1、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
2、.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
3、 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
4、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
5、.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,
6、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)。
7、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
8、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
9、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。
10、 (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
11、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(
12、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
13、、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+、2/9 BBa+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+ad 4 1/15 (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=2 8),人工培育
14、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F
15、1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,
16、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
17、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%,
