[高中生物一轮复习教学讲义 必修2]

第18讲  生物的变异、育种

考点一  基因突变与基因重组

1．基因突变：由于DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失而引起的基因结构的改变。

(1)时间：主要发生在有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期。

(2)基因突变的原因

①物理因素：紫外线、X射线、γ射线等具有放射性的光线。

②化学因素：亚硝酸、碱基类似物等能改变核酸的碱基。

③生物因素：某些病毒、细菌的遗传物质能影响宿主细胞的DNA等。

(3)突变特点

①普遍性：一切生物都可以发生。

②随机性：生物个体发育的任何时期和部位。

③低频性：自然状态下，突变频率很低。

④不定向性：一个基因可以向不同方向发生突变，产生一个以上的等位基因。

⑤多害少利性：可能破坏生物体与现有环境的协调关系。

(4)意义

①新基因产生的途径。

②生物变异的根本来源。

③生物进化的原始材料。

(5)实例：镰刀型细胞贫血症

①症状：红细胞呈镰刀状，运输氧气的能力降低，易破裂造成溶血性贫血，严重时会导致死亡。

②直接原因：红细胞的血红蛋白分子上一个氨基酸发生改变，由正常的谷氨酸变成了缬氨酸。

③根本原因：基因突变，即基因中的一个碱基对发生改变。

2．基因重组的概念：在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。

(1)在理解基因重组时注意以下几点：

①发生生物：进行有性生殖的真核生物

②条件：基因重组发生在控制不同性状的基因即两对或两对以上的基因之间。因为一对相对性状的遗传，后代出现的新类型可能来源于性状分离或基因突变，而不会是基因重组。

③发生时期：基因重组发生在有性生殖(减数分裂产生配子)的过程中，有丝分裂过程不发生基因重组。因此，自然条件下，不进行有性生殖的生物，如细菌等，不会发生基因重组。但在人工条件下可通过转基因技术实现基因重组。

④基因重组的实质是控制不同性状的基因重新组合。原有基因的重新组合，只产生新的基因型，不产生新的基因，所以不会产生新的性状。

(2)基因重组的类型解读

(3)基因重组的意义：基因重组是产生生物多样性的原因之一；是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要的意义

知识拓展

(1)基因突变与基因重组的比较

(2)“三看法”判断基因突变与基因重组

一看亲子代基因型

①如果亲代基因型为BB或bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变。

②如果亲代基因型为Bb，则引起姐妹染色单体B与b不同的原因是基因突变或交叉互换。

二看细胞分裂方式

①如果是有丝分裂中染色单体上基因不同，则为基因突变的结果。

②如果是减数分裂过程中染色单体上基因不同，可能发生了基因突变或交叉互换。

三看细胞分裂图

①如果是有丝分裂后期图像，两条子染色体上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图甲。

②如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(同白或同黑)上的两基因不同，则为基因突变的结果，如图乙。

③如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同，则为交叉互换(基因重组)的结果，如图丙。

(3)混淆基因重组与基因突变的意义“说词”

关注基因突变和基因重组的常考“说词”

考点二  染色体变异

1．染色体变异的概念：在自然条件或人为因素的影响下，染色体结构或染色体数目的改变都会导致生物性状发生变异，这种变异叫作染色体变异。染色体变异包括染色体结构的变异和染色体数目的变异。染色体变异是可以用显微镜直接观察到的。

(1)染色体结构变异的概念：在自然条件或人为因素的影响下，染色体发生断裂后，在断裂处发生了错误连接而导致染色体结构异常，引起排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，而导致生物性状的变异。

(2)染色体结构变异的类型

(3)染色体结构变异的结果：染色体结构变异会使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致生物性状的变异大多数染色体结构变异对生物休不利，有的甚至会导致生物死亡。

2．染色体数目变异的类型和染色体组

(1)细胞内个别染色体的增加或减少。例如，先天性愚型是属于21号染色体有3条导致的；女性由于缺少1条X染色体，导致性腺发育不良。

(2)细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍地增加或减少。根据体细胞内染色体组数目的不同，可将生物分为单倍体、二倍体、多倍体。

3．染色体结构变异、基因突变的判断

(1)变异结果

(2)变异实质

(3)变异水平

4．染色体数目非整倍性变异原因的分析方法

假设某生物体细胞中含有2n条染色体，减数分裂时，某对同源染色体没有分开或者姐妹染色单体没有分开，导致产生含有(n＋1)、(n－1)条染色体的配子，如下图所示：

性染色体数目的增加或减少与精子、卵细胞形成过程中的染色体分配的异常有关。减数第一次分裂和减数第二次分裂染色体分配异常，产生的结果不同，现总结如下：

考点三  实验：低温诱导植物染色体数目的变化

1．实验原理

用低温处理植物分生组织细胞，如根尖分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，使植物细胞染色体数目加倍。

2．实验过程

3．实验结论：用适当的低温处理植物分生组织，能使细胞中染色体数目加倍。

4．实验中的试剂及其作用

考点四  生物变异在育种上的应用

1．常见生物育种方法的一般步骤

(1)杂交育种

①培育显性纯合子品种

选取双亲P杂交(♀×)→F1F2→选出表现型符合要求的个体F3……选出稳定遗传的个体推广种植。

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。

②培育隐性纯合子品种

选取双亲P杂交(♀×)→F1F2→选出表现型符合要求的个体种植推广。

③培育杂合子品种

在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。其特点是利用杂种优势，品种高产、抗性强，但种子只能种一年。培育基本步骤如下：

选取符合要求的纯种双亲P杂交(♀×)→F1(即为所需品种)。

(2)单倍体育种的基本步骤

实例：用高秆抗病(DDTT)和矮秆不抗病(ddtt)小麦品种，培育矮秆抗病小麦的过程，见图：

(3)多倍体育种

正在萌发的种子或幼苗抑制纺锤体形成着丝点分裂后的子染色体不分离细胞中染色体数目加倍多倍体植物。

实例：无子西瓜的培育。

2．育种的类型、原理及优缺点比较

3．育种方式的选择

(1)根据育种目的和提供的材料选择合适的育种方法

①集中不同亲本的优良性状：a.一般情况下，选择杂交育种，这也是最简捷的方法；b.需要缩短育种年限(快速育种)时，选择单倍体育种。

②培育果实较大或植株较大或营养物质含量较高的新物种——多倍体育种。

③提高变异频率，“改良”“改造”或“直接改变”现有性状，获得当前不存在的基因或性状——诱变育种。

④若要培育隐性性状个体，可选择自交或杂交育种，只要出现该性状即可。

(2)根据育种流程图来辨别育种方式

①杂交育种：涉及亲本的杂交和子代的自交。

②诱变育种：涉及诱变因子，产生的子代中会出现新的基因，但基因的总数不变。

③单倍体育种：常用方法为花药离体培养，然后人工诱导染色体加倍，形成纯合子。

④多倍体育种：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

⑤基因工程育种：与原有生物相比，出现了新的基因。

1．如图为某哺乳动物某个DNA分子中控制毛色的a、b、c三个基因的分布状况，其中Ⅰ、Ⅱ为没有遗传效应的DNA片段，下列叙述正确的是(　　)

A．该DNA分子上基因b的缺失属于基因突变

B．Ⅰ、Ⅱ也可能发生碱基对的增添、缺失和替换，但不属于基因突变

C．基因突变主要发生在分裂间期，分裂期不能发生基因突变

D．c中发生碱基对的改变，会影响该生物的性状

[答案]B．[解析]DNA分子上某基因的缺失，不是基因内部碱基对的变化，而是基因数目的减少，属于染色体结构变异，A错误；由题意可知，Ⅰ、Ⅱ是DNA分子中没有遗传效应的DNA片段，它们的结构中发生碱基对的增添、缺失和替换都不属于基因突变，B正确；基因突变主要发生在DNA分子复制时期，极少数情况下分裂期也可发生突变，C错误；由于密码子的简并性，c中发生碱基对的改变，可能不会影响该生物的性状，D错误。

2．下列有关生物变异的叙述，错误的是(　　)

A．格里菲思肺炎双球菌转化实验中R型菌转化为S型菌属于基因重组

B．性染色体组成为XXY个体的产生可能与其父本减数第二次分裂异常有关

C．基因中的个别碱基对的替换可能不影响其表达蛋白质的结构和功能

D．六倍体植株与二倍体植株杂交产生四倍体植株属于染色体数目变异

[答案]B．[解析]本题考查生物变异的相关知识，意在考查考生的理解能力和识记能力。格里菲思肺炎双球菌转化实验中R型菌转化为S型菌，属于基因重组，A正确；性染色体组成为XXY个体的产生与其父本减数第一次分裂异常或母本减数第一次分裂异常或母本减数第二次分裂异常有关，B错误；密码子具有简并性，因此基因中个别碱基对的替换可能不影响其表达蛋白质的结构和功能，C正确；六倍体植株与二倍体植株杂交产生四倍体植株属于染色体数目变异，D正确。

3．在某基因型为aa的二倍体水稻根尖中，发现一个如图所示的细胞(图中Ⅰ、Ⅱ表示该细胞中部分染色体，其他染色体均正常)，以下分析合理的是(　　)

[答案]B．[解析]本题考查基因突变等知识，意在考查考生运用所学知识与观点，

通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理，并作出合理的判断或得出正确的结论的能力。水稻根尖细胞只进行有丝分裂，所以A基因产生的原因应是有丝分裂过程中发生了基因突变，A项错误；细胞中Ⅱ号染色体有3条，说明该细胞一定发生了染色体变异，而基因的自由组合发生在减数分裂过程中，根尖细胞只进行有丝分裂，B项正确；基因突变一般不能在光学显微镜下直接观察到，C项错误；该细胞的Ⅱ染色体有3条，但该细胞中仍含有2个染色体组，D项错误。

4．日前，我国科学家发现了一种新的单基因遗传病——卵子死亡，表现为某些患者的卵子取出体外放置一段时间或受精后一段时间，出现退化凋亡的现象。研究发现人体中只要单个PANX1基因发生突变，就可引起PANX1蛋白结构与功能的改变，从而导致该病的发生。下列有关说法错误的是(　　)

A．该病发病过程中基因对性状的控制方式与囊性纤维病类似

B．推测PANX1基因发生显性突变可能是该病发生的根本原因

C．科学家研究发现该病患者家系中，PANX1基因存在不同的突变，这体现了基因突变的随机性

D．该病致病基因的发现，为女性不孕及做试管婴儿反复失败提供了新的诊断和治疗思路

[答案]C．[解析]该病发病过程中基因对性状的控制方式与囊性纤维病类似，都是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，A正确；人体中只要单个PANX1基因发生突变就会导致该病的发生，可以推测该病发生的根本原因可能是PANX1基因发生显性突变，B正确；PANX1基因存在不同的突变，体现了基因突变的不定向性，C错误；该病致病基因的发现，为女性不孕及做试管婴儿反复失败提供了新的诊断和治疗思路，D正确。

5．已知某一对同源染色体多1条的三体植物在减数第一次分裂过程中，3条同源染色体随机移向细胞两极，最终可形成含1条或2条该染色体的配子(只含发生了缺失的染色体的花粉不能参与受精作用)。现有一个一条染色体发生了缺失的三体植株，其细胞中相应染色体及基因型如图所示。若该三

[答案]A．[解析]由于“只含发生了缺失的染色体的花粉不能参与受精作用”，因此该三体植株产生的可育雌配子的种类和比例为A：aa：Aa：a=1：1：2：2，而可育雄配子的种类和比例为aa：Aa：a=1：2：2，若该三体植株自交，子代染色体结构和数目均正常的个体(aa)所占比例为(1/3)×(2/5)=2/15。

6．下列是对a~h所示的生物体细胞图中各含有几个染色体组的叙述，正确的是(　　)

[答案]C．[解析]本题考查单倍体、多倍体、染色体组等知识，意在考查考生的理解能力。细胞中含有一个染色体组的是图d、g， A错误。细胞中含有两个染色体组的是图c、h，该个体可能是二倍体，B错误。细胞中含有三个染色体组的是图a、b，该个体如果是由受精卵发育形成的，则为三倍体；如果是由配子直接发育形成的，则为单倍体，C正确。细胞中含有四个染色体组的是图e、f，该个体不一定是四倍体，D错误。

7．下列关于低温诱导染色体数目加倍实验的叙述，正确的是(　　)

A．原理：低温和秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理相同，都是抑制染色体着丝点分裂

B．解离：盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离

C．染色：碱性染料改良苯酚品红染液和醋酸洋红液都可以使染色体着色

D．观察：显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变，少数细胞染色体数目不变

[答案]C．[解析]低温和秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理相同，都是抑制纺锤体的形成，A错误；盐酸酒精混合液可以使洋葱根尖解离，卡诺氏液用于固定细胞的形态，B错误；碱性染料，如改良苯酚品红染液和醋酸洋红液都可以使染色体着色，C正确；显微镜下可以看到少数细胞的染色体数目发生改变，大多数细胞染色体数目不变，D错误。

8．已知甘蓝型油菜是由白菜(2n=20，AA)与甘蓝(2n=18，CC)通过自然种间杂交后双二倍化进化而来的一种复合种，其中A、C代表不同的染色体组。如图所示为培育自交不亲和油菜的过程，下列叙述错误的是(　　)

A．自交不亲和现象有利于防止自交退化，保持油菜的遗传多样性

B．甘蓝型油菜的出现是染色体变异的结果，该变异属于可遗传变异

C．落在甘蓝型油菜雌蕊柱头上的白菜花粉不会萌发出花粉管

D．选育出的自交不亲和油菜的基因组中应有来自白菜的自交不亲和基因

[答案]C．[解析]自交不亲和现象，也就是自交不能产生后代，这样有利于防止自交退化，保持油菜的遗传多样性，A项正确；由题干信息可知，甘蓝型油菜有白菜和甘蓝的全部染色体，

因此甘蓝型油菜的出现是染色体变异的结果，该种变异是可遗传变异，B项正确；从图示信息可知，甘蓝型油菜与白菜进行杂交能产生后代，因此，落在甘蓝型油菜雌蕊柱头上的白菜花粉能萌发出花粉管，C项错误；题图中白菜自交不亲和，而甘蓝型油菜自交亲和，说明自交不亲和油菜的自交不亲和基因应该来自白菜，D项正确。

9．某二倍体植物宽叶(M)对窄叶(m)为显性，红花(R)对白花(r)为显性。基因m、r的位置如图所示。一批纯合窄叶白花植株经诱导产生突变，培育出甲、乙、丙植株，基因型分别如图甲、乙、丙所示。现有一株由纯合宽叶红花植株诱导得到的突变体，推测其变异与基因M无关，且为图甲、乙、丙所示变异类型中的一种，其他同源染色体数目及结构正常。现只有甲、乙、丙植株可供选择，请设计一代杂交实验确定该宽叶红花植株诱导得到的突变体的变异类型是图甲、乙、丙所示类型中的哪一种(注：各种基因型的配子活力相同，控制某一性状的基因都缺失时，幼胚死亡)。

(1)图甲、乙、丙所示的变异类型依次是　　　　、　　　　、　　　　(请具体表述)。

(2)实验步骤：

①　                                                                         。

②观察、统计后代表现型及比例。

(3)结果预测：

①若　　　　　　　                      　　　　　，则该突变体为图甲所示变异类型；

②若　　　　　                                  　　，则该突变体为图乙所示变异类型；

③若　　                             　　　　　　　　，则该突变体为图丙所示变异类型。

[答案](1)基因突变　(染色体结构变异中的)缺失　染色体数目个别减少　(2)①用该突变体与乙植株杂交　(3)①后代的宽叶红花与宽叶白花植株之比为1：1　②后代的宽叶红花与宽叶白花植株之比为2：1　③后代全为宽叶红花植株

[解析](1)据图分析，纯合窄叶白花植株的基因型为mmrr，且两对基因位于一对同源染色体上。图甲中一条染色体上的r变成了R，发生了基因突变，属于显性突变；图乙中一条染色体上r所在的片段缺失，属于染色体结构变异中的缺失；图丙中一条染色体缺失，属于染色体数目变异的个别染色体数目减少。(2)要通过一代杂交实验确定该宽叶红花植株诱导得到的突变体的变异类型是图甲、乙、丙所示类型中的哪一种，可以让该突变体与乙植株杂交，然后通过观察、统计后代表现型及比例进行判断。(3)①若后代的宽叶红花植株与宽叶白花植株之比为1：1，说明该突变体为图甲所示变异类型；②若后代的宽叶红花植株与宽叶白花植株之比为2：1(控制某一性状的基因都缺失时，幼胚死亡)，说明该突变体为图乙所示变异类型；

③若后代全为宽叶红花植株，则该突变体为图丙所示变异类型。

10．研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株，决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。 请回答下列问题：

(1)要判断该变异株的育种价值，首先要确定它的　　　　　物质是否发生了变化。

(2)在选择育种方法时，需要判断该变异株的变异类型。如果变异株是个别基因的突变体，则可采用育种方法①，使早熟基因逐渐　　　　　　，培育成新品种1。 为了加快这一进程，还可以采集变异株的　　　　进行处理，获得高度纯合的后代，选育成新品种2，这种方法称为　　　育种。

(3)如果该早熟植株属于染色体组变异株，可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式，由此造成不规则的　　　　　，产生染色体数目不等、生活力很低的　　　　　，因而得不到足量的种子。 即使得到少量后代，早熟性状也很难稳定遗传。 这种情况下，可考虑选择育种方法③，其不足之处是需要不断制备　　　　　，成本较高。

(4)新品种1与新品种3均具有早熟性状，但其他性状有差异，这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次　　　　，产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。

[答案](1)遗传　(2)纯合　花药　单倍体　(3)染色体分离　配子　组培苗　(4)重组

[解析]本题主要考查基因重组、基因突变和染色体变异等生物变异类型在育种中的应用，要求考生能运用所学知识分析生产实际中的具体问题。(1)生物的可遗传性状是由基因控制的，培育得到的新品种，与原种控制相关性状的遗传物质(基因)可能有所差异，因而可根据变异株中的遗传物质是否发生变化来判断变异株是否具有育种价值。(2)连续自交过程中早熟基因逐渐纯合，培育成新品种1。可先通过花药离体培养，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得高度纯合的后代，这种方法属于单倍体育种。(3)若是染色体组数目改变引起的变异，则在减数分裂过程中同源染色体配对会发生紊乱，不规则的染色体分离导致产生染色体数目不等、生活力低的异常配子，只有极少数配子正常，故只得到极少量的种子。育种方法③需首先经植物组织培养获得柑橘苗，而植物组织培养技术操作复杂，成本较高。(4)育种方法①需连续自交，每次减数分裂时与早熟性状相关的基因和其他性状相关的基因都会发生基因重组，产生多种基因型，经选育只有一部分基因型保留下来。植物组织培养过程中不进行减数分裂，无基因重组发生。