→F1(即为所需品种)。

(2)培育隐性纯合子品种

选取符合要求的双亲杂交(♀×)→F1F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。

(3)培育显性纯合子品种

①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。

②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。

合作探究：通过杂交育种的方法，用黄粒矮秆(YYdd)玉米和白粒高秆(yyDD)玉米培育白粒矮秆(yydd)优良品种，两对基因独立遗传。请用遗传图解表示该植物品种间杂交育种程序，并简要说明育种年限。

提示：

通过上图可以看出，F2中的白粒矮秆为双隐性性状，即为纯合子，符合题目要求的优良品种(yydd)。育种时间为两年。

1．杂交育种是改良作物品质，提高农作物单产量的常规方法。有关叙述错误的是(　　)

A．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，培养出新品种的方法

B．杂交育种所依据的主要遗传学原理是基因的自由组合

C．杂交育种除杂交选育新品种之外，杂交的另一个结果是获得杂种表现的优势

D．杂交育种的优点是目的性强、育种周期短

D　[由题意分析可知， 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，培养出新品种的方法，A项正确；杂交育种所依据的主要遗传学原理是基因重组，基因重组的实质是基因的自由组合，B项正确；杂交育种除杂交选育新品种之外，杂交的另一个结果是获得杂种表现的优势，C项正确；杂交育种的优点是目的性强、育种周期长，D项错误。]

2．下列关于杂交育种、诱变育种叙述错误的是(　　)

A．杂交育种的双亲可以是纯合子也可以是杂合子

B．杂交育种不同于基因工程育种的优势是可在不同种生物间进行

C．杂交育种能产生新的基因型，诱变育种能产生新基因

D．高产“黑农五号”大豆的培育、高产青霉菌株的选育都利用基因突变的原理

B　[杂交育种的双亲可以是纯合子，也可以是杂合子，A正确；可在不同种生物间进行是基因工程育种的优势，不是杂交育种的优势，B错误；诱变育种的原理是基因突变，可产生新的基因；杂交育种没有产生新基因，只产生新的基因型，C正确；高产“黑农五号”大豆的培育、高产青霉菌株的选育都属于诱变育种，利用了基因突变的原理，D正确。]

[课堂小结]

1．下列关于基因重组的叙述，不正确的是(　　)

A．基因重组发生在精卵结合形成受精卵的过程中

B．一对等位基因不存在基因重组，但一对同源染色体上存在基因重组

C．基因重组产生的新的基因型不一定会表达为新的表型

D．基因重组包括自由组合和交叉互换两种类型

A　[基因重组发生在减数第一次分裂中，精卵结合形成受精卵的过程为受精过程，A错误；一对等位基因不存在基因重组，可能在同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换导致基因重组，B正确；不同的基因型可能对应相同的表型，故基因重组产生的新基因型不一定会表达为新的表型，C正确；基因重组包括减数第一次分裂的前期，同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换和减数第一次分裂的后期，同源染色体的分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合，D正确。]

2．下列过程中没有发生基因重组的是(　　)

A．肺炎链球菌转化实验中R型菌转化为S型菌

B．高茎豌豆自交后代出现3∶1的性状分离比

C．黄色圆粒(YyRr)豌豆自交后代出现9∶3∶3∶1的性状分离比

D．利用现代生物技术培育转基因抗虫棉

B　[肺炎链球菌转化实验中的R型菌转化为S型菌属于基因重组，A不符合题意；高茎豌豆自交后代出现3∶1的性状分离比是因为等位基因分离，随机受精后产生的。只涉及一对等位基因，没有发生基因重组，B符合题意；黄色圆粒(YyRr)豌豆自交后代出现9∶3∶3∶1的性状分离比，是由于减数分裂时非同源染色体上的非等位基因自由组合产生了四种数量相等的配子，C不符合题意；利用现代生物技术培育转基因抗虫棉属于基因重组，D不符合题意。]

3．下列有关基因突变和基因重组的描述，正确的是(　　)

A．基因突变对生物个体是利多于弊

B．基因突变所产生的基因都可以遗传给后代

C．基因重组能产生新的基因

D．在自然条件下，基因重组是进行有性生殖的生物才具有的一种可遗传变异方式

D　[基因突变具有多害少利性，A错误；对有性生殖的生物来说，只有发生于生殖细胞中的基因突变才可以遗传给后代，B错误；基因重组只能是控制不同性状的基因重新组合，能产生新的基因型，但不能产生新的基因，C错误；基因重组只能发生于有性生殖过程中，D正确。]

4．下列对杂交育种的分析，错误的是(　　)

A．杂交育种一般不能产生新基因

B．杂交育种为无性生殖过程

C．杂交育种会出现性状分离

D．杂交过程缓慢，育种繁琐

B　[基因突变可产生新的基因，杂交育种一般只能产生新的基因型，A正确；杂交育种为有性生殖的过程，B错误；杂交育种一般通过杂交、选择、纯合化等手段培育出新品种，该过程会出现性状分离，C正确；杂交育种是改良作物品种的常用方法，但育种年限长，过程繁琐，D正确。]

5．现有两个纯合的某作物品种：抗病高秆(易倒伏)和感病矮秆(抗倒伏)品种，已知抗病对感病为显性，高秆对矮秆为显性，但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。

回答下列问题：

(1)在育种实践中，若利用这两个品种进行杂交育种，一般来说，育种目的是获得具有________优良性状的新品种。

(2)杂交育种前，为了确定F2的种植规模，需要正确预测杂交结果，若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，需要满足3个条件：条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；其余两个条件是___________________________。

(3)为了确定控制上述这两对性状基因是否满足上述3个条件，可用测交实验来进行检验，请简要写出该测交实验的过程。__________________________。

解析：(1)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。从题意知，抗病与矮秆(抗倒伏)为优良性状。(2)孟德尔遗传定律研究的是真核生物细胞核基因的遗传特点，故控制相对性状的等位基因应位于细胞核的染色体上，自由组合定律要求是非同源染色体上的非等位基因。(3)测交是用F1与隐性纯合体杂交，故先用纯合的抗病高秆与感病矮秆杂交获得F1，然后再进行测交实验。

答案：(1)抗病矮秆　(2)高秆和矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；控制这两对性状的基因位于非同源染色体上　(3)将纯合的抗病高秆与感病矮秆杂交，产生F1，让F1与感病矮秆杂交