2024届苏教版高考生物一轮复习生物变异在育种上的应用学案

第3课时　生物变异在育种上的应用

课标要求　阐明生物变异在育种上的应用。

1．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

a．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，连续自交至不发生性状分离为止。

b．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。

2．单倍体育种

(1)原理：染色体(数量)变异。

(2)过程

(3)优点：明显缩短育种年限，且得到纯合二倍体。

(4)缺点：技术复杂。

3．多倍体育种

(1)方法：用秋水仙素或低温处理。

(2)处理材料：萌发的种子或幼苗。

(3)原理：染色体(数量)变异。

(4)实例：三倍体无子西瓜的培育

①两次传粉

②用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花的染色体数量加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数量不变。

③三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。

易错提醒　(1)单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理两个过程。

(2)单倍体育种一般应用于二倍体植物，因为若为四倍体植物，通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。

(3)用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍，若操作对象是单倍体植株，属于单倍体育种；若操作对象为正常植株，叫多倍体育种。不能看到“染色体数目加倍”就认为是多倍体育种。

(4)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，使染色体数目加倍。单倍体育种在幼苗期处理，多倍体育种在种子萌发期或幼苗期处理。

4．诱变育种

(1)原理：基因突变。

(2)过程

(3)优点

①可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。

②大幅度地改良某些性状。

(4)缺点：有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。

考向一　分析单倍体育种与多倍体育种的应用

1．如图为二倍体玉米花粉培育成植株的过程。下列有关叙述错误的是(　　)

A．过程①是花药离体培养

B．过程②若正常培养，则植株B是单倍体

C．过程②若使用秋水仙素处理幼苗使其染色体加倍，则植株B是二倍体纯合子

D．若该过程为单倍体育种，则育种原理是基因重组

答案　D

2．(2023·江苏南通高三模拟)在自然条件下，二倍体植物(2n＝4)形成四倍体植物的过程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)

A．减数分裂失败可能发生在减数第二次分裂

B．二倍体植物与四倍体植物应属于不同的物种

C．图示四倍体植物的形成并未经长期的地理隔离过程

D．若要测定图示四倍体植物的基因组DNA序列，则需测4条染色体上的DNA

答案　D

解析　根据题意和图示分析可知，二倍体植株减数分裂失败形成的异常配子中含有2个染色体组，自花传粉形成的受精卵中含有4个染色体组，发育形成四倍体。减数分裂失败既可以发生在减数第一次分裂也可以发生在减数第二次分裂，A正确；二倍体植物与四倍体植物杂交后代为三倍体，三倍体减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成可育的配子，二者之间存在生殖隔离，所以属于不同的物种，B正确；图示四倍体植物的形成并未经长期的地理隔离过程，C正确；测定四倍体植物基因组的全部DNA序列时只需测定2条染色体上的DNA，D错误。

考向二　生物育种的综合判断

3．(多选)下列关于生物变异和育种的叙述，正确的是(　　)

A．诱变育种的原理是突变，能加速变异进程，缩短育种年限

B杂交育种的原理是基因重组，能将优良基因集中到同一品种中

C．单倍体育种的原理是染色体变异，能较快获得纯合优良植株

D．基因工程育种的原理是细胞的全能性，能克服远缘杂交不亲和的障碍

答案　ABC

4．如图表示小麦育种的几种方式，下列有关叙述不正确的是(　　)

A．获得①和⑥的育种原理是基因重组，②和③的育种原理是染色体变异

B．获得④⑤的育种方式是诱变育种，得到的变异个体不全都符合生产需要

C．获得⑥的育种方式可定向改变生物体的性状，克服远缘杂交不亲和的障碍

D．秋水仙素作用的时间是有丝分裂后期，结果是细胞中染色体数加倍

答案　D

解析　获得①和⑥的育种方式分别是杂交育种和基因工程育种，其原理是基因重组；②和③的育种方式分别是单倍体育种和多倍体育种，其原理是染色体变异，A正确；获得④⑤的育种方式是诱变育种，由于基因突变是不定向的，所以得到的变异个体不全都符合农业生产需要，B正确；获得⑥的育种方式是基因工程育种，可根据人们的意愿定向改变生物体的性状，克服远缘杂交不亲和的障碍，C正确；秋水仙素作用的时间是有丝分裂前期，抑制细胞纺锤体的形成，结果是细胞中染色体数加倍，D错误。

1．(多选)(2022·江苏，18)科研人员开展了芥菜和埃塞俄比亚芥杂交实验，杂种经多代自花传粉选育，后代育性达到了亲本相当的水平。下图中L、M、N表示3个不同的染色体组。下列相关叙述正确的有(　　)

A．两亲本和F1都为多倍体

B．F1减数第一次分裂中期形成13个四分体

C．F1减数第二次分裂后产生的配子类型为LM和MN

D．F1两个M染色体组能稳定遗传给后代

答案　AD

解析　由题意可知，L、M、N表示3个不同的染色体组，故两亲本和F1都含有四个染色体组，且由受精卵发育而来，为四(多)倍体，A正确；四分体形成于减数第一次分裂前期，B错误；由图中选育产生的后代基因型推知，F1可能产生M、LM、LN、MN、LMN等配子，C错误；根据C选项配子类型及图中选育产生的后代可知，后代一定会获得两个M染色体，D正确。

2．(2021·广东，11)白菜型油菜(2n＝20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)，为了培育高产新品种，科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是(　　)

A．Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组

B．将Bc作为育种材料，能缩短育种年限

C．秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株

D．自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育

答案　A

解析　白菜型油菜属于二倍体生物，体细胞中含有两个染色体组，而Bc是通过未受精的卵细胞发育而来的单倍体，其成熟叶肉细胞中含有一个染色体组，A错误；Bc是通过未受精的卵细胞发育而来的单倍体，秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株，此种方法为单倍体育种，能缩短育种年限，B、C正确；自然状态下，Bc只含有一个染色体组，细胞中无同源染色体，减数分裂不能形成正常配子，从而高度不育，D正确。

3．(2021·北京，7)研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n＝14)的优良性状导入普通小麦(2n＝42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现两个杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是(　　)

A．簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离

B．培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化

C．杂种植株减数分裂时染色体能正常联会

D．杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株

答案　C

解析　簇毛麦与小麦的后代在减数分裂时染色体联会紊乱，不可育，故二者之间存在生殖隔离，A正确；幼胚细胞经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成胚状体或丛芽，从而得到完整植株，B正确；杂种植株细胞内由于没有同源染色体，故减数分裂时染色体无法正常联会，C错误；杂种植株的染色体加倍后能获得可育植株，D正确。

4．(2020·全国Ⅰ，32)遗传学理论可用于指导农业生产实践。回答下列问题：

(1)生物体进行有性生殖形成配子的过程中，在不发生染色体结构变异的情况下，产生基因重新组合的途径有两条，分别是______________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)在诱变育种过程中，通过诱变获得的新性状一般不能稳定遗传，原因是__________，

若要使诱变获得的性状能够稳定遗传，需要采取的措施是________________________。

答案　(1)在减数分裂过程中，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因自由组合；同源染色体上的等位基因随着非姐妹染色单体的交换而发生交换，导致染色单体上的基因重组　

(2)控制新性状的基因是杂合的　通过自交筛选出性状能稳定遗传的子代

5．(2020·全国Ⅲ，32)普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程，如图所示(其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，每个染色体组均含7条染色体)。在此基础上，人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题：

(1)在普通小麦的形成过程中，杂种一是高度不育的，原因是____________________

________________________________________________________________________。

已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体，普通小麦体细胞中有________条染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是__________________________________

_______________________________________________________________(答出2点即可)。

(2)若要用人工方法使植物细胞染色体加倍，可采用的方法有______________(答出1点即可)。

(3)现有甲、乙两个普通小麦品种(纯合子)，甲的表型是抗病易倒伏，乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种，请简要写出实验思路：________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)无同源染色体，不能进行正常的减数分裂　42　营养物质含量高、茎秆粗壮

(2)秋水仙素处理　(3)甲、乙两个品种杂交，F1自交，选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株

解析　(1)杂种一中的两个染色体组分别来自一粒小麦和斯氏麦草两个不同物种，无同源染色体，不能通过减数分裂产生正常的配子，因此杂种一是高度不育的。杂种二中含3个染色体组，经其染色体加倍形成的普通小麦中含有6个染色体组，每个染色体组均含7条染色体，故普通小麦体细胞中共含有42条染色体。与二倍体植株相比，多倍体植株的优点是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。(2)人工诱导染色体加倍的方法有很多，如低温处理、用秋水仙素处理等。目前最常用且最有效的方法是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗。(3)甲(抗病易倒伏)和乙(易感病抗倒伏)具有两对相对性状，且都是纯合子，可通过杂交育种或单倍体育种的方法将两者的优良性状集中在一个个体上。若采用杂交育种的方法，其实验思路是将甲、乙两个品种杂交得F1，F1自交得F2，选取F2中既抗病又抗倒伏、且自交后代不发生性状分离的植株。若采用单倍体育种的方法，其实验思路是甲、乙杂交得F1，将F1的花药进行离体培养获得单倍体幼苗，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，最后经筛选可获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种。

一、易错辨析

1．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组可获得抗虫矮秆小麦(　√　)

2．通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种(　×　)

3．单倍体育种中，通过花药离体培养所得的植株均为纯合的二倍体(　×　)

4．诱变育种可通过改变基因的结构达到育种目的(　√　)

5．用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉，则四倍体植株上会结出三倍体无子西瓜(　×　)

6．单倍体不一定不育(　√　)

7．多倍体植株都可以用种子繁殖后代(　×　)

二、填空默写

1．三倍体不育的原因是三倍体个体在进行减数分裂时染色体联会紊乱，不能形成可育的配子。

2．骡子不育的原因是骡子细胞内无同源染色体，不能进行正常的减数分裂。

3．单倍体育种中的秋水仙素作用于幼苗期的单倍体植株，多倍体育种中的秋水仙素作用于萌发的种子或幼苗期的正常植株。