生物的变异与育种.doc

三、生物的变异与作物育种【高考考点】1、基因突变的特征和原因； 2、基因重组及其意义；3、染色体结构变异与数目变异； 4、低温诱导染色体加倍；5、生物变异在育种上的应用； 6、转基因食品的安全。【基础知识】一.生物变异类型比较1、两种变异类型的比较项目可遗传变异不可遗传变异遗传情况可遗传给后代变异性状只在当代表现，不能遗传给后代鉴别方法及表现变异类型在后代产生一定数量的表现，或遗传物质表现可见的数目或结构变化，与原来类型在同一环境中仍表现性状差异变异类型的子代与原来未发生变异的类型生活在同一环境条件下不表现性状上的差异遗传物质是否变化改变未改变联系2、三种可遗传变异的比较项目基因突变基因重组染色体变异概念基因结构的改变包括DNA碱基对的增添、缺失或改变生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合。染色体的结构或数目变化而引起的变异。类型及原理(1)自然突变(2)诱发突变(1)非同源染色体上非等位基因，因非同源染色体的自由组合而重组(2)同源染色体上的非等位基因交叉互换而重组(1)染色体结构变异(四种)(2)染色体数目变异(两种)发生时期DNA复制时减数第一次分裂的四分体时期及减数第一次分裂后期细胞分裂期适用范围任何生物均可发生有性生殖的生物在减数分裂产生配子时真核生物核遗传中发生产生结果产生新的基因产生新的基因型可引起基因“数量”的变化意 义生物变异的根本来源，提供生物进化的原始材料形成生物多样性的重要原因之一，对于生物进化具有十分重要的意义对生物进化有一定的意义3、可遗传变异与生物种类、生殖、细胞分裂和进化的关系项目基因突变基因重组染色体变异生物种类所有生物都可发生自然状态下只有有性生殖的生物能发生真核生物都可发生生殖类型无性生殖和有性生殖都可发生自然状态下只有有性生殖可发生无性生殖和有性生殖都可发生细胞分裂细胞的无丝分裂、有丝分裂、减数分裂中都可产生减数分裂中产生有丝分裂和减数分裂中产生与进化的关系(1)为生物进化提供原材料；(2)基因突变可产生新的基因，是生物变异的根本来源；(3)基因重组的变异频率高，为进化提供广泛的选择材料，是形成生物多样性的重要原因之一。二基因突变1、概念：由于DNA分子中发生碱基对的 ，而引起的 的改变。2、实例镰刀型细胞贫血症（1）直接原因：血红蛋白分子的一条多肽链上一个氨基酸由正常的 变成了 。（2）根本原因：控制血红蛋白分子合成的 中的一个碱基序列由正常的CTT变成 。 3、基因突变的原因、特点、时间和意义原因内因DNA分子中发生 的 、增添和 ，从而引起基因结构的改变外因某些诱变因素： 、 和生物因素等特点（1） ；在生物届中普遍存在。（2） ；生物个体发育的任何时期和部位。（3） ；突变频率很低。（4） ；可以产生一个以上的等位基因。（5） ；一般是有害的，少数有利。发生时间DNA复制时，如有丝分裂间期和减数第一次分裂间期意义（1） 产生的途径；（2）生物变异的根本来源；（3）生物进化的原材料。三、基因重组1、范围： 的生物 分裂过程中。2、类型：（1）交叉互换减数第一次分裂的 ；（2）自由组合减数第一次分裂的 ；（3）基因工程和肺炎双球菌转化。特别提醒： （1）受精过程中未进行基因重组；（2）亲子代之间差异主要是基因重组引起；（3）基因重组只能产生新基因型和重组性状，不能产生新基因和新性状。3、意义：（1）形成 的重要原因；（2）生物变异的来源之一，有利于生物的 。四、染色体变异1、染色体结构变异的类型，包括： 、 、 和 。2、染色体数目变异（1）染色体组的概念：一组形态、大小、结构和功能不同的染色体组成，它们携带有本物种一整套 。（2）判断单倍体、二倍体和多倍体单倍体：体细胞中含有 染色体数目的个体；二倍体：由 发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体；多倍体：由受精卵发育而来，体细胞中含有 以上染色体组的个体。（3）特点单倍体： ，高度不育；多倍体：茎杆粗壮， 较大，营养物质含量高。（4）人工诱导方法单倍体： 培养；多倍体：秋水仙素处理 ， 处理植物分生组织细胞。五、低温诱导植物染色体数目的变化1、实验原理：用低温处理植物分生组织细胞，如植物根尖分生组织细胞，能抑制 ，以致影响染色体被拉向细胞两极，细胞不能分裂成 ，使植物细胞 加倍。2、方法步骤根尖培养取材 （解离漂洗 制片）观察。3、实验结论适当低温可以诱导 加倍。六、杂交育种、诱变育种、人工诱导多倍体育种和基因工程育种1、杂交育种（1）含义：将 的优良性状通过交配集中在一起，再经过 ，获得新物种的方法。（2）原理： 。（3）方法：杂交 选种自交。2、诱变育种（1）含义：利用物理因素和化学因素来处理生物，使生物发生 。（2）原理： 。3、人工诱导多倍体育种（1）含义：利用秋水仙素处理 使细胞发生 加倍，再结合杂交育种，培育营养物质含量高的新个体。（2）原理： 。4、基因工程育种（1）原理： 。（2）方法：提取目的基因 和运载体结合将目的基因导入 目的基因的 。 【考点透析】一、基因突变1、基因突变不一定引起生物性状改变的原因分析 (1)发生突变的碱基位于真核生物基因（结构的内含子部分）。 (2)发生基因突变的碱基位于基因（结构的非编码区）。 (3)基因突变为隐性突变，AAAa。 (4)基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸。(5)不具有遗传效应的DNA片段(非基因片段)中的“突变”不引起性状变异。对于真核生物来说，上述五种原因都有可能，而对原核生物而言，可能的原因是(2)、(4)、(5)。2、应特别注意的四类改变(1)若某碱基序列改变引发蛋白质中氨基酸序列改变，则改变一定发生于原核细胞基因结构的“编码区”或真核细胞基因结构的“外显子”部分。 (2)若改变发生于“非编码区”，则影响“调控与表达程度”。 (3)若改变发生于RNA聚合酶结合位点，可导致转录无法正常进行。 (4)若改变发生于终止转录的区域，则使肽链合成不能终止。3、基因突变中碱基对的改变、增添或缺失所引起的不同结果辨析(1)若仅“改变”某一个碱基对(即一个碱基对发生置换)，则可能只引起某一个密码子或氨基酸改变(氨基酸也可能不变)，其余不变。(2)若“增添”或“缺失”一个或两个碱基对，则可能发生连锁反应，引起一系列密码子或氨基酸改变(因密码子是连续阅读的)；该类突变又为称移码突变。(3)若增添或缺失三个碱基对，且改变的结果恰巧未破坏原密码子，则只会使密码子或氨基酸在插入或缺失处增加一个或减少一个，插入或缺失处两端的密码子或氨基酸序列并不改变；若增添或缺失的三个碱基对破坏了原密码子，则可引起系列密码子发生连锁式改变。4、基因突变与染色体变异的区别（1）从是否产生新基因来看：染色体结构变异使排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变，从而导致性状的变异。基因突变是基因结构的改变。包括DNA碱基对的替换、增添和缺失。基因突变导致新基因的产生，染色体结构变异未形成新的基因。（2）通过光学显微镜区别染色体变异可通过光学显微镜观察；基因突变、基因重组用光学显微镜观察不到。二、生物变异实验探究1、判断是环境的作用还是可遗传变异 生物的性状表现，是遗传物质和环境条件共同作用的结果。由遗传物质改变引起的变异是可遗传的，由环境改变引起的变异是不可遗传的。“是否发生遗传物质改变”是此类题实验假设的切人点，“性状能否真实遗传”，这是演绎的出发点。 方法：继续繁殖子代是否有相应性状存在。 思路1：遗传物质相同，环境不同：将某一植物的某部分器官(或组织、细胞)培养成的幼苗，在不同环境下生长一段时间，观察其性状变化。 思路2：遗传物质待测，环境相同：将不同性状表现的植物某部分器官(或组织、细胞)培养成幼苗，在相同环境下生长一段时间，观察其性状变化。2、环境因素(外因)和遗传因素(内因)对生物性状影响的实验设计 解题思路：(1)生物性状既受基因的控制，又受环境的影响。(2)当发生性状改变时，有可能是由基因决定的，也有可能是由环境影响的。(3)探究生物性状的改变是由基因还是由环境的变化引起，需要改变其环境进行实验探究。3、利用染色体变异原理确定某化学物质的毒性解题思路：通常结合细胞培养和细胞分裂中期染色体数目、形态的观察。三、染色体数目变异1、染色体组和基因组的确定（1）染色体组：染色体组是指细胞中一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息，要构成一个染色体组，应具备以下条件：一个染色体组中不含同源染色体；一个染色体组中所含的染色体形态、大小和功能各不相同；一个染色体组中含有控制生物性状的一整套基因，但不能重复。（2）基因组：对于有性染色体的二倍体生物，其基因组为常染色体/2+性染色体；对于无性染色体的生物，其基因组与染色体组相同。2、细胞中染色体组的判定（1）根据细胞中相同形态的染色体数目而定，相同形态的染色体数有几条就有几个染色体组；（2）基因组成：同一个字母（无论大小写）出现几次，细胞中就有几个染色体组；（3）细胞中染色体总数/不同形态染色体数3、单倍体育种和多倍体育种（1）原理：染色体数目成倍增减。（2）单倍体育种流程：具有不同优良性状的两亲本杂交花药离体培养（成单倍体幼苗）秋水仙素诱导染色体数目加倍选择所需性状。（3）多倍体育种流程：正常二倍体幼苗秋水仙素诱导染色体数目加倍长成四倍体植株与二倍体杂交结四倍体果实（含三倍体种子）三倍体植株开花二倍体花粉刺激三倍体果实。4、无籽西瓜与无籽番茄前者遗传物质改变，不能产生种子，无籽性状能遗传；后者是利用生长素促进果实发育的原理，不能产生种子，无籽性状不能遗传。四、生物育种A几种重要育种方法的比较项目原理常用方式优点缺点实例杂交育种基因重组杂交自交选种自交使不同个体优良性状集中在一个个体上；操作简便育种时间长；局限于亲缘关系较近的个体矮杆抗病小麦、水稻等诱变育种基因突变辐射、激光、空间诱变等提高变异频率，加速育种进程，大幅度改良性状有很大盲目性，有利变异少，需大量处理实验材料青霉素高产菌株单倍体育种染色体数目变异花药离体培养，结合秋水仙素处理明显缩短育种年限；子代均为纯合子。技术复杂，需与杂交育种配合单倍体育种获得矮杆抗病小麦多倍体育种染色体数目变异用秋水仙素处理育种方法的选择(1)将两亲本的不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，也可选用单倍体育种。若要培育隐性性状个体，则可自交或杂交，只要出现该性状即可，若要求设计快速育种方案，一般应先考虑单倍体育种。(2)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，则最简便的方法是自交。(3)要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的新性状，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，可选用多倍体育种方法。(5)若实验植物为营养繁殖类如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。(6)欲实现定向改变性状，则可用基因工程和细胞工程方法育种。C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既可以通过测交获得，也可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：D.与育种有关的重要化学试剂及其应用试剂名称应用原理生长素培育无籽果实、物组织培养生长素促进果实发育(因雌蕊未授粉致果实无种子)促进细胞生长及愈伤组织生根硫酸二乙酯诱变育种可作为化学诱变剂诱发基因突变秋水仙素诱变育种、单倍体育种、多倍体育种可作为化学诱变剂诱发基因突变、可作为染色体加倍诱导剂诱导染色体加倍(如培育无籽西瓜)纤维素酶和果胶酶植物细胞工程可水解细胞壁成分纤维素和果胶以便制备原生质体聚乙二醇(PEG)细胞工程作为诱导剂(可诱导植物体细胞杂交、可诱导动物细胞融合)细胞分裂素和生长素植物组织培养可诱导细胞分裂及愈伤组织中芽的分化胰蛋白酶动物细胞工程使组织分散成单个细胞，以便制备细胞悬浮液使细胞从瓶壁上脱离下来以防接触抑制限制性内切酶、DNA连接酶基因工程育种四、生物变异与作物育种专题（一）生物变异.生物变异类型比较及几个值得注意的问题1、两种变异类型的比较可遗传变异不可遗传变异遗传情况可遗传给后代变异性状只在当代表现，不能遗传给后代鉴别方法及表现变异类型在后代产生一定数量的表现，或遗传物质表现可见的数目或结构变化，与原来类型在同一环境中仍表现性状差异变异类型的子代与原来未发生变异的类型生活在同一环境条件下不表现性状上的差异遗传物质是否变化改变未改变联系2、三种可遗传变异的比较基因突变基因重组染色体变异概念基因结构的改变包括DNA碱基对的增添、缺失或改变生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合。染色体的结构或数目变化而引起的变异。类型及原理(1)自然突变(2)诱发突变(1)非同源染色体上非等位基因，因非同源染色体的自由组合而重组(2)同源染色体上的非等位基因交叉互换而重组(1)染色体结构变异(四种)(2)染色体数目变异(两种)发生时期DNA复制时减数第一次分裂的四分体时期及减数第一次分裂后期细胞分裂期适用范围任何生物均可发生有性生殖的生物在减数分裂产生配子时真核生物核遗传中发生产生结果产生新的基因产生新的基因型可引起基因“数量”的变化意 义生物变异的根本来源，提供生物进化的原始材料形成生物多样性的重要原因之一，对于生物进化具有十分重要的意义对生物进化有一定的意义3、可遗传变异与生物种类、生殖、细胞分裂和进化的关系基因突变基因重组染色体变异生物种类所有生物都可发生自然状态下只有有性生殖的生物能发生真核生物都可发生生殖类型无性生殖和有性生殖都可发生自然状态下只有有性生殖可发生无性生殖和有性生殖都可发生细胞分裂细胞的无丝分裂、有丝分裂、减数分裂中都可产生减数分裂中产生有丝分裂和减数分裂中产生与进化的关系(1)为生物进化提供原材料；(2)基因突变可产生新的基因，是生物变异的根本来源；(3)基因重组的变异频率高，为进化提供广泛的选择材料，是形成生物多样性的重要原因之一。4、基因突变不一定引起生物性状改变的原因 (1)发生突变的碱基位于真核生物基因结构的内含子部分。 (2)发生基因突变的碱基位于基因结构的非编码区。 (3)基因突变为隐性突变，AAAa。 (4)基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸。(5)不具有遗传效应的DNA片段(非基因片段)中的“突变”不引起性状变异。对于真核生物来说，上述五种原因都有可能，而对原核生物而言，可能的原因是(2)、(4)、(5)。5、应特别注意的四类改变(1)若某碱基序列改变引发蛋白质中氨基酸序列改变，则改变一定发生于原核细胞基因结构的“编码区”或真核细胞基因结构的“外显子”部分。 (2)若改变发生于“非编码区”，则影响“调控与表达程度”。 (3)若改变发生于RNA聚合酶结合位点，可导致转录无法正常进行。 (4)若改变发生于终止转录的区域，则使肽链合成不能终止。6、基因突变中碱基对的改变、增添或缺失所引起的不同结果辨析(1)若仅“改变”某一个碱基对(即一个碱基对发生置换)，则可能只引起某一个密码子或氨基酸改变(氨基酸也可能不变)，其余不变。(2)若“增添”或“缺失”一个或两个碱基对，则可能发生连锁反应，引起一系列密码子或氨基酸改变(因密码子是连续阅读的)。(3)若增添或缺失三个碱基对，且改变的结果恰巧未破坏原密码子，则只会使密码子或氨基酸在插入或缺失处增加一个或减少一个，插入或缺失处两端的密码子或氨基酸序列并不改变；若增添或缺失的三个碱基对破坏了原密码子，则可引起系列密码子发生连锁式改变。（二）生物变异实验探究1、判断是环境的作用还是可遗传变异 生物的性状表现，是遗传物质和环境条件共同作用的结果。由遗传物质改变引起的变异是可遗传的，由环境改变引起的变异是不可遗传的。“是否发生遗传物质改变”是此类题实验假设的切人点，“性状能否真实遗传”，这是演绎的出发点。 方法：继续繁殖子代是否有相应性状存在。 思路1：遗传物质相同，环境不同：将某一植物的某部分器官(或组织、细胞)培养成的幼苗，在不同环境下生长一段时间，观察其性状变化。 思路2：遗传物质待测，环境相同：将不同性状表现的植物某部分器官(或组织、细胞)培养成幼苗，在相同环境下生长一段时间，观察其性状变化。2、环境因素(外因)和遗传因素(内因)对生物性状影响的实验设计 解题思路：(1)生物性状既受基因的控制，又受环境的影响。(2)当发生性状改变时，有可能是由基因决定的，也有可能是由环境影响的。(3)探究生物性状的改变是由基因还是由环境的变化引起，需要改变其环境进行实验探究。3、利用染色体变异原理确定某化学物质的毒性 （三）生物育种.几种重要育种方法的比较名称原理方法优点缺点应用杂交育种杂交自交筛选出符合要求的表型，通过自交至不再发生性状分离为止。使分散在同一物种不同品种间的多个优良性状集中于同一个体上，即“集优”。(1)育种时间长；(2)局限于同种或亲缘关系较近的个体用纯种高秆抗病与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦诱变育种(1)物理：紫外线、射线、激光等；(2)化学：秋水仙素、硫酸二乙酯等。提高变异频率；加快育种进程；大幅度改良性状。有利变异少，工作量大，需大量的供试材料。高产青霉素菌株单倍体育种二倍体单倍体纯合体大大缩短育种年限；子代均为纯合体。技术复杂用纯种高秆抗病与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦多倍体育种用一定浓度秋水仙素处理萌发的种子或幼苗植株茎秆粗壮，果实、种子都比较大，营养物质含量提高。技术复杂；发育延迟，结实率低，一般只适合于植物三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦转基因育种提取目的基因与运载体结合导入受体细胞目的基因的检测与表达筛选出符合要求的新品种目的性强；育种周期短；克服远缘杂交不亲和的障碍技术复杂；生态安全问题多转基因抗虫棉细胞工程育种去细胞壁诱导融合植物组织培养获得植