浙江专版高中生物第四章生物的变异第二节生物变异在生产上的应用学案浙科版必修2.docx

浙江专版高中生物第四章生物的变异第二节生物变异在生产上的应用学案浙科版必修2.docx

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浙江专版高中生物第四章生物的变异第二节生物变异在生产上的应用学案浙科版必修2

第二节生物变异在生产上的应用

1．杂交育种的优点是使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上。

2．诱变育种是利用物理、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。

它可提高突变频率，在短时间内有效地改良生物品种的某些性状。

3．单倍体植株的特点：

植株小而弱，而且高度不育。

4．花药离体培养是产生单倍体植株的简便而有效的方法。

5．多倍体育种的方法是用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗等。

秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤体的形成，因此染色体虽已复制，但不能分离，最终导致染色体数目加倍。

6．转基因技术是指利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的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。

转基因技术人为地增加了生物变异的范围，实现了种间遗传物质的交换。

杂交育种和诱变育种

1．杂交育种

（1）概念：

利用基因重组原理，可以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）处理方法：

①培育显性纯合子：

F1

F2

②培育隐性纯合子：

F1

F2―→

（4）优点：

使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，能产生新的基因型。

缺点：

杂交后代会出现性状分离现象，育种过程缓慢。

2．诱变育种

（1）概念：

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）手段：

诱发突变和人工选择。

（4）常用的方法：

辐射诱变、化学诱变

（5）优点：

①提高突变频率，为育种创造出丰富的原材料。

②能在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状。

③改良作物品质，增强抗逆性。

缺点：

难以控制突变方向，突变体难以将多个优良性状组合。

（6）应用：

主要用于农作物育种和微生物育种。

1．杂交育种是否一定要从F2开始筛选？

是否一定要连续多代自交？

举例说明。

提示：

不一定。

如培育杂合子品种，可选亲本杂交得到的F1即可。

2．杂交育种能否应用于微生物育种？

提示：

杂交育种利用基因重组的原理，一般发生在有性生殖的减数分裂过程中。

微生物一般不能进行减数分裂，因此一般不能用杂交育种的方法对微生物进行育种。

3．社会上比较关注的太空育种，其原理是什么？

有什么特点？

提示：

太空的特殊条件能够引起农作物种子发生基因突变和染色体畸变；特点是变异频率高，幅度大，是一条诱变育种的良好途径。

4．诱变育种是否一定能获得理想品种？

为什么？

提示：

不一定，因为基因突变是多方向性的。

1.动、植物杂交育种的区别

实例分析：

现有基因型为BBEE和bbee的两个植物（非多年生）或动物品系，欲培育基因型为BBee的植物或动物品种，育种过程用遗传图解表示如下：

2．杂交育种和诱变育种的比较

项目

杂交育种

诱变育种

原理

基因重组

基因突变、染色体畸变

方法

杂交→自交→选优

辐射诱变、激光诱变、化学药剂处理

优点

不同个体的优良性状可集中到同一个体上

提高变异频率，大幅度改良某些性状，加速育种进程

缺点

时间长、需要及时发现优良性状

有利变异少，需要处理大量实验材料，具有不确定性

[特别提醒]

（1）若生物以有性生殖繁殖后代，必须选育出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离，如小麦、大豆等。

（2）若该生物可以无性繁殖产生后代，如甘薯、马铃薯等，只要通过杂交得到具有该优良性状的个体即可，不必进行基因的纯合。

（3）杂交育种只应用于进行有性生殖的植物和动物，而诱变育种不仅能应用于有性生殖的植物和动物，也可应用于无性生殖的微生物。

单倍体育种、多倍体育种和转基因技术

1．单倍体育种

（1）概念：

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）单倍体特点：

植株小而弱，而且高度不育。

（3）原理：

染色体畸变。

（4）程序：

①用常规方法（杂交）获得杂种F1。

②花药离体培养获得单倍体幼苗。

③用秋水仙素处理幼苗（单倍体），成为可育的纯合植株。

（5）特点：

①缩短育种年限；

②能排除显隐性干扰，提高效率。

2．多倍体育种

（1）概念：

利用物理、化学因素来诱导多倍体的产生，培育作物新品种。

（2）多倍体特点：

细胞大、有机物含量高、抗逆性强。

（3）原理：

染色体畸变。

（4）程序：

（5）实例：

三倍体无籽西瓜的培育。

3．转基因技术

（1）概念：

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：

用人工方法将人类所需要的目的基因导入受体细胞内，使其整合到受体的染色体上。

人工选择出具有所需新性状的个体。

（4）特点：

①增加生物变异的范围，实现种间遗传物质交换。

②针对性更强、效率更高、经济效益更明显。

为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法。

图中两对相对性状独立遗传，高蔓（A）、感病（B）是显性性状。

据图分析回答：

（1）过程①表示的育种方式是________，F1自交获得的F2中，高蔓抗病植株中纯合体占________。

提示：

杂交育种　1/3

（2）过程②表示的育种方式是________，可以取任一植株的适宜花药作培养材料，培养得到的单倍体基因型有________种；用秋水仙素处理，使染色体数目加倍，获得的二倍体植株的基因型分别是________________________。

提示：

单倍体育种　4　AAbb、aabb、AABB、aaBB

（3）过程③表示的育种方式是________。

提示：

转基因技术（基因工程育种）

（4）过程④表示的育种方式是________，该育种方法的优点是__________________。

提示：

诱变育种可以提高突变率，在短时间内获得更多的变异类型

1．单倍体育种与多倍体育种比较

项目

单倍体育种

多倍体育种

原理

染色体数目以染色体组形式成倍减少，然后再加倍从而获得纯种

染色体数目以染色体组形式成倍增加

方法

花药离体培养获得单倍体，再用秋水仙素处理幼苗

秋水仙素处理正在萌发的种子或幼苗

优点

明显缩短育种年限

器官大，营养成分含量高，产量增加

缺点

技术复杂，需要与杂交育种配合

适用于植物，动物难以开展。

多倍体植物生长周期延长，结实率降低

2．杂交育种与单倍体育种的区别

（1）单倍体育种：

图中①②⑤⑥⑦为单倍体育种的过程，其中⑤⑥分别为配子和单倍体植株，Ⅱ、Ⅲ分别为花药离体培养和秋水仙素处理。

（2）杂交育种：

①培育双杂合子时，利用子一代（图中②）的杂种优势如玉米等，但种子只能种一年。

②培育隐性纯合子时，子二代（图中③）性状符合要求的个体即可推广。

③培育具有显性性状的纯合子时，要多次自交选出稳定遗传的个体（图中④）。

（3）杂交育种的技术要求：

①材料的选择，要求所选育种材料分别具有所期望的个体性状，所选的原始材料一般是纯合子。

②杂交一次得F1，F1是杂合子，不管性状是否符合要求，一般情况下，都不能直接用于扩大生产。

③让F1自交得F2，性状的重新组合一般是在F2中出现，选出在性状上符合要求的品种，这些品种的基因型有纯合子也有杂合子。

（4）单倍体育种和杂交育种的区别：

项　目

单倍体育种

杂交育种

育种原理

染色体变异

基因重组

育种周期

较短

较长

操作技术

技术复杂

操作简单

3.多倍体育种

（1）原理：

（2）实例：

三倍体无籽西瓜的培育。

①两次传粉

②秋水仙素处理后，新产生的茎、叶、花的染色体数目加倍，而未处理的根细胞中仍为两个染色体组。

③四倍体植株上结的西瓜，种皮和瓜瓤为四个染色体组，而种子的胚为三个染色体组。

④三倍体西瓜无米子的原因：

三倍体西瓜在减数分裂过程中，由于染色体配对紊乱，不能产生正常配子。

[特别提醒]　花药离体培养≠单倍体育种

单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗等过程。

花药离体培养只得到单倍体，只有再进行秋水仙素处理才能得到可育的纯合子。

以具体实例为依托，考查杂交育种过程

[例1]　有两个纯种小麦，一为高秆（D）抗锈病（T），另一为矮秆（d）不抗锈病（t）。

这两对性状独立遗传，现要培育矮秆抗锈病的新品种，过程如下：

高秆、抗锈病×矮秆、不抗锈病

F1

F2

稳定遗传的矮秆抗锈病类型。

（1）这种过程叫________育种，过程a叫________，过程b叫________。

（2）过程c的处理方法是___________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）F1的基因型是________，表现型是________，矮秆抗锈病新品种的基因型应是________。

[思路点拨]

[精讲精析]　过程a叫做杂交，产生的F1基因型为DdTt，表现型为高秆抗锈病。

过程b叫做自交，目的是获取表现型为矮秆抗锈病的小麦品种（ddT_），因为此过程所得后代会发生性状分离，所以要想得到稳定遗传的矮秆抗锈病植株必须经过过程c，即筛选和连续自交，直至后代不发生性状分离。

[答案]　

（1）杂交　杂交　自交　

（2）筛选和连续自交，直至选出能够稳定遗传的矮秆抗锈病新品种

（3）DdTt　高秆抗锈病　ddTT

1．杂交育种是植物育种的常规方法，其选育新品种的一般方法是（　　）

A．根据杂种优势原理，从子一代中即可选出

B．从子三代中选出，因为子三代才出现纯合子

C．既可从子二代中选出，也可从子三代中选出

D．只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种

解析：

选C　若选育的新品种含显性基因，则在子二代选种后需再自交以确认是否为纯合子；若选育的新品种为隐性类型，则隐性性状一旦出现，即可确认为纯合子，可直接选出。

以具体图解、文字为依托，考查诱变育种

[例2]　（江苏高考）下图是高产糖化酶菌株的育种过程，有关叙述错误的是（　　）

出发菌株

选出50株

选出5株

多轮重复筛选

A．通过上图筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产菌株

B．X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异

C．上图筛选高产菌株的过程是定向选择过程

D．每轮诱变相关基因的突变率都会明显提高

[精讲精析]　图示育种过程为诱变育种。

由于基因突变的多方向性，该过程获得的高产菌株不一定符合生产的要求，故A项正确；X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体畸变，B正确；上图筛选高产菌株的过程是定向选择符合人特定要求菌株的过程，C正确；相同的射线每轮诱变相关基因的突变率不会明显提高，故D项错误。

[答案]　D

2．下列各种育种措施中，能产生新基因的是（　　）

A．高秆抗锈病小麦和矮秆易染锈病小麦杂交获矮秆抗锈病优良品种

B．用秋水仙素诱导二倍体西瓜获得无籽西瓜

C．用X射线、紫外线处理青霉菌获得高产青霉菌株

D．用离体花药培育小麦植株

解析：

选C　A项属于杂交育种，原理是控制不同性状的基因重新组合，B项属于多倍体育种，C项属于诱变育种，原理主要是基因突变，基因突变能产生新的基因，D项属于单倍体育种。

以图解、实例为载体，综合考查各种育种方法在实践中的应用

[例3]　水稻是湛江主要的粮食作物，改善水稻的遗传性状是育种工作者不断努力的目标。

下图表示培育优质水稻的一些途径。

请回答下列问题：

（1）以矮秆易感病（ddrr）和高秆抗病（DDRR）水稻为亲本进行杂交，得到F1，F1自交产生F2，F2中不能稳定遗传的个体占________，选F2中的矮秆抗病的水稻植株让其进行自交，子代中ddRR和ddRr的比例是________________________________________________________。

（2）若要在较短时间内获得矮秆抗病水稻，可选图中________（填图中序号）途径所用的方法。

其中⑦途径的常用方法是__________________。

（3）科学工作者欲培育能产生人体蛋白的水稻新品种，应该选择图中________（填图中序号）途径最为合理可行，该技术手段主要过程：

提取目的基因、______________、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

该育种方式所利用的原理为__________________。

（4）图中________（填图中序号）途径具有多方向性。

[思路点拨]

[精讲精析]　题图中①→②途径表示诱变育种，③→④途径表示基因工程育种，⑤→⑥途径表示杂交育种，⑤→⑦→⑧途径表示单倍体育种，⑨→⑩途径表示多倍体育种。

（1）用矮秆易感病（ddrr）和高秆抗病（DDRR）水稻杂交，得到F1（DdRr），F1自交产生F2，F2中不能稳定遗传的占1－4/16＝3/4。

F2中矮秆抗病水稻基因型为1/3ddRR、2/3ddRr，自交后子代中ddRR占1/3＋（2/3）×（1/4）＝1/2，ddRr占（2/3）×（1/2）＝1/3，故ddRR∶ddRr＝3∶2。

（2）要尽快获得矮秆抗病类型新品种，应该采用单倍体育种的方式，即图中⑤→⑦→⑧途径。

将F2的花药经过离体培养后，便可以得到单倍体植株。

（3）培育能产生人体蛋白的水稻新品种，应该用基因工程育种的方式，所利用的原理是基因重组，主要操作过程包括提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

（4）诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有多方向性。

[答案]　

（1）3/4　3∶2　

（2）⑤→⑦→⑧　花药离体培养　（3）③→④　目的基因与运载体结合（或构建基因表达载体）　基因重组　（4）①→②

依据不同需求，选择适宜的育种方法

（1）将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。

（2）要求快速育种，则运用单倍体育种。

（3）要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。

（4）要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。

（5）若要将特殊性状组合到一起，可考虑转基因技术，如抗虫棉的培育。

3．下列有关育种的叙述正确的是（　　）

A．诱变育种可以定向地改变生物的性状

B．通过杂交育种获得新品种均需要从F3开始选取

C．多倍体育种中，低温处理与秋水仙素处理的作用机理相似

D．通过花药离体培养获得的新个体即为纯合子

解析：

选C　由于基因突变具有多方向性，所以诱变育种不能定向改变生物的性状；通过杂交育种获得新品种可以从F2就开始选取；在多倍体育种中，低温处理与秋水仙素处理的作用机理相似，都能抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍；在单倍体育种的过程中，通过花药离体培养获得的新个体是单倍体，高度不育，需通过人工诱导染色体加倍后，才可能得到纯种个体。

[课堂回扣练习]

一、概念原理识记题

1．杂交育种和诱变育种的原理是利用（　　）

A．基因突变　　　　　　　　　　　B．基因重组和基因突变

C．染色体畸变D．基因突变和染色体畸变

解析：

选B　杂交育种的原理是基因重组，诱变育种的主要原理是基因突变。

单倍体育种和多倍体育种的原理是染色体（数目）变异。

2．诱变育种不同于杂交育种的特点是（　　）

①能大幅度改良某些性状　②能形成新基因　③能形成新基因型　④一般对个体生存有利

A．①②　　　　　　B．①③　　　　　　

C．②③　　　　　　D．②④

解析：

选A　杂交育种与诱变育种都能产生新基因型，故③不对；诱变育种的主要原理是基因突变，一般对个体生存有害，所以④不是诱变育种的特点。

二、易错易混辨析题

3．下列关于育种方法的叙述错误的是（　　）

A．杂交育种仅应用于进行有性生殖的生物

B．诱变育种仅应用于进行有性生殖的生物

C．培育多倍体时，可用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

D．诱变育种可产生新基因

解析：

选B　诱变育种的主要原理是基因突变，它不仅能应用于进行有性生殖的生物，也能应用于进行无性生殖的生物。

[回扣知识点]

1．杂交育种和诱变育种的原理。

。

2．杂交育种、诱变育种的特点。

三、基本原理应用题

4．如下图所示，科研小组用60Co照射棉花种子，诱变当代获得棕色（纤维颜色）新性状，诱变1代获得低酚（棉酚含量）新性状。

已知棉花的纤维颜色由一对基因（A、a）控制，棉酚含量由另一对基因（B、b）控制，两对基因独立遗传。

（1）两个新性状中，棕色是________性状，低酚是________性状。

（2）诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是______________，白色、高酚的棉花植株的基因型是__________。

（3）棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。

为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从____________的区域中得到纯合棕色、高酚植株。

请你利用该纯合体作为一个亲本，再从诱变1代中选择另一亲本，设计一方案，尽快选育出抗虫高产（棕色、低酚）的纯合棉花新品种（用遗传图解和必要的文字表示）。

解析：

（1）从诱变当代棕色、高酚个体自交，后代出现棕色和白色，说明棕色为显性；从诱变当代白色、高酚个体自交，后代出现低酚和高酚性状，说明低酚为隐性。

（2）从诱变当代个体自交后代的表现型即可判断出棕色、高酚的棉花植株的基因型为AaBB；白色、高酚的棉花植株的基因型为aaBb。

（3）依题意，要尽快获得纯合的棕色低酚植株（AAbb），结合已知纯合体AABB，只要从诱变子代中选取白色低酚（aabb）个体，并利用单倍体育种的方法即可。

在书写遗传图解时，需要标明表现型、基因型，同时注明必要的文字如花药离体培养、秋水仙素处理等。

答案：

（1）显性　隐性　

（2）AaBB　aaBb　（3）不发生性状分离（或全为紫色棉，或没有出现白色棉）　实验方案图解如下：

4．能力迁移：

能够对生物性状显隐性进行判断，正确区别诱变育种和单倍体育种等知识，具备综合分析、文字表述、规范答题能力，能够规范书写遗传图解。

[课下综合检测]

一、选择题

1．在育种上既要得到更多的变异，又要使后代的变异性状较快地稳定，最好采用（　　）

A．单倍体育种B．多倍体育种

C．杂交育种D．诱变育种

解析：

选D　由题意很容易就可排除B与C两选项。

而单倍体育种只能缩短育种年限，迅速获得纯系植株，但不可能得到更多的变异。

诱变育种是利用物理的（辐射诱变或激光诱变）或化学的（如秋水仙素）因素来处理植物，使它发生基因突变，创造变异类型，从中选择培育出优良品种，所以诱变育种可提高变异的频率，使后代的变异性状较快地稳定。

2．用DDee与ddEE杂交的豌豆种子（DdEe）获得纯合子（ddee），最简捷的方法是（　　）

A．种植→F2→选双隐性植株→纯合子

B．种植→秋水仙素处理→纯合子

C．种植→花药离体培养→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：

选A　从题干中可知需要隐性纯合子（ddee），在杂交育种的F2中可以直接获得。

所以通过杂交育种获得双隐性个体要比单倍体育种更简捷。

3．下列有关育种说法正确的是（　　）

A．用杂交的方法进行育种，F1自交后代有可能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，所育的种和原品种杂交一定能产生可育后代

解析：

选A　用杂交方法育种，F1自交后代有可能筛选出符合人类需求的优良品种。

用辐射的方法进行诱变育种，由于基因突变的多方向性和有害性，诱变后的植株不一定比诱变前具有更多的优良性状。

用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，得到纯合子，自交后代全为纯合子。

用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的种是四倍体，和原二倍体品种杂交产生的后代是三倍体，高度不育。

4．下图为某种农作物品种①和②培育出⑥的几种方法，有关说法错误的是（　　）

A．经过Ⅲ培育形成④常用的方法是花药离体培养

B．过程Ⅵ常用一定浓度的秋水仙素处理④的幼苗

C．由品种①直接形成⑤的过程必须经过基因突变

D．由品种①和②培育品种⑥的最快途径是Ⅰ→Ⅴ

解析：

选D　图中所涉及的育种方式有诱变育种（Ⅱ→Ⅳ）、杂交育种（Ⅰ→Ⅴ）、单倍体育种（Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ），原理分别是基因突变、基因重组、染色体畸变。

其中单倍体育种能明显缩短育种年限，因为在单倍体育种过程中，每对染色体上的成对的基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离。

5．下列有关育种的说法正确的是（　　）

A．杂交育种所依据的主要遗传学原理是染色体畸变

B．利用单倍体育种可以培育出无籽西瓜

C．诱变育种可以把两个或多个品种的优良性状集中在一起，获得新的品种

D．人工诱导多倍体目前最有效的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

解析：

选D　杂交育种的原理是基因重组，它可以把两个或多个品种的优良性状集中在一起，获得新品种。

无籽西瓜是利用多倍体育种方法培育的。

6．用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病（DDTT）和矮秆不抗锈病（ddtt）进行育种时，一种方法是杂交得到F1，F1再自交得F2；另一种方法是用F1的花药进行离体培养，再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株。

下列叙述正确的是（　　）

A．前一种方法所得的F2中重组类型和纯合子各占5/8、1/4

B．后一种方法所得的植株中可用于生产的类型比例为2/3

C．前一种方法的原理是基因重组，原因是非同源染色体自由组合

D．后一种方法的原理是染色体畸变，是由于染色体结构发生改变

解析：

选C　杂交育种F2中重组类型有DDtt（1/16）、ddTT（1/16）、Ddtt（2/16）、ddTt（2/16）占3/8；单倍体育种的原理是染色体数目变异，由于F1产生的四种配子的比例为1∶1∶1∶1，故用此法所得植株中可用于生产的类型占1/4。

单倍体育种的原理是染色体畸变，是由于染色体数目发生改变。

7．将二倍体芝麻的种子萌发成的幼苗用秋水仙素处理后得到四倍体芝麻，此四倍体芝麻（　　）

A．与原来的二倍体芝麻相比，在理论上已经是一个新物种了

B．产生的配子中由于没有同源染色体，所以配子无遗传效应

C．产生的配子中有同源染色体，用秋水仙素诱导成的单倍体可育

D．将此四倍体芝麻产生的花药进行离体培养长成的芝麻属于二倍体

解析：

选A　四倍体与二倍体杂交，后代为不育的三倍体，所以四倍体是新物种；四倍体产生的配子含有2个染色体组，有同源染色体；用秋水仙素处理后，就不再是单倍体了；此四倍体的花药离体培养成的植株属于单倍体。

8.（全国大纲卷）下列实践活动包含转基因技术的是（　　）

A．水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种

B．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

C．将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株

D．用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆

解析：

选C　A项属于单倍体育种，原理是染