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 新人教版必修2.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版必修2

第1节　杂交育种与诱变育种

[学习目标]　1.掌握杂交育种和诱变育种的原理和操作过程。

2.比较各种育种方法的优缺点。

一、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．原理：

基因重组。

3．常用流程：

选择具有不同优良性状的亲本

F1

F2

……→稳定遗传的良种。

拓展深化

　动物育种的常用流程

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。

4．优缺点：

可以把多个品种的优良性状集中在一起，但是育种周期长，育种筛选过程复杂；不能产生新基因和新性状。

例1

　尽管目前的育种方法有多种，但传统方法——杂交育种仍然发挥着重要的作用。

下列有关杂交育种的说法正确的是（　　）

A．育种过程中不可能出现自交现象

B．能得到具有杂种优势的种子

C．不能得到纯合子

D．用时短、操作简便

答案　B

解析　根据育种目的不同可以获得具有优良性状的杂合子，也可获得纯合子；在获得纯合子的过程中要用到自交的方法；由于显性纯合子不易获得，所以用时较长。

例2

　用杂合子（DdEe）种子获得纯合子（ddee）最简捷的方法是（　　）

A．种植→F1→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→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

答案　A

解析　杂合子（DdEe）种子中含有d、e基因，自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传，方法简捷。

规律方法

　杂交育种通过杂交将两个或多个品种的优良性状集中在一起，再经过自交，F2中就出现所需要的品种，如果优良性状都是隐性性状，从F2中直接选出即可，如果优良性状为显性性状，需要连续自交和筛选（有些生物也可以从F2开始进行无性繁殖，如马铃薯），但需要较长时间；单倍体育种可以明显缩短育种年限；杂交育种适合进行有性生殖的生物，原核生物一般不适用。

二、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称为诱变育种。

2．原理：

基因突变。

自然突变的频率低，而且是不定向的，较难获得生产所需要的品种。

运用物理因素或化学因素能提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。

3．常用方法：

运用物理的或者化学的手段处理萌发的种子或幼苗，诱发基因突变，从中选出需要的突变个体，然后进行培育推广。

4．优缺点

（1）优点：

①提高变异频率，加速育种进程；②大幅度改良某些性状。

（2）缺点：

①有利变异少，需大量处理实验材料；②诱变的方向和性质不能控制，具有盲目性。

5．应用

例3

　诱变育种有很多突出优点，也存在一些缺点，下列有关叙述正确的是（　　）

①结实率低，发育迟缓　②提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型　③大幅度改良某些性状　④茎秆粗壮，果实种子大，营养物质含量高　⑤有利个体不多，需要处理大量的材料

A．①④B．②③⑤

C．①④⑤D．①②④

答案　B

解析　结实率低，发育迟缓属于多倍体的特点，①错误；由于基因突变具有低频性的特点，所以人工诱变可以提高变异频率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程，同时可以大幅度改良某些性状，②③正确；茎秆粗壮，果实种子大，营养物质含量高属于多倍体的特点，④错误；由于基因突变具有多害少利性和不定向性的特点，所以人工诱变产生的有利个体不多，需要处理大量的材料，⑤正确。

例4

　（2018·枣庄八中高一月考）高产青霉菌的选育过程如下表所示，下列相关说法正确的是（　　）

时间（年）

来源

产量单位

1943

自发霉甜瓜中筛选到

20

1943

自发突变

250

1943

B25的X射线诱变

500

1945

X1612的紫外线诱变

≤850

1947

Q176的紫外线诱变

≤850

目前

进一步变异

5万～10万

A.该过程中需要处理大量的青霉菌

B．该育种方式的原理是染色体变异

C．该过程中青霉菌发生了定向变异

D．该育种方式可明显缩短育种年限

答案　A

解析　基因突变具有低频性和不定向性，因此要筛选出高产青霉菌需要处理大量的青霉菌，A正确；该育种方式的原理是基因突变，B错误；变异都是不定向的，C错误；单倍体育种可明显缩短育种年限，而该育种方式为诱变育种，D错误。

1．判断正误

（1）用化学因素诱变处理可提高突变率（　　）

（2）杂交育种能够产生新的基因（　　）

（3）物理、化学等诱变因素可以使基因发生定向的变异（　　）

（4）青霉素高产菌株是通过杂交育种获得的（　　）

（5）杂交育种一定要从F2开始筛选（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×

2．在杂交育种工作中，选择通常从哪一代开始？

理由是什么（　　）

A．F1，基因出现重组B．F1，性状开始分离

C．F2，性状开始分离D．F2，基因开始分离

答案　C

解析　F1表现显性性状，F2出现性状分离，才开始出现符合要求的个体。

3．有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质，可以降解，不至于对环境造成严重的白色污染。

培育专门降解这种塑料的“细菌能手”的方法是（　　）

A．杂交育种B．诱变育种

C．单倍体育种D．多倍体育种

答案　B

解析　细菌属于原核生物，原核生物不能进行有性生殖，因而不能实施杂交育种；原核生物无染色体，不发生染色体变异，因而不能进行单倍体和多倍体育种。

4．杂交育种和诱变育种所依据的遗传学原理依次是（　　）

A．基因突变、基因重组

B．基因重组、基因突变

C．染色体变异、基因突变

D．染色体变异、基因重组

答案　B

解析　杂交育种遵循的遗传学原理是基因重组，诱变育种遵循的遗传学原理是基因突变。

5．小香猪“天资聪颖”，略通人性，成为人们的新宠。

其背部皮毛颜色由位于不同常染色体上的两对基因（A、a和B、b）控制，共有四种表现型，黑色（A_B_）、褐色（aaB_）、棕色（A_bb）和白色（aabb）。

现有多对黑色杂合的小香猪，要选育出纯合的棕色小香猪，请简要写出步骤（假设亲本足够多，产生的后代也足够多）。

（1）________________________________________________________________________；

（2）________________________________________________________________________。

答案　

（1）杂交：

选择亲本中多对雌雄个体进行杂交

（2）测交：

选择F1中的棕色小香猪与异性白色小香猪测交，不出现性状分离的即为纯合子

解析　育种的方法为杂交→自交→筛选，对于动物育种来说，叙述中要注意：

①动物一般为雌雄异体，叙述时不要写成“自交”，应说明雌雄个体进行杂交；②动物繁殖一代后一般不会死亡，所以选育纯种时不要采用连续自由交配，一般用测交法即可测定其基因型，确定是否为所需品种。

[对点训练]

题组一　杂交育种

1．用高秆抗病小麦和矮秆易染病小麦培育矮秆抗病小麦品种时，检测基因型的常用方法是（　　）

A．连续自交B．连续测交

C．秋水仙素诱导D．显微镜观察

答案　A

解析　植物检测基因型的常用方法是连续自交。

2．现有三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。

若通过杂交育种获得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，则至少需要的时间为（　　）

A．2年B．3年

C．4年D．5年

答案　C

解析　aaBBDD×AAbbDD→AaBbDD一年；

AaBbDD×AABBdd→AaBbDd一年；

AaBbDd自交→aabbdd一年；

种植aabbdd种子，得aabbdd植株一年，

所以需要4年的时间。

3．下列有关杂交水稻的说法正确的是（　　）

A．杂交后代中出现的人类所需的性状都能稳定遗传

B．不能产生新的基因和新的基因型

C．杂交后代中具有优良性状的比例都很低

D．育种进程慢，过程复杂

答案　D

解析　杂交水稻杂交后代的性状如果是隐性性状，一旦出现就能稳定遗传，如果是显性性状，则可能为杂合子，A错误；杂交育种的原理是基因重组，只能产生新的基因型，不能产生新的基因，B错误；杂交后代性状优良的比例高低与亲本的基因型有关，C错误；杂交育种通常要连续筛选，育种周期长，过程复杂，D正确。

4．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

答案　B

解析　题目中矮秆抗锈病水稻是经杂交育种得到的，其原理是基因重组。

5．用杂合子（DdEe）种子获得纯合子（ddee），最简捷的方法是（　　）

A．种植→F1→选双隐性个体→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

答案　A

解析　杂合子（DdEe）种子中含有d、e基因，自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传，方法简捷。

6．杂交玉米的种植面积越来越广，农民需要购买玉米杂交种。

不能自留种子来年再种的原因是（　　）

A．自留种子发芽率低

B．杂交种都具有杂种优势

C．自留种子容易患病虫害

D．杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离

答案　D

解析　杂交种具有杂种优势，但杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离而不再具有杂种优势。

题组二　诱变育种

7．下列不属于诱变育种的是（　　）

A．用一定剂量的γ射线处理生物，引起变异而获得新性状

B．用X射线照射处理，得到高产青霉素菌株

C．用亚硝酸处理，得到植物的新类型

D．人工种植的马铃薯块茎逐年变小

答案　D

解析　诱变育种是利用物理因素（如X射线、γ射线等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，引发基因突变。

人工种植的马铃薯，造成块茎逐年变小的直接原因是高温、干旱、病毒感染等，故不属于诱变育种。

8．下列关于育种的叙述中，正确的是（　　）

A．人工诱变处理可提高作物的突变率

B．诱变育种和杂交育种均可形成新的基因

C．诱变获得的突变体多数表现出优良性状

D．与诱变育种相比，杂交育种可以大幅度地改良某些性状

答案　A

解析　

9．“嫦娥1号”胜利奔月，“神六”“神七”胜利返回，这些航天技术的发展，为我国的生物育种创造了更多更好的机会。

下列有关航天育种的说法，不正确的是（　　）

A．航天育种可缩短育种周期

B．种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下发生基因突变

C．航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一

D．“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种

答案　D

解析　基因突变能够提高突变率，但是仍然具有多害少利性。

10．利用60Co可进行诱变育种，有关说法错误的是（　　）

A．利用60Co放出的γ射线照射种子时一般不选用干种子

B．若处理后的种子萌发后不具备新性状，即可抛弃

C．处理后只有少部分种子将发生基因突变

D．产生的新性状大多对生产不利

答案　B

解析　干种子细胞不进行分裂，诱变育种一般不选用；处理后的种子萌发后不具备新性状，但可能已产生了新的基因，不可抛弃，可继续做育种的材料；基因突变具有低频性和多害少利性等特点。

11．我国科学家精选的农作物种子通过“天宫一号”搭载上天，利用宇宙空间的特殊环境诱发变异育种，这些变异（　　）

A．是定向的B．属于人工诱变

C．对人类都有益D．不能遗传给后代

答案　B

12．下列各项措施中，能够产生新基因的是（　　）

A．高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦杂交

B．用秋水仙素处理二倍体西瓜得到四倍体西瓜

C．用花药离体培养小麦植株

D．“黑农五号”大豆的培育

答案　D

解析　基因突变能产生新基因，“黑农五号”大豆是黑龙江农业科学院用辐射方法培育的，其原理是基因突变，而选项A的原理为基因重组，选项B、C的原理为染色体变异，都不能产生新基因。

[综合强化]

13．利用遗传变异的原理培育作物新品种，在现代农业生产上得到广泛应用。

请回答下面的问题：

（1）水稻的穗大（A）对穗小（a）为显性。

基因型为Aa的水稻自交，子一代中，基因型为____________的个体表现出穗小，应淘汰；基因型为____________________的个体表现出穗大，需进一步自交和选育。

按照这种自交→淘汰→选育的育种方法，理论上第n代种子中杂合子的比例是____________。

（2）水稻的晚熟（B）对早熟（b）为显性，请回答利用现有纯合子水稻品种，通过杂交育种方法培育纯合大穗早熟水稻新品种的问题。

①培育纯合大穗早熟水稻新品种，选择的亲本基因型分别是________和________。

两亲本杂交的目的是____________________________________________________。

②将F1所结种子种下去，长出的水稻中表现为大穗早熟的概率是______，在这些大穗早熟植株中约有________是符合育种要求的。

答案　

（1）aa　AA和Aa　

（2）①AABB　aabb　将基因A和b集中到同一个体上　②

解析　

（1）按照自交→淘汰→选育的育种方法，杂合子自交产生的第一代至第四代中杂合子的比例依次是

、

、

、

，归纳可知第n代种子中杂合子的比例是

。

（2）要想得到基因型为AAbb的纯种个体，选择的亲本基因型是AABB、aabb，通过杂交可将基因A和b集中到同一个体上。

F1自交，产生的基因型为A_bb的种子占F2的

，其中基因型为AAbb的个体符合要求，占基因型为A_bb的个体的比例为

。

14．1943年，青霉素产量只有20单位/mL，产量很低，不能满足要求。

后来科学家用X射线、紫外线等照射青霉菌，结果大部分青霉菌死亡，少量生存下来。

在存活下来的青霉菌中，青霉素的产量存在很大差异，其中有的青霉菌产生的青霉素的量提高了几百倍（最高达到20000单位/mL），从而选育出了高产青霉素菌株。

根据以上材料回答下列问题：

（1）用射线照射青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生______________________________。

（2）从分子水平看，发生上述变化的根本原因是____________的结构发生了变化。

（3）存活下来的青霉菌产生的青霉素的量存在着很大的差异，这说明______________。

（4）上述育种方式叫做____________育种，所获得的高产青霉素菌株的青霉素产量提高了几百甚至几千倍，这说明这种育种方式的优点是_________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）基因突变　

（2）DNA分子　（3）突变是不定向的　（4）诱变　能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状

解析　用射线照射青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生基因突变，由于基因突变具有不定向性，产生的后代有产量高的、有产量低的，但大部分青霉菌还是保持原有的产量水平；对少量的高产菌株做进一步选育，即可得到所需品种。

15．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做__________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的处理方法是__________________________，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________。

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）

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，经过过程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，基因突变具有不定向性，且大多数是不利的变异。

杂交育种目的性更强一些。

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

（4）DdTt自交所得后代中性状符合要求的占

，其中ddT_中能够稳定遗传的个体占

。