学年高中生物 第6章 从杂交育种到基因工程 第1节 杂交育种与诱变育种学案 新人教.docx

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学年高中生物第6章从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种学案新人教

第1节杂交育种与诱变育种

1.杂交育种的原理是基因重组。

2．杂交育种一般从F2开始筛选，因为从F2开始才出现性状分离。

3．杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起。

4．诱变育种的原理是基因突变。

5．人工诱变只是提高了突变率，但不能确定突变方向。

6．青霉素高产菌株是通过诱变育种培育的。

杂交育种

[自读教材·夯基础]

1．过程（以高产抗病小麦品种的选育为例）

2．概念、原理和应用

（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）原理：

基因重组。

（3）应用\b\lc\{\rc\（\a\vs4\al\co1（农业生产：

改良作物品质，提高农作物产量

家畜、家禽的育种））

1．杂交育种适用于哪些生物？

提示：

只适用于进行有性生殖的生物，如植物和动物。

2．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。

[跟随名师·解疑难]

1．杂交育种与单倍体育种的比较

上述图中的④⑤分别表示的是配子和单倍体，Ⅰ、Ⅱ分别表示的是花药离体培养和秋水仙素处理。

根据育种目的不同可采用上述不同的育种方法。

（1）培育纯合子：

①培育隐性纯合子，如上图中的aabb，用单倍体育种和杂交育种均可获得，两种育种方法所用时间相同，但杂交育种操作简单。

②培育显性纯合子，如上图③中的AABB，经过多次自交后可获得，但所需时间长，若用单倍体育种的方法，所需时间为两年，育种时间较短。

（2）培育杂合子：

在农业生产上，可以将杂种一代（图中①）作为种子直接利用，如玉米。

此种方法获得的植株有高产、优质、抗性强等性状，但种子只能种一年。

2．动、植物杂交育种的区别

（1）方法：

植物杂交育种中纯合子的获得不能通过测交，只能通过逐代自交的方法获得；而动物杂交育种中纯合子的获得一般不通过逐代自交，而通过测交的方法进行确认后而获得。

（2）实例：

现有基因型为BBEE和bbee的两种植物或动物，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：

诱变育种

[自读教材·夯基础]

1．概念

2．优点和应用

（1）优点：

提高突变率，短时间获得更多变异类型。

（2）应用

1.诱变育种适用于哪些生物？

提示：

可适用于各种生物。

2．诱变育种是否一定能获得理想品种？

为什么？

提示：

不一定。

因为突变具有不定向性。

[跟随名师·解疑难]

1．显性突变和隐性突变在育种中的应用

（1）如果发生显性突变，在二倍体生物中通常第一代便会表现出来，但并不都是纯合子。

特别是在异花授粉的植物中，还必须经过两次自交到第三代才能得到稳定遗传的纯合突变类型。

（2）如果发生的是隐性突变，在自花授粉植物中只需要通过自交繁殖，到第二代便会有纯合的隐性突变体分离出来，虽然数目较少，但是一经出现便可选择应用。

2．杂交育种与诱变育种的比较

项目

杂交育种

诱变育种

原理

基因重组

基因突变

方法

杂交→自交→筛选→自交

辐射诱变、激光诱变、化学药剂诱变

优点

使不同个体的优良性状集中于同一个个体上

可以提高变异的频率，大幅度改良某些性状，加速育种进程

局限

性

育种年限较长

有利变异的个体不多，需大量处理实验材料

　　[特别提醒]　

（1）杂交育种应用于能进行有性生殖的生物，主要是植物和动物。

（2）诱变育种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，主要应用于植物和微生物。

杂交育种过程分析

[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a,F1b,F2c,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]

[解析]　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，直至后代无性状分离。

[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

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　根据所需，若新品种为隐性纯合子，则在F2中即可找到；若新品种为显性个体，在F2中即可出现该性状的个体，但不一定为纯合子，经隔离选育后在F3中才能确定是否纯合子。

生物育种综合分析

[例2]　如下图所示，将二倍体植株①和②杂交得到③，再将③作进一步处理。

对此分析错误的是（　　）

A．由⑤得到⑥的育种原理是基因重组

B．图中秋水仙素的作用是使染色体数目加倍

C．若③的基因型是AaBbdd，则⑨的基因型可能是aBd

D．③至④的过程中，所产生的变异都有利于生产

[思路点拨]

[解析]　①和②杂交后得到③，③应为种子，经多次射线处理萌发的种子应为诱变育种，由于突变是不定向的，所以产生的性状有可能有利也有可能有害；⑤与⑥过程表示的是杂交育种的自交阶段，遵循的原理为基因重组；由③到⑨是花药离体培养，所得到的幼苗是单倍体，可以为aBd等四种基因型；秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，进而使染色体数目加倍。

[答案]　D

规律方法

育种程序图的识别方法

（1）首先要识别图解中各字母表示的处理方法：

A——杂交，D——自交，B——花药离体培养，C——秋水仙素处理，E——诱变处理，F——秋水仙素处理，G——转基因技术，H——脱分化，I——再分化，J——包裹人工种皮。

这是识别各种育种方法的主要依据。

（2）根据以上分析可以判断：

“亲本

新品种”为杂交育种，“亲本

新品种”为单倍体育种，“种子或幼苗

新品种”为诱变育种，“种子或幼苗

新品种”为多倍体育种，“植物细胞

新细胞

愈伤组织

胚状体

人工种子―→新品种”为基因工程育种。

1．设计杂交育种程序，培育新品种。

2．基因突变类型在育种中的应用。

典例剖析

如图所示，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）两种新性状中，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。

请你利用该纯合子作为一个亲本，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）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；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），结合已知纯合子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（或全为棕色棉，或没有出现白色）

遗传图解：

归纳拓展

杂交育种的类型

（1）培育杂合子品种（杂种优势的利用）：

选取合适的双亲杂交→F1。

（2）培育纯合子品种：

①培育隐性纯合子：

选取合适的双亲杂交→F1→自交→F2→直接选出表现型符合要求的个体种植推广。

②培育双显纯合子或一隐一显纯合子：

选取合适的双亲杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体自交→F3→……（逐步淘汰不符合性状要求的个体）→直到不发生性状分离，选出稳定遗传的个体推广种植。

[随堂基础巩固]

1．杂交育种和诱变育种的原理分别是（　　）

A．基因突变　　　　B．基因重组和基因突变

C．染色体变异D．基因突变和染色体变异

解析：

选B　杂交育种的原理是基因重组，诱变育种的原理是基因突变。

2．利用杂交育种方法，培育具有两种优良性状的作物新品种，下列说法错误的是（　　）

A．所选的原始材料分别具有某种优良性状且能稳定遗传

B．杂交一次，得F1，若F1在性状上符合要求，则可直接用于扩大栽培

C．让F1自交，得F2，从F2中初步选取性状上符合要求的类型

D．把初步选出的类型进一步隔离自交和汰劣留良，直到确认不再发生性状分离为止

解析：

选B　杂交育种是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。

杂交育种的过程：

分别具有某种优良性状的亲本杂交，得F1，让F1自交，得F2，从F2中初步选取性状上符合要求的类型，再把初步选出的类型进一步隔离自交和汰劣留良，直至性状不再分离为止。

3．下列有关育种的叙述，正确的是（　　）

A．杂交育种所选双亲必须是纯合子

B．诱变所得植株若不出现预期性状就应丢弃

C．多倍体育种时可用秋水仙素处理幼苗

D．单倍体育种依据的遗传学原理是基因突变

解析：

选C　杂交育种是指将2个或2个以上优良性状通过杂交的方式结合在一起，其育种原理是基因重组，对于亲本是否纯合没有严格要求；诱变育种是指在人为作用下诱发基因突变，若发生隐性突变，第一次诱变时没有获得所需个体，应进一步实验；秋水仙素能够抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，获得多倍体常用的方法是适宜低温处理或者适宜浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗；单倍体育种的原理是染色体数目变异。

4．诱变育种与杂交育种的不同之处是（　　）

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．①②B．①③

C．②③D．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。

5．已知水稻的抗病（R）对感病（r）为显性，有芒（B）对无芒（b）为显性。

现有抗病有芒和感病无芒两个品种，要想选育出抗病无芒的新品种，从理论上分析不可以选用的育种方法是（　　）

A．杂交育种B．单倍体育种

C．诱变育种D．多倍体育种

解析：

选D　由题干信息可知，杂交育种和单倍体育种可培育该品种。

诱变育种可产生新性状，也可用于该品种的选育。

多倍体育种培育的个体只是染色体数目加倍，并不能产生两种性状的组合。

6．小麦高茎（D）对矮茎（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性（两对基因独立遗传）。

现有高茎抗锈病纯合子和矮茎不抗锈病纯合子两个亲本，要想获得矮茎抗锈病的纯合新品种，育种专家提出了两种育种方案。

如下图所示。

请回答下列问题：

（1）图中①②所示过程在遗传学上分别叫________和________。

（2）图中表示的两种常见的育种方法是__________育种和________育种，其中哪种育种方法较为理想？

________________，其优越性是__________________________。

（3）图中④处理的方法是____________________，目的是_______________________。

（4）图中②产生的矮茎抗锈病的个体比例是____，ddT_中能够稳定遗传的个体占________。

解析：

（1）

（2）方案甲是用两个纯合的亲本进行杂交，获得杂种一代，通过对杂种后代的不断优选自交，获得所需的能够稳定遗传的个体，属于杂交育种；而方案乙只利用了其中的一个亲本，经过④获得新个体（ddTt），由于基因T是亲本中所没有的，因此只能来自基因突变，由于基因突变具有不定向性，多数是不利的变异，因而影响育种效率。

而杂交育种目的性更强一些。

（3）诱导基因突变可以用物理或化学的方法进行处理，诱变育种的特点是能够提高突变的频率，增加所需性状出现的概率。

（4）通过DdTt的自交，所得后代中性状符合要求的占3/16，其中ddT_中能够稳定遗传的个体占1/3。

答案：

（1）杂交　自交　

（2）杂交　诱变　杂交育种　目的性强，能够将多个品种的优良性状集中在一起　（3）用物理方法或化学方法诱发基因突变　提高变异频率，获得所需要的变异个体

（4）3/16　1/3

[课时跟踪检测]

（满分50分　时间25分钟）

一、选择题（每小题4分，共24分）

1．育种专家用高秆抗锈病水稻与矮秆不抗锈病水稻杂交，培育出了矮秆抗锈病水稻，这种水稻出现的原因是（　　）

A．基因突变　　　　　B．基因重组

C．染色体变异D．环境条件的改变

解析：

选B　杂交育种的原理是基因重组。

2．将杂合的二倍体植株的花粉培育成一株幼苗，然后用秋水仙素处理，使其能正常开花结果。

该幼苗发育成的植株具有的特征是（　　）

A．能稳定遗传　B．单倍体

C．有杂种优势D．含四个染色体组

解析：

选A　该二倍体植株的花粉经花药离体培养获得的幼苗为含一个染色体组的单倍体植株，经秋水仙素处理后可获得纯合的二倍体。

纯合子能稳定遗传；单倍体幼苗经秋水仙素处理后不再是单倍体，而是含2个染色体组的二倍体；杂种优势可在杂交育种中出现。

3．普通水稻是二倍体，有的植株对除草剂敏感，有的植株对除草剂不敏感，为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种培育方法，过程如图，下列说法错误的是（　　）

A．花药离体培养的理论依据是细胞的全能性

B．用秋水仙素处理绿色幼苗，可以获得纯合子

C．用γ射线照射单倍体幼苗，诱发的基因突变是定向的

D．用除草剂喷洒单倍体幼苗，保持绿色的部分具有抗该除草剂的能力

解析：

选C　花药离体培养属于植物组织培养的范畴，该技术运用的原理是细胞的全能性；水稻是二倍体，花药离体培养得到的单倍体只有一个染色体组，因此用秋水仙素处理绿色幼苗，可以获得纯合子；基因突变是不定向的；抗除草剂的水稻正常生长，保持绿色，不抗除草剂的水稻叶片变黄，故用除草剂喷洒单倍体幼苗，保持绿色的部分具有抗该除草剂的能力。

4．下列关于诱变育种的优点和缺点分析错误的是（　　）

A．提高变异频率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程

B．结实率低、发育迟缓、茎秆粗壮、果实种子大、营养物质含量高

C．大幅度改良某些性状

D．有利个体不多，需要大量的材料

解析：

选B　选项B为多倍体的特点，故为多倍体育种的特点分析。

5．黑龙江省农科院欲通过如图所示的育种过程培育出高品质的糯玉米。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．a过程中运用的遗传学原理是基因重组

B．a过程需要用秋水仙素处理萌发的种子

C．利用c过程定能更快获得高品质的糯玉米

D．b过程需要通过逐代自交来提高纯合率

解析：

选D　a过程是染色体数目加倍的过程，所利用的原理是染色体数目变异；a过程是用秋水仙素处理单倍体植株的幼苗；c过程使用X射线处理，属于诱变育种，所利用的原理是基因突变，基因突变具有不定向性和突变频率低的特点，因此，不一定能很快获得高品质的糯玉米；b过程是杂交育种过程中的操作，即连续自交和人工选择，该过程可以提高纯合率。

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变异，是由于染色体结构发生改变引起的

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纯合类型占1/4；杂交育种的原理是基因重组，原因是非同源染色体的自由组合。

二、非选择题（共26分）

7．（12分）放射性同位素60Co产生的γ射线作用于DNA，能够诱发生物产生基因突变。

某科技小组将10000枚正在萌发的原本开红花的某植物（只能通过种子繁殖）种子，用60Co处理后种植于大田，观察植物性状的变化，发现有50株突变植株，其中开白花的1株，开蓝花的2株，其余47株在生长过程中逐渐死亡。

假如，其中的红花基因及突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下，请据此回答问题：

红花基因：

精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸

脯氨酸

白花基因：

精氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸

脯氨酸

蓝花基因：

精氨酸苯丙氨酸苏氨酸酪氨酸

丙氨酸

（1）用60Co的γ射线辐射植物种子的目的是______________。

（2）用60Co的γ射线辐射原本开红花的植物种子，诱导产生了开白花、蓝花的植株等，说明基因突变具有________性。

50株突变植株中，47株逐渐死亡，说明基因突变具有________的特性。

（3）育种时用60Co的γ射线辐射正在萌发的种子，而不用60Co的γ射线辐射休眠的种子的原因是____________________________________。

萌发种子的所有突变________（填“能”或“不能”）全部遗传给子代。

（4）假如在用60Co的γ射线辐射正在萌发的种子的过程中，同时也诱导控制细胞色素C合成的基因发生了如白花、蓝花基因的突变形式，其中对植物影响较大的突变形式是如________的突变。

假如诱变产生的蓝花植株自交，其后代中又出现了红花植株，这说明蓝花突变是________突变。

解析：

（1）自然状态下，基因突变的频率是非常低的，在诱变育种时，人为施加一些诱变因素如60Co产生的γ射线等，目的是提高变异频率。

（2）经过诱变育种，产生白花、蓝花等性状，说明基因突变具有不定向性。

50株突变植株中，47株逐渐死亡，说明基因突变具有一般有害的特性。

（3）基因突变发生在DNA复制过程中。

休眠种子中所有细胞都处于休眠状态，而萌发的种子中细胞分裂旺盛，易发生基因突变。

萌发种子发生的突变中，只有那些出现在生殖器官中的突变（如胚芽生长点中的突变）才能遗传给子代。

（4）由题意知，白花基因的产生是由于碱基对的替换，而蓝花基因的产生是由于碱基对的缺失或增添，因此，蓝花基因的突变形式对生物的影响较大。

蓝花植株自交，后代中产生了红花植株，说明蓝花性状是显性性状。

答案：

（1）提高变异频率　

（2）不定向　一般有害

（3）萌发的种子中细胞分裂旺盛，DNA复制旺盛，易发生基因突变　不能　（4）蓝花基因　显性

8．（14分）普通小麦中有高秆抗病（TTRR）和矮秆易感病（ttrr）两个品种，控制两对性状的基因分别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：

（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）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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新品种的方法是________组，原因是________________________________________________________________________。

（4）通过矮秆抗病Ⅱ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___________________________________。

（5）在一块高秆（纯合子）小麦田中，发现了一株矮秆小麦。

请设计实验方案探究该性状出现的可能原因（简要写出所用方法、结果和结论）。

解析：

A组中F1到F2的方法属于自交，得到的F2中矮秆抗病植株为ttRR∶ttRr＝1∶2，所以不能稳定遗传的个体占2/3。

B组中花药离体培养获得的矮秆植株Ⅱ属于单倍体，会出现不育的配子。

基因突变的频率低且不定向，所以C组育种方法较难获得符合要求的新品种。

矮秆抗病Ⅱ的基因型为tR，经秋水仙素处理后，所得个体基因型全部为ttRR。

第（5）小题可从两个角度考虑，一是假设矮秆植株是由环境引起的不可遗传的变异，推断种植后的结果；二是假设矮秆植株是由基因突变引起的可遗传变异，推断其遗传情况，然后反向描述即可。

答案：

（1）自交　2/3　

（2）Ⅱ　（3）C　基因突变发生的频率极低且不定向　（4）秋水仙素（或低温）诱导染色体数目加倍　100%　（5）将矮秆小麦与高秆小麦杂交；如果子一代为高秆，子二代高秆∶矮秆＝3∶1（或出现性状分离），则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。

或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状是环境引起；否则矮秆性状是基因突变造成的。