第5章-基因突变及其他变异-素养提升课(五)-可遗传变异的比较、单倍体育种和多倍体育种VIP

素养提升课(五)可遗传变异的比较、单倍体育种和多倍体育种一、三种可遗传变异的对比【情境1】图为生物可遗传变异的两种类型图解。[分析](1)依据染色体的大小和形态可判断图中a与b、c与d的关系分别是

。

同源染色体、非同源染色体(2)图甲表示的变异类型是

,该变异发生的时期是

。

(3)图乙的变异类型是

,判断依据是

。

基因重组减数分裂Ⅰ的四分体时期染色体片段的移接发生在非同源染色体之间染色体结构变异中的易位【情境2】图为生物可遗传变异的两种类型图解。[分析](1)图甲表示的变异类型是

,判断依据是

。

基因突变a基因中增加碱基对A-T后突变为a'基因(2)图乙的变异类型是

,判断依据是

。

染色体结构变异①发生了染色体片段的缺失,②发生了染色体片段的重复(3)请对基因突变和染色体结构变异进行比较:基因内部染色体项目基因突变染色体结构变异区别在一个

发生了碱基的替换、增添或缺失

在

上发生了染色体片段的增加、缺失、颠倒或移接

基因的数量和位置不改变,基因的种类可能改变基因的数目或排序发生改变基因突变、基因重组、染色体变异的比较项目基因突变基因重组染色体变异实质基因结构发生改变基因的重新组合染色体的结构或数目发生改变类型自发突变、诱发突变染色体互换、自由组合染色体结构变异、染色体数目变异发生时期通常是DNA复制时(有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期)减数分裂Ⅰ四分体时期及减数分裂Ⅰ后期细胞分裂过程中项目基因突变基因重组染色体变异适用范围任何生物均可发生真核生物进行有性生殖产生配子时真核生物细胞增殖过程中均可发生结果产生新的基因产生新的基因型引起基因数目或排列顺序发生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,对生物进化有十分重要的意义对生物进化有一定的意义例1

下列有关生物可遗传变异的叙述,错误的是 (

)A.发生镰状细胞贫血的直接原因是血红蛋白中氨基酸发生替换B.R型细菌转化成S型细菌的根本原因是发生了基因突变C.染色体结构变异和基因突变都可改变DNA碱基对排列顺序D.染色体的某一片段可在有丝分裂或减数分裂过程中发生颠倒B[解析]发生镰状细胞贫血的根本原因是基因突变,直接原因是血红蛋白中氨基酸发生替换,进而导致蛋白质结构的改变,A正确;R型细菌转化成S型细菌的根本原因是发生了基因重组,B错误;染色体结构变异会导致基因的数目或排列顺序发生改变,基因突变可使基因中碱基对排列顺序发生改变,二者都可改变DNA碱基对排列顺序,C正确;染色体的某一片段可在有丝分裂或减数分裂过程中发生颠倒,进而引起染色体结构的改变,D正确。例2如图所示为某二倍体生物发生的四种变异,其中图甲中字母表示染色体上的基因,图乙~丁反映的是染色体情况。下列叙述正确的是

(

)A.图甲变异为基因突变,该变异具有定向性和随机性等特点B.图乙变异为染色体数目变异,该变异仅仅发生于减数分裂过程中C.图丙变异为基因重组,该变异发生在减数分裂Ⅰ后期D.图丁变异为染色体变异,该变异能为生物进化提供原材料D[解析]图甲的变异类型是基因突变,该变异具有不定向性和随机性等特点,A错误;染色体数目变异可发生在有丝分裂和减数分裂过程中,B错误;减数分裂过程中同源染色体的非姐妹染色单体之间的互换发生在减数分裂Ⅰ前期,C错误;图丁变异为染色体结构变异中的易位,基因突变、基因重组和染色体变异都能为生物进化提供原材料,D正确。例3科研小组用某种昆虫的野生型雌性(XAXa)和雄性(XAY)个体杂交,子代中偶然出现一只雌性的突变型个体,若该突变个体的出现有三种可能性(基因突变、染色体结构变异或染色体数目变异),不同变异类型相关基因在染色体上的分布情况如图。下列说法正确的是 (

)A.若是情况乙,则是母本的减数第一次分裂异常导致的B.若甲情况的出现是由基因突变引起的,则基因突变发生于母本的减数分裂过程C.甲、乙、丙三种可能性中,属于染色体结构变异的是丙,是染色体片段重复引起的D.基因突变具有低频性、不定向性、随机性等特点D[解析]分析题意可知,亲本基因型是XAXa和XAY,若是情况乙(XaXaY),则是母本提供了两条含a基因的X染色体所致,故推测母本减数第二次分裂时,姐妹染色单体Xa、Xa未发生分离,进入同一个配子中,A错误;若甲情况的出现是由基因突变引起的,这两条X染色体应一条来自父方一条来自母方,而父方X染色体上只有A,甲是XaXa,故基因突变发生于父本的减数分裂过程中,XA变为Xa所致,B错误;甲、乙(两条X染色体和一条Y染色体)、丙(染色体缺失了一段)三种可能性中,属于染色体结构变异的是丙,是染色体片段缺失引起的,C错误;基因突变具有低频性、不定向性、随机性等特点,D正确。二、单倍体育种1.原理:染色体数目变异。2.主要技术手段:花药离体培养、人工诱导染色体数目加倍。3.育种流程例:某植物的花色中紫花和白花是一对相对性状,受2对独立遗传的等位基因控制,当个体中每对等位基因都至少含有一个显性基因时,植物开紫花,否则开白花。现有两纯种白花个体,分别为AAbb、aaBB,如何利用单倍体育种培育出纯种紫花植株。4.优点:明显缩短育种年限;培育得到的植株能够正常生殖,每对染色体上成对的基因都是纯合的,自交后代不会发生性状分离。5.缺点:技术复杂。例4

下列关于单倍体和单倍体育种的叙述,错误的是

(

)A.单倍体是体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体B.利用单倍体育种方法培育新品种能明显缩短育种年限C.用低温处理单倍体幼苗后得到的都是二倍体植株D.采用花药离体培养的方法能获得单倍体植株C[解析]配子发育成的个体称为单倍体,因此单倍体是体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,A正确;利用单倍体育种方法培育新品种能排除显隐性的干扰,即所选显性个体或隐性个体都是纯合子,免去了不断自交的麻烦,能明显缩短育种年限,B正确;低温能抑制纺锤体的形成,用低温处理单倍体幼苗后得到的不一定是二倍体,如含有两个染色体组的单倍体,用低温处理单倍体幼苗后得到的是四倍体,C错误;花药中含有植物的花粉(雄配子),通过花药离体培养得到的是单倍体植株,D正确。例5现有两纯种小麦,一纯种小麦性状是高秆(D)、抗锈病(T);另一纯种小麦的性状是矮秆(d)、易染锈病(t)(两对基因独立遗传)。育种专家提出了如图所示育种方法以获得小麦新品种,请据图分析回答:(1)与正常植株相比,单倍体植株长得弱小,而且高度不育,但是利用单倍体植株培育新品种却能明显

。单倍体育种的原理是

。也可以通过杂交育种的方法获得所需品种,杂交育种的原理是

。

缩短育种年限染色体变异数目(或染色体变异)基因重组(2)图中(三)过程采用的方法称为

,图中(四)过程最常用的化学药剂是

,该物质作用于正在分裂的细胞,引起细胞内染色体数目加倍的原因是

。该物质作用的时期是

。

花药离体培养秋水仙素抑制纺锤体的形成前期(3)图中标号④基因组成为

。用这种方法培育得到的植株中,符合人们要求的矮秆抗锈病植株所占的比例为

。

ddTT1/4[解析](1)单倍体育种能排除显隐性的干扰,得到的正常植株都是纯合体,自交后代不发生性状分离,所以能明显缩短育种年限;单倍体育种的原理是染色体数目变异;杂交育种的原理是基因重组。(2)图中(三)过程是用配子直接培育成单倍体的花药离体培养;图中的(四)过程是使染色体数目加倍,最常用的化学药剂是秋水仙素,它能作用于正在分裂的细胞,抑制纺锤体的形成,从而形成染色体数目加倍的细胞;因为纺锤体在前期形成,因此秋水仙素作用的时期是前期。(3)DdTt能产生DT、Dt、dT和dt四种配子,由图分析可知①是DT,则②是dT,图中标号④是由dT经染色体数目加倍形成的,所以基因组成为ddTT;因为所产生的4种配子的比例为1∶1∶1∶1,所以符合人们要求的矮秆抗锈病植株ddTT所占的比例为1/4。三、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

例6

草莓多数属于多倍体,一个染色体组用X表示。育种工作者用哈尼品种(8X)与森林草莓(2X)进行相关杂交实验,子代的WBT与亲本杂交,实验结果如下。F2得到小部分植株H1~H3,其生物学性状如下表所示。下列相关分析错误的是

(

)A.草莓植株的营养物质含量与发育状况和染色体组数目有关B.WBT为五倍体,染色体联会紊乱导致难以生成可育卵细胞C.WBT杂交时产生了染色体数目减半和染色体数目未减的花粉D.多次杂交得到的植株可为草莓品质改良提供原材料C植物代号倍性植物学性状H19X植株高大,长势旺盛,叶柄粗,匍匐茎粗壮H27X植株中等,叶片小,匍匐茎较少且细小H36X植株矮小,叶片小呈圆形,匍匐茎较少且细小[解析]结合表格可知,多倍体植物表现为茎秆粗壮、果实中的营养物质含量丰富,故草莓植株的营养物质含量与发育状况和染色体组数目有关,A正确;WBT是由含有四个染色体组的卵细胞和含有一个染色体组的精子结合成的合子发育成的,细胞中含有5个染色体组,为五倍体,在减数分裂过程中染色体联会紊乱导致难以生成可育卵细胞,因而以WBT为母本,与哈尼杂交时,杂交的结果表现为无子代,B正确;根据H1~H3的倍性可知,WBT杂交时产生了染色体数目减少和染色体数目未减的花粉,即含5个染色体组的花粉、含3个染色体组的花粉、含2个染色体组的花粉,与含4个染色体组的卵细胞结合发育为9X、7X、6X倍性的子代,没有产生染色体数目减半的花粉,C错误;结合实验结果可知,多次杂交得到的植株倍性不同,可为草莓品质改良提供原材料,D正确。例7小麦为六倍体(AABBDD,A、B、D表示来源不同的三个染色体组),黑麦为二倍体(RR,R表示一个染色体组)。小麦与黑麦为可杂交的近缘作物,育种专家欲用小麦和黑麦培养适应高寒地区且高产的八倍体小黑麦(AABBDDRR)。下列育种措施中可行的是

(

)A.将小麦与黑麦进行杂交获取种子,直接种植种子获取小黑麦B.分别取小麦与黑麦的花粉离体培养获取单倍体,将两种单倍体杂交后获取小黑麦C.取小麦花粉离体培养获取单倍体,将此单倍体与黑麦杂交获取种子,再用秋水仙素处理上述种子获取小黑麦D.将小麦与黑麦进行杂交获取种子,种植种子获取幼苗,再用秋水仙素处理上述幼苗获取小黑麦D[解析]小麦与黑麦进行杂交,所得种子的染色体组成为ABDR,直接种植此种子获得的植株由于细胞中无同源染色体而不能经减数分裂产生可育配子,因此不能得到八倍体小黑麦。可以将该种子(ABDR)种植获取幼苗,再用秋水仙素处理上述幼苗,进而获取染色体组成为AABBDDRR的小黑麦,D正确。例8普通牡蛎含有两个染色体组(2n=20)。普通牡蛎在产生配子之前,性腺的发育需要消耗体内储存的营养物质,配子排放后导致牡蛎软体部极度消瘦,严重影响牡蛎的口感和出肉率。利用多倍体育种技术培育三倍体牡蛎,可通过改变育性避免牡蛎繁殖期间品质下降的问题,并保持多倍体生物个体大、生长快的优点