高中生物《杂交育种与诱变育种》导学案+课时作业.docx
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高中生物《杂交育种与诱变育种》导学案+课时作业
第1节 杂交育种与诱变育种
[学习目标] 1.结合实例,简述杂交育种的概念和原理,举例说明杂交育种方法的优点和不足。
2.简述诱变育种的概念和原理,举例说出诱变育种在生产中的应用。
3.讨论遗传变异在生产实践中的应用。
知识点一 杂交育种
知识梳理
1.概念:
将两个或多个品种的
优良性状通过交配集中在一起,再经过
选择和
培育,获得新品种的方法。
2.过程(以高产抗病小麦品种的选育为例)
3.原理:
基因重组。
控制不同优良性状的基因,通过减数分裂和
受精作用重新组合在一起,产生新的基因型,从而控制相应的新的表现型。
4.杂交育种的优缺点
(1)优点:
可以把多个品种的优良性状集中在一起。
(2)缺点
①杂交育种只能利用已有基因的
重组,按需选择,并不能创造
新基因。
②杂交后代会出现
分离现象,育种进程
缓慢,过程复杂。
③杂交育种只能用
同一物种或亲缘关系
较近的物种进行杂交。
5.适用范围
杂交育种适用于能进行
有性生殖的个体,且相关基因遵循细胞核遗传规律,只进行
无性生殖的个体无法通过杂交育种的方法培育新品种。
6.应用
(1)农业生产:
改良作物品质,提高农作物
单位面积产量。
(2)家畜、家禽的育种:
如引进优质种牛与本地品种杂交,可培育出优良的品种。
1.杂交育种和杂种优势的区别。
提示:
(1)杂交育种是在杂交后代的众多类型中选留符合育种目标的个体进一步培育,直至获得稳定遗传的具有优良性状的新品种;
(2)杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状,并不要求遗传上的稳定性。
2.培育细菌的新品种时能否用杂交育种?
提示:
不能。
细菌是原核生物,不能进行有性生殖、杂交育种只能用于有性生殖的生物。
典题精析
[例1] 有两个纯种的小麦,一为高秆(D)抗锈病(T),另一为矮秆(d)不抗锈病(t)。
这两对性状独立遗传,现要培育矮秆抗锈病的新品种,过程如下:
高秆、抗锈病×矮秆、不抗锈病
F1
F2
稳定遗传的矮秆抗锈病类型。
(1)上述过程叫________。
过程a叫________,过程b叫________。
(2)过程c的处理方法是_____________________
_____________________。
(3)F1的基因型是________,表现型是____________________,矮秆抗锈病新品种的基因型应是________。
解题分析 过程a叫做杂交,产生的F1基因型为DdTt,表现型为高秆抗锈病。
过程b叫做自交,目的是获取表现型为矮秆抗锈病的小麦品种(ddT_),因为此过程所得后代会发生性状分离,所以要想得到稳定遗传的矮秆抗锈病植株(ddTT)必须经过过程c,即筛选和连续自交,直至后代不发生性状分离。
答案
(1)杂交育种 杂交 自交
(2)筛选和连续自交,直至选出能够稳定遗传的矮秆抗锈病新品种
(3)DdTt 高秆抗锈病 ddTT
[例2] 据你所知道杂交选育新品种之外,杂交的另一个结果是获得( )
A.纯种B.杂种表现的优势
C.基因突变D.染色体变异
解题分析 杂交的另一个结果是获得杂合子,表现为杂种优势,A、C、D错误,B正确。
答案 B
题后归纳
杂交育种过程中选种的时间
(1)培育杂合子:
在农业生产上,可以将杂种一代作为种子直接利用,如玉米。
此种方法获得的植株有高产、优质、抗性强等性状,但种子只能种一年。
(2)若所需性状都是隐性性状,则隐性性状一旦出现就是纯合子,就可以用于生产,所需时间短。
(3)若所需性状含有显性性状,因表现型为显性的个体既有纯合子,又有杂合子,所以需要一个连续自交和选择的过程,需要的年限就较长。
知识点二 诱变育种
知识梳理
1.概念:
诱变育种是利用
物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或
化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物,使生物发生
基因突变。
2.原理:
基因突变
3.优缺点
(1)优点:
提高
突变率,在
较短时间内获得更多的
优良变异类型。
(2)缺点:
①基因突变具有
不定向性和
低频性,具有一定的
盲目性;
②突变个体难以集中多个优良性状,育种过程需要处理大量供试材料,需消耗大量的人力、物力。
4.应用:
在农作物育种方面,培育出的新品种抗病力
强、产量
高、品质好,如“
黑农五号”大豆;在微生物育种方面,诱变育种也发挥了重要作用,如
青霉菌的选育。
1.诱变育种中应该处理植物的什么部位?
为什么?
提示:
通常处理萌发的种子或幼苗。
因为萌发的种子或者幼苗有丝分裂旺盛,在DNA复制时容易诱发基因突变。
2.生物通过诱变产生的变异一定是有益的吗?
提示:
不一定。
因为基因突变具有不定向性和少利多害性。
典题精析
[例1] 太空育种是指利用太空综合因素,如强辐射、微重力等,诱导宇宙飞船携带的种子发生变异,然后进行培育的一种方法,下列说法正确的是( )
A.太空育种产生的突变总是对人类有益的
B.太空育种主要是利用了基因重组的遗传学原理
C.太空育种培育的植物是地球上原本不存在的
D.太空育种与其他诱变育种原理在本质上是一样的
解题分析 基因突变具有多害少利性,A错误;太空育种主要利用了基因突变的原理,B错误;基因突变只是改变某个基因产生新的基因,不能产生新的植物,C错误;太空育种与其他诱变育种方法在本质上是一样的,都是引起基因突变,产生新的性状,D正确。
答案 D
[例2] 有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质,可以降解,不至于对环境造成严重的白色污染。
培育专门降解这种塑料的“细菌能手”的方法是( )
A.杂交育种B.诱变育种
C.单倍体育种D.多倍体育种
解题分析 细菌属于原核生物,原核生物不能进行有性生殖,因而不能实施杂交育种;原核生物无染色体不发生染色体变异,因而不能进行单倍体和多倍体育种。
答案 B
题后归纳
1.杂交育种、诱变育种、单倍体育种和多倍体育种的比较
杂交育种
诱变育种
单倍体育种
多倍体育种
原理
基因重组
基因突变
染色体变异
染色体变异
方法
①杂交→自交→选优;
②连续自交选优
辐射诱变、激光诱变、化学药剂处理
花药离体培养→秋水仙素诱导加倍
用一定浓度秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗
优点
操作简便
提高变异频率,大幅度改良某些性状,加速育种进程
明显缩短育种年限
植株茎秆粗壮、果实种子都比较大,营养物质含量提高
缺点
育种时间长
有利变异少,需要处理大量实验材料,具有不确定性
技术复杂,
成本高
发育延迟,结实率低,一般只适用于植物
2.根据育种目标选择合适的育种方式
当堂检测——查漏补缺 巩固提升
1.有两种柑橘,一种果实大但含糖量不高,另一种果实小但含糖量较高,如果想要培育出果实大且含糖量高的品种,比较简单有效的方法是( )
A.单倍体育种B.人工诱变育种
C.杂交育种D.多倍体育种
答案 C
解析 将两个或多个优良性状集中在一起,实质上就是将控制优良性状的基因重新组合到一起,形成新的基因型,因此应采用杂交育种的方法。
2.下列优良品种与遗传学原理相对应的是( )
A.三倍体无子西瓜——染色体变异
B.射线诱变出青霉素高产菌株——基因重组
C.高产抗病小麦品种——基因突变
D.花药离体培养得到的矮秆抗病玉米——基因重组
答案 A
解析 无子西瓜的培育是用二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交后产生的三倍体西瓜,利用的原理是染色体数目变异,属于多倍体育种,A正确;青霉素高产菌株是用射线人工诱变青霉菌,导致其基因突变,属于诱变育种,B错误;培育高产抗病小麦品种采用的是杂交育种的方法,利用的原理是基因重组,C错误;花药离体培养得到的矮秆抗病玉米,利用的原理是染色体数目变异,属于单倍体育种,D错误。
3.下列关于培育生物新品种的叙述,正确的是( )
A.诱变育种获得的新品种都能稳定遗传
B.单倍体育种是为了获得单倍体新品种
C.多倍体育种得到的新品种果实较小
D.杂交育种能集中亲本的优良性状
答案 D
解析 诱变育种获得的新品种不一定都是纯合子,故诱变育种获得的新品种不一定都能稳定遗传,A错误;进行单倍体育种是为了快速获得新品种,获得的不是单倍体,B错误;多倍体果实一般比较大,C错误;杂交育种的原理是基因重组,可以将亲本的优良性状在子代集中体现出来,D正确。
4.有关作物育种的叙述,错误的是( )
A.在杂交育种中,F1自交后代可筛选符合人类需要的优良品种
B.单倍体育种可以明显缩短育种的年限
C.人工诱导多倍体常用的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D.诱变育种可以定向地把多个品种的优良性状集中在一起,获得新的品种
答案 D
解析 基因突变是不定向的,故D错误。
5.假设小麦的低产基因用A表示,高产基因用a表示;抗病基因用B表示,不抗病基因用b表示,两对基因独立遗传。
下图是利用低产抗病小麦(AABB)及高产不抗病小麦(aabb)两个品种,通过多种育种方式培育出高产抗病小麦(aaBB)新品种的过程图解,请据图回答:
(1)经过①、②、③过程培育出高产抗病小麦(aaBB)新品种的育种方法称为____________,原理是__________________________,该方法通过________提高纯合率。
(2)经过⑥过程的育种方法叫做_____________________。
除利用X射线等物理因素处理生物外,还可以利用亚硝酸等________因素来处理生物,使生物发生________,但利用这种方法不一定能获得高产抗病小麦(aaBB)新品种,因为这种变异_____________________。
(3)经过④、⑤过程的育种方法称_____________________,
从育种周期来看,这种育种方法的优点是能______________________________________,其中⑤过程需要用秋水仙素处理________________。
答案
(1)杂交育种 基因重组 逐代自交
(2)诱变育种 化学 基因突变 频率很低,而且是不定向的
(3)单倍体育种 明显缩短育种年限 单倍体幼苗
[基础对点]
知识点一 杂交育种
1.尽管现在的育种方法很多,但传统方法——杂交育种仍然发挥着重要的作用,下列有关杂交育种的说法,正确的是( )
A.育种过程中不可能出现自交现象
B.能得到具有杂种优势的种子
C.不能得到纯合子
D.用时短、操作简便
答案 B
解析 杂交育种是将具有不同优良性状的个体杂交,得到的F1为杂合子,即可得到具有杂种优势的种子,B正确;若要获得隐性纯合子,需要F1自交,F2中的隐性个体即为隐性纯合子,若要获得显性纯合子,需要F1自交,得到F2,然后对F2中的显性个体连续自交,直到不发生性状分离为止,即可获得纯合显性个体,此过程用时较长,A、C、D错误。
2.把同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上,并能使性状稳定遗传,常用的方法是( )
A.诱变育种B.杂交育种
C.花药离体培养D.自交
答案 B
3.用杂合子(DdEe)种子获得纯合子(ddee),最简捷的方法是( )
A.种植
F1→选双隐性者→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
答案 A
解析 杂合子(DdEe)种子中含有d、e基因,自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传,方法简捷。
4.某农科所通过如图所示的两种育种方法培育出了高品质的糯小麦,下列有关叙述正确的是( )
A.a、b两过程分别代表单倍体育种和杂交育种
B.b过程需要通过杂交来提高纯合率
C.a过程需要用秋水仙素,其只能作用于萌发的种子
D.a过程提高了突变率,从而明显缩短了育种年限
答案 A
解析 图中a过程属于单倍体育种,原理为染色体数目变异,b过程属于杂交育种,原理为基因重组,由YyRr获得yyRR需要通过连续自交来提高纯合率,A正确,B错误;由于通过花药离体培养只能获得幼苗,故单倍体育种过程中秋水仙素只能作用于幼苗,C错误;单倍体幼苗经秋水仙素处理后均为纯合子,因而可明显缩短育种年限,a过程没有引起基因突变,D错误。
知识点二 诱变育种
5.下列不属于诱变育种实例的是( )
A.一定剂量的γ射线引起变异得到新品种
B.用一定剂量X射线处理青霉菌菌株获得高产菌株
C.玉米单株自交后代中出现一定比例的白化苗
D.激光照射植物或动物引起突变得到新品种
答案 C
解析 A、B、D三项均是物理因素诱变育种的实例。
玉米单株自交后代出现一定比例的白化苗可能是由于杂合子自交产生了性状分离,C符合题意。
6.育种专家采用诱变育种的方法改良某些农作物的原有性状,其原因是诱变育种( )
A.提高了后代的出苗率
B.提高了后代的遗传稳定性
C.产生的突变大多是有利的
D.能提高突变率以供育种选择
答案 D
解析 诱变育种不一定能提高后代的出苗率,A错误;基因突变能使基因变为其等位基因,所以诱变育种获得的个体往往是杂合体,所以诱变育种不会提高后代的遗传稳定性,B错误;基因突变的特点是多害少利,产生的突变大多是不利的,C错误;因为基因突变具有低频性,所以采用人工诱变能提高突变率,以供育种选择,D正确。
7.下列育种目标与采取的育种方式相匹配的是( )
选项
育种目标
育种方式
A
集中亲本的优良性状
诱变育种
B
将不同物种的性状结合在一起
单倍体育种
C
产生新的性状
杂交育种
D
使营养器官增大
多倍体育种
答案 D
解析 杂交育种能集中亲本的优良性状;单倍体育种可明显缩短育种年限;诱变育种能产生新的性状;多倍体育种可培育出多倍体,而多倍体的营养器官一般较大。
8.下列说法正确的是( )
A.杂交育种会产生新性状,进而获得新品种
B.在诱变育种过程中可产生新的基因和新的基因型
C.太空育种能按人的意愿定向产生优良性状
D.青霉素高产菌株是通过杂交育种获得的
答案 B
解析 杂交育种不能产生新的基因,因而不会产生新性状,A错误;太空育种属于诱变育种,原理为基因突变,具有不定向性的特点,C错误;青霉素高产菌株是通过诱变育种获得的,D错误;诱变育种的原理是基因突变,所以在诱变育种过程中可产生新的基因和新的基因型,B正确。
9.对下列有关育种方法原理的解释,正确的是( )
A.培育无子西瓜利用了单倍体育种的原理
B.杂交育种利用了染色体数目变异的原理
C.培育“黑农五号”大豆过程中利用了基因突变的原理
D.四倍体番茄的培育利用了基因重组的原理
答案 C
解析 三倍体无子西瓜的育种为多倍体育种,原理为染色体数目变异,A错误;杂交育种的原理为基因重组,B错误;“黑农五号”大豆的培育利用了基因突变的原理,C正确;四倍体番茄的培育过程利用了染色体变异的原理,D错误。
10.下列关于杂交育种与诱变育种的叙述,正确的是( )
A.诱变育种是通过改变原有基因结构而导致新品种出现的方法
B.基因重组是杂交育种的原理,基因重组发生在受精作用过程中
C.诱变育种一定能较快选育出新的优良品种
D.通过杂交育种方式培育新品种,纯合子从F1就可以进行选择
答案 A
解析 诱变育种的原理是基因突变,通过物理、化学等因素处理生物使其基因结构发生改变,从而使基因控制的相应性状发生改变,产生新品种,A正确;基因重组一般发生在减数第一次分裂的四分体时期或后期,B错误;由于基因突变的不定向性和低频性,通过诱变育种的方法培育新品种,需要处理大量材料,才能从中选育出优良品种,不一定能较快选育出新的优良品种,C错误;杂交育种选育新品种时,F1一般是杂合子,自交后代的性状会发生分离,因此一般从F2进行选择,D错误。
[能力提升]
11.家兔的黑色(A)对白色(a)为显性,短毛(B)对长毛(b)为显性。
这两对基因分别位于两对同源染色体上。
下列关于利用黑色短毛纯种兔和白色长毛纯种兔培育出黑色长毛纯种兔的做法,错误的是( )
A.黑色短毛纯种兔×白色长毛纯种兔,得F1
B.选取健壮的F1个体自交,得F2
C.从F2中选取健壮的黑色长毛兔与白色长毛兔测交
D.根据测交结果,选取F2中稳定遗传的黑色长毛雌、雄兔
答案 B
解析 根据题意分析可以知道,黑色短毛纯种兔和白色长毛纯种兔的基因型分别是AABB、aabb,利用它们杂交,得F1,F1基因型为AaBb,A正确;家兔属于雌雄异体生物,不能进行自交,可以选用F1个体杂交,得F2,B错误;从F2中选取健壮的黑色长毛兔(A_bb)与白色长毛兔(aabb)测交,可根据测交结果,选取F2中稳定遗传的黑色长毛雌、雄兔(AAbb),C、D正确。
12.下列有关育种说法正确的是( )
A.用杂交的方法进行育种,F1自交后代有可能筛选出符合人类需要的优良品种
B.用辐射的方法进行诱变育种,诱变后的植株一定比诱变前的具备更多的优良性状
C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种,所得的品种自交后代约有1/4为纯合子
D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种,所育的新品种和原品种杂交一定能产生可育后代
答案 A
解析 用杂交的方法进行育种,根据基因自由组合定律,F1自交后代有可能筛选出符合人类需要的优良品种,A正确;用辐射的方法进行诱变育种,诱变后的植株不一定比诱变前的具备更多的优良性状,因为基因突变具有不定向性和少利多害性,B错误;用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种,所得的植株全部为纯合子,C错误;用基因型DdTt的植株进行多倍体育种,所育的新品种(DDddTTtt)和原品种(DdTt)杂交产生的后代是三倍体,不可育,D错误。
13.普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种,控制两对性状的基因分别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:
请分析回答:
(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)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中,高度不育的是________。
(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Ⅱ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________。
答案
(1)自交 2/3
(2)Ⅱ
(3)C 基因突变频率低且不定向
(4)秋水仙素(或低温)诱导染色体数目加倍 100%
解析
(1)A组是杂交育种,F1高秆抗病(TtRr)自交得F2,F2中矮秆抗病(ttR_)比例为3/16,其中不能稳定遗传的基因型(ttRr)为1/8,即占2/3。
(2)B组中采用F1的花药进行离体培养得到的矮秆抗病植株属于单倍体,单倍体一般高度不育。
(3)C组属于诱变育种,其原理是基因突变,基因突变具有低频性和不定向性,因此不容易获得矮秆抗病植株。
(4)若对单倍体矮秆抗病小麦Ⅱ(tR)进行秋水仙素或低温处理,诱导其染色体数目加倍,可得到纯合的二倍体(ttRR)。
14.设小麦的高产与低产受一对等位基因控制,基因型AA为高产,Aa为中产,aa为低产。
小麦抗锈病(B)对不抗锈病(b)为显性。
这两对等位基因的遗传遵循自由组合定律。
如图是某同学设计的以高产不抗锈病与低产抗锈病两个纯种品系为亲本培育高产抗病小麦品种的过程图。
试回答下列问题:
(1)通过方法①→②获得的高产抗病小麦品种基因型有________种。
(2)步骤④的方法是_____________________,
步骤⑤中最常用的药剂是_____________________。
(3)基因重组发生在图中的________(填步骤代号)。
(4)经步骤⑥(人工诱变)处理获得的小麦品种不一定是高产抗病类型,这是因为诱发产生的突变是________,而且突变频率________。
答案
(1)两
(2)花药离体培养 秋水仙素
(3)①②③④
(4)不定向的 很低
解析
(1)图中过程①→②为杂交育种,获得的高产抗病小麦品种的基因型有AABB和AABb两种。
(2)步骤①→④→⑤为单倍体育种,步骤④是花药离体培养,步骤⑤中最常用的药剂是秋水仙素。
(3)基因重组发生在减数分裂过程中,图中①②③④步骤都进行了减数分裂。
(4)基因突变是不定向的,且突变频率很低。
15.我国曾利用专用育种卫星装载粮、棉、油、蔬菜、林果、花卉等农作物种子和菌种进行了航天育种实验和研究。
种子回收后,农业部组织农业科研单位进行育种筛选,培育高产、优质、高效的优良新品种,并进行推广。
请根据材料回答下列问题:
(1)航天育种是利用宇宙空间的微重力、宇宙射线、高真空、重粒子、磁场等综合因素的作用,诱发作物种子产生染色体的缺失、重复、易位和基因突变等变异,因此航天育种的基本原理为________________________________________。
(2)大肠杆菌经过太空遨游后,发生的是( )
A.基因突变B.基因重组
C.染色体结构的变异D.染色体数目的变异
(3)如图所示,纵轴表示某细菌的菌株数,横轴表示此细菌产生的某产物的量(可应用于医药卫生领域),曲线a表示太空遨游前菌株数与产量之间的关系,曲线b、c、d表示太空遨游后菌株数与产量之间的关系。
请据图回答:
①曲线d和a相比,说明了________________________________。
②b、c、d三条曲线比较,说明了_______________。
③比较b、c、d三条曲线的变化,最符合人们要求的菌株是________,从中我们可得到什么启示?
______________。
(4)小香猪“天资聪颖”,略通人性,成为人们的新宠。
其背部皮毛颜色由位于不同常染色体上的两对基因(A、a和B、b)控制,共有四种表现型,黑色(A_B_)、褐色(aaB_)、棕色(A_bb)和白色(aabb)。
现有多对黑色杂合的小香猪,要选育出纯合的棕色小香猪,请简要写出步骤(假设亲本足够多,产生的后代也足够多)。
①_____________________;
②_____________________
_____________________。
答案
(1)基因突变和染色体变异
(2)A
(3)①航天育种中此细菌发生基因突变,细菌产物的产量提高了
②基因突变是不定向的
③d 航天育种可以提高突变频率,加速育种进程
(4)①杂交:
选择亲本中多对雌雄个体进行杂交
②测交:
选择F1中的棕色小香猪与异性白色小香猪测交,不出现性状分离的即为纯合子
解析
(1)根据题意,太空中的综合条件会引起基因突变和染色体变异。
(2)大肠杆菌为原核生物,不进行减数分裂,不存在基因重组,无染色体结构,不发生染色体变异。
(3)太空遨游前后对比,菌株数与产量的关系发生明显改变,反映了航空育种使细菌发生了基因突变,改变了细菌产物的产量和突变具有不定向性等特点。
(4)根据题意,适合用杂交育种的方法,黑色雌雄杂交,在后代中选择棕色(A_bb)和白色测交,后代不发生性状分离
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