高考生物一轮复习生物的变异育种与进化染色体变异与生物育种学案必修.docx

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高考生物一轮复习生物的变异育种与进化染色体变异与生物育种学案必修

第2讲　染色体变异与生物育种

1.染色体结构变异和数目变异（Ⅱ）

2.生物变异在育种上的应用（Ⅱ）

3.实验：

低温诱导染色体加倍

1.通过染色体变异基本原理及其在生物学中意义的理解，建立起进化与适应的观点。

（生命观念）

2.通过三种可遗传变异的比较及育种方法的比较，培养归纳与概括的能力。

（科学思维）

3.通过低温诱导植物染色体数目的变化、生物变异类型的判断与实验探究以及育种方案的选择与设计，培养实验设计及结果分析的能力。

（科学探究）

染色体变异

1．观察下列图示，填出变异类型

（1）甲、乙、丙、丁所示变异类型分别属于缺失、重复、倒位、基因突变。

（2）可在显微镜下观察到的是甲、乙、丙。

（3）基因数目和排列顺序未变化的是丁。

2．染色体数目变异

（1）类型及实例

类型

实例

个别染色体的增加或减少

21-三体综合征

以染色体组形式成倍地增加或减少

三倍体无子西瓜

（2）染色体组

①概念：

细胞中的一组非同源染色体，在形态和功能上各不相同，但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异。

②组成

如图中雄果蝇体细胞染色体中的一个染色体组可表示为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X或Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Y。

（3）二倍体、多倍体和单倍体的比较

项目

单倍体

二倍体

多倍体

发育起点

配子

受精卵

受精卵

特点

①植株弱小

②高度不育

正常

植株

①茎秆粗壮

②叶、果实、种子较大

③营养物质含量丰富

体细胞染色体组数

配子中染色体组数

2个

3个或3个以上

1．染色体易位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响。

（×）

[提示]　染色体易位可能对当代生物体不产生影响，也可能产生影响，且染色体变异大多对生物体是不利的。

2．染色体上某个基因的缺失属于基因突变。

（×）

[提示]　染色体上某个基因的缺失属于染色体结构变异中的缺失。

3．非同源染色体某片段移接，仅发生在减数分裂过程中。

（×）

[提示]　非同源染色体某片段的移接，是染色体易位，可以发生在减数分裂或有丝分裂过程中。

4．基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变。

（×）

[提示]　基因突变与染色体结构变异都有可能使个体表现型改变。

5．染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增减。

（×）

[提示]　染色体组整倍性增加会导致基因的数量增加，但基因的种类不变。

6．二倍体生物花药离体培养后即可得到纯合子。

（×）

[提示]　二倍体生物花药离体培养得到单倍体，后经秋水仙素处理加倍才得到纯合子。

7．单倍体含有的染色体组数都是奇数。

（×）

[提示]　四倍体的单倍体染色体组数是两个，不是奇数。

1．同源多倍体产生配子的种类及比例

（1）若同源四倍体的基因型为Aaaa，其中A对a为完全显性，则产生的配子类型及比例：

Aa∶aa＝1∶1。

（2）若同源四倍体的基因型为AAAa，其中A对a为完全显性，则产生的配子类型及比例：

AA∶Aa＝1∶1。

（3）若同源四倍体的基因型为AAaa，其中A对a为完全显性，则产生的配子类型及比例：

AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1。

2．多倍体的产生过程

1．染色体结构变异中有的会导致生物体死亡，并不遗传给后代，为何还称为可遗传的变异？

[提示]　染色体结构变异使排列在染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，即由遗传物质的变化引起的变异称为可遗传的变异。

2．辨析易位与交叉互换

项目

染色体易位

交叉互换

图解

位置

发生于非同源染色体之间

发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间

原理

染色体结构变异

基因重组

观察

可在显微镜下观察到

在显微镜下观察不到

3．有人让某品系的豌豆自交，子代出现了性状分离，且出现了高∶矮＝35∶1。

原因可能是染色体加倍形成了四倍体的豌豆DDdd。

请设计一个实验方案对该解释加以验证。

[提示]　让该品系的豌豆与矮茎豌豆测交，若测交后代性状分离比为高∶矮＝5∶1，则验证了解释。

考查染色体结构变异

1．DNA分子中特定片段的“拷贝数变异”是指与本物种正常的基因组相比，染色体上发生的一种结构变异。

某研究小组利用PCR方法，检测了莱芜猪（2n＝38）种群体细胞中R基因拷贝总数。

如图为R基因在13号染色体上的位置及拷贝数示意图。

以下叙述错误的是（　　）

A．R基因拷贝数的改变可能导致基因表达量的改变，引起性状的改变

B．与a比较，b、c染色体发生了R基因所在片段的缺失、重复

C．因为染色体的长度差异，减数分裂过程中，a、b、c三种染色体不会联会

D．上述两种变异在光学显微镜下均可观察到

C　[虽然由于R基因拷贝不同染色体长度出现差异，但是a、b、c仍然是同源染色体，减数分裂过程中三种染色体可以发生联会，C错。

]

2．生物的某些变异可通过细胞分裂某一时期染色体的行为来识别。

甲、乙两模式图分别表示细胞减数分裂过程中出现的“环形圈”“十字形结构”现象，图中字母表示染色体上的基因。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．甲、乙两图所示变异类型分别属于染色体结构变异、基因重组

B．甲图所示为个别碱基对的增添或缺失，导致染色体上基因数目改变

C．乙图所示为四分体时期同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换的结果

D．甲、乙两图常出现在减数第一次分裂前期，染色体数目与DNA数目之比为1∶2

D　[甲图中染色体增添或缺失了部分片段，属于染色体结构变异；乙图表示的是两对同源染色体之间的片段互换，也属于染色体结构变异，而不是四分体时期同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换。

染色体的出现及同源染色体的联会发生在减数第一次分裂前期，此时每条染色体上有两条姐妹染色单体，故染色体数目与DNA数目之比为1∶2。

]

考查染色体数目变异

3.二倍体生物如果某一对同源染色体多出一条染色体，则称之为“三体”。

三体在减数第一次分裂联会时，3条同源染色体中的任意2条随意配对联会正常分离，另1条同源染色体不能配对，随机地移向细胞的一极。

某基因型为AaBb的二倍体番茄（A、a位于5号染色体，B、b位于6号染色体），自交后代中出现一株基因型为AaBbb的三体（如图所示）。

下列关于此三体的描述不正确的是（　　）

A．可以确定该三体是其亲本减数第一次分裂时6号染色体出错，产生了ABb基因型配子而形成的

B．该三体减数分裂产生花粉的基因型为AB、Ab、Abb、ABb、aB、abb、ab、aBb，共8种

C．三体的出现丰富了生物的遗传多样性，但还不是一个新的物种

D．三体的形成属于染色体变异，可用显微镜观察其根尖细胞有丝分裂装片进行辨别

A　[亲本为二倍体，子代中出现三体，可能是精子或卵细胞形成过程出错，产生了基因型为ABb或aBb或Abb或abb的配子。

三体不是一个新的物种，其形成属于染色体变异中的染色体数目变异。

]

4．（2019·辽宁省实验中学高三模拟）二倍体（染色体组成为2n）生物中，某一对同源染色体少一条，染色体表示为2n－1的个体称为单体；缺失一对同源染色体，染色体表示为2n－2的个体称为缺体。

请回答有关问题：

（1）单体、缺体这些植株的变异类型为________，缺体形成的原因之一可能是亲代中的一方在减数第一次分裂过程中____________________所致。

理想情况下，某单体植株（2n－1）自交后代中，染色体组成和比例为________。

（2）小麦的染色体数为2n＝42，无芒（S）对有芒（s）是显性。

现有21种无芒的单体品系，可利用杂交实验把S基因定位在具体染色体上。

现想了解S基因是否在6号染色体上，请写出实验的基本思路，预期实验结果和结论。

基本思路：

_____________________________________。

预期实验结果和结论：

_____________________________________________。

[解析]　

（1）由题干信息可知单体、缺体这些植株的变异类型为染色体数目变异。

若亲代中的双方在减数第一次分裂后期有一对同源染色体未分离，则可能产生n－1的配子，两种n－1配子的结合后发育的个体为2n－2的缺体。

单体（2n－1）产生的配子有n和n－1两种类型，故单体自交后代为2n∶2n－1∶2n－2（正常∶单体∶缺体）＝1∶2∶1。

（2）为确定S基因是否在6号染色体上，可让正常有芒植株（ss）与无芒的6号单体品系进行杂交，观察并统计后代表现型及比例。

若S不在缺失的6号染色体上，则无芒单体品系的基因型为SS，杂交后代均为无芒；若S在缺失的6号染色体上，则无芒单体品系的基因型为S0，杂交后代中无芒（Ss）∶有芒（s0）＝1∶1。

[答案]　

（1）（个别）染色体（数目）变异　同源染色体未分离　2n∶2n－1∶2n－2（正常∶单体∶缺体）＝1∶2∶1

（2）基本思路：

正常有芒植株（ss）与无芒的6号单体品系进行杂交，观察并统计后代表现型及比例

预期实验结果和结论：

如果后代都是无芒的，则表明S基因不在缺失的6号染色体上；如果后代无芒∶有芒＝1∶1，则表明S基因在缺失的6号染色体上

考查综合考查生物变异类型及其判断

（1）可遗传变异与不可遗传变异及判断方法

（2）基因突变与基因重组的判断

（3）染色体变异与基因突变的判断

①判断依据：

光学显微镜下能观察到的是染色体变异，不能观察到的是基因突变。

②具体操作：

制作正常个体与待测变异个体的有丝分裂临时装片，找到中期图进行染色体结构与数目的比较可以判断是否发生了染色体变异。

5．如图①、②、③、④分别表示不同的变异类型，其中图③中的基因2由基因1变异而来。

有关说法正确的是（　　）

A．图①②都表示易位，发生在减数分裂的四分体时期

B．图③中的变异属于染色体结构变异中的缺失

C．图④中的变异属于染色体结构变异中的缺失或重复

D．图中4种变异能够遗传的是①③

C　[图①表示交叉互换，发生在减数分裂的四分体时期，图②表示易位；图③中的变异属于基因突变中的碱基对的缺失；图④中，若染色体3正常，则染色体4发生染色体结构变异中的缺失，若染色体4正常，则染色体3发生染色体结构变异中的重复；图中4种变异原因都是遗传物质的改变，都能够遗传。

]

6．一只红眼雄果蝇（XBY）与一只白眼雌果蝇（XbXb）杂交，子代中发现有一只白眼雌果蝇。

分析认为，该白眼雌果蝇出现的原因有两种：

亲本果蝇在产生配子过程中发生了基因突变或染色体片段缺失。

（注：

控制某一性状的基因都缺失时，胚胎致死；各型配子活力相同）

（1）甲同学想通过一次杂交的方法以探究其原因。

请你帮助他完成以下实验设计。

实验步骤：

①__________________________________________________

②_________________________________________________。

结果预测：

Ⅰ.如果________________________，则为基因突变；

Ⅱ.如果________________________，则为染色体片段缺失。

（2）乙同学认为可以采用更简便的方法验证甲同学的实验结论，乙同学的方法是______________________________________。

[解析]　

（1）用代入法进行倒推，通过一次杂交的方法（让这只雌果蝇与正常红眼雄果蝇交配）来确定变异的类型。

若发生了基因突变，这只雌果蝇的基因型为XbXb，子代中雌果蝇为红眼，雄果蝇为白眼，雌雄个体数之比为1∶1；若发生了含B基因的染色体片段缺失，这只雌果蝇的基因型为XXb，产生的子代中雌果蝇均为红眼，雄果蝇都是白眼，雌雄个体数之比为2∶1。

（2）可以用显微镜检查该白眼雌果蝇细胞中的X染色体形态验证甲同学的结论。

[答案]　

（1）实验步骤：

①让这只雌果蝇与正常红眼雄果蝇交配　②观察并记录子代中雌雄比例

结果预测：

Ⅰ.子代中雌∶雄＝1∶1　Ⅱ.子代中雌∶雄＝2∶1

（2）用显微镜检查该白眼雌果蝇细胞中的X染色体形态

低温诱导植物染色体数目的变化（实验）

1．实验原理

低温处理植物分生组织细胞→纺锤体不能形成→染色体不能被拉向两极→细胞不能分裂→细胞染色体数目加倍。

2．实验流程

1．实验中各种试剂的作用

（1）卡诺氏液：

固定细胞形态。

（2）体积分数为95%的酒精：

冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液。

（3）解离液（体积分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒精以1∶1混合）：

使组织中的细胞相互分离开来。

（4）清水：

洗去解离液，防止解离过度影响染色。

（5）改良苯酚品红染液：

使染色体着色，便于观察染色体的形态、数目和行为。

2．材料选用及处理

（1）本实验选用洋葱（或大葱、蒜）作实验材料，原因是洋葱（或大葱、蒜）染色体数目较少，便于观察。

（2）低温诱导：

应设常温、低温4℃、0℃三种，以作对照，否则实验设计不严谨。

3．实验结果观察

（1）观察染色体数目是否加倍，应选择根尖分生区进行观察，该区的细胞特点是细胞呈正方形，排列紧密。

（2）观察染色体数目是否加倍，应选择处于有丝分裂中期的细胞进行观察。

（3）能使染色体染成深色的物质除了改良苯酚品红染液外，还有龙胆紫溶液、醋酸洋红液等试剂。

1．如图是“低温诱导染色体数目加倍”实验的流程图。

下列说法合理的是（　　）

―→

―→

―→

―→

①　　　②　　③　　④　　　⑤

A．实验所用材料必须取自植物的分生组织

B．步骤②和③的顺序可以调换

C．③的目的是将细胞分裂阻断在中期

D．④中所用的改良苯酚品红将DNA染成红色

A　[步骤②和③的顺序不可调换，否则染色体无法加倍，B错；③的目的是固定细胞形态，便于观察，C错；④中所用的改良苯酚品红将染色体染成红色，D错。

]

2．某科研小组利用基因型为Aa的普通二倍体玉米（2N＝20），人工诱导得到了同源四倍体玉米（植株A），从收获的同源四倍体玉米穗中随机抽取10个穗子，统计完全成熟的粒数并求其结实率如下表所示。

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均

应结实数

567

656

514

350

400

384

322

240

480

320

423.3

实际结实数

64

28

85

20

6

45

34

32

15

14

34.3

结实率/%

11.3

4.3

16.5

5.7

1.5

11.7

10.6

13.3

3.1

4.4

8.1

为进一步研究同源四倍体玉米的遗传特性，该科研小组对植株A进行了如图甲所示的系列实验。

请回答下列问题：

甲

乙

（1）获得同源四倍体玉米的育种方式为________，据表中数据分析可知该育种方式的局限性为_____________。

（2）基因重组能够发生在图甲所示过程________（填序号）中。

（3）为观察同源四倍体玉米细胞中染色体的情况，可取植株A中部分组织，进行__________________、制片后进行镜检。

若发现染色体出现如图乙所示的异常情况，推测该过程发生在______（时期）。

在过程③中，最多能观察到染色体数目为__________，可观察到四分体________个。

（4）假设四倍体玉米所有花粉母细胞的染色体都能两两配对成功并平均分配，则植株B中杂合子所占比例为________。

[解析]　

（1）由二倍体Aa诱导形成同源四倍体AAaa的过程为多倍体育种；根据表格数据分析，多倍体实际结实数较少、结实率很低，说明多倍体育种的局限性为结实率低。

（2）基因重组发生在减数第一次分裂，即图甲中的②过程中。

（3）观察同源四倍体玉米细胞中染色体必须先制作临时装片，制作临时装片的过程为解离、漂洗、染色和制片；分析可知，图乙中的染色体异常情况发生在减数第一次分裂前期；过程③发生的是有丝分裂，在有丝分裂后期，染色体数目最多为体细胞的两倍，为40×2＝80条；有丝分裂过程中不会出现四分体。

（4）根据题意分析，植株A的基因型为AAaa，花药离体培养得到的幼苗的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，则染色体数目加倍以后得到的植株B的基因型及其比例为AAAA∶AAaa∶aaaa＝1∶4∶1，因此植株B中杂合子所占比例为2/3。

[答案]　

（1）多倍体育种　结实率低　

（2）②　（3）解离、漂洗、染色　减数第一次分裂前期　80　0　（4）2/3

生物变异在育种上的应用

1．单倍体育种

（1）原理：

染色体（数目）变异。

（2）方法

（3）优点：

明显缩短育种年限，所得个体均为纯合子。

（4）缺点：

技术复杂。

2．多倍体育种

（1）方法：

用秋水仙素或低温处理。

（2）处理材料：

萌发的种子或幼苗。

（3）原理

（4）实例：

三倍体无子西瓜

①两次传粉

②三倍体西瓜无子的原因：

三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。

3．杂交育种

（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：

①植物：

选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。

②动物：

选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。

（3）优良性状的选择

①若采用杂交育种，一般应从F2开始进行筛选，原因是F2才出现性状分离。

②若采用单倍体育种，对优良性状的选择应在秋水仙素处理之后（填“前”或“后”），原因是秋水仙素处理之前为单倍体，一般植株较小，不能表现出优良性状。

4．诱变育种

（1）概念：

利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法。

（2）过程：

选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。

（3）诱变育种与上述杂交育种相比，二者最大的区别在于诱变育种能创造出新基因。

1．将大豆种子用60Co处理后，筛选出一株杂合子抗病植株连续自交若干代，则其纯合抗病植株的比例逐代下降。

（×）

[提示]　杂合子自交，随自交后代数增加，纯合子逐代增多。

2．通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育，培育出作物新类型。

（√）

3．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦，此实践活动包含基因工程技术。

（×）

[提示]　此育种方式属于杂交育种，原理是基因重组，不包含基因工程技术。

4．通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。

（√）

5．最简便的育种途径是杂交育种，但育种周期较长。

（√）

6．诱变育种可通过改变基因的结构达到育种的目的。

（√）

几种常考的育种方法

1．根据提供的材料选择合适的育种方法

（1）有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，则最简单的方法是自交。

（2）实验材料若是动物，则杂交育种一般不通过逐代自交，而是应通过测交实验直接判断基因型。

（3）实验植物若是营养繁殖类，如土豆、地瓜等，则只要出现所需要性状即可，不需要培育出纯种。

（4）实验材料是原核生物，则不能运用杂交育种，细菌的培育一般采用诱变育种和基因工程育种。

2．请利用抗旱性少颗粒（Rrdd）和旱敏性多颗粒（rrDd）两植物品种作实验材料。

设计一个快速育种方案（仅含一次杂交），使后代个体全部都是抗旱性多颗粒杂交种（RrDd），用文字简要表述：

_____________________________________________________

_____________________________________________________。

[提示]　先用Rrdd和rrDd通过单倍体育种得到RRdd和rrDD，然后让它们杂交得杂种RrDd。

考查育种原理、过程及方法等

1．（2017·江苏高考）研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株，决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。

请回答下列问题：

（1）要判断该变异株的育种价值，首先要确定它的__________物质是否发生了变化。

（2）在选择育种方法时，需要判断该变异株的变异类型。

如果变异株是个别基因的突变体，则可采用育种方法①，使早熟基因逐渐________，培育成新品种1。

为了加快这一进程，还可以采集变异株的________进行处理，获得高度纯合的后代，选育成新品种2，这种方法称为________育种。

（3）如果该早熟植株属于染色体组变异株，可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式，由此造成不规则的____________，产生染色体数目不等、生活力很低的________，因而得不到足量的种子。

即使得到少量后代，早熟性状也很难稳定遗传。

这种情况下，可考虑选择育种方法③，其不足之处是需要不断制备____________，成本较高。

（4）新品种1与新品种3均具有早熟性状，但其他性状有差异，这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次________，产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。

[解析]　

（1）育种的目的是获得人类所需要的有价值的性状，只有由遗传物质改变引起的性状改变才能遗传下去，才具有育种价值。

（2）方法①是自交，连续自交过程中，早熟基因逐渐纯合，培育成新品种1。

单倍体育种能明显缩短育种年限，可先通过花药离体培养，再用秋水仙素处理单倍体幼苗。

（3）若是由染色体组数目改变引起的变异，则该变异株减数分裂时联会紊乱，从而造成不规则的染色体分离，产生染色体数目不等、生活力很低的异常配子，只有极少数配子正常，故只能得到少量的种子。

方法③需要先进行植物组织培养获得柑橘苗，此过程操作复杂、成本较高。

（4）在新品种1的选育过程中，连续自交使早熟性状相关基因与其他性状相关基因发生了多次重组。

而在植物组织培养过程中不发生基因重组。

[答案]　

（1）遗传　

（2）纯合　花药　单倍体　（3）染色体分离　配子　组培苗　（4）重组

考查育种方案的选择与设计

2．小麦品种是纯合子，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆（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三代即可）。

[解析]　根据题意，小麦用种子繁殖，所以选育的矮秆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种必须是纯合子，可采用杂交

育种的方法把矮秆不抗病（aabb）和高秆抗病（AABB）两个品种杂交，获得矮秆抗病（aaB_）个体，再通过自交选育获得矮秆抗病的纯合子即可。

马铃薯生产上通常用块茎繁殖，育种只需要获得具有优良性状的个体即可，不必获得纯合子，要选育黄肉（Yy）、抗病（Rr）的马铃薯新品种，可先采用杂交育种的方法把优良性状重组，即将黄肉不抗病个体和非黄肉抗病个体杂交，获得黄肉抗病品种即可，而后用块茎进行无性繁殖。

具体遗传图解见答案。

[答案]　

　　　　　　　　小麦

第一代　　　　　AABB×aabb　　亲本杂交

　　　　　　　　　↓

第二代　F1　　　　　AaBb　　　　种植F1自交

　　　　　　　　　↓自交

第三代F2　A_B_　A_bb　aaB_　aabb　

（注：

①A_B_、A_bb、aaB_、aabb表示F2出现的9种基