高三生物总复习 生物的变异与育种.docx
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高三生物总复习生物的变异与育种
高三生物总复习生物育种
【考纲要求】
生物育种
考纲要求
(1)生物变异在育种上应用
(2)转基因食品的安全
Ⅱ
I
【考点预测】
本考点在高考中经常出现,主要是和孟德尔的遗传定律联合起来考察,主要考察的是几种育种方式和原理,其中最重要的是杂交育种占的比例更加大,主要是试验设计的题型出现。
【知识梳理】
一、生物育种方式
1、杂交育种
2、诱变育种
3、单倍体育种
4、多倍体育种
二、转基因食品安全
【重点解析】
生物育种
(一)杂交育种
1.原理
基因重组(通过基因分离、自由组合,分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起)。
2.方法
首先根据育种的要求来选择亲本,其次根据要求选择杂交还是自交。
如果给出纯合体的材料,要求选育纯合体,一般采用亲本杂交得到子一代后自交,在子二代中选育的方法;如果给出杂合体要求选育纯合体,直接自交选育即可;如果给出杂合体要求选育杂合体依照题意要求来做。
(二)单倍体育种
1.原理
染色体变异。
2.方法
取F1花药(不需要F1自交后)离体培养获得单倍体幼苗,再人工诱导单倍体幼苗(不是花药)染色体数目加倍。
该育种方法有时须与杂交育种配合,其中的花药离体培养过程
需要组织培养技术手段的支持。
(三)多倍体育种
1.原理
染色体变异。
2.方法
用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,从而使细胞内染色体数目加倍,染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂,即可发育成多倍体植株。
(四)诱变育种
1.原理
基因突变
2.方法
运用物理、化学或者是生物方法是植物的种子或者是幼苗发生基因突变,或者是在太空中经过射线照射。
【要点】
四种育种方法原理的比较
项目
类型
杂交育种
诱变育种
单倍体育种
多倍体育种
依据原理
基因重组的纯种或者杂种
基因突变
染色体成倍性减少,再加倍得到纯种
染色体成倍性增加
常用方法
①杂交—自交—选优—自交
杂交—杂种
辐射诱变、激光诱变
花药离体培养再加倍
秋水仙素处理幼苗或者种子
优点
将不同个体的优良性状集中在一个个体上
可以提高变异频率或者出现新性状,加速育种进程
明显缩短育种年限
器官巨大,提高产量和营养成分
缺点
时间长,须及时发现优良性状
有利变异少,须大量处理实验材料,具有不明确性
技术复杂且须大量处理实验材料,具有不确定性
适用于植物在动物上很难开展。
【例题解析】
例1生物变异与育种
命题热点
(1)各种育种方法的原理、特点
(2)生物育种的实验设计
命题角度
从近几年高考生物试题来看,考查角度主要有:
一是通过给定条件,要求选出合理的育种方法;二是综合分析各种育种程序;三是通过新的背景材料,结合遗传规律的知识综合考查生物育种设计与分析
[例3] 下列有关育种的说法,正确的是( )
A.用杂交的方法进行育种,从F1自交后代中可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,所育的新种自交后代约有1/4为纯合子
D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种,所育的新种和原品种杂交一定能产生可育后代
解析:
用杂交的方法进行育种,所得F1自交后代会发生性状分离,可筛选出符合人类需要的优良品种。
诱变育种虽可提高变异频率,但诱变后的植株中有利变异少,盲目性高,需处理较多的供试材料,且突变具有不定向性,诱变后的植株不一定比诱变前的具备更多的优良性状。
用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种后有4种基因型(DDTT、DDtt、ddtt、ddTT)的个体,所育的新种自交后代全部为纯合子。
用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种后获得基因型为DDddTTtt的个体,此个体和原品种杂交所得三倍体植株高度不育。
答案:
A
例2小麦品种是纯合子,生产上用种子繁殖,现要选育矮杆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种;马铃薯品种是杂合子(有一对基因杂合即可称为杂合子),生产上通常用块茎繁殖,现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种。
请分别设计小麦品种间杂交育种程序,以及马铃薯品种间杂交育种程序。
要求用遗传图解表示并加以简要说明。
(写出包括亲本在内的前三代即可)
解析:
本题要求考生根据生产的需求进行杂交育种程序设计,是属于较高层次的试题,不仅需要有较强的基础知识,还要有较强的审题能力,以及具备初步的生产实践知识。
本题中有几组关键词必须注意到,第一组:
“小麦品种是纯合子”,“马铃薯品种是杂合子”,即我们现有的小麦、马铃薯原始品种分别是“纯合子”和“杂合子”。
因此小麦亲本的基因型只能是AABB、aabb,马铃薯亲本的基因型只能是yyRr、Yyrr。
第二组:
要求设计的分别是“小麦品种间杂交育种”程序,以及“马铃薯品种间杂交育种”程序,即设计的育种程序必须是杂交育种。
第三组:
小麦“用种子繁殖”,马铃薯“用块茎繁殖”,因此在育种过程中,小麦可通过选择和连续自交获得理想的小麦纯合新品种,马铃薯可通过选择和块茎繁殖,获得理想的马铃薯杂合新品种。
失分的主要原因有:
①审题能力欠缺,没有充分挖掘题干中的关键词;如小麦是纯合子、马铃薯是杂合子,马铃薯通常用块茎繁殖等;②考虑欠周全,没有意识到这是两对相对性状的杂交实验,导致部分考生将亲本写成单对基因。
③基础知识不扎实,如遗传图解怎样表示等等。
④缺乏实践经验。
答案:
例3下列有关育种的说法,正确的是( )
A.用杂交的方法进行育种,从F1自交后代中可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,所育的新种自交后代约有1/4为纯合子
D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种,所育的新种和原品种杂交一定能产生可育后代
解析:
用杂交的方法进行育种,所得F1自交后代会发生性状分离,可筛选出符合人类需要的优良品种。
诱变育种虽可提高变异频率,但诱变后的植株中有利变异少,盲目性高,需处理较多的供试材料,且突变具有不定向性,诱变后的植株不一定比诱变前的具备更多的优良性状。
用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种后有4种基因型(DDTT、DDtt、ddtt、ddTT)的个体,所育的新种自交后代全部为纯合子。
用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种后获得基因型为DDddTTtt的个体,此个体和原品种杂交所得三倍体植株高度不育。
答案:
A
例4中国是世界上最大的茄子生产国,为培育优良品种,育种工作者应用了多种育种方法。
请回答:
(1)茄子的早期栽培品种为二倍体,有人利用秋水仙素处理二倍体茄子的幼苗,选出四倍体茄子。
其原理是:
秋水仙素作用于正在分裂的植物细胞,会抑制________的形成,导致________加倍。
(2)青枯病是茄子的主要病害,抗青枯病(T)对易感青枯病(t)为显性,基因T、t与控制开花期的基因A、a自由组合。
若采用二倍体早开花易感青枯病茄子(aatt)与四倍体晚开花抗青枯病茄子(AAAATTTT)为育种材料,运用杂交和花药离体培养的方法,培育出纯合的二倍体早开花抗青枯病茄子,由主要步骤为:
第一步:
_______________________________________。
第二步:
____________________________________。
第三步:
____________________________________。
解析:
为了培育出纯合的二倍体早开花抗青枯病茄子(aaTT),根据花药离体培养的方法,需要获得基因型为aT的配子,故可先培育出基因型为AaTt的植株,因此利用四倍体晚开花抗青枯病茄子(AAAATTTT)的花药培养获得基因型为AATT的单倍体晚开花抗青枯病茄子,然后将其与二倍体早开花易感青枯病茄子(aatt)杂交得到基因型为AaTt的植株,取AaTt植株的花药进行离体培养,并用秋水仙素处理单倍体幼苗,最后筛选出纯合的二倍体早开花抗青枯病茄子(aaTT)即可。
答案:
(1)纺锤体(纺锤丝) 染色体数目
(2)第一步:
取四倍体晚开花抗青枯病茄子(AAAATTTT)的花药培养获得单倍体晚开花抗青枯病茄子(基因型为AATT) 第二步:
让单倍体晚开花抗青枯病茄子(基因型为AATT)与二倍体早开花易感青枯病茄子(aatt)杂交得到F1(AaTt)植株 第三步:
种植F1(AaTt),待开花后取其花药离体培养,用秋水仙素处理单倍体幼苗,获得纯合二倍体植株;待这些植株生长开花后进行筛选即可获得纯合二倍体早开花抗青枯病茄子(aaTT)
不同需求的育种方法选择与分析
(1)若要培育隐性性状个体,则可用自交或杂交,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,则最简便的方法是自交。
(3)若要快速获得纯种,则用单倍体育种方法。
(4)若实验植物为营养繁殖类如土豆、地瓜等,则只要出现所需性状即可,不需要培育出纯种。
(5)若要培育原先没有的性状,则可用诱变育种。
(6)若要定向改变生物性状的新品种,可利用基因工程育种。
例5为了快速培育抗某种除草剂的水稻,育种工作者综合应用了多种培育种方法,过程如下。
请回答问题。
(1)从对该种除草剂敏感的二倍水稻植株上取花药离体培养,诱导成幼苗。
(2)用
射线照射上述幼苗,目的是;然后用该除草剂喷洒其幼叶,结果大部分叶片变黄,仅有个别幼叶的小片组织保持绿色,表明这部分组织具有。
(3)取该部分绿色组织再进行组织培养,诱导植株再生后,用秋水仙素处理幼苗,使染色体,获得纯合,移栽到大田后,在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
(4)对抗性的遗传基础做一步研究,可以选用抗性植株与杂交,如果,表明抗性是隐性性状。
自交,若
的性状分离比为15(敏感):
1(抗性),初步推测。
解析:
本题考查了单倍体育种,诱变育种等知识,同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。
花药离体培养是单倍体育种的基本手段,射线激光有诱发突变的能力,而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变形状,所以需要经过组织培养,为了获得可育的植株,需用秋水仙素使染色体加倍,加倍获得的是纯和子,通过与敏感型植株杂交,子一代表现出来的性状是显性,子二代出现性状分离,分离比是15:
1,不符合分离定律,可以用自由组合定律来解释,只有两对基因都隐性时才表现为抗性。
所以初步推测该抗性植株中两个基因发生了突变。
答案:
(1)单倍体
(2)诱发基因突变抗该除草剂的能力
(3)加倍二倍体
(4)(纯合)敏感型植株
都是敏感型该抗性植株中有两个基因发生了突变
【实战训练】
(09上海卷)1.下列技术中不能获得抗锈高产小麦新品种的是
A.诱变育种
B.细胞融合
C.花粉离体培养
D.转基因
答案:
C
解析:
花药离体培养获得是单倍体,一般高度不育。
(09天津卷)2.(30分)水稻种子中70%的磷以植酸形式存在。
植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外,是多种动物的抗营养因子,同时,排出的大量磷进入水体易引起水华。
(1)磷元素除了形成植酸外,还可以出现在下列_____________分子或结构中(多选)。
A.核糖B.ATPC.核糖体D.核膜
(2)种植芦苇能有效抑制水华的发生,表明芦苇与引起水华的藻类关系是_____________。
(3)植酸酶可降解植酸,在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的_____________利用率。
(4)酵母菌中植酸的活性较高。
下图是从不同类型酵母菌的发酵液中提取植酸酶的工艺流程。
据图回答:
①植酸酶________________(Ⅰ/Ⅱ)属于分泌蛋白。
②若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同,其差异体现在______________________。
③提纯的植酸酶需做活性条件测定。
右图为测定结果。
图中的自变量可为____________________________(答一种);
因变量可以通过测定______________________来表示。
(5)为从根本上解决水稻中的高植酸问题,可将植酸酶基因导入水稻,培育低植酸转基因水稻品种。
下图是获取植酸酶基因的流程。
据图回答:
①图中基因组文库____________(小于/等于/大于)cDNA文库。
②B过程需要的酶是______________;A、C过程中_____________(可以/不可以)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
③目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中___________。
和_____________为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是_________________________。
(6)已获得的转植酸酶基因水稻品系植酸含量低,但易感病,下图为选育低植酸抗病水稻品种的过程。
图中两对相对性形状分别由两对基因控制,并独立遗传。
采用上图育种过程,需从_______________代开始筛选,经筛选淘汰后,在选留的植株中低植酸抗病纯合体所占的比例是______________。
选留植株多代自交,经筛选可获得低植酸抗病性状稳定的品性。
答案:
(1)BCD
(2)竞争关系
(3)营养成分
(4)①I
②氨基酸的种类、数量和排列顺序不同
③温度(或PH)单位时间内植酸的降解量(或植酸降解产物的生成量)
(5)①大于
②逆转录酶可以
③DNAcDNA耐高温
(6)F21/9
解析:
本题考查物质的元素组成、生物的种间关系、蛋白质、酶、基因工程、遗传定律的相关知识,涉及的知识点较多,综合性很强。
(1)只有核糖中不含磷元素,ATP(磷酸基团)、核糖体(含RNA)、核膜(含磷脂)中均含有磷元素。
(2)芦苇能抑制水华的发生,表明芦苇与水华的藻类关系是竞争。
(3)植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外,是多种动物的抗营养因子,而植酸酶可降解植酸,因此在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的营养成分的利用率。
(4)分析图可知,植酸酶Ⅱ需要经过两次离心,因此植酸酶Ⅰ属于分泌蛋白。
若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同,其差异体现在氨基酸的种类、数量和排列顺序的不同。
从图的可看出,自变量可为温度或pH,因变量可以通过测定单位时间内植酸的降解量或植酸降解量产物的生成量来表示。
(5)分析获取植酸酶基因的流程图可知,图中基因组文库大于cDNA文库。
B过程需要的酶应该是逆转录酶,因为A、C过程都能获得含目的基因的菌株,所以可以使用同一种探针进行筛选。
目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是耐高温。
(6)根据上图育种过程,所需性状在F2代中才开始出现,所以应从F2代开始筛选。
从图中可以看出,低植酸抗病是双显性(在F2中占9/16),经筛选淘汰后,在选留的植株中纯合体所占的比例是1/9。
(09广东卷)3.(8分)
为了快速培育抗某种除草剂的水稻,育种工作者综合应用了多种培育种方法,过程如下。
请回答问题。
(1)从对该种除草剂敏感的二倍水稻植株上取花药离体培养,诱导成幼苗。
(2)用
射线照射上述幼苗,目的是;然后用该除草剂喷洒其幼叶,结果大部分叶片变黄,仅有个别幼叶的小片组织保持绿色,表明这部分组织具有。
(3)取该部分绿色组织再进行组织培养,诱导植株再生后,用秋水仙素处理幼苗,使染色体,获得纯合,移栽到大田后,在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
(4)对抗性的遗传基础做一步研究,可以选用抗性植株与杂交,如果,表明抗性是隐性性状。
自交,若
的性状分离比为15(敏感):
1(抗性),初步推测。
答案:
(1)单倍体
(2)诱发基因突变抗该除草剂的能力
(3)加倍二倍体
(4)(纯合)敏感型植株
都是敏感型该抗性植株中有两个基因发生了突变
解析:
本题考查了单倍体育种,诱变育种等知识,同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。
花药离体培养是单倍体育种的基本手段,射线激光有诱发突变的能力,而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变形状,所以需要经过组织培养,为了获得可育的植株,需用秋水仙素使染色体加倍,加倍获得的是纯和子,通过与敏感型植株杂交,子一代表现出来的性状是显性,子二代出现性状分离,分离比是15:
1,不符合分离定律,可以用自由组合定律来解释,只有两对基因都隐性时才表现为抗性。
所以初步推测该抗性植株中两个基因发生了突变。
(09海南卷)4.(14分)
填空回答下列问题:
(1)水稻杂交育种是通过品种间杂交,创造新变异类型而选育新品种的方法。
其特点是将两个纯合亲本的______通过杂交集中在一起,再经过选择和培育获得新品种。
(2)若这两个杂交亲本各具有期望的优点,则杂交后,F1自交能产生多种非亲本类型,其它原因是F1在______形成配子过程中,位于______基因通过自由组合,或者位于______基因通过非姐妹染色单体交换进行重新组合。
(3)假设杂交涉及到n对相对性状,每对相对性状各受一对等位基因控制,彼此间各自独立遗传。
在完全显性的情况下,从理论上讲,F2表现型共有______种,其中纯合基因型共有______种,杂合基因共有______种。
(4)从F2代起,一般还要进行我代自交和选择。
自交的目的是_____;选择的作用是______。
答案:
(1)优良性状(或优良基因)(2分)
(2)减数分裂(1分)非同源染色体上的非等位(1分)同源染色体上的非等位(2分)(3)
(1分)
(1分)
(2分)
(4)获得基因型纯合的个体保留所需的类型(每空2分,共4分,其他合理答案也给分)
(2011·山东卷)5.(14分)
荠菜的果实形状有三角形和卵圆形两种,该性状的遗传涉及两对等位基因,分别用A、a和B、b表示。
为探究荠菜果实形状的遗传规律,进行了杂交实验(如下图)。
(1)图中亲本基因型为________。
根据F2表现型比例判断,荠菜果实形状的遗传遵循________。
F1测交后代的表现型及比例为________。
另选两种基因型的亲本杂交,F1和F2的性状表现及比例与图中结果相同,推断亲本基因型为________。
(2)图中F2三角形果实荠菜中,部分个体无论自交多少代,其后代表现型仍为三角形果实,这样的个体在F2三角形果实荠菜中的比例为________;还有部分个体自交后发生性状分离,它们的基因型是________。
(3)荠菜果实形状的相关基因a、b分别由基因A、B突变形成,基因A、B也可以突变成其他多种形式的等位基因,这体现了基因突变具有________的特点。
自然选择可积累适应环境的突变,使种群的基因频率发生________,导致生物进化。
(4)现有3包基因型分别为AABB、AaBB和aaBB的荠菜种子,由于标签丢失而无法区分。
根据以上遗传规律,请设计实验方案确定每包种子的基因型。
有已知性状(三角形果实和卵圆形果实)的荠菜种子可供选用。
实验步骤:
①____________________________________________________;
②____________________________________________________;
③____________________________________________________。
结果预测:
Ⅰ.如果________,则包内种子基因型为AABB;
Ⅱ.如果________,则包内种子基因型为AaBB;
Ⅲ.如果________,则包内种子基因型为aaBB。
答案:
(1)AABB和aabb 基因自由组合定律 三角形:
卵圆形果实=3:
1 AAbb和aaBB
(2)7/15 AaBb、Aabb和aaBb
(3)不定向性(或多方向性) 定向改变
(4)答案一:
①用3包种子长成的植株分别与卵圆形果实种子长成的植株杂交,得F1种子
②F1种子长成的植株自交,得F2种子
③F2种子长成植株后,按果实形状的表现型统计植株的比例
Ⅰ:
F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为15:
1
Ⅱ:
F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为27:
5
Ⅲ:
F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为3:
1
答案二:
①用3包种子长成的植株分别与卵圆形果实种子长成的植株杂交,得F1种子
②F1种子长成的植株分别与卵圆形果实种子长成的植株杂交,得F2种子
③F2种子长成植株后,按果实形状的表现型统计植株的比例
Ⅰ:
F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为3:
1
Ⅱ:
F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为5:
3
Ⅲ:
F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为1:
1
解析:
(1)由题意可知,荠菜的一对相对性状由两对等位基因控制,又因为F1只有三角形果实植株,所以三角形果实是显性性状,卵圆形果实是隐性性状。
从F2的表现型来看,F2的表现型比例接近15:
1,是9:
3:
3:
1的特例,遵循基因自由组合定律,并且卵圆形果实植株的基因型为aabb,三角形果实植株的基因型为A_B_、A_bb、aaB_。
所以亲本的基因型组合有两种,分别是AABB×aabb和AAbb×aaBB。
(2)由
(1)解析可知,F2中的三角形果实植株有8种基因型,其中基因型为AABB、AAbb、aaBB、AaBB和AABb的植株,连续自交的后代都不会出现卵圆形果实(aabb),其共占F2植株总数的7/16,占F2三角形果实的7/15,而自交后出现性状分离的有AaBb、Aabb和aaBb。
(3)基因突变具有不定向性,所以A、B可以突变成a、b,也可以突变成其他多种形式的等位基因;生物进化的实质是种群基因频率的改变,这是通过定向的自然选择积累适应环境的突变来实现的。
(4)采用先测交再自交的方法或连续两次测交的方法进行基因型鉴定。
第一种方法:
AABB植株与aabb植株测交,后代基因型为AaBb,其自交后代会出现15:
1的性状分离比;AaBB植株与aabb植株测交,后代有两种基因型:
AaBb和aaBb,其自交后代会出现27:
5的性状分离比;aaBB植株与aabb植株测交,后代基因型为aaBb,其自交后代会出现3:
1的性状分离比。
第二种方法:
AABB植株与aabb植株测交,后代基因型是AaBb,与aabb植株测交,后代会出现3:
1的性状分离比;AaBB植株与aabb植株测交,后代有两种基因型:
AaBb和aaBb,分别与aabb植株测交,后代会出现5:
3的性状分离比;aaBB植株与aabb植株测交,后代基因型是aaBb,与aabb植株测交,后代会出现1:
1的性状分离比。
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