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第19讲生物变异在生产上的应用,知识 生物变异在生产上的应用,知识梳理,知识生物变异在生产上的应用 一、杂交育种,教材研读,1.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:基因重组。 3.方法:连续自交、不断选种。 4.过程:三个基本环节,即杂交选择纯合化。,二、诱变育种 1.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.原理:基因突变和染色体畸变。,3.方法,4.特点,三、单倍体育种 1.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:染色体数目变异。,3.特点,4.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,四、多倍体育种 1.原理:染色体数目变异。 2.常用方法:用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗。 3.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。,4.无籽西瓜的培育过程:,五、转基因技术 1.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:基因重组。,3.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色体上 目的基因在受体细胞内得以表达,并能稳定遗传,4.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。,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,解析经X射线照射处理(辐射诱变)从而选育出高产青霉菌新菌株的育种方式属于诱变育种,C正确。,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。,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(),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 A,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。,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 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,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。,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:,(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,子的基因组成是(不含T基因用T0表示,含有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:,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(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2/3,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,行离体培养,得到的成熟红花植株中,RTTRT=11,由于RT有一半会死亡,因此强抗虫个体所占的比例为2/3。,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,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。,不同需求育种方式的选择与分析 1.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。,2.五种育种程序归纳,3.比较杂交育种、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,(2)利用单倍体育种培育宽叶抗病植株,(3)利用多倍体育种培育无籽西瓜,名师点拨杂交育种、单倍体育种、多倍体育种的辨析,4.依据不同需求,选择适宜的育种方法,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。,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于显性。仅考虑性别,雄性植株的基因型是。,(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(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。,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+、2/9BBa+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(1)不完全aDa+或aDad(2)Bba+ad41/15 (3)雌性不需要,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=28),人工培育的“章姬”草莓是八倍体。研究人员将一个抗除草剂基因(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,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:,抗除草剂基因与早熟基因的根本区别是:。 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)。,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:,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=9331,符合,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=12; 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,遗传图解见答案。,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:,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 。,解析(1)杂交育种是让具有两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(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%,
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