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2023北京高考总复习生物 专题十四 生物的变异与育种（试题word）
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这是一份2023北京高考总复习生物 专题十四 生物的变异与育种（试题word），共32页。试卷主要包含了关于癌症,下列叙述错误的是等内容，欢迎下载使用。
第六单元 变异、育种与进化
专题十四 生物的变异与育种
高频考点
考点一 基因突变和基因重组
基础层级训练内容为细胞癌变及诱变因素、癌细胞的特征及基因重组等。重难及综合层级主要结合人类遗传病、基因工程、育种过程等考查基因突变的类型及应用、基因重组导致的性状分离比的分析等。
基础
1.(2018全国Ⅱ,6,6分)在致癌因子的作用下,正常动物细胞可转变为癌细胞。有关癌细胞特点的叙述错误的是( )
A.细胞中可能发生单一基因突变,细胞间黏着性增加
B.细胞中可能发生多个基因突变,细胞的形态发生变化
C.细胞中的染色体可能受到损伤,细胞的增殖失去控制
D.细胞中遗传物质可能受到损伤,细胞表面的糖蛋白减少
答案 A
2.(2022湖南,5,2分)关于癌症,下列叙述错误的是( )
A.成纤维细胞癌变后变成球形,其结构和功能会发生相应改变
B.癌症发生的频率不是很高,大多数癌症的发生是多个基因突变的累积效应
C.正常细胞生长和分裂失控变成癌细胞,原因是抑癌基因突变成原癌基因
D.乐观向上的心态、良好的生活习惯,可降低癌症发生的可能性
答案 C
3.(2020北京石景山一模,9)杂合雌果蝇在形成配子时,同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换,导致新的配子类型出现,其原因是在配子形成过程中发生了( )
A.基因重组 B.染色体重复
C.染色体易位 D.染色体倒位
答案 A
重难
4.(2021天津,3,4分)动物正常组织干细胞突变获得异常增殖能力,并与外界因素相互作用,可恶变为癌细胞。干细胞转变为癌细胞后,下列说法正确的是( )
A.DNA序列不变
B.DNA复制方式不变
C.细胞内mRNA不变
D.细胞表面蛋白质不变
答案 B
5.(2020北京海淀一模,7)AID酶是一类胞嘧啶脱氧核苷酸脱氨酶,能引起碱基替换,机理如图所示。下列叙述不正确的是( )
A.两个子代DNA均发生了碱基替换
B.子代DNA再复制后会出现T/A碱基对
C.两个子代DNA转录生成的RNA不同
D.两个子代DNA表达的蛋白质可能不同
答案 A
6.(2021天津,8,4分)某患者被初步诊断患有SC单基因遗传病,该基因位于常染色体上。调查其家系发现,患者双亲各有一个SC基因发生单碱基替换突变,且突变位于该基因的不同位点。调查结果见表。
个体
母亲
父亲
姐姐
患者
表现型
正常
正常
正常
患病
SC基因
测序结果
[605
G/A]
[731
A/G]
[605G/G];
[731A/A]
?
注:测序结果只给出基因一条链(编码链)的碱基序列,[605G/A]表示两条同源染色体上SC基因编码链的第605位碱基分别为G和A。其他类似。
若患者的姐姐两条同源染色体上SC基因编
码链的第605和731位碱基可表示为右图,根据调查结果,推断该患者相应位点的碱基应为( )
A B C D
答案 A
综合
7.(2021广东,20,12分)果蝇众多的突变品系为研究基因与性状的关系提供了重要的材料。摩尔根等人选育出M-5品系并创立了基于该品系的突变检测技术,可通过观察F1和F2的性状及比例,检测出未知基因突变的类型(如显/隐性、是否致死等),确定该突变基因与可见性状的关系及其所在的染色体。回答下列问题:
(1)果蝇的棒眼(B)对圆眼(b)为显性、红眼(R)对杏红眼(r)为显性,控制这2对相对性状的基因均位于X染色体上,其遗传总是和性别相关联,这种现象称为 。
(2)图1示基于M-5品系的突变检测技术路线,在F1中挑出1只雌蝇,与1只M-5雄蝇交配。若得到的F2没有野生型雄蝇、雌蝇数目是雄蝇的两倍,F2中雌蝇的两种表现型分别是棒眼杏红眼和 ,此结果说明诱变产生了伴X染色体 基因突变。该突变的基因保存在表现型为 果蝇的细胞内。
图1
(3)上述突变基因可能对应图2中的突变 (从突变①、②、③中选一项),分析其原因可能是 ,使胚胎死亡。
图2
(4)图1所示的突变检测技术,具有的①优点是除能检测上述基因突变外,还能检测出果蝇 基因突变;②缺点是不能检测出果蝇 基因突变。(①、②选答1项,且仅答1点即可)
答案 (1)伴性遗传 (2)棒眼红眼 隐性致死 棒眼红眼雌 (3)③ 某种关键蛋白质或酶合成过程提前终止而功能异常 (4)显性 同义
8.(2021北京,20,12分)玉米是我国重要的农作物,研究种子发育的机理对培育高产优质的玉米新品种具有重要作用。
(1)玉米果穗上的每一个籽粒都是受精后发育而来。我国科学家发现了甲品系玉米,其自交后的果穗上出现严重干瘪且无发芽能力的籽粒,这种异常籽粒约占1/4。籽粒正常和干瘪这一对相对性状的遗传遵循孟德尔的 定律。上述果穗上的正常籽粒均发育为植株,自交后,有些植株果穗上有约1/4干瘪籽粒,这些植株所占比例约为 。
(2)为阐明籽粒干瘪性状的遗传基础,研究者克隆出候选基因A/a。将A基因导入甲品系中,获得了转入单个A基因的转基因玉米。假定转入的A基因已插入a基因所在染色体的非同源染色体上,请从下表中选择一种实验方案及对应的预期结果以证实“A基因突变是导致籽粒干瘪的原因”。 。
实验方案
预期结果
Ⅰ.转基因玉米×野生型玉米
Ⅱ.转基因玉米×甲品系
Ⅲ.转基因玉米自交
Ⅳ.野生型玉米×甲品系
①正常籽粒∶干瘪籽粒≈1∶1
②正常籽粒∶干瘪籽粒≈3∶1
③正常籽粒∶干瘪籽粒≈7∶1
④正常籽粒∶干瘪籽粒≈15∶1
(3)现已确认A基因突变是导致籽粒干瘪的原因,序列分析发现a基因是A基因中插入了一段DNA(见图1),使A基因功能丧失。甲品系果穗上的正常籽粒发芽后,取其植株叶片,用图1中的引物1、2进行PCR扩增,若出现目标扩增条带则可知相应植株的基因型为 。
图1
(4)为确定A基因在玉米染色体上的位置,借助位置已知的M/m基因进行分析。用基因型为mm且籽粒正常的纯合子P与基因型为MM的甲品系杂交得F1,F1自交得F2。用M、m基因的特异性引物,对F1植株果穗上干瘪籽粒(F2)胚组织的DNA进行PCR扩增,扩增结果有1、2、3三种类型,如图2所示。
图2
统计干瘪籽粒(F2)的数量,发现类型1最多、类型2较少、类型3极少。请解释类型3数量极少的原因。
答案 (1)分离 2/3 (2)Ⅲ④/Ⅱ③ (3)Aa (4)基因A/a与M/m在一对同源染色体上(且距离近),其中a和M在同一条染色体上;在减数分裂过程中四分体/同源染色体的非姐妹染色单体发生了互换,导致产生同时含有a和m的重组型配子数量很少;类型3干瘪籽粒是由雌雄配子均为am的重组型配子受精而成的。因此,类型3干瘪籽粒数量极少。
考点二 染色体变异
基础层级训练内容主要包括染色体结构变异类型、染色体组的定义及染色体数目变异等。重难及综合部分结合染色体的结构、育种原理、减数分裂等内容,考查染色体变异的应用、育种及对生物性状的影响等。
基础
1.(2021浙江1月选考,4,2分)野生果蝇的复眼由正常眼变成棒眼和超棒眼,是由于某个染色体中发生了如图所示变化,a、b、c表示该染色体中的不同片段。棒眼和超棒眼的变异类型属于染色体畸变(变异)中的( )
A.缺失 B.重复 C.易位 D.倒位
答案 B
2.(2021北京丰台二模,10)慢性粒细胞白血病患者的第22号染色体比正常人的要短,所缺失的片段接到了9号染色体上。下列相关叙述不正确的是( )
A.患者体细胞发生了染色体数目变异
B.慢性粒细胞白血病属于人类遗传病
C.正常人的A/a和B/b基因的遗传遵循自由组合定律
D.这种类型的变异在光学显微镜下能够辨认出来
答案 A
3.(2020全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物细胞中染色体组的叙述,错误的是( )
A.二倍体植物的配子只含有一个染色体组
B.每个染色体组中的染色体均为非同源染色体
C.每个染色体组中都含有常染色体和性染色体
D.每个染色体组中各染色体DNA的碱基序列不同
答案 C
重难
4.(2021北京丰台一模,5)如图是某精原细胞内两对同源染色体发生的结构变化,染色体上的字母表示基因,相关叙述不正确的是( )
A.染色体结构改变后,N基因和b基因的表达可能会受到影响
B.图中所示的染色体结构改变,会涉及DNA分子的断裂和连接
C.染色体结构改变后,B和N基因在同源染色体相同位置上,是等位基因
D.染色体结构改变后,该细胞形成精子时,等位基因N和n可不发生分离
答案 C
5.(2021广东,11,2分)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
6.(2021北京人大附中月考,12)由于细胞中一条14号和一条21号染色体连接形成一条异常染色体,不含重要基因的短片段在细胞分裂中丢失(如图甲),导致某女子的14号和21号染色体在减数分裂时发生异常联会(如图乙)。配对的三条染色体中,任意配对的两条染色体分离时,另一条染色体随机移向细胞任意一极。下列判断不正确的是( )
图甲
图乙
A.该女子体细胞中只有45条染色体但表型可能正常
B.DNA的断裂、错接是形成这种异常染色体的根本原因
C.不考虑其他染色体,理论上该女子可产生8种不同配子
D.该女子与正常男子婚配有生育21三体综合征患儿的风险
答案 C
综合
7.(2020全国Ⅲ,32,10分)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(纯合体),甲的表现型是抗病易倒伏,乙的表现型是易感病抗倒伏。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。
考点三 育种
基础层级训练内容主要包括各育种方式的过程及原理、育种过程的简单分析等。重难及综合层级主要考查育种原理及过程的相关应用,重难点为依据题干信息设计相应的育种方案。
基础
1.(2020北京,13,2分)为培育具有市场竞争力的无籽柑橘,研究者设计如下流程。相关叙述不正确的是( )
A.过程①需使用胰蛋白酶处理 B.实现过程②依赖膜的流动性
C.过程③需应用植物组培技术 D.三倍体植株可产生无籽柑橘
答案 A
2.(2022北京海淀期中,10)如图为五倍体栽培棉的培育过程,字母A、D、E均代表一个染色体组,每组有13条染色体。下列叙述正确的是( )
A.该过程属于单倍体育种
B.栽培棉含有65条染色体
C.秋水仙素可抑制染色体的着丝粒分裂
D.栽培棉减数分裂时可形成39个四分体
答案 B
3.(2019江苏,4,2分)下列关于生物变异与育种的叙述,正确的是( )
A.基因重组只是基因间的重新组合,不会导致生物性状变异
B.基因突变使DNA序列发生的变化,都能引起生物性状变异
C.弱小且高度不育的单倍体植株,进行加倍处理后可用于育种
D.多倍体植株染色体组数加倍,产生的配子数加倍,有利于育种
答案 C
重难
4.(2020山东,13,2分)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
答案 C
综合
5.(2018北京理综,30,17分)水稻是我国最重要的粮食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌(Mp)侵染水稻引起的病害,严重危害我国粮食生产安全。与使用农药相比,抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和经济的措施。
(1)水稻对Mp表现出的抗病与感病为一对相对 。为判断某抗病水稻是否为纯合子,可通过观察自交子代 来确定。
(2)现有甲(R1R1r2r2r3r3)、乙(r1r1R2R2r3r3)、丙(r1r1r2r2R3R3)三个水稻抗病品种,抗病(R)对感病(r)为显性,三对抗病基因位于不同染色体上。根据基因的DNA序列设计特异性引物,用PCR方法可将样本中的R1、r1、R2、r2、R3、r3区分开。这种方法可用于抗病品种选育中基因型的鉴定。
①甲品种与感病品种杂交后,对F2不同植株的R1、r1进行PCR扩增。已知R1比r1片段短。从扩增结果(下图)推测可抗病的植株有 。
②为了在较短时间内将甲、乙、丙三个品种中的抗病基因整合,选育新的纯合抗病植株,下列育种步骤的正确排序是 。
a.甲×乙,得到F1
b.用PCR方法选出R1R1R2R2R3R3植株
c.R1r1R2r2r3r3植株×丙,得到不同基因型的子代
d.用PCR方法选出R1r1R2r2R3r3植株,然后自交得到不同基因型的子代
(3)研究发现,水稻的抗病表现不仅需要自身抗病基因(R1、R2、R3等)编码的蛋白,也需要Mp基因(A1、A2、A3等)编码的蛋白。只有R蛋白与相应的A蛋白结合,抗病反应才能被激活。若基因型为R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻,被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染,推测这两种水稻的抗病性表现依次为 。
(4)研究人员每年用Mp(A1A1a2a2a3a3)人工接种水稻品种甲(R1R1r2r2r3r3),几年后甲品种丧失了抗病性,检测水稻的基因未发现变异。推测甲品种抗病性丧失的原因是 。
(5)水稻种植区的Mp是由不同基因型组成的群体。大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种,将会引起Mp种群 ,使该品种抗病性逐渐减弱直至丧失,无法在生产中继续使用。
(6)根据本题所述水稻与Mp的关系,为避免水稻品种抗病性丧失过快,请从种植和育种两个方面给出建议: 。
答案 (1)性状 性状是否分离 (2)①1和3 ②a、c、d、b (3)感病、抗病 (4)Mp的A1基因发生了突变 (5)(A类)基因(型)频率改变 (6)将含有不同抗病基因的品种轮换/间隔种植;将多个不同抗病基因通过杂交整合到一个品种中
6.(2017北京理综,30,18分)玉米(2n=20)是我国栽培面积最大的作物,近年来常用的一种单倍体育种技术使玉米新品种选育更加高效。
(1)单倍体玉米体细胞的染色体数为 ,因此在 分裂过程中染色体无法联会,导致配子中无完整的 。
(2)研究者发现一种玉米突变体(S),用S的花粉给普通玉米授粉,会结出一定比例的单倍体籽粒(胚是单倍体;胚乳与二倍体籽粒胚乳相同,是含有一整套精子染色体的三倍体。见图1)。
①根据亲本中某基因的差异,通过PCR扩增以确定单倍体胚的来源,结果见图2。
从图2结果可以推测单倍体的胚是由 发育而来。
②玉米籽粒颜色由A、a与R、r两对独立遗传的基因控制,A、R同时存在时籽粒为紫色,缺少A或R时籽粒为白色。紫粒玉米与白粒玉米杂交,结出的籽粒中紫∶白=3∶5,出现性状分离的原因是 ,推测白粒亲本的基因型是 。
③将玉米籽粒颜色作为标记性状,用于筛选S与普通玉米杂交后代中的单倍体,过程如下:
P ♀普通玉米 × ♂突变体S
(白粒,aarr) (紫粒,AARR)
F1 二倍体籽粒,单倍体籽粒
请根据F1籽粒颜色区分单倍体和二倍体籽粒并写出与表型相应的基因型: 。
(3)现有高产抗病白粒玉米纯合子(G)、抗旱抗倒伏白粒玉米纯合子(H),欲培育出高产抗病抗旱抗倒伏的品种。结合(2)③中的育种材料与方法,育种流程应为: ;将得到的单倍体进行染色体加倍以获得纯合子;选出具有优良性状的个体。
答案 (1)10 减数 染色体组 (2)①卵细胞 ②紫粒亲本是杂合子 aaRr/Aarr ③单倍体籽粒胚的表型为白色,基因型为ar;二倍体籽粒胚的表型为紫色,基因型为AaRr;二者胚乳的表型均为紫色,基因型为AaaRrr (3)G与H杂交;将所得F1为母本与S杂交;根据籽粒颜色挑出单倍体
易混易错
易混
1.同源多倍体与异源多倍体(2021北京丰台期末,15)油菜容易被线虫侵染造成减产,萝卜具有抗线虫病基因。科研人员以萝卜(2N=18)和油菜(2M=38)为亲本杂交(每个大写字母表示一个染色体组),通过如图所示途径获得抗线虫病油菜。下列有关叙述正确的是( )
A.此过程利用了植物体细胞杂交和植物组织培养技术
B.用秋水仙素处理F1植株幼苗可获得异源四倍体
C.P植株与油菜杂交产生的Q植株染色体数目为47
D.从P、Q植株中可筛选到抗线虫病基因的纯合体
答案 B
易错
2.正常配子和异常配子(2021北京东城期末,8)如图1所示,某精原细胞中①②为一对同源染色体,其中①为正常染色体。该对染色体联会后互换导致产生图2所示情况,形成异常配子。下列叙述不正确的是( )
图1
图2
A.图1中②发生了染色体结构变异中的倒位
B.图2所示细胞正处于减数第一次分裂过程中
C.该精原细胞产生的配子中染色体数目与正常配子相同
D.该精原细胞产生含有正常染色体的配子比例为1/2
答案 D
3.T-DNA引发的变异(2021北京十一学校高考诊断,19)下列关于生物变异的说法,不正确的是( )
A.有性生殖的个体可发生的变异有突变和基因重组
B.肺炎链球菌R型转化为S型的过程属于基因重组
C.四倍体西瓜花药离体培养后可得到二倍体纯合子
D.T-DNA插入豌豆的淀粉分支酶基因中,可引起该基因突变
答案 C
疑难
4.不育原因判断(2021北京海淀期中,14)如图是野生祖先种和栽培品种香蕉的染色体核型图,下列相关叙述正确的是( )
A.栽培品种和野生祖先种体细胞中每个染色体组都含11条染色体
B.栽培品种和野生祖先种都是香蕉,不存在生殖隔离
C.用秋水仙素处理野生祖先种的幼苗可以直接获得栽培品种香蕉
D.栽培品种香蕉可正常进行减数分裂,形成的配子含有11条染色体
答案 A
题型模板
题型 遗传和变异在育种中的应用
典型模型
雄性不育系育种
模型特征:雄性不育系育种主要包括二系杂交育种和三系杂交育种。二系杂交水稻主要利用温敏或光敏雄性不育个体作为母本,与另一优良品种的纯合子个体进行杂交,获得杂交种,同时通过改变条件使温敏或光敏雄性不育植株恢复育性,完成自交,保持雄性不育系;三系杂交育种主要是利用恢复系、不育系和保持系进行育种。
1.(2020北京朝阳一模,20)水稻是我国主要的农作物之一。两用核不育系水稻(夏季高温条件下,表现为雄性不育;秋季低温条件下,恢复育性可以自交产生籽粒)在农业上与正常水稻杂交,用于生产高产杂交水稻。
(1)现有两个两用核不育系的水稻,其雄性不育的起点温度分别为23.3 ℃和26 ℃。在制备高产水稻杂交种子时,由于大田中环境温度会有波动,应选用雄性不育起点温度为 ℃的品系,原因是 。
(2)用A与H(正常水稻)获得两用核不育系水稻A和持续培育高产水稻的方法是(用遗传图解表示并标明适用的温度条件)
(3)在两用核不育系大田中偶然发现一株黄叶突变体X。
①将突变体X与正常水稻H杂交得F1均为绿叶,F1自交得F2群体中绿叶、黄叶之比为3∶1。由以上可以推测,自然黄叶突变体X的黄叶性状由 性基因控制,这一对叶色基因的遗传符合基因的 定律。
②为确定控制黄叶基因的位置,选用某条染色体上的两种分子标记(RM411和WY146),分别对F2的绿色叶群体的10个单株(10G)和黄色叶群体10个单株(10Y)进行PCR,之后对所获得的DNA进行电泳,电泳结果可反映个体的基因型。M为标准样品,结果如下图所示。
图1
图2
从上图可以看出,每图的10G个体中的基因型为 种,其中 (填“图1”或“图2”)的比例与理论比值略有不同,出现不同的最可能原因是 。每图中10Y的表现均一致,说明两个遗传标记与黄叶基因在染色体上的位置关系是 。
(4)与普通两用核不育系相比,利用此自然黄叶突变体培育出的黄叶两用核不育系在实际生产中应用的优势是 。
答案 (1)23.3 不育起点温度越低,授粉时出现雄性可育的情况越少,不易出现自交和杂交种混杂的现象
(2)
(3)①隐 分离 ②2 图1 待测样本数少 位于同一条染色体上 (4)在苗期可筛选出杂交种中混有的自交种(合理即可)
三体/单体育种
模型特征:染色体数目变异中的单体或三体在育种过程中可以对相应的基因进行定位,用以研究某性状的遗传机制,为育种方案的设计提供基础。此类题目通常结合减数分裂考查异常个体的配子种类及比例、遗传的基本规律等。
2.(2021北京西城期末,6)正常普通小麦(2n=42)缺失一条染色体形成单体小麦。将单体小麦与正常小麦杂交, 结果如表。下列相关叙述错误的是( )
实验编号
父本
母本
F1 植株百分比
正常小麦
单体小麦
实验一
正常小麦
单体小麦
25%
75%
实验二
单体小麦
正常小麦
96%
4%
A.由实验一可知,减数分裂时不成对的染色体易丢失
B.由实验二可知,(n-1)花粉的可育性比较低
C.单体小麦自交后代中,正常小麦与单体小麦的比例约为 1∶2
D.为了获得更多的单体小麦,杂交时最好选单体小麦作母本
答案 C
3.(2022届泰安月考,23)大麦是高度自交植物,配制杂种相当困难。育种工作者采用染色体诱变的方法培育获得三体品系,该品系的一对染色体上有紧密连锁的两个基因,一个是雄性不育基因(ms),使植株不能产生花粉,另一个是黄色基因(r),控制种皮的颜色。这两个基因的显性等位基因Ms能形成正常花粉,R控制茶褐色种皮,带有这两个显性基因的染色体片段易位连接到另一染色体片段上,形成一个额外染色体,成为三体,该品系的自交后代分离出两种植株,如图所示。请回答下列问题:
(1)已知大麦的体细胞染色体是7对,育成的新品系三体大麦体细胞染色体为 条。
(2)三体大麦减数分裂时,若其他染色体都能正常配对,唯有这条额外的染色体,在后期随机移向一极,其中花粉中有额外染色体的配子无受粉能力。三体大麦减数分裂结束后,产生的配子基因组成及比例是 。
(3)三体大麦自花受粉后,子代 色种皮的个体为雄性不育, 色种皮的个体与亲本一样,雄性可育。由于种皮颜色不同,可采用机选方式分开,方便实用,在生产中采用不育系配制杂种的目的是 。
(4)三体大麦自花受粉,子代黄色种皮的种子和茶褐色种皮的种子的理论比值为 ,但在生产实践中发现,大多数种子为黄色种皮,这是因为 。
答案 (1)15 (2)MsmsRr∶msr=1∶1 (3)黄 茶褐 不用对母本进行去雄处理,方便杂交 (4)1∶1 可能雌配子MsmsRr与雄配子msr受精时能力较低,可能受精后生长发育受影响
连续多代回交在育种上的应用
模型特征:在遗传育种过程中,若农业生产上所用的作物品种(设为A)存在极个别劣势性状,另一品种(设为B)具有能够改良A中劣势性状的优良性状基因,可将A与B进行杂交,获得的子代再连续与A进行杂交,每一代均筛选待改良的优势性状,最终获得的杂合子代自交,获得优良性状的纯合子,该纯合子除优势性状基因外,其余基因几乎与A一致。
4.(2020北京海淀一模,17)科研人员得到黄体隐性突变体果蝇(M),M的体重比野生型(黑体)小。为研究是否可将黄体基因作为筛选体重性状的标记基因,进行图1所示杂交实验。
图1
(1) F1雌蝇的表型为 。将F1雌蝇与野生型雄蝇杂交,在全部F2个体中,黑体与黄体的比例约为 。F2雄蝇中Ⅱ号个体的X染色体上携带黄体基因片段,其原因是 。
(2)科研人员选择F2中的黄体雄蝇,进行图2所示杂交实验。
图2
①与步骤3的黄体雄蝇相比,步骤5的黄体雄蝇的X染色体上,来自野生型果蝇的区段所占比例可能 (填“增大”或“减小”)。
②科研人员步骤1~21所做的杂交和筛选工作,其目的是 。
③利用步骤21得到的黄体雄蝇,培育纯合黄体雌蝇的杂交方案是 ,从而建立黄体果蝇品系(果蝇N)。
(3)科研人员测定野生型、黄体果蝇M和N的体重,得到图3所示结果。由实验结果推测 。
图3
(4)利用黄体基因作为标记基因,可在幼体阶段预测成年个体的体重,并辅助筛选。请在家禽或农作物的生产实践方面,举出一个利用性状标记辅助筛选的实例: 。
答案 (1)野生型(或“黑体”或“正常体重”) 3∶1 F1雌蝇在形成配子(或减数第一次分裂前期)时X染色体发生了互换 (2)①增大 ②除黄体基因所在染色体片段外,使X染色体上其他片段以及其他常染色体均与野生型果蝇一致 ③步骤21得到的黄体雄蝇与野生型雌蝇杂交,将子代雌蝇与该黄体雄蝇杂交,筛选子代中的黄体雌蝇(或与步骤20的子代雌蝇杂交,选择子代中的黄体雌蝇) (3)控制体重的基因与黄体基因紧密连锁(不发生互换)或为同一个基因 (4)通过特殊性状基因筛选雄性不育系;通过羽色判断雌、雄性别等(合理即可)
多倍体育种
模型特征:用秋水仙素或低温处理植物萌发的种子或幼苗,可诱导其染色体数目加倍,获得多倍体,该多倍体可具有植株高大、果实较大、营养物质丰富等特点,但由于具有多个同源的染色体组,在减数分裂过程中会发生联会紊乱,故会出现结实率低的缺点。
5.(2020北京石景山一模,8)如图表示获得玉米多倍体植株采用的技术流程。下列有关说法不正确的是( )
A.可用秋水仙素或低温诱导处理发芽的种子
B.可用显微镜观察根尖细胞染色体数目的方法鉴定多倍体
C.得到的多倍体植株一般具有茎秆粗壮、果穗大等优点
D.将得到的多倍体植株进行花药离体培养又可得到二倍体
答案 D
利用平衡致死进行育种
模型特征:在平衡致死系的个体体细胞中,一对同源染色体的两条染色体上分别带有一个致死基因,且两个致死基因为非等位基因,该个体减数分裂时两致死基因之间的染色体片段不发生互换,导致子代不会出现纯合子,一直以杂合子的形式稳定遗传。
6.(2021河北衡中三调,21)中国农业大学某实验室在某果蝇品系中发现了一只卷翅突变体,经不断选育获得了紫眼卷翅果蝇品系(甲品系)。为了研究该品系相关基因的传递规律,研究人员做了一系列实验。
(1)甲品系果蝇与纯种野生型(红眼正常翅)果蝇进行杂交,结果如图1。
图1
①分析果蝇的眼色遗传,紫眼和红眼为一对相对性状,其中红眼是 性性状。
②实验正反交结果相同,由此可知果蝇的翅型属于 染色体遗传。
③根据F2的表型及比例推测,决定 性状的基因纯合致死。进一步研究发现,果蝇的正常翅基因(+)和甲品系的卷翅基因(Cy)位于2号染色体上,该染色体上还分布有某隐性致死基因(b)及其等位基因(B)。甲品系内果蝇相互交配,后代均表现为卷翅,请在图2中亲本染色体相应位置标出B、b基因,并标出图中F1的相关基因(不考虑互换)。
图2
(2)像甲品系这样能够稳定保存两个致死基因的品系称为平衡致死系。研究人员从北京大学某实验室获得另一果蝇平衡致死系(乙品系),其表型为红眼卷翅,卷翅程度明显小于甲品系。已知乙品系果蝇的卷翅基因(Cy')和隐性致死基因(b')同样位于2号染色体上。甲、乙品系果蝇杂交,子代中卷翅与正常翅的数量比约为2∶1。
①根据子代中出现了表型为 的果蝇,可判断b和b'不是同一基因。
②由实验结果推测,两个品系的卷翅基因Cy和Cy'是等位基因。若它们是非等位基因,杂交后代的翅型性状及其数量比应该是 。
(3)两个纯合致死的等位基因存在互补和不互补两种关系:若互补,则同时含有这两个基因的杂合子能存活;反之,则不能存活。
①根据(2)实验结果推测:Cy和Cy' (填“互补”或“不互补”)。
②为验证上述推测,研究人员使用特异性引物对不同品系果蝇进行基因组PCR,电泳结果如图3所示。
图3
选取(2)杂交中F1正常翅和不同卷翅程度的果蝇各200只,利用上述引物分别对每只果蝇进行基因组PCR,电泳结果显示:所有正常翅个体都只有A条带,所有卷翅个体都同时有A、B条带。该结果是否支持(3)①的推测?请作出判断并陈述理由 。
答案 (1)①显 ②常 ③卷翅
(2)①正常翅 ②卷翅∶正常翅=3∶1 (3)①不互补 ②支持,若互补,则卷翅个体中混有同时携带两种卷翅基因的杂合子,它的基因组PCR产物电泳结果只显示B条带(合理即可)
实践应用
7.(2021北京海淀一模,21)科研人员在圆叶油菜(野生型)中新发现一株纯合花叶雄性不育株(植株丙),利用其雄性不育的特性进行育种实验。
(1)将圆叶和花叶植株进行杂交,正反交实验所得F1均为介于圆叶与花叶之间的半花叶,判断控制圆叶的基因与控制花叶的基因间显隐性关系为 。
(2)纯合油菜优良品系甲和乙,均为圆叶雄性可育植株。油菜育性相关基因M/m在9号染色体上,R/r在7号染色体上。在R基因存在时,m基因纯合,可导致植株雄性不育。控制圆叶与花叶的基因位于10号染色体上。科研人员利用甲、丙进行如图所示杂交实验。
①经过程Ⅰ产生的F1均为半花叶,若F1自交,则雄性不育株所占比例约为 ,经过程Ⅱ产生的子代中,基因型为MmRr的半花叶植株所占比例约为 。
②过程Ⅱ所产生的半花叶子代中,可用 技术将基因型为MmRr的植株筛选出来,该技术所需原料及试剂包括 。
③过程Ⅲ连续多代与植株甲杂交、筛选的目的是 。
(3)纯合圆叶品系乙(MMrr)具有其他一些优良性状,请在上述杂交、筛选结果的基础上,设计育种方案,完成下列育种目标:获得兼具品系甲和乙优良性状的杂种一代植株,并能以叶形性状作为标记性状区分杂交种。请写出育种方案: 。
答案 (1)不完全显性 (2)①3/16 1/8 ②PCR 引物、耐高温的DNA聚合酶、4种脱氧核苷酸(dNTP)、DNA模板、PCR缓冲液 ③将花叶基因以外的遗传背景替换为植株甲的基因,使花叶基因与甲的优良性状基因整合在同一植株上,同时保留雄性不育的基因 (3)①将筛选得到的基因型为MmRr的半花叶植株自交(或与相同基因型个体杂交),获得花叶植株;②在花叶植株中,筛选得到基因型为mmRR(或mmRr)的花叶植株;③将基因型为mmRR(或mmRr)的花叶植株与品系乙杂交,所有半花叶为杂交种。
情境应用
简单情境
1.抗黄叶病香蕉新品种(2022北京海淀一模,5)栽培品种香蕉染色体组成为AAA(字母代表染色体组),易患黄叶病。野生蕉染色体组成为BB,含有纯合的抗黄叶病基因。经过杂交、筛选,获得染色体组成为AAB的抗黄叶病香蕉新品种。下列有关叙述,不正确的是( )
A.栽培品种高度不育
B.新品种含有三个染色体组
C.新品种细胞中无同源染色体
D.栽培品种减数分裂时联会紊乱
答案 C
陌生情境
2.拟南芥染色体的平衡易位(2022北京东城二模,7)研究人员以野生型拟南芥为材料获得了细胞中染色体互换片段的品系甲(如图)。品系甲自交后代染色体组成及个体数见下表。由于部分种类配子不育,三种染色体组成的个体比例接近1∶2∶1。下列叙述错误的是( )
染色体组成
个体数(株)
1122
9
11'22'
23
1'1'2'2'
8
其他类型
0
A.染色体1'和2'片段互换属于染色体结构变异
B.染色体1和1'在减数分裂Ⅰ后期彼此分离
C.品系甲可产生染色体组成为12和1'2'的配子,比例为1∶1
D.品系甲与野生型杂交后代的染色体组成有4种
答案 D
复杂情境
3.提高油菜种子的含油量的育种技术(2022北京丰台二模,21)油菜种子是中国最重要的植物油来源之一。研究者以甘蓝型油菜为材料,通过多种育种技术来提高油菜种子的含油量。
(1)甘蓝型油菜是由甘蓝(2n=18)和白菜(2n=20)种间杂交,再经过 处理后形成的 倍体。
(2)种子油脂的积累包含油脂合成和降解的动态平衡过程。研究人员欲探究脂类水解酶基因Bn在油脂积累过程中的作用,用化学试剂EMS诱变野生型植株,并筛选出Bn基因的突变体1(C位点突变)和突变体2(D位点突变)。将两种突变体分别与野生型连续杂交再自交,目的是 。从自交子代中分离得到不同单突变纯合子,种植后检测种子含油量,却发现均小于未经EMS处理的野生型。
(3)进一步通过杂交和基因型鉴定,筛选得到了C和D双突变纯合子、C和D双位点正常纯合子,种植后测定种子含油量,结果如图1。
图1
该实验结果说明Bn基因表达后促进了种子油脂消减,依据是 。由于①②的种子含油量小于③,利用突变体进行的连续杂交并未达到目的,试从诱变的特点分析可能的原因是 。
(4)研究人员利用CRISPR/Cas9技术“编辑”另一活力更强的品系R的Bn基因,再自交得到Bn基因纯合突变体,测定其种子含油量和油体面积,结果如图2、图3。
图2 图3
结果表明,突变的Bn基因表达后,结合(3)(4)的实验结果分析,利用CRISPR/Cas9技术获得的Bn基因突变纯合子与诱变育种相比,除了缩短育种年限外,还具有的显著优势是 。
(5)种子成熟末期,油脂合成和消减的动态平衡能够确保种子休眠以防过早发芽。欲将Bn基因突变纯合子用于农业生产,还需进一步调查 、萌发后根长等种子活力指标。若活力指标与野生型相比 ,则可推广应用。
答案 (1)染色体加倍/秋水仙素/低温(答出其中1点即可) (异源)四 (2)保留突变基因,使其余基因(遗传背景)尽可能与野生型一致 (3)①的种子含油量大于② 诱变具有随机性,可能引起其他油脂代谢的相关基因突变 (4)会增大油体面积,提高种子含油量(顺序可变),可以实现某个基因(或Bn基因)的精准编辑,对其他基因影响小 (5)出芽率 无明显差异(甚至更高)
4.水稻抗稻瘟相关基因(2022北京海淀一模,21)稻瘟病菌侵染可导致水稻患稻瘟病,水稻细胞通过合成过氧化氢,启动“免疫”反应,抵抗稻瘟病菌。
(1)科研人员将纯合稻瘟病抗性突变体M与表型为易感病的野生型(WT)植株杂交,F1均表现为易感病,F1自交,F2的表型及比例为易感病∶抗性=3∶1。据此可初步判断,突变体M的抗性性状由 性基因控制。
(2)对WT和抗性突变体M的R基因进行测序分析,结果如图1。
图1
据图1可知,与WT中R基因序列相比,抗性突变体M的R基因发生了 缺失。该突变基因控制合成的蛋白质中,氨基酸 发生改变,导致该蛋白质空间结构改变,生理功能丧失。
(3)WT和突变体M均无A基因。科研人员将A基因导入WT中(A基因与R基因不在同一染色体上),筛选得到纯合植株N,表现为抗稻瘟病。
①将植株N与突变体M杂交,F1均表现为抗性,F1自交,若F2的表型及比例为 ,则支持“A基因抑制R基因的表达”的推测。
②利用现代生物技术可验证上述推测成立,下表为供选的材料、处理和预期结果。
水稻植株材料
a
WT
b
突变体M
c
植株N
对材料的处理
d
转入R基因
e
敲除R基因
f
转入A基因
g
敲除A基因
预期结果
h
R基因表达
i
R基因不表达
现有两个不同方案,方案一实验组为bfi,方案二实验组为cgh。请评价哪一方案更为合理,并阐述理由: 。
(4)研究表明,稻瘟病菌侵染WT过程中,正常R蛋白促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,导致植株感病。综合上述研究,完善稻瘟病菌侵染后,WT、突变体M或植株N中,细胞内发生的“免疫”反应过程图。请在三种植株中任选一种植株,从A蛋白、R基因和过氧化氢三个角度分析。
答案 (1)隐 (2)G/C碱基对 数目和排列顺序 (3)①抗病∶易感病=13∶3 ②方案二更合理;方案二中植株N具有正常R基因,敲除A基因后能检测R基因表达情况,可验证A基因是否抑制R基因表达;方案一中突变体M的R基因发生突变,无法表达正常R蛋白,不适合作为实验材料 (4)(三种植株中任选一种植株作答即可)WT植株:没有A基因→R基因正常表达R蛋白→促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,故过氧化氢不积累→植株表现为感病;突变体M:没有A基因→R基因碱基对缺失,R蛋白表达异常→无法促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,导致过氧化氢积累→植株表现为抗病;植株N:有A基因→A基因抑制R基因,R基因不能正常表达R蛋白→无法促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,导致过氧化氢积累→植株表现为抗病
第六单元 变异、育种与进化
专题十四 生物的变异与育种
高频考点
考点一 基因突变和基因重组
基础层级训练内容为细胞癌变及诱变因素、癌细胞的特征及基因重组等。重难及综合层级主要结合人类遗传病、基因工程、育种过程等考查基因突变的类型及应用、基因重组导致的性状分离比的分析等。
基础
1.(2018全国Ⅱ,6,6分)在致癌因子的作用下,正常动物细胞可转变为癌细胞。有关癌细胞特点的叙述错误的是( )
A.细胞中可能发生单一基因突变,细胞间黏着性增加
B.细胞中可能发生多个基因突变,细胞的形态发生变化
C.细胞中的染色体可能受到损伤,细胞的增殖失去控制
D.细胞中遗传物质可能受到损伤,细胞表面的糖蛋白减少
答案 A
2.(2022湖南,5,2分)关于癌症,下列叙述错误的是( )
A.成纤维细胞癌变后变成球形,其结构和功能会发生相应改变
B.癌症发生的频率不是很高,大多数癌症的发生是多个基因突变的累积效应
C.正常细胞生长和分裂失控变成癌细胞,原因是抑癌基因突变成原癌基因
D.乐观向上的心态、良好的生活习惯,可降低癌症发生的可能性
答案 C
3.(2020北京石景山一模,9)杂合雌果蝇在形成配子时,同源染色体的非姐妹染色单体间的相应片段发生对等交换,导致新的配子类型出现,其原因是在配子形成过程中发生了( )
A.基因重组 B.染色体重复
C.染色体易位 D.染色体倒位
答案 A
重难
4.(2021天津,3,4分)动物正常组织干细胞突变获得异常增殖能力,并与外界因素相互作用,可恶变为癌细胞。干细胞转变为癌细胞后,下列说法正确的是( )
A.DNA序列不变
B.DNA复制方式不变
C.细胞内mRNA不变
D.细胞表面蛋白质不变
答案 B
5.(2020北京海淀一模,7)AID酶是一类胞嘧啶脱氧核苷酸脱氨酶,能引起碱基替换,机理如图所示。下列叙述不正确的是( )
A.两个子代DNA均发生了碱基替换
B.子代DNA再复制后会出现T/A碱基对
C.两个子代DNA转录生成的RNA不同
D.两个子代DNA表达的蛋白质可能不同
答案 A
6.(2021天津,8,4分)某患者被初步诊断患有SC单基因遗传病,该基因位于常染色体上。调查其家系发现,患者双亲各有一个SC基因发生单碱基替换突变,且突变位于该基因的不同位点。调查结果见表。
个体
母亲
父亲
姐姐
患者
表现型
正常
正常
正常
患病
SC基因
测序结果
[605
G/A]
[731
A/G]
[605G/G];
[731A/A]
?
注:测序结果只给出基因一条链(编码链)的碱基序列,[605G/A]表示两条同源染色体上SC基因编码链的第605位碱基分别为G和A。其他类似。
若患者的姐姐两条同源染色体上SC基因编
码链的第605和731位碱基可表示为右图,根据调查结果,推断该患者相应位点的碱基应为( )
A B C D
答案 A
综合
7.(2021广东,20,12分)果蝇众多的突变品系为研究基因与性状的关系提供了重要的材料。摩尔根等人选育出M-5品系并创立了基于该品系的突变检测技术,可通过观察F1和F2的性状及比例,检测出未知基因突变的类型(如显/隐性、是否致死等),确定该突变基因与可见性状的关系及其所在的染色体。回答下列问题:
(1)果蝇的棒眼(B)对圆眼(b)为显性、红眼(R)对杏红眼(r)为显性,控制这2对相对性状的基因均位于X染色体上,其遗传总是和性别相关联,这种现象称为 。
(2)图1示基于M-5品系的突变检测技术路线,在F1中挑出1只雌蝇,与1只M-5雄蝇交配。若得到的F2没有野生型雄蝇、雌蝇数目是雄蝇的两倍,F2中雌蝇的两种表现型分别是棒眼杏红眼和 ,此结果说明诱变产生了伴X染色体 基因突变。该突变的基因保存在表现型为 果蝇的细胞内。
图1
(3)上述突变基因可能对应图2中的突变 (从突变①、②、③中选一项),分析其原因可能是 ,使胚胎死亡。
图2
(4)图1所示的突变检测技术,具有的①优点是除能检测上述基因突变外,还能检测出果蝇 基因突变;②缺点是不能检测出果蝇 基因突变。(①、②选答1项,且仅答1点即可)
答案 (1)伴性遗传 (2)棒眼红眼 隐性致死 棒眼红眼雌 (3)③ 某种关键蛋白质或酶合成过程提前终止而功能异常 (4)显性 同义
8.(2021北京,20,12分)玉米是我国重要的农作物,研究种子发育的机理对培育高产优质的玉米新品种具有重要作用。
(1)玉米果穗上的每一个籽粒都是受精后发育而来。我国科学家发现了甲品系玉米,其自交后的果穗上出现严重干瘪且无发芽能力的籽粒,这种异常籽粒约占1/4。籽粒正常和干瘪这一对相对性状的遗传遵循孟德尔的 定律。上述果穗上的正常籽粒均发育为植株,自交后,有些植株果穗上有约1/4干瘪籽粒,这些植株所占比例约为 。
(2)为阐明籽粒干瘪性状的遗传基础,研究者克隆出候选基因A/a。将A基因导入甲品系中,获得了转入单个A基因的转基因玉米。假定转入的A基因已插入a基因所在染色体的非同源染色体上,请从下表中选择一种实验方案及对应的预期结果以证实“A基因突变是导致籽粒干瘪的原因”。 。
实验方案
预期结果
Ⅰ.转基因玉米×野生型玉米
Ⅱ.转基因玉米×甲品系
Ⅲ.转基因玉米自交
Ⅳ.野生型玉米×甲品系
①正常籽粒∶干瘪籽粒≈1∶1
②正常籽粒∶干瘪籽粒≈3∶1
③正常籽粒∶干瘪籽粒≈7∶1
④正常籽粒∶干瘪籽粒≈15∶1
(3)现已确认A基因突变是导致籽粒干瘪的原因,序列分析发现a基因是A基因中插入了一段DNA(见图1),使A基因功能丧失。甲品系果穗上的正常籽粒发芽后,取其植株叶片,用图1中的引物1、2进行PCR扩增,若出现目标扩增条带则可知相应植株的基因型为 。
图1
(4)为确定A基因在玉米染色体上的位置,借助位置已知的M/m基因进行分析。用基因型为mm且籽粒正常的纯合子P与基因型为MM的甲品系杂交得F1,F1自交得F2。用M、m基因的特异性引物,对F1植株果穗上干瘪籽粒(F2)胚组织的DNA进行PCR扩增,扩增结果有1、2、3三种类型,如图2所示。
图2
统计干瘪籽粒(F2)的数量,发现类型1最多、类型2较少、类型3极少。请解释类型3数量极少的原因。
答案 (1)分离 2/3 (2)Ⅲ④/Ⅱ③ (3)Aa (4)基因A/a与M/m在一对同源染色体上(且距离近),其中a和M在同一条染色体上;在减数分裂过程中四分体/同源染色体的非姐妹染色单体发生了互换,导致产生同时含有a和m的重组型配子数量很少;类型3干瘪籽粒是由雌雄配子均为am的重组型配子受精而成的。因此,类型3干瘪籽粒数量极少。
考点二 染色体变异
基础层级训练内容主要包括染色体结构变异类型、染色体组的定义及染色体数目变异等。重难及综合部分结合染色体的结构、育种原理、减数分裂等内容,考查染色体变异的应用、育种及对生物性状的影响等。
基础
1.(2021浙江1月选考,4,2分)野生果蝇的复眼由正常眼变成棒眼和超棒眼,是由于某个染色体中发生了如图所示变化,a、b、c表示该染色体中的不同片段。棒眼和超棒眼的变异类型属于染色体畸变(变异)中的( )
A.缺失 B.重复 C.易位 D.倒位
答案 B
2.(2021北京丰台二模,10)慢性粒细胞白血病患者的第22号染色体比正常人的要短,所缺失的片段接到了9号染色体上。下列相关叙述不正确的是( )
A.患者体细胞发生了染色体数目变异
B.慢性粒细胞白血病属于人类遗传病
C.正常人的A/a和B/b基因的遗传遵循自由组合定律
D.这种类型的变异在光学显微镜下能够辨认出来
答案 A
3.(2020全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物细胞中染色体组的叙述,错误的是( )
A.二倍体植物的配子只含有一个染色体组
B.每个染色体组中的染色体均为非同源染色体
C.每个染色体组中都含有常染色体和性染色体
D.每个染色体组中各染色体DNA的碱基序列不同
答案 C
重难
4.(2021北京丰台一模,5)如图是某精原细胞内两对同源染色体发生的结构变化,染色体上的字母表示基因,相关叙述不正确的是( )
A.染色体结构改变后,N基因和b基因的表达可能会受到影响
B.图中所示的染色体结构改变,会涉及DNA分子的断裂和连接
C.染色体结构改变后,B和N基因在同源染色体相同位置上,是等位基因
D.染色体结构改变后,该细胞形成精子时,等位基因N和n可不发生分离
答案 C
5.(2021广东,11,2分)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
6.(2021北京人大附中月考,12)由于细胞中一条14号和一条21号染色体连接形成一条异常染色体,不含重要基因的短片段在细胞分裂中丢失(如图甲),导致某女子的14号和21号染色体在减数分裂时发生异常联会(如图乙)。配对的三条染色体中,任意配对的两条染色体分离时,另一条染色体随机移向细胞任意一极。下列判断不正确的是( )
图甲
图乙
A.该女子体细胞中只有45条染色体但表型可能正常
B.DNA的断裂、错接是形成这种异常染色体的根本原因
C.不考虑其他染色体,理论上该女子可产生8种不同配子
D.该女子与正常男子婚配有生育21三体综合征患儿的风险
答案 C
综合
7.(2020全国Ⅲ,32,10分)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(纯合体),甲的表现型是抗病易倒伏,乙的表现型是易感病抗倒伏。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。
考点三 育种
基础层级训练内容主要包括各育种方式的过程及原理、育种过程的简单分析等。重难及综合层级主要考查育种原理及过程的相关应用,重难点为依据题干信息设计相应的育种方案。
基础
1.(2020北京,13,2分)为培育具有市场竞争力的无籽柑橘,研究者设计如下流程。相关叙述不正确的是( )
A.过程①需使用胰蛋白酶处理 B.实现过程②依赖膜的流动性
C.过程③需应用植物组培技术 D.三倍体植株可产生无籽柑橘
答案 A
2.(2022北京海淀期中,10)如图为五倍体栽培棉的培育过程,字母A、D、E均代表一个染色体组,每组有13条染色体。下列叙述正确的是( )
A.该过程属于单倍体育种
B.栽培棉含有65条染色体
C.秋水仙素可抑制染色体的着丝粒分裂
D.栽培棉减数分裂时可形成39个四分体
答案 B
3.(2019江苏,4,2分)下列关于生物变异与育种的叙述,正确的是( )
A.基因重组只是基因间的重新组合,不会导致生物性状变异
B.基因突变使DNA序列发生的变化,都能引起生物性状变异
C.弱小且高度不育的单倍体植株,进行加倍处理后可用于育种
D.多倍体植株染色体组数加倍,产生的配子数加倍,有利于育种
答案 C
重难
4.(2020山东,13,2分)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
答案 C
综合
5.(2018北京理综,30,17分)水稻是我国最重要的粮食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌(Mp)侵染水稻引起的病害,严重危害我国粮食生产安全。与使用农药相比,抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和经济的措施。
(1)水稻对Mp表现出的抗病与感病为一对相对 。为判断某抗病水稻是否为纯合子,可通过观察自交子代 来确定。
(2)现有甲(R1R1r2r2r3r3)、乙(r1r1R2R2r3r3)、丙(r1r1r2r2R3R3)三个水稻抗病品种,抗病(R)对感病(r)为显性,三对抗病基因位于不同染色体上。根据基因的DNA序列设计特异性引物,用PCR方法可将样本中的R1、r1、R2、r2、R3、r3区分开。这种方法可用于抗病品种选育中基因型的鉴定。
①甲品种与感病品种杂交后,对F2不同植株的R1、r1进行PCR扩增。已知R1比r1片段短。从扩增结果(下图)推测可抗病的植株有 。
②为了在较短时间内将甲、乙、丙三个品种中的抗病基因整合,选育新的纯合抗病植株,下列育种步骤的正确排序是 。
a.甲×乙,得到F1
b.用PCR方法选出R1R1R2R2R3R3植株
c.R1r1R2r2r3r3植株×丙,得到不同基因型的子代
d.用PCR方法选出R1r1R2r2R3r3植株,然后自交得到不同基因型的子代
(3)研究发现,水稻的抗病表现不仅需要自身抗病基因(R1、R2、R3等)编码的蛋白,也需要Mp基因(A1、A2、A3等)编码的蛋白。只有R蛋白与相应的A蛋白结合,抗病反应才能被激活。若基因型为R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻,被基因型为a1a1A2A2a3a3的Mp侵染,推测这两种水稻的抗病性表现依次为 。
(4)研究人员每年用Mp(A1A1a2a2a3a3)人工接种水稻品种甲(R1R1r2r2r3r3),几年后甲品种丧失了抗病性,检测水稻的基因未发现变异。推测甲品种抗病性丧失的原因是 。
(5)水稻种植区的Mp是由不同基因型组成的群体。大面积连续种植某个含单一抗病基因的水稻品种,将会引起Mp种群 ,使该品种抗病性逐渐减弱直至丧失,无法在生产中继续使用。
(6)根据本题所述水稻与Mp的关系,为避免水稻品种抗病性丧失过快,请从种植和育种两个方面给出建议: 。
答案 (1)性状 性状是否分离 (2)①1和3 ②a、c、d、b (3)感病、抗病 (4)Mp的A1基因发生了突变 (5)(A类)基因(型)频率改变 (6)将含有不同抗病基因的品种轮换/间隔种植;将多个不同抗病基因通过杂交整合到一个品种中
6.(2017北京理综,30,18分)玉米(2n=20)是我国栽培面积最大的作物,近年来常用的一种单倍体育种技术使玉米新品种选育更加高效。
(1)单倍体玉米体细胞的染色体数为 ,因此在 分裂过程中染色体无法联会,导致配子中无完整的 。
(2)研究者发现一种玉米突变体(S),用S的花粉给普通玉米授粉,会结出一定比例的单倍体籽粒(胚是单倍体;胚乳与二倍体籽粒胚乳相同,是含有一整套精子染色体的三倍体。见图1)。
①根据亲本中某基因的差异,通过PCR扩增以确定单倍体胚的来源,结果见图2。
从图2结果可以推测单倍体的胚是由 发育而来。
②玉米籽粒颜色由A、a与R、r两对独立遗传的基因控制,A、R同时存在时籽粒为紫色,缺少A或R时籽粒为白色。紫粒玉米与白粒玉米杂交,结出的籽粒中紫∶白=3∶5,出现性状分离的原因是 ,推测白粒亲本的基因型是 。
③将玉米籽粒颜色作为标记性状,用于筛选S与普通玉米杂交后代中的单倍体,过程如下:
P ♀普通玉米 × ♂突变体S
(白粒,aarr) (紫粒,AARR)
F1 二倍体籽粒,单倍体籽粒
请根据F1籽粒颜色区分单倍体和二倍体籽粒并写出与表型相应的基因型: 。
(3)现有高产抗病白粒玉米纯合子(G)、抗旱抗倒伏白粒玉米纯合子(H),欲培育出高产抗病抗旱抗倒伏的品种。结合(2)③中的育种材料与方法,育种流程应为: ;将得到的单倍体进行染色体加倍以获得纯合子;选出具有优良性状的个体。
答案 (1)10 减数 染色体组 (2)①卵细胞 ②紫粒亲本是杂合子 aaRr/Aarr ③单倍体籽粒胚的表型为白色,基因型为ar;二倍体籽粒胚的表型为紫色,基因型为AaRr;二者胚乳的表型均为紫色,基因型为AaaRrr (3)G与H杂交;将所得F1为母本与S杂交;根据籽粒颜色挑出单倍体
易混易错
易混
1.同源多倍体与异源多倍体(2021北京丰台期末,15)油菜容易被线虫侵染造成减产,萝卜具有抗线虫病基因。科研人员以萝卜(2N=18)和油菜(2M=38)为亲本杂交(每个大写字母表示一个染色体组),通过如图所示途径获得抗线虫病油菜。下列有关叙述正确的是( )
A.此过程利用了植物体细胞杂交和植物组织培养技术
B.用秋水仙素处理F1植株幼苗可获得异源四倍体
C.P植株与油菜杂交产生的Q植株染色体数目为47
D.从P、Q植株中可筛选到抗线虫病基因的纯合体
答案 B
易错
2.正常配子和异常配子(2021北京东城期末,8)如图1所示,某精原细胞中①②为一对同源染色体,其中①为正常染色体。该对染色体联会后互换导致产生图2所示情况,形成异常配子。下列叙述不正确的是( )
图1
图2
A.图1中②发生了染色体结构变异中的倒位
B.图2所示细胞正处于减数第一次分裂过程中
C.该精原细胞产生的配子中染色体数目与正常配子相同
D.该精原细胞产生含有正常染色体的配子比例为1/2
答案 D
3.T-DNA引发的变异(2021北京十一学校高考诊断,19)下列关于生物变异的说法,不正确的是( )
A.有性生殖的个体可发生的变异有突变和基因重组
B.肺炎链球菌R型转化为S型的过程属于基因重组
C.四倍体西瓜花药离体培养后可得到二倍体纯合子
D.T-DNA插入豌豆的淀粉分支酶基因中,可引起该基因突变
答案 C
疑难
4.不育原因判断(2021北京海淀期中,14)如图是野生祖先种和栽培品种香蕉的染色体核型图,下列相关叙述正确的是( )
A.栽培品种和野生祖先种体细胞中每个染色体组都含11条染色体
B.栽培品种和野生祖先种都是香蕉,不存在生殖隔离
C.用秋水仙素处理野生祖先种的幼苗可以直接获得栽培品种香蕉
D.栽培品种香蕉可正常进行减数分裂,形成的配子含有11条染色体
答案 A
题型模板
题型 遗传和变异在育种中的应用
典型模型
雄性不育系育种
模型特征:雄性不育系育种主要包括二系杂交育种和三系杂交育种。二系杂交水稻主要利用温敏或光敏雄性不育个体作为母本,与另一优良品种的纯合子个体进行杂交,获得杂交种,同时通过改变条件使温敏或光敏雄性不育植株恢复育性,完成自交,保持雄性不育系;三系杂交育种主要是利用恢复系、不育系和保持系进行育种。
1.(2020北京朝阳一模,20)水稻是我国主要的农作物之一。两用核不育系水稻(夏季高温条件下,表现为雄性不育;秋季低温条件下,恢复育性可以自交产生籽粒)在农业上与正常水稻杂交,用于生产高产杂交水稻。
(1)现有两个两用核不育系的水稻,其雄性不育的起点温度分别为23.3 ℃和26 ℃。在制备高产水稻杂交种子时,由于大田中环境温度会有波动,应选用雄性不育起点温度为 ℃的品系,原因是 。
(2)用A与H(正常水稻)获得两用核不育系水稻A和持续培育高产水稻的方法是(用遗传图解表示并标明适用的温度条件)
(3)在两用核不育系大田中偶然发现一株黄叶突变体X。
①将突变体X与正常水稻H杂交得F1均为绿叶,F1自交得F2群体中绿叶、黄叶之比为3∶1。由以上可以推测,自然黄叶突变体X的黄叶性状由 性基因控制,这一对叶色基因的遗传符合基因的 定律。
②为确定控制黄叶基因的位置,选用某条染色体上的两种分子标记(RM411和WY146),分别对F2的绿色叶群体的10个单株(10G)和黄色叶群体10个单株(10Y)进行PCR,之后对所获得的DNA进行电泳,电泳结果可反映个体的基因型。M为标准样品,结果如下图所示。
图1
图2
从上图可以看出,每图的10G个体中的基因型为 种,其中 (填“图1”或“图2”)的比例与理论比值略有不同,出现不同的最可能原因是 。每图中10Y的表现均一致,说明两个遗传标记与黄叶基因在染色体上的位置关系是 。
(4)与普通两用核不育系相比,利用此自然黄叶突变体培育出的黄叶两用核不育系在实际生产中应用的优势是 。
答案 (1)23.3 不育起点温度越低,授粉时出现雄性可育的情况越少,不易出现自交和杂交种混杂的现象
(2)
(3)①隐 分离 ②2 图1 待测样本数少 位于同一条染色体上 (4)在苗期可筛选出杂交种中混有的自交种(合理即可)
三体/单体育种
模型特征:染色体数目变异中的单体或三体在育种过程中可以对相应的基因进行定位,用以研究某性状的遗传机制,为育种方案的设计提供基础。此类题目通常结合减数分裂考查异常个体的配子种类及比例、遗传的基本规律等。
2.(2021北京西城期末,6)正常普通小麦(2n=42)缺失一条染色体形成单体小麦。将单体小麦与正常小麦杂交, 结果如表。下列相关叙述错误的是( )
实验编号
父本
母本
F1 植株百分比
正常小麦
单体小麦
实验一
正常小麦
单体小麦
25%
75%
实验二
单体小麦
正常小麦
96%
4%
A.由实验一可知,减数分裂时不成对的染色体易丢失
B.由实验二可知,(n-1)花粉的可育性比较低
C.单体小麦自交后代中,正常小麦与单体小麦的比例约为 1∶2
D.为了获得更多的单体小麦,杂交时最好选单体小麦作母本
答案 C
3.(2022届泰安月考,23)大麦是高度自交植物,配制杂种相当困难。育种工作者采用染色体诱变的方法培育获得三体品系,该品系的一对染色体上有紧密连锁的两个基因,一个是雄性不育基因(ms),使植株不能产生花粉,另一个是黄色基因(r),控制种皮的颜色。这两个基因的显性等位基因Ms能形成正常花粉,R控制茶褐色种皮,带有这两个显性基因的染色体片段易位连接到另一染色体片段上,形成一个额外染色体,成为三体,该品系的自交后代分离出两种植株,如图所示。请回答下列问题:
(1)已知大麦的体细胞染色体是7对,育成的新品系三体大麦体细胞染色体为 条。
(2)三体大麦减数分裂时,若其他染色体都能正常配对,唯有这条额外的染色体,在后期随机移向一极,其中花粉中有额外染色体的配子无受粉能力。三体大麦减数分裂结束后,产生的配子基因组成及比例是 。
(3)三体大麦自花受粉后,子代 色种皮的个体为雄性不育, 色种皮的个体与亲本一样,雄性可育。由于种皮颜色不同,可采用机选方式分开,方便实用,在生产中采用不育系配制杂种的目的是 。
(4)三体大麦自花受粉,子代黄色种皮的种子和茶褐色种皮的种子的理论比值为 ,但在生产实践中发现,大多数种子为黄色种皮,这是因为 。
答案 (1)15 (2)MsmsRr∶msr=1∶1 (3)黄 茶褐 不用对母本进行去雄处理,方便杂交 (4)1∶1 可能雌配子MsmsRr与雄配子msr受精时能力较低,可能受精后生长发育受影响
连续多代回交在育种上的应用
模型特征:在遗传育种过程中,若农业生产上所用的作物品种(设为A)存在极个别劣势性状,另一品种(设为B)具有能够改良A中劣势性状的优良性状基因,可将A与B进行杂交,获得的子代再连续与A进行杂交,每一代均筛选待改良的优势性状,最终获得的杂合子代自交,获得优良性状的纯合子,该纯合子除优势性状基因外,其余基因几乎与A一致。
4.(2020北京海淀一模,17)科研人员得到黄体隐性突变体果蝇(M),M的体重比野生型(黑体)小。为研究是否可将黄体基因作为筛选体重性状的标记基因,进行图1所示杂交实验。
图1
(1) F1雌蝇的表型为 。将F1雌蝇与野生型雄蝇杂交,在全部F2个体中,黑体与黄体的比例约为 。F2雄蝇中Ⅱ号个体的X染色体上携带黄体基因片段,其原因是 。
(2)科研人员选择F2中的黄体雄蝇,进行图2所示杂交实验。
图2
①与步骤3的黄体雄蝇相比,步骤5的黄体雄蝇的X染色体上,来自野生型果蝇的区段所占比例可能 (填“增大”或“减小”)。
②科研人员步骤1~21所做的杂交和筛选工作,其目的是 。
③利用步骤21得到的黄体雄蝇,培育纯合黄体雌蝇的杂交方案是 ,从而建立黄体果蝇品系(果蝇N)。
(3)科研人员测定野生型、黄体果蝇M和N的体重,得到图3所示结果。由实验结果推测 。
图3
(4)利用黄体基因作为标记基因,可在幼体阶段预测成年个体的体重,并辅助筛选。请在家禽或农作物的生产实践方面,举出一个利用性状标记辅助筛选的实例: 。
答案 (1)野生型(或“黑体”或“正常体重”) 3∶1 F1雌蝇在形成配子(或减数第一次分裂前期)时X染色体发生了互换 (2)①增大 ②除黄体基因所在染色体片段外,使X染色体上其他片段以及其他常染色体均与野生型果蝇一致 ③步骤21得到的黄体雄蝇与野生型雌蝇杂交,将子代雌蝇与该黄体雄蝇杂交,筛选子代中的黄体雌蝇(或与步骤20的子代雌蝇杂交,选择子代中的黄体雌蝇) (3)控制体重的基因与黄体基因紧密连锁(不发生互换)或为同一个基因 (4)通过特殊性状基因筛选雄性不育系;通过羽色判断雌、雄性别等(合理即可)
多倍体育种
模型特征:用秋水仙素或低温处理植物萌发的种子或幼苗,可诱导其染色体数目加倍,获得多倍体,该多倍体可具有植株高大、果实较大、营养物质丰富等特点,但由于具有多个同源的染色体组,在减数分裂过程中会发生联会紊乱,故会出现结实率低的缺点。
5.(2020北京石景山一模,8)如图表示获得玉米多倍体植株采用的技术流程。下列有关说法不正确的是( )
A.可用秋水仙素或低温诱导处理发芽的种子
B.可用显微镜观察根尖细胞染色体数目的方法鉴定多倍体
C.得到的多倍体植株一般具有茎秆粗壮、果穗大等优点
D.将得到的多倍体植株进行花药离体培养又可得到二倍体
答案 D
利用平衡致死进行育种
模型特征:在平衡致死系的个体体细胞中,一对同源染色体的两条染色体上分别带有一个致死基因,且两个致死基因为非等位基因,该个体减数分裂时两致死基因之间的染色体片段不发生互换,导致子代不会出现纯合子,一直以杂合子的形式稳定遗传。
6.(2021河北衡中三调,21)中国农业大学某实验室在某果蝇品系中发现了一只卷翅突变体,经不断选育获得了紫眼卷翅果蝇品系(甲品系)。为了研究该品系相关基因的传递规律,研究人员做了一系列实验。
(1)甲品系果蝇与纯种野生型(红眼正常翅)果蝇进行杂交,结果如图1。
图1
①分析果蝇的眼色遗传,紫眼和红眼为一对相对性状,其中红眼是 性性状。
②实验正反交结果相同,由此可知果蝇的翅型属于 染色体遗传。
③根据F2的表型及比例推测,决定 性状的基因纯合致死。进一步研究发现,果蝇的正常翅基因(+)和甲品系的卷翅基因(Cy)位于2号染色体上,该染色体上还分布有某隐性致死基因(b)及其等位基因(B)。甲品系内果蝇相互交配,后代均表现为卷翅,请在图2中亲本染色体相应位置标出B、b基因,并标出图中F1的相关基因(不考虑互换)。
图2
(2)像甲品系这样能够稳定保存两个致死基因的品系称为平衡致死系。研究人员从北京大学某实验室获得另一果蝇平衡致死系(乙品系),其表型为红眼卷翅,卷翅程度明显小于甲品系。已知乙品系果蝇的卷翅基因(Cy')和隐性致死基因(b')同样位于2号染色体上。甲、乙品系果蝇杂交,子代中卷翅与正常翅的数量比约为2∶1。
①根据子代中出现了表型为 的果蝇,可判断b和b'不是同一基因。
②由实验结果推测,两个品系的卷翅基因Cy和Cy'是等位基因。若它们是非等位基因,杂交后代的翅型性状及其数量比应该是 。
(3)两个纯合致死的等位基因存在互补和不互补两种关系:若互补,则同时含有这两个基因的杂合子能存活;反之,则不能存活。
①根据(2)实验结果推测:Cy和Cy' (填“互补”或“不互补”)。
②为验证上述推测,研究人员使用特异性引物对不同品系果蝇进行基因组PCR,电泳结果如图3所示。
图3
选取(2)杂交中F1正常翅和不同卷翅程度的果蝇各200只,利用上述引物分别对每只果蝇进行基因组PCR,电泳结果显示:所有正常翅个体都只有A条带,所有卷翅个体都同时有A、B条带。该结果是否支持(3)①的推测?请作出判断并陈述理由 。
答案 (1)①显 ②常 ③卷翅
(2)①正常翅 ②卷翅∶正常翅=3∶1 (3)①不互补 ②支持,若互补,则卷翅个体中混有同时携带两种卷翅基因的杂合子,它的基因组PCR产物电泳结果只显示B条带(合理即可)
实践应用
7.(2021北京海淀一模,21)科研人员在圆叶油菜(野生型)中新发现一株纯合花叶雄性不育株(植株丙),利用其雄性不育的特性进行育种实验。
(1)将圆叶和花叶植株进行杂交,正反交实验所得F1均为介于圆叶与花叶之间的半花叶,判断控制圆叶的基因与控制花叶的基因间显隐性关系为 。
(2)纯合油菜优良品系甲和乙,均为圆叶雄性可育植株。油菜育性相关基因M/m在9号染色体上,R/r在7号染色体上。在R基因存在时,m基因纯合,可导致植株雄性不育。控制圆叶与花叶的基因位于10号染色体上。科研人员利用甲、丙进行如图所示杂交实验。
①经过程Ⅰ产生的F1均为半花叶,若F1自交,则雄性不育株所占比例约为 ,经过程Ⅱ产生的子代中,基因型为MmRr的半花叶植株所占比例约为 。
②过程Ⅱ所产生的半花叶子代中,可用 技术将基因型为MmRr的植株筛选出来,该技术所需原料及试剂包括 。
③过程Ⅲ连续多代与植株甲杂交、筛选的目的是 。
(3)纯合圆叶品系乙(MMrr)具有其他一些优良性状,请在上述杂交、筛选结果的基础上,设计育种方案,完成下列育种目标:获得兼具品系甲和乙优良性状的杂种一代植株,并能以叶形性状作为标记性状区分杂交种。请写出育种方案: 。
答案 (1)不完全显性 (2)①3/16 1/8 ②PCR 引物、耐高温的DNA聚合酶、4种脱氧核苷酸(dNTP)、DNA模板、PCR缓冲液 ③将花叶基因以外的遗传背景替换为植株甲的基因,使花叶基因与甲的优良性状基因整合在同一植株上,同时保留雄性不育的基因 (3)①将筛选得到的基因型为MmRr的半花叶植株自交(或与相同基因型个体杂交),获得花叶植株;②在花叶植株中,筛选得到基因型为mmRR(或mmRr)的花叶植株;③将基因型为mmRR(或mmRr)的花叶植株与品系乙杂交,所有半花叶为杂交种。
情境应用
简单情境
1.抗黄叶病香蕉新品种(2022北京海淀一模,5)栽培品种香蕉染色体组成为AAA(字母代表染色体组),易患黄叶病。野生蕉染色体组成为BB,含有纯合的抗黄叶病基因。经过杂交、筛选,获得染色体组成为AAB的抗黄叶病香蕉新品种。下列有关叙述,不正确的是( )
A.栽培品种高度不育
B.新品种含有三个染色体组
C.新品种细胞中无同源染色体
D.栽培品种减数分裂时联会紊乱
答案 C
陌生情境
2.拟南芥染色体的平衡易位(2022北京东城二模,7)研究人员以野生型拟南芥为材料获得了细胞中染色体互换片段的品系甲(如图)。品系甲自交后代染色体组成及个体数见下表。由于部分种类配子不育,三种染色体组成的个体比例接近1∶2∶1。下列叙述错误的是( )
染色体组成
个体数(株)
1122
9
11'22'
23
1'1'2'2'
8
其他类型
0
A.染色体1'和2'片段互换属于染色体结构变异
B.染色体1和1'在减数分裂Ⅰ后期彼此分离
C.品系甲可产生染色体组成为12和1'2'的配子,比例为1∶1
D.品系甲与野生型杂交后代的染色体组成有4种
答案 D
复杂情境
3.提高油菜种子的含油量的育种技术(2022北京丰台二模,21)油菜种子是中国最重要的植物油来源之一。研究者以甘蓝型油菜为材料,通过多种育种技术来提高油菜种子的含油量。
(1)甘蓝型油菜是由甘蓝(2n=18)和白菜(2n=20)种间杂交,再经过 处理后形成的 倍体。
(2)种子油脂的积累包含油脂合成和降解的动态平衡过程。研究人员欲探究脂类水解酶基因Bn在油脂积累过程中的作用,用化学试剂EMS诱变野生型植株,并筛选出Bn基因的突变体1(C位点突变)和突变体2(D位点突变)。将两种突变体分别与野生型连续杂交再自交,目的是 。从自交子代中分离得到不同单突变纯合子,种植后检测种子含油量,却发现均小于未经EMS处理的野生型。
(3)进一步通过杂交和基因型鉴定,筛选得到了C和D双突变纯合子、C和D双位点正常纯合子,种植后测定种子含油量,结果如图1。
图1
该实验结果说明Bn基因表达后促进了种子油脂消减,依据是 。由于①②的种子含油量小于③,利用突变体进行的连续杂交并未达到目的,试从诱变的特点分析可能的原因是 。
(4)研究人员利用CRISPR/Cas9技术“编辑”另一活力更强的品系R的Bn基因,再自交得到Bn基因纯合突变体,测定其种子含油量和油体面积,结果如图2、图3。
图2 图3
结果表明,突变的Bn基因表达后,结合(3)(4)的实验结果分析,利用CRISPR/Cas9技术获得的Bn基因突变纯合子与诱变育种相比,除了缩短育种年限外,还具有的显著优势是 。
(5)种子成熟末期,油脂合成和消减的动态平衡能够确保种子休眠以防过早发芽。欲将Bn基因突变纯合子用于农业生产,还需进一步调查 、萌发后根长等种子活力指标。若活力指标与野生型相比 ,则可推广应用。
答案 (1)染色体加倍/秋水仙素/低温(答出其中1点即可) (异源)四 (2)保留突变基因,使其余基因(遗传背景)尽可能与野生型一致 (3)①的种子含油量大于② 诱变具有随机性,可能引起其他油脂代谢的相关基因突变 (4)会增大油体面积,提高种子含油量(顺序可变),可以实现某个基因(或Bn基因)的精准编辑,对其他基因影响小 (5)出芽率 无明显差异(甚至更高)
4.水稻抗稻瘟相关基因(2022北京海淀一模,21)稻瘟病菌侵染可导致水稻患稻瘟病,水稻细胞通过合成过氧化氢,启动“免疫”反应,抵抗稻瘟病菌。
(1)科研人员将纯合稻瘟病抗性突变体M与表型为易感病的野生型(WT)植株杂交,F1均表现为易感病,F1自交,F2的表型及比例为易感病∶抗性=3∶1。据此可初步判断,突变体M的抗性性状由 性基因控制。
(2)对WT和抗性突变体M的R基因进行测序分析,结果如图1。
图1
据图1可知,与WT中R基因序列相比,抗性突变体M的R基因发生了 缺失。该突变基因控制合成的蛋白质中,氨基酸 发生改变,导致该蛋白质空间结构改变,生理功能丧失。
(3)WT和突变体M均无A基因。科研人员将A基因导入WT中(A基因与R基因不在同一染色体上),筛选得到纯合植株N,表现为抗稻瘟病。
①将植株N与突变体M杂交,F1均表现为抗性,F1自交,若F2的表型及比例为 ,则支持“A基因抑制R基因的表达”的推测。
②利用现代生物技术可验证上述推测成立,下表为供选的材料、处理和预期结果。
水稻植株材料
a
WT
b
突变体M
c
植株N
对材料的处理
d
转入R基因
e
敲除R基因
f
转入A基因
g
敲除A基因
预期结果
h
R基因表达
i
R基因不表达
现有两个不同方案,方案一实验组为bfi,方案二实验组为cgh。请评价哪一方案更为合理,并阐述理由: 。
(4)研究表明,稻瘟病菌侵染WT过程中,正常R蛋白促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,导致植株感病。综合上述研究,完善稻瘟病菌侵染后,WT、突变体M或植株N中,细胞内发生的“免疫”反应过程图。请在三种植株中任选一种植株,从A蛋白、R基因和过氧化氢三个角度分析。
答案 (1)隐 (2)G/C碱基对 数目和排列顺序 (3)①抗病∶易感病=13∶3 ②方案二更合理;方案二中植株N具有正常R基因,敲除A基因后能检测R基因表达情况,可验证A基因是否抑制R基因表达;方案一中突变体M的R基因发生突变,无法表达正常R蛋白,不适合作为实验材料 (4)(三种植株中任选一种植株作答即可)WT植株:没有A基因→R基因正常表达R蛋白→促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,故过氧化氢不积累→植株表现为感病;突变体M:没有A基因→R基因碱基对缺失,R蛋白表达异常→无法促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,导致过氧化氢积累→植株表现为抗病;植株N:有A基因→A基因抑制R基因,R基因不能正常表达R蛋白→无法促进过氧化氢酶催化过氧化氢分解,导致过氧化氢积累→植株表现为抗病
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