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

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生物育種方法的比較和選擇 一、各種育種方法的比較 項(xiàng)目 原理 方法 實(shí)質(zhì) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 應(yīng)用 雜交 育種 基因重組 ①選育純種：雜交→選優(yōu)→自交(連續(xù))→選種 ②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(gè)體上的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于一個(gè)個(gè)體上，即“集優(yōu)” ①育種所需時(shí)間較長(zhǎng) ②局限于同一種或親緣關(guān)系較近的個(gè)體 培育矮稈抗病小麥 誘變 育種 基因突變 染色體畸變 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(shí)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(gè)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 ①先將花藥離體培養(yǎng)，培養(yǎng)出單倍體植株；②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(shí)和種子較大，營(yíng)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(shí)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(duì)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(shí)別 下列圖解中集中了多種育種方式，如何識(shí)別呢？ (1)首先要識(shí)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(shí)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→A→D→新品種”為雜交育種，“親本→B→C→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(shí)別育種方式，有的圖解還可以根據(jù)個(gè)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→AaBb→AAbb”為雜交育種； “甲乙→AaBb→Ab→AAbb”為單倍體育種； “甲乙→AaBb→AaBB→aaBb”為誘變育種； “甲乙→AaBb→AAaaBBbb”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(duì)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(xiàng)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(duì)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 三倍體無籽西瓜 (2)兩個(gè)或多個(gè)性狀類型：兩個(gè)或多個(gè)性狀分散在不同的品種中，首先要實(shí)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： ①個(gè)體水平上：運(yùn)用雜交育種方法實(shí)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。 ②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(shí)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?yàn)開_______________。 (2)若親本的基因型有以下四種類型 ①兩親本相互雜交，后代表現(xiàn)型為3∶1的雜交組合是 __________________。 ②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(diǎn)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(gè)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?yàn)樵贔2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3∶1。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(diǎn)就是縮短了育種年限，因?yàn)樗玫降闹仓甓际羌兒系?，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)①甲乙?、?　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(gè)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(duì)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(zhǎng)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(diǎn)的緣故。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)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(shí)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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)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(shí)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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)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?cè)诠鈱W(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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)變異親本的有絲分裂臨時(shí)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(gè)體如果突變成Aa個(gè)體，則在當(dāng)代不會(huì)表現(xiàn)出來，只有Aa個(gè)體自交后代才會(huì)出現(xiàn)aa變異個(gè)體，因此這種變異個(gè)體一旦出現(xiàn)即是純合子。相反，如果aa個(gè)體突變成Aa個(gè)體，則當(dāng)代就會(huì)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(duì)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：①AaBb；②AaBBC；③AAaaBBBB；④aB。則對(duì)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(shí)，將①、②兩個(gè)植株雜交，得到③，將③再作如下圖所示處理。下列分析錯(cuò)誤的是(　　) A．由③到④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⑤⑥的育種過程中，依據(jù)的主要原理是染色體畸變 C．若③的基因型為AaBbdd，則⑩植株中能穩(wěn)定遺傳的個(gè)體占總數(shù)的1/4 D．獲得⑨和⑩植株的原理不相同 解析：選A　由③到④過程的原理是基因突變或染色體畸變，不會(huì)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(guó)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(zhǎng)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(gè)體，有關(guān)敘述錯(cuò)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(gè)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： ①高產(chǎn)、感病； ②低產(chǎn)、抗??； ③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)、抗病；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①、③品種間雜交篩選獲得a B．對(duì)品種③進(jìn)行染色體加倍處理篩選獲得b C．a(chǎn)、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)擘壑蝎@得c 解析：選CD　欲獲得a，應(yīng)利用①和②品種間進(jìn)行雜交篩選，染色體加倍后結(jié)實(shí)率降低，欲獲得b應(yīng)對(duì)③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(shí)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(shí)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(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切” C．在生物體外對(duì)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(duì)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(　　) ①減數(shù)分裂過程受到阻礙?、诩?xì)胞核內(nèi)染色體數(shù)目加倍　③形成染色體數(shù)目加倍的生殖細(xì)胞?、苡薪z分裂過程受到阻礙　⑤形成染色體數(shù)目加倍的合子?、奕旧w復(fù)制過程受到阻礙 A．①②⑤③ B.④⑤③⑥ C．⑥②③⑤ D.④②③⑤ 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(jí)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β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(duì)感病(r)為顯性，高稈(D)對(duì)矮稈(d)為顯性，控制上述兩對(duì)相對(duì)性狀的基因分別位于兩對(duì)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①的F1自交3代，產(chǎn)生的后代中純合抗病植株占________。 (2)過程②，若只考慮F1中分別位于n對(duì)同源染色體上的n對(duì)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④“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(1－1/23)1/2＝7/16。(2)F1中n對(duì)等位基因分別位于n對(duì)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)2n　DDRR　M/4 (3)基因突變　種子萌發(fā)時(shí)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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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： ①________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)若已確定闊葉變異是由基因突變導(dǎo)致，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來判斷這種突變是顯性突變還是隱性突變？ ①方法：選取多株闊葉小麥___________________________________________________。 ②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(shí)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?、偃舳叩娜旧w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?、谌舳叩娜旧w不同，則是由染色體畸變導(dǎo)致 (2)①分別讓其自交 ②b.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(duì)幼苗用秋水仙素處理，選擇闊葉類型。