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1、栏目索引 第第1919讲 生物变异在生产上的应用讲 生物变异在生产上的应用 栏目索引总纲目录 知识 生物变异在生产上的应用 知知 识识 梳梳 理理 栏目索引教材研读 知识 生物变异在生产上的应用知识 生物变异在生产上的应用 一、杂交育种一、杂交育种 教材研读 1.含义含义: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.原理原理: 基因重组 。 3.方法方法: 连续自交 、不断选种。 4.过程过程:三个基本环节,即杂交选择纯合化。 栏目索引教材研读 二、诱变育种二、诱变育种 1.含义含义:利用 物理、化学因素 诱导生物发生变异,并从变异后代中 选育新品种的过程。 2
2、.原理原理: 基因突变和染色体畸变 。 3.方法方法 辐射诱变 化学诱变 4.特点特点 , 提高 突变频率 能在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状 改良作物品质 增强抗逆性 栏目索引教材研读 三、单倍体育种三、单倍体育种 1.含义含义:利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的 可育纯合子 的育种方法。 2.原理原理: 染色体数目变异 。 3.特点特点 , 缩短育种年限 能排除显隐性干扰 提高效率 栏目索引教材研读 4.育种程序育种程序: 常规方法获得杂种F1 F1花药离体培养形成 愈伤组织 ,并诱导其分化成幼苗 用 秋水仙素 处理幼苗,获得可育的纯合植株 栏目索引教材研读 四、多倍体育种四
3、、多倍体育种 1.原理原理: 染色体数目变异 。 2.常用方法常用方法:用 秋水仙素 处理萌发的种子、幼苗。 3.作用机理作用机理:秋水仙素能抑制细胞分裂时 纺锤体 的形成,导致染色 体复制后 不能 分离,最终导致染色体数目加倍。 栏目索引教材研读 4.无籽西瓜的培育过程无籽西瓜的培育过程: 栏目索引教材研读 五、转基因技术五、转基因技术 1.含义含义: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.原理原理: 基因重组 。 栏目索引教材研读 3.过程过程:用人工方法将目的基因导入受体细胞 目的基因整合到受体细胞的染
4、色体上 目的基因在受体细胞内得以表达,并能 稳定遗传 栏目索引教材研读 4.应用应用 (1)作物育种:利用基因工程的方法,获得高产、稳产和具有优良品质的 农作物,培育出具有各种抗逆性的作物新品种,如抗虫棉等。 (2)药物研制:利用基因工程的方法,培育转基因生物,利用转基因生物生 产出各种高质量、低成本的药品,如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。 栏目索引教材研读 1.(2017浙江4月选考,7,2分)研究人员用X射线处理野生型青霉菌,选育 出了高产青霉菌新菌株。这种育种方法属于 ( C ) A.杂交育种 B.单倍体育种 C.诱变育种 D.多倍体育种 解析解析 经X射线照射处理(辐射诱变)从而选育出高
5、产青霉菌新菌株 的育种方式属于诱变育种,C正确。 栏目索引教材研读 2.用杂合子(DdEe)种子获得纯合子(ddee),最简捷的方法是 ( A ) A.种植F1筛选双隐性纯合子 B.种植秋水仙素处理纯合子 C.种植花药离体培养单倍体幼苗秋水仙素处理纯合子 D.种植秋水仙素处理花药离体培养纯合子 解析解析 杂合子(DdEe)种子中含有d、e基因,自交后代一旦出现隐性 性状便能稳定遗传,此方法最简捷。 栏目索引教材研读 3.如图为水稻的几种不同育种方法示意图,下列叙述正确的是 ( ) 栏目索引教材研读 A.通过A、D过程培育新品种的方法叫杂交育种,其特点是把不同亲本 的优良性状集中在一起,其原理是
6、基因重组 B.B过程常用的方法是花药离体培养,不能体现植物细胞的全能性 C.C、F过程可用秋水仙素进行处理,原理是秋水仙素可抑制着丝粒分 裂,使细胞内染色体数目加倍 D.E过程能打破物种的界限,需要的酶是限制酶、DNA聚合酶 答案答案 A 栏目索引教材研读 解析解析 F过程可用秋水仙素处理,使染色体数目加倍,其原理是秋水 仙素可抑制纺锤体的形成;培育新品种的E过程属于基因工程育种,需要 的酶是限制酶和DNA连接酶。 栏目索引教材研读 4.下列关于育种的叙述中,正确的是 ( A ) A.马和驴杂交的后代骡子是不育的二倍体,而雄蜂是可育的单倍体 B.单倍体育种常用一定浓度的秋水仙素处理单倍体的种子
7、 C.二倍体植物的花药离体培养能得到叶片和果实较小的单倍体植物 D.三倍体西瓜不结籽的性状可以遗传,它不是一个新物种,但八倍体小 黑麦是用基因工程技术创造的新物种 栏目索引教材研读 解析解析 马和驴杂交产生的骡子细胞中没有同源染色体,无法产生配 子,是不育的二倍体,蜜蜂中的雄蜂是由蜂王的卵细胞直接发育而来的, 雄蜂是可育的单倍体,A正确;单倍体育种中,秋水仙素处理的是单倍体 幼苗,B错误;二倍体植物的花药离体培养得到的单倍体高度不育,没有 果实和种子,C错误;三倍体西瓜减数分裂过程中,联会紊乱不能产生正 常配子,因此三倍体不是一个新物种,八倍体小黑麦是多倍体育种的结 果,D错误。 栏目索引教材
8、研读 5.研究人员培育出了体细胞中含有两个外源抗虫基因(T)的某转基因雌 雄异株植物。这两个基因在染色体上的整合位点如图1所示(p、q表示 一对同源染色体)。已知体细胞中含有两个抗虫基因的植株表现为强 抗虫,含有一个抗虫基因的植株表现为弱抗虫,没有抗虫基因的植株不 抗虫,且1/2的弱抗虫幼苗和3/4的不抗虫幼苗会死亡。请回答下列问题: 栏目索引教材研读 (1)若该转基因植物雌株的一个原始生殖细胞在减数分裂过程中,染色 体p的一条染色单体上含有基因T的片段与染色体q上的相应同源区域 发生交叉互换,则此过程发生的时期是 ,由此产生的雌配 栏目索引教材研读 子的基因组成是 (不含T基因用T0表示,含
9、有1个T基因用T1 表示,以此类推)。如果让该转基因植物雌株与 杂交,子代出现的表现型为 ,则可以证明在雌配子形成过 程中未发生上述情况的交叉互换。 (2)已知该植物红花对白花为显性(相关基因用R、r表示)。若培育的该 转基因植物中,有一雄株体细胞中相关基因与染色体的位置如图2所示, 且该植株能进行正常的减数分裂。请问: 栏目索引教材研读 由一棵普通植株得到该变异植株,涉及的变异类型有 和 。 取该变异植株的花粉进行离体培养,得到的成熟红花植株中,强抗虫 个体所占的比例为 。 答案 答案 (1)四分体时期 T0或T1或T2 非转基因普通雄性植株 全为弱 抗虫 (2)基因重组 染色体结构变异 2
10、/3 栏目索引教材研读 解析解析 (1)根据减数分裂的过程分析,同源染色体交叉互换发生在减数 第一次分裂的四分体时期;由于染色体p的一条染色单体上含有基因T 的片段与染色体q上的相应同源区域发生交叉互换,则形成的配子可能 含有0、1或2个T基因,因此产生的雌配子的基因组成为T0或T1或T2;如果 在雌配子形成过程中未发生上述情况的交叉互换,则让该转基因植物雌 株与非转基因普通雄性植株杂交,子代全部表现为弱抗虫。(2)据图 分析,图2中插入了两个T基因,属于基因重组;q染色体一部分片段移接 至含R的染色体上,属于染色体结构的变异。取该变异植株的花粉进 栏目索引教材研读 行离体培养,得到的成熟红花
11、植株中,RTT RT=1 1,由于RT有一半会 死亡,因此强抗虫个体所占的比例为2/3。 栏目索引考点突破 杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种和基因工程育种的比较杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种和基因工程育种的比较 考点突破 名称原理方法优点缺点应用适用范围 杂交 育种 基因重组培育纯合子品种:杂交自 交筛选出符合要求的表 现型个体,自交到不发生性 状分离为止(纯合化) 使分散在同 一物种不同个 体中的多个优 良性状集中于 同一个体上,即 “集优” 操作简便 育种时间长 局限于同一 种或亲缘关系 较近的物种 用纯种高秆抗病小 麦与矮秆不抗病小 麦培育矮秆抗病小 麦 有性生殖
12、的动植物 培育杂种优势品种:一般是 选取具相对性状的纯合双 亲杂交 年年制种杂交玉米的培育 栏目索引考点突破 诱变 育种 基因突变 和染色体 畸变 物理方法:用紫外线、X 射线或射线、微重力、激 光等处理,再筛选 化学方法:用亚硝酸、秋 水仙素、硫酸二乙酯处理, 再选择 提高突变频率, 加快育种进程, 大幅度改良某 些性状 有利变异少,需 大量处理实验 材料(有很大盲 目性) 高产青霉菌,“太辐 一号”小麦品种和 高产雄性家蚕的培 育 几乎所 有生物 单倍 体 育种 染色体 畸变 用常规方法获得杂种F1, 先进行花药离体培养,培育 出单倍体植株;将单倍体 幼苗经一定浓度的秋水仙 素处理获得纯合
13、植株;从 中选择优良植株 明显缩短育种 年限,子代均为 纯合子,加速育 种进程 技术复杂且需 与杂交育种配 合 用纯种高秆抗病小 麦与矮秆不抗病小 麦快速培育矮秆抗 病小麦 有性生殖 的植物 栏目索引考点突破 多倍体 育种 染色体 畸变 用一定浓度的秋水仙素 处理萌发的种子或幼苗 操作简单,能较 快获得所需品 种 所获品种发育 延迟,结实率低, 一般只适用于 植物 三倍体无籽西 瓜、八倍体小 黑麦的培育 植物 基因工 程育种 基因重组获得目的基因形成重 组DNA分子将重组 DNA分子导入受体细胞 筛选含有目的基因的 受体细胞目的基因的 表达 目的性强,育种 周期短;克服了 远缘杂交不亲 和的障
14、碍 技术复杂,安全 性问题多 转基因抗虫棉 等的培育 微生物、植 物、动物 栏目索引考点突破 知能拓展知能拓展 (1)在诱变育种时,生物性状的改变可能是基因突变的结果, 也可能是染色体结构改变的结果。 (2)在运用杂交育种方法时,要注意选择最佳的杂交组合,尽量提高目的 性状个体出现的概率。 栏目索引考点突破 不同需求育种方式的选择与分析不同需求育种方式的选择与分析 1.育种实验设计思路育种实验设计思路 明确育种目标和要求确定育种材料选择育种方法设计具体的育 种程序。 栏目索引考点突破 2.五种育种程序归纳五种育种程序归纳 栏目索引考点突破 3.比较杂交育种、单倍体育体和多倍体育种比较杂交育种、
15、单倍体育体和多倍体育种 (1)利用杂交育种培育宽叶抗病植株 栏目索引考点突破 (2)利用单倍体育种培育宽叶抗病植株 栏目索引考点突破 (3)利用多倍体育种培育无籽西瓜 栏目索引考点突破 育种方法杂交育种单倍体育种多倍体育种 原理基因重组染色体畸变染色体畸变 目的将优良性状集中到同一 个个体 将优良性状集中到 同一个个体 获得具有优良性状 的多倍体 获得年限当年可获得杂合子良种, 多年才能获得能推广的 纯合子良种 第二年第一年 名师点拨名师点拨 杂交育种、单倍体育种、多倍体育种的辨析 栏目索引考点突破 4.依据不同需求依据不同需求,选择适宜的育种方法选择适宜的育种方法 育种目标育种方案 集中双亲
16、优良性状杂交育种(耗时较长,但简便易行) 对原品系实施“定向”改造基因工程及细胞工程(植物体细胞杂交) 让原品系产生新性状(无中生有)诱变育种(可提高突变频率,期望获得理想 性状) 对原品种性状进行“增大”或“加强”多倍体育种 保持原品种的“优良”特性,且快速繁殖 植物组织培养、动物体细胞克隆(或胚胎 移植) 栏目索引考点突破 名师点拨名师点拨 根据育种目的选择育种方式 (1)若要培育隐性性状个体,可用自交或杂交方法,只要出现该性状即可。 (2)有些植物如小麦、水稻等,杂交实验较难操作,其最简便的方法是自交 。 (3)若要快速获得纯种,可用单倍体育种方法。 (4)若要提高营养物质含量,可用多倍
17、体育种方法。 (5)若要培育原来没有的性状,可用诱变育种。 (6)若培育的植物为营养繁殖,如土豆、地瓜等,则只要出现所需性状即 可,不需要培育出纯种。 栏目索引考点突破 典例典例1 喷瓜的叶色受等位基因B、b控制;喷瓜的性别受aD、a+、ad三个 基因控制,其显隐性关系是:aDa+ad(前者对后者完全显性)。aD是决定 雄性的基因。a+是决定雌雄同株的基因,ad是决定雌性的基因。叶色和 性别独立遗传。现有一株叶色浅绿的两性植株为亲本自交获得F1,F1出 现了叶色深绿雌性植株和叶色黄化苗(幼苗期死亡),F1成熟植株自交获 得F2。请回答下列问题: (1)控制叶色遗传的基因B、b之间的显隐性关系属
18、于 显性。 仅考虑性别,雄性植株的基因型是 。 栏目索引考点突破 (2)亲本的基因型是 ,F1成熟植株中表现型有 种,F2成熟 植株中叶色浅绿的雌性植株比例为 。 (3)雌性植株与两性植株杂交,必须套袋的是 植株,杂交实验操 作中 (填“需要”或“不需要”)去雄。 解题关键解题关键 (1)雌株是adad,两性植株是a+a+和a+ad,雄株基因型不能是 aDaD。 (2)题干指明F1成熟植株自交,因此只能选择F1中两性植株。 栏目索引考点突破 解析 解析 (1)控制叶色遗传的基因B和b属于不完全显性,因为BB、Bb、bb 表现型分别为深绿色、浅绿色、黄色。雄株基因型有aDa+和aDad。(2)亲
19、 本基因型为Bba+ad,F1成熟植株中,叶色有深绿和浅绿两种,性别有雌雄同 株和雌性两种,共4种表现型。F1成熟植株中两性植株有1/9BBa+a+、2/9 BBa+ad、2/9Bba+a+、4/9Bba+ad,自交产生叶色浅绿雌株占1/18,又由于后 代死去3/18,最终比例为1/15。(3)雌株必须套袋,防止其他花粉干扰,雌 株无雄蕊,不需要去雄。 答案答案 (1)不完全 aDa+或aDad (2)Bba+ad 4 1/15 (3)雌性 不需要 栏目索引考点突破 1-1 野生的森林草莓是二倍体(2n=14),野生的东方草莓是四倍体(4n=2 8),人工培育的“章姬”草莓是八倍体。研究人员将
20、一个抗除草剂基因 (Bar)转入晚熟森林草莓的一条染色体上,培育出一批转基因抗除草剂 草莓。请回答: (1)利用野生草莓培育“章姬”的过程运用了 育种技术,依据的 原理是 。 (2)若抗除草剂基因(Bar)序列已知,可用 方法合成目的基因。将 目的基因导入离体细胞后,先脱分化形成 ,再用适当配比的 栏目索引考点突破 诱导之,直至再生出新植株。 (3)选用上述抗除草剂晚熟森林草莓与不抗除草剂早熟森林草莓杂交得 到F1,F1中选取一株进行自交得到F2,F2的结果如下表: 表现型抗除草剂早熟 抗除草剂晚熟不抗除草剂早熟不抗除草剂晚熟 个体数110383612 栏目索引考点突破 抗除草剂基因与早熟基因
21、的根本区别是: 。 分析表中数据,可知F2的抗除草剂晚熟草莓中纯合子所占的比例为 。 用F1为亲本,通过单倍体育种可以较快选育出抗除草剂早熟森林草莓 纯合子,请用遗传图解表示选育过程,并作简要说明(B+表示有Bar基因,B -表示没有Bar基因,早熟和晚熟基因用D、d表示)。 栏目索引考点突破 答案 答案 (1)多倍体 染色体畸变 (2)化学 愈伤组织 营养物质和植 物生长调节剂(或细胞分裂素和生长素) (3)碱基(或脱氧核苷酸)序列 的差异 1/3 遗传图解如下: 栏目索引考点突破 解析 解析 (1)利用野生草莓培育“章姬”的过程实现了染色体加倍,运用 了多倍体育种技术,依据的原理是染色体畸
22、变中的染色体数目变异。 (2)基因工程中,若目的基因序列已知,可用化学方法合成目的基因。将 目的基因导入离体细胞后,利用植物组织培养技术,先脱分化形成愈伤 组织,再用适当配比的营养物质和植物生长调节剂(或细胞分裂素和生 长素)诱导之,直至再生出新植株。(3)不同基因间的本质区别是基因 中碱基(或脱氧核苷酸)序列的差异;由结果可知,F2中抗除草剂早熟 抗除草剂晚熟 不抗除草剂早熟 不抗除草剂晚熟=9 3 3 1,符合 栏目索引考点突破 基因自由组合定律,F2中抗除草剂晚熟个体中纯合子 杂合子=1 2; 单倍体育种可以较快选育出抗除草剂早熟森林草莓纯合子,F1细胞中两 对基因间遵循基因自由组合定律
23、,遗传图解见答案。 栏目索引考点突破 1-2 普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种,控制 这两对性状的基因位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法 进行了如下三组实验: 栏目索引考点突破 请分析回答下列问题: (1)A组由F1获得F2的方法是 ,F2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的 占 。 (2)、三类矮秆抗病植株中,最可能产生不育配子的是 类。 (3)A、B、C三组方法中,最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是 组,原因是 。 (4)通过矮秆抗病获得矮秆抗病小麦新品种的方法是 。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占 。 栏目索引考点突破 解析解析 (1)杂交育种是让具有两
24、对相对性状的纯合子杂交得F1,F1再自交得F2, 在F2中出现所需的类型,若需要的是显性性状的个体还需连续自交直至不发 生性状分离。F2中矮秆抗病有1/3ttRR、2/3ttRr,其中不能稳定遗传的(ttRr)占 2/3。(2)花药离体培养得到的是单倍体植株,单倍体不能进行正常的减数分 裂,所以不能产生正常的配子。(3)基因突变的频率较低,而且是不定向的。 (4)单倍体育种是先通过花药离体培养获得单倍体,再用秋水仙素(或低温)处 理单倍体幼苗,诱导染色体数目加倍,得到的个体一定是纯合子。 答案答案 (1)自交 2/3 (2) (3)C 基因突变的频率极低且不定向 (4)用秋水仙素(或低温)诱导染色体数目加倍 100%