2018-2019年高中生物 第四章 生物的變異 小專題 大智慧 生物育種方法的比較和選擇教學(xué)案 浙科版必修2.doc

生物育種方法的比較和選擇一、各種育種方法的比較項目原理方法實質(zhì)優(yōu)點缺點應(yīng)用雜交育種基因重組選育純種：雜交選優(yōu)自交(連續(xù))選種選育雜種：雜交雜交種產(chǎn)生新的基因組合，產(chǎn)生新的基因型使位于不同個體上的多個優(yōu)良性狀集中于一個個體上，即“集優(yōu)”育種所需時間較長局限于同一種或親緣關(guān)系較近的個體培育矮稈抗病小麥誘變育種基因突變?nèi)旧w畸變物理方法或化學(xué)方法處理植株，再選擇符合要求的變異類型獲得新基因能提高突變頻率，能較短時間內(nèi)有效地改良生物品種的某些性狀，改良作物品性有利個體不多，需大量處理供試材料，工作量大太空辣椒的培育單倍體育種染色體畸變先將花藥離體培養(yǎng)，培養(yǎng)出單倍體植株；將單倍體幼苗經(jīng)一定濃度的秋水仙素(或低溫)處理獲得純合子一般得到的全為純合子，自交后代不發(fā)生性狀分離縮短育種年限(一般為兩年)，能排除顯隱性干擾，提高效率技術(shù)復(fù)雜，成活率低，需要與雜交育種配合用單倍體培育純種矮稈抗病小麥多倍體育種染色體畸變用一定濃度的秋水仙素(或低溫)處理萌發(fā)的種子或幼苗染色體數(shù)目加倍育種周期短，能改良原有性狀，提高產(chǎn)量(莖稈粗壯，葉片、果實和種子較大，營養(yǎng)物質(zhì)含量較多)一般只適合于植物，發(fā)育延遲，結(jié)實率低三倍體無籽西瓜的培育轉(zhuǎn)基因技術(shù)基因重組將一種生物特定的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物細(xì)胞中使“外源基因”得以表達(dá)，產(chǎn)生新的基因型定向改造生物，針對性強(qiáng)技術(shù)復(fù)雜，操作要求精細(xì)，難度大轉(zhuǎn)基因抗蟲棉二、育種圖解的識別下列圖解中集中了多種育種方式，如何識別呢？ (1)首先要識別圖解中字母表示的各種處理方法：A雜交，D自交，B花藥離體培養(yǎng)，C秋水仙素處理，E誘變處理，F(xiàn)秋水仙素處理，這是識別各種育種方式的主要依據(jù)。(2)根據(jù)以上分析，可以判斷“親本AD新品種”為雜交育種，“親本BC新品種”為單倍體育種，“種子或幼苗E新品種”為誘變育種，“種子或幼苗F新品種”為多倍體育種。(3)以上分析主要根據(jù)圖解中各種處理方法識別育種方式，有的圖解還可以根據(jù)個體的基因型變化進(jìn)行分析。如下圖：根據(jù)基因型的變化可以判斷：“甲乙AaBbAAbb”為雜交育種；“甲乙AaBbAbAAbb”為單倍體育種；“甲乙AaBbAaBBaaBb”為誘變育種；“甲乙AaBbAAaaBBbb”為多倍體育種。 三、關(guān)于育種方案的“選取”(1)單一性狀類型：生物的優(yōu)良性狀是由某對基因控制的單一性狀，其呈現(xiàn)方式、育種方式、原理及舉例列表如下：項目方式育種方法原理舉例單一性狀無有基因工程基因重組能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌加熱殺死的S型肺炎雙球菌對R型的轉(zhuǎn)化無有誘變育種基因突變太空椒等太空植物高產(chǎn)青霉素菌株少多多倍體育種染色體畸變?nèi)扼w無籽西瓜(2)兩個或多個性狀類型：兩個或多個性狀分散在不同的品種中，首先要實現(xiàn)控制不同性狀基因的重組，再選育出人們所需要的品種，這可以從不同的水平上加以分析：個體水平上：運(yùn)用雜交育種方法實現(xiàn)控制不同優(yōu)良性狀基因的重組。為了縮短育種年限，可采用單倍體育種的方法。分子水平上：應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將控制優(yōu)良性狀的基因?qū)肓硪簧矬w內(nèi)，從而實現(xiàn)基因重組。一、幾種育種方法、原理的分析典例1下圖為四種不同的育種方法，分析回答：(1)圖中A、D方向所示的途徑表示雜交育種方式，一般從F2開始選種，這是因為_。(2)若親本的基因型有以下四種類型兩親本相互雜交，后代表現(xiàn)型為31的雜交組合是_。選乙、丁為親本，經(jīng)A、B、C途徑可培育出_種純合植物。該育種方法突出的優(yōu)點是_。(3)E方法所運(yùn)用的原理是_。(4)下列經(jīng)F方法培育而成的新品種是_。A太空椒B矮稈抗病小麥C抗蟲棉 D八倍體小黑麥解析題目中所涉及的育種方式有雜交育種(A、D)、單倍體育種(A、B、C)、誘變育種(E)、人工誘導(dǎo)多倍體育種(F)，其育種原理分別是基因重組、染色體畸變、基因突變、染色體畸變。(1)A、D途徑表示雜交育種，是將兩個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法。因為在F2中才出現(xiàn)性狀分離，所以在F2開始選種。(2)據(jù)自由組合定律，甲乙后代表現(xiàn)型比例為31。乙和丁雜交，F(xiàn)1的基因型為AaBb、Aabb，所產(chǎn)生的配子有AB、Ab、aB、ab四種。所以用秋水仙素處理之后可以獲得4種純合植株。單倍體育種的最大優(yōu)點就是縮短了育種年限，因為所得到的植株都是純合的，不發(fā)生性狀分離。(3)E方法是誘變育種，可以產(chǎn)生新的基因，原理是基因突變。(4)F方法是人工誘導(dǎo)多倍體育種，和八倍體小黑麥的育種方法一樣。其中太空椒的育種方法是誘變育種，矮稈抗病小麥?zhǔn)请s交育種，抗蟲棉是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到的。答案(1)從F2開始出現(xiàn)性狀分離(2)甲乙4明顯縮短育種年限(3)基因突變(4)D(1)雜交育種只適合真核生物進(jìn)行有性生殖的生物，用于同一物種不同品種的個體間；若該生物靠有性生殖繁殖后代，則必須選育出優(yōu)良性狀的純種，以免后代發(fā)生性狀分離；若該生物靠無性生殖產(chǎn)生后代，那么只要得到該優(yōu)良性狀就可以了。(2)單倍體育種與多倍體育種都使用秋水仙素，其原理是相同的，但是處理對象不完全相同，多倍體育種秋水仙素處理的是萌發(fā)的種子或幼苗，而單倍體育種處理的是單倍體幼苗。二、變異原因與變異類型的探究典例2石刁柏(嫩莖俗稱蘆筍)是一種名貴蔬菜，為XY型性別決定的雌、雄異株植物。野生型石刁柏葉窄，產(chǎn)量低。在某野生種群中，發(fā)現(xiàn)生長著少數(shù)幾株闊葉石刁柏(突變型)，雌株、雄株均有，雄株的產(chǎn)量高于雌株。(1)有人認(rèn)為闊葉突變型植株是具有雜合子產(chǎn)量高或具有多倍體特點的緣故。請設(shè)計一個簡單實驗來鑒定突變型的出現(xiàn)是否為染色體數(shù)目加倍所致？_。(2)若已證實闊葉為基因突變所致，有兩種可能：一是顯性突變；二是隱性突變，請設(shè)計一個簡單實驗方案加以判定(要求寫出雜交組合，雜交結(jié)果，得出結(jié)論)。_。(3)若已證實為闊葉顯性突變所致，突變基因可能位于常染色體上，還可能位于X染色體上。請設(shè)計一個簡單實驗方案加以判定(要求寫出雜合組合，雜交結(jié)果，得出結(jié)論)。_。解析(1)基因突變與染色體畸變的區(qū)別是染色體畸變在光學(xué)顯微鏡下可以觀察，而基因突變則不行，可采用顯微鏡下觀察有絲分裂中期細(xì)胞內(nèi)同源染色體數(shù)目的方法區(qū)分基因突變與染色體數(shù)目加倍。(2)若是顯性突變則闊葉突變型具有雜合子和純合子之分，采用多株雌雄個體雜交后代是否出現(xiàn)性狀分離來判斷。(3)若是顯性突變位于X染色體上，可選用多對野生型雌性植株與突變型雄性植株雜交，如果后代出現(xiàn)因性別的不同而表現(xiàn)型不同的現(xiàn)象則假設(shè)成立。否則位于常染色體。答案(1)取根尖分生區(qū)制成裝片，顯微觀察有絲分裂中期細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目。若觀察到染色體數(shù)目加倍，則屬染色體數(shù)目加倍所致；否則不是(2)選用多株闊葉突變型石刁柏雌、雄相交。若雜交后代出現(xiàn)了窄葉野生型和闊葉突變型(即性狀分離)，則為顯性突變所致；若雜交后代僅出現(xiàn)闊葉突變型，則為隱性突變所致(3)選用多對野生型雌性植株與突變型雄性植株作為親本雜交。若雜交后代野生型全為雄株，突變型全為雌株，則這對基因位于X染色體上；若雜交后代，野生型和突變型雌、雄均有，則這對基因位于常染色體上1染色體畸變與基因突變的判別基因突變是分子水平的變異，在光學(xué)顯微鏡下是觀察不到的，而染色體畸變是細(xì)胞水平的變異，在光學(xué)顯微鏡下一般可以觀察到。因此，制作正常親本與待測變異親本的有絲分裂臨時裝片，找到中期圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)與數(shù)目的比較可以區(qū)分染色體畸變與基因突變。2顯性突變與隱性突變的判別受到物理、化學(xué)因素的影響，AA個體如果突變成Aa個體，則在當(dāng)代不會表現(xiàn)出來，只有Aa個體自交后代才會出現(xiàn)aa變異個體，因此這種變異個體一旦出現(xiàn)即是純合子。相反，如果aa個體突變成Aa個體，則當(dāng)代就會出現(xiàn)突變性狀。因此我們可以選擇突變體與其他已知未突變體雜交，通過觀察后代變異性狀的比例來判斷基因突變的類型。對于植物還可以利用突變體自交觀察后代有無性狀分離來進(jìn)行顯性突變還是隱性突變的判斷。1要將基因型為AaBB的生物，培育出以下基因型的生物：AaBb；AaBBC；AAaaBBBB；aB。則對應(yīng)的育種方法依次是()A誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、多倍體育種、花藥離體培養(yǎng)B雜交育種、花藥離體培養(yǎng)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、多倍體育種C花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、多倍體育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)D多倍體育種、花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)解析：選A基因型為AaBB的生物要培育出AaBb的植物，可利用物理或化學(xué)方法處理材料，通過基因突變獲得；要獲得AaBBC的生物，由于本物種沒有C基因，所以必須通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)；要獲得AAaaBBBB的生物，可通過多倍體育種；要獲得aB的生物，可利用花藥離體培養(yǎng)獲得。2在某作物育種時，將、兩個植株雜交，得到，將再作如下圖所示處理。下列分析錯誤的是() A由到過程一定發(fā)生了非同源染色體上非等位基因的自由組合B由的育種過程中，依據(jù)的主要原理是染色體畸變C若的基因型為AaBbdd，則植株中能穩(wěn)定遺傳的個體占總數(shù)的1/4D獲得和植株的原理不相同解析：選A由到過程的原理是基因突變或染色體畸變，不會發(fā)生等位基因分離、非同源染色體上非等位基因自由組合。3中國返回式衛(wèi)星上搭載的水稻種子，返回地面后，經(jīng)種植培育出的水稻穗多粒大，畝產(chǎn)達(dá)600 kg，蛋白質(zhì)含量增加8%20%，生長周期平均縮短10天。這種育種方式屬于()A雜交育種 B.單倍體育種C誘變育種 D.多倍體育種解析：選C太空育種的遺傳學(xué)原理是基因突變和染色體畸變，屬于誘變育種。4欲用基因型為AaBB的植株培育出基因型為AAaaBBBB的個體，有關(guān)敘述錯誤的是 ()A此過程可用秋水仙素處理B此過程依據(jù)的原理是染色體畸變C若取AAaaBBBB的花藥離體培養(yǎng)形成的個體為單倍體D若取AAaaBBBB的花藥離體培養(yǎng)形成的植株全為純合子解析：選D該過程利用秋水仙素處理后，使植株染色體數(shù)目加倍，屬染色體畸變；花藥離體培養(yǎng)得到的植株是由配子發(fā)育而來的，屬單倍體；AAaaBBBB植株可產(chǎn)生的配子種類有：AABB、AaBB、aaBB，由AaBB花藥離體培養(yǎng)形成的植株為雜合子。5. (江蘇高考)現(xiàn)有小麥種質(zhì)資源包括： 高產(chǎn)、感??； 低產(chǎn)、抗??； 高產(chǎn)、晚熟等品種。為滿足不同地區(qū)及不同環(huán)境條件下的栽培需求，育種專家要培育3類品種：a.高產(chǎn)、抗??；b.高產(chǎn)、早熟；c.高產(chǎn)、抗旱。下述育種方法可行的是(多選)()A利用、品種間雜交篩選獲得aB對品種進(jìn)行染色體加倍處理篩選獲得bCa、b和c的培育均可采用誘變育種方法D用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將外源抗旱基因?qū)胫蝎@得c解析：選CD欲獲得a，應(yīng)利用和品種間進(jìn)行雜交篩選，染色體加倍后結(jié)實率降低，欲獲得b應(yīng)對進(jìn)行誘變育種，誘變育種可以產(chǎn)生新基因，因此a、b、c都可以通過誘變育種獲得；基因工程可定向改造生物的性狀， 獲得c可通過基因工程實現(xiàn)。6科學(xué)家們經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，實施該技術(shù)的最終目的是()A定向提取生物體的DNA分子B定向地對DNA分子進(jìn)行人工“剪切”C在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造D定向地改造生物的遺傳性狀解析：選D轉(zhuǎn)基因技術(shù)可對基因進(jìn)行改造和重組，產(chǎn)生出人們所需要的基因產(chǎn)物，即按照人們的需要定向改造生物的遺傳性狀。7在自然界中，多倍體形成過程的順序是()減數(shù)分裂過程受到阻礙細(xì)胞核內(nèi)染色體數(shù)目加倍形成染色體數(shù)目加倍的生殖細(xì)胞有絲分裂過程受到阻礙形成染色體數(shù)目加倍的合子染色體復(fù)制過程受到阻礙A B.C D.解析：選D多倍體形成的一般過程為：有絲分裂受阻，導(dǎo)致染色體數(shù)加倍，再經(jīng)減數(shù)分裂形成染色體數(shù)目加倍的配子，進(jìn)而形成染色體數(shù)目加倍的合子。8生物世界廣泛存在著變異，人們研究并利用變異可以培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的作物新品種。下列能產(chǎn)生新基因的育種方式是()A“雜交水稻之父”袁隆平通過雜交技術(shù)培育出高產(chǎn)的超級稻B用X射線進(jìn)行大豆人工誘變育種，從誘變后代中選出抗病性強(qiáng)的優(yōu)良品種C通過雜交和人工染色體加倍技術(shù)，成功培育出抗逆能力強(qiáng)的八倍體小黑麥D把合成胡蘿卜素的有關(guān)基因轉(zhuǎn)進(jìn)水稻，育成可防止人類VA缺乏癥的轉(zhuǎn)基因水稻解析：選B誘變育種的原理是基因突變和染色體畸變，能產(chǎn)生新的基因。9番茄的抗病(R)對感病(r)為顯性，高稈(D)對矮稈(d)為顯性，控制上述兩對相對性狀的基因分別位于兩對同源染色體上。為獲得純合高稈抗病番茄植株，研究人員采用了如下圖所示的方法。(1)若過程的F1自交3代，產(chǎn)生的后代中純合抗病植株占_。(2)過程，若只考慮F1中分別位于n對同源染色體上的n對等位基因，則利用其花藥離體培育成的單倍體幼苗的基因型，在理論上應(yīng)有_種；若單倍體幼苗通過加倍后獲得M株番茄，通過篩選得到的高稈抗病植株的基因型為_，約有_株。(3)過程“航天育種”方法中主要的變異類型是_。衛(wèi)星搭載的種子應(yīng)當(dāng)選用剛萌發(fā)的而非休眠的種子，原因是_。解析：(1)由題干可知，F(xiàn)1的基因型為DdRr，則自交3代產(chǎn)生的后代中純合抗病植株占(11/23)1/27/16。(2)F1中n對等位基因分別位于n對同源染色體上，則產(chǎn)生的配子類型有2n種，加倍后高稈抗病植株基因型為DDRR，約有M/4株。(3) 太空中的射線和微重力環(huán)境，可以引起基因突變，而剛萌發(fā)的種子細(xì)胞分裂旺盛，DNA在復(fù)制過程中容易受到外界因素影響而發(fā)生基因突變。答案：(1)7/16(2)2nDDRRM/4(3)基因突變種子萌發(fā)時進(jìn)行細(xì)胞分裂，DNA在復(fù)制過程中容易受到外界因素的影響發(fā)生基因突變10育種工作者在大田中發(fā)現(xiàn)了幾株闊葉且產(chǎn)量高的變異小麥，關(guān)于這些變異小麥：(1)若已確定它們的變異是可遺傳的，那么這種變異是由于基因突變引起的，還是由于染色體畸變引起的請設(shè)計實驗來鑒定。第一步：分別取闊葉、窄葉莖部的_細(xì)胞制成裝片。第二步：用顯微鏡觀察有絲分裂_細(xì)胞中的染色體。預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：_。_。(2)若已確定闊葉變異是由基因突變導(dǎo)致，請設(shè)計一個實驗來判斷這種突變是顯性突變還是隱性突變？方法：選取多株闊葉小麥_。結(jié)果及結(jié)論：a若子代均表現(xiàn)為闊葉性狀，則為隱性突變。b_。(3)假如上述突變是顯性突變，如何在短時間內(nèi)獲得純合的突變類型？解析：(1)在顯微鏡下可觀察到染色體畸變，而不能觀察到基因突變。(2)確定是顯性突變還是隱性突變的方法，是讓其自交，觀察后代是否發(fā)生性狀分離，若發(fā)生性狀分離則為顯性突變，否則為隱性突變。(3)快速獲得純合體的方法是單倍體育種法。答案：(1)分生組織中期若二者的染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目相同，則變異是由基因突變導(dǎo)致若二者的染色體不同，則是由染色體畸變導(dǎo)致(2)分別讓其自交b.若后代有闊葉和窄葉兩種性狀，則為顯性突變(3)取其花粉進(jìn)行離體培養(yǎng)，對幼苗用秋水仙素處理，選擇闊葉類型。