2024-2025学年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教案浙科版必修2

PAGEPAGE16其次节生物变异在生产上的应用[学习目标]1.概述杂交育种的概念和基本过程。2.阐明人工诱变育种的概念和过程。3.说明单倍体育种的过程及特点。4.说明多倍体育种的过程及特点。5.说明转基因技术的过程及应用。一、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培育显性纯合子选取亲本eq\o(→,\s\up7(杂交))F1eq\o(→,\s\up7(自交))F2eq\o(→,\s\up7(筛选表现型符合要求的个体))连续自交，直至后代几乎不发生性状分别②培育隐性纯合子选取亲本eq\o(→,\s\up7(杂交))F1eq\o(→,\s\up7(自交))F2→筛选符合要求的个体即可推广(4)优缺点①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。②缺点a.杂交后代会出现性状分别现象，育种过程缓慢。b.不能产生新基因、新性状。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：基因突变与染色体畸变。(3)常用方法：辐射诱变和化学诱变。(4)特点①优点a.可提高突变频率。b.能在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状。c.改良作物品质，增加抗逆性。②缺点：由于突变的多方向性，育种具有肯定的盲目性。获得志向的个体须要处理大量的材料。(5)应用：用于作物、微生物和动物育种，其中在微生物育种方面成效极为明显。归纳总结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、化学诱变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、须要刚好发觉优良性状有利变异少，须要处理大量试验材料，具有不确定性例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eq\o(→,\s\up7(a))F1eq\o(→,\s\up7(b))F2eq\o(→,\s\up7(c))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________。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，目的是获得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别，所以要想得到稳定遗传的矮秆抗锈病植株必需经过过程c，即筛选和连续自交，直至后代不发生性状分别。特殊提示动、植物杂交育种的区分实例分析：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：将B_ee上的种子分别选异性隐性纯合子测交，以检测亲本基因型，不发选异性隐性纯合子测交，以检测亲本基因型，不发生性状分别的为所选品种自交，直到出现不发生性状分别的BBee为止例2家兔的黑色对白色为显性，短毛对长毛为显性。这两对基因分别位于一对同源染色体上。下列关于利用黑色短毛纯种兔和白色长毛纯种兔培育出黑色长毛纯种兔的做法，错误的是()A.黑色短毛纯种兔×白色长毛纯种兔，得F1B.选取健壮的F1个体自交，得F2C.从F2中选取健壮的黑色长毛兔与白色长毛兔测交D.依据测交结果，选取F2中稳定遗传的黑色长毛雌、雄兔答案B解析家兔属于雌雄异体生物，不能进行自交。例3下列关于诱变育种的说法中，不正确的是()A.能够在较短的时间内获得更多的优良变异类型B.一次诱变处理供试验的生物定能获得所需的变异类型C.青霉素产量很高的菌株的选育依据的原理是基因突变D.诱变育种过程能创建新的基因而杂交育种过程则不能答案B解析诱变育种依据的原理是基因突变，能创建新的基因，因此能够在较短的时间内获得更多的优良变异类型，但是基因突变具有多方向性，一次诱变处理供试验的生物不肯定能获得所需的变异类型。二、单倍体育种、多倍体育种和转基因技术1.单倍体育种(1)单倍体植株特点：植株小而弱，且高度不育。(2)单倍体育种①原材料：单倍体。②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。③主要特点a.缩短育种年限。b.能解除显隐性干扰，提高效率。④原理：染色体数目变异。⑤育种程序：Peq\o(→,\s\up7(杂交))F1eq\o(→,\s\up7(花药离体培育),\s\do5(诱导愈伤组织))单倍体幼苗eq\o(→,\s\up7(秋水仙素处理))染色体加倍的可育纯合植株eq\o(→,\s\up7(选育))优良新品种。2.多倍体育种(1)多倍体特点其细胞通常比二倍体的细胞大，细胞内有机物的含量高、抗逆性强，在生产上具有很好的经济价值。(2)人工诱导多倍体①原理：染色体数目变异。②方法：目前效果较好的方法是用秋水仙素处理萌发的种子、幼苗等，使它们的染色体加倍。③机理：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，但不能分别，最终导致染色体数目加倍。④应用：培育作物新品种的另一条重要途径。⑤举例：三倍体无籽西瓜的培育(过程图解)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)处理方法：用人工方法将人类所须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。(3)原理：基因重组。(4)特点①人为地增加了生物变异的范围，实现种间遗传物质的交换。②从采纳的多种方法看，这种技术的针对性更强，效率更高，经济效益更明显。(5)应用：各种转基因动植物的培育，如抗虫棉。例4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∶ddRr＝_____________________________________________________________。(2)若要在较短时间内获得矮秆抗病水稻，可选图中________(用图中序号和箭头表示)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，应当选择图中________(用图中序号和箭头表示)途径最为合理可行，该育种方式所利用的原理为___________________________。(4)图中________(用图中序号和箭头表示)途径具有多方向性。答案(1)eq\f(3,4)3∶2(2)⑤→⑦→⑧花药离体培育(3)③→④基因重组(4)①→②解析题图中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－eq\f(4,16)＝eq\f(3,4)。F2中矮秆抗病水稻基因型为eq\f(1,3)ddRR、eq\f(2,3)ddRr，自交后子代中ddRR占eq\f(1,3)＋eq\f(2,3)×eq\f(1,4)＝eq\f(1,2)，ddRr占eq\f(2,3)×eq\f(1,2)＝eq\f(1,3)，故ddRR∶ddRr＝3∶2。(2)要尽快获得矮秆抗病类型新品种，应当采纳单倍体育种的方式，即图中⑤→⑦→⑧途径。将F1的花药经过离体培育后，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，应当用基因工程育种的方式即图中③→④途径，所利用的原理是基因重组。(4)诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有多方向性，因此图中①→②途径具有多方向性。特殊提示依据不同需求，选择相宜的育种方法(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，提高养分物质含量，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。例5下列有关育种的叙述正确的是()A.诱变育种可以定向地变更生物的性状B.通过杂交育种获得新品种均须要从F3起先选取C.多倍体育种中，秋水仙素处理的作用机理是抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极D.通过花药离体培育获得的新个体即为纯合子答案C解析由于基因突变具有多方向性，所以诱变育种不能定向变更生物的性状；通过杂交育种获得新品种可以从F2就起先选取；在多倍体育种中，秋水仙素处理的作用机理是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，通过花药离体培育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。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，这种水稻出现的原理是()A.基因突变 B.基因重组C.染色体畸变 D.环境条件的变更答案B解析矮秆抗锈病水稻是经杂交育种得到的，其原理是基因重组。2.(2024·台州高一测试)通过单倍体育种将宽叶不抗病(AAbb)和窄叶抗病(aaBB)两个烟草品种培育成宽叶抗病(AABB)新品种。下列关于育种过程的叙述正确的是()A.将AAbb和aaBB杂交得到AaBb的过程实现了基因重组B.对F1的花药进行离体培育，利用了细胞的全能性C.须要用秋水仙素处理萌发的F1种子，使染色体加倍D.育种过程中淘汰了杂合个体，明显缩短了育种年限答案B解析将AAbb和aaBB杂交，由于AAbb和aaBB都是纯合子，所以得到AaBb的过程没有发生基因重组，A错误；对F1的花药进行离体培育，获得单倍体植株，利用了植物细胞的全能性，B正确；单倍体育种过程中，F1的花药进行离体培育获得单倍体植株，然后须要用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，C错误；单倍体育种过程中，获得的都是纯合子，不须要进行淘汰杂合子个体，所以明显缩短了育种年限，D错误。3.下列关于育种方法的叙述，正确的是()A.用杂交的方法进行育种，从F1自交后代中可筛选出符合人类须要的优良品种B.用辐射的方法进行诱变育种，诱变后的植株肯定比诱变前的植株具备更多优良性状C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，全部的新品种自交后代中约有1/4为纯合子D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的新品种和原品种杂交肯定能产生可育后代答案A解析诱变育种的生物学原理为基因突变，基因突变具有多害少利和多方向性的特点，故诱变后的植株不肯定比诱变前的植株具备更多优良性状，故B错误；用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，产生的新品种全为纯合子，其自交后代也全为纯合子，故C错误；二倍体植株染色体加倍后成为四倍体植株，四倍体植株和原二倍体植株杂交得到的三倍体植株是高度不育的，故D错误。4.下列关于育种的叙述中，错误的是()A.用物理因素诱变处理萌发的种子可提高突变率B.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因C.三倍体植物可以由受精卵发育而来D.单倍体育种最大的优点是能明显缩短育种年限答案B解析基因突变的频率是很低的，物理因素、化学因素处理生物可以提高基因的突变率，A正确；诱变育种的原理是基因突变，可以产生新基因，杂交育种的原理是基因重组，不能产生新基因，B错误；二倍体生物与四倍体生物杂交可以获得三倍体生物，三倍体生物可以由受精卵发育而来，C正确；单倍体育种最大的优点是能明显缩短育种年限，D正确。5.一般小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，限制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。试验小组利用不同的方法进行了如下三组试验：请分析回答下列问题：(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________________。(3)A、B、C三组方法中，最不简单获得矮秆抗病小麦品种的是________组，缘由是______________。(4)通过矮秆抗病Ⅱ获得矮秆抗病新品种的常用方法是__________________________。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占________。答案(1)自交eq\f(2,3)(2)矮秆抗病Ⅱ(3)C基因突变频率低，且具有多方向性(4)秋水仙素诱导染色体加倍100%解析(1)A组为杂交育种，由F1获得F2的方法为自交，F2中矮秆抗病植株(ttR_)中不能稳定遗传的占eq\f(2,3)。(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是矮秆抗病Ⅱ，因其为单倍体植株，往往表现为高度不育。(3)由于基因突变具有多方向性，故诱变育种最具盲目性。(4)矮秆抗病Ⅱ需经人工诱导染色体加倍，方可获得新品种，且一经加倍，肯定为纯合子。[对点训练]题组一杂交育种1.在植物的杂交育种中，选种工作一般()A.从F1中选 B.只从F2中选C.从F2中选 D.从F2起先选答案D解析在杂交育种过程中，F1一般不会发生性状分别，当在F2时，往往会发生性状分别，在育种工作中，往往选择F2作为育种工作的起先。2.杂交玉米的种植面积越来越广，农夫须要购买玉米杂交种。不能自留种子来年再种的缘由是()A.自留种子发芽率低B.杂交种都具有杂种优势C.自留种子简单患病虫害D.杂交种的有性繁殖后代会发生性状分别答案D解析不选用自留种子来年种植是因为杂交种的有性繁殖后代会发生性状分别，不能很好的保留杂种优势，影响产量和质量。3.现有高秆抗锈病(DDTT)和矮秆易感锈病(ddtt)的小麦，两对基因独立遗传。育种专家利用它们培育出了矮秆抗锈病新品种(如图)。下列相关叙述错误的是()A.该育种方法是杂交育种B.该方法依据的原理是染色体畸变C.从F2起先筛选矮秆抗锈病植株D.该方法可将多个优良性状集中在一起答案B解析依据题意和图示分析可知：该育种方法是杂交育种，A正确；杂交育种的原理是基因重组，B错误；从F2起先出现矮秆抗锈病植株，由于有杂合子，所以须要通过自交筛选矮秆抗锈病植株，C正确；杂交育种可以将不同亲本的多个优良性状集中到同一后代的身上，D正确。4.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.依据杂种优势原理，从子一代中即可选出B.从子三代中选出，因为子三代中才出现纯合子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答案C解析杂交育种从子二代起先出现性状分别。题组二诱变育种5.用紫外线照耀红色细菌的培育液，接种在平板培育基上，几天后出现了一个白色菌落，把这个白色菌落转移培育，长出的菌落全是白色的，这是()A.染色体畸变 B.自然突变C.人工诱变 D.基因重组答案C解析紫外线是诱导基因突变的物理因素，红色细菌经过紫外线照耀后，出现了一个白色的菌落，且将这一白色菌落转移培育后，得到的子代全为白色，说明白色性状是能够稳定遗传的，由此可推知，白色性状是人工紫外线照耀，红色细菌体内发生基因突变的结果。6.下列不属于诱变育种实例的是()A.肯定剂量的γ射线引起变异得到新品种B.用肯定剂量X射线处理青霉菌菌株获得高产菌株C.玉米单株自交后代中出现肯定比例的白化苗D.激光照耀植物或动物引起突变得到新品种答案C解析A、B、D三项均是物理因素诱变育种的实例。玉米单株自交后代出现肯定比例的白化苗可能是由于杂合子自交产生了性状分别。7.随着科学技术的发展，育种方法得到不断改进。下图所示的育种方法属于()A.单倍体育种 B.多倍体育种C.杂交育种 D.诱变育种答案D解析依据题意和图示分析可知：用射线照耀小麦种子，后代出现了新的性状，说明射线引起种子细胞发生了基因突变，产生了新的基因，从而表现出新的性状，这种育种方式属于诱变育种。8.(2024·浙江杭州二模)家蚕(2n＝28)雌性体细胞内有两个异型的性染色体ZW，雄性体细胞内有两个同型性染色体ZZ。人们用辐射的方法使常染色体上带有卵色基因的片段易位到W染色体，使ZW卵和不带卵色基因的ZZ卵有所区分，从而在家蚕卵还未孵化时就能区分雌雄。下列有关说法错误的是()A.这种育种方式属于诱变育种B.辐射的目的是为了提高基因的突变率，更简单筛选到卵色基因C.上述带有卵色的受精卵将来会发育为雌性家蚕D.上述带有卵色基因的家蚕染色体组型图与正常家蚕不同答案B解析人们用辐射的方法使常染色体上带有卵色基因的片段易位到W染色体上，说明该方法是诱变育种，A正确；辐射的目的是为了提高基因的突变率，更简单筛选到含有卵色基因的个体，B错误；依据题意可知，卵色基因的片段易位到W染色体上，则带有卵色的受精卵为ZW，为雌性家蚕，C正确；上述带有卵色基因的家蚕W染色体上多了一段染色体，所以其染色体组型图与正常家蚕不同，D正确。题组三单倍体育种、多倍体育种和转基因技术9.能够打破物种界限，定向改造生物的遗传性状，依据人们的意愿培育生物新品种的方法是()A.诱变育种和转基因技术B.杂交育种和诱变育种C.杂交育种和基因工程D.转基因技术育种答案D解析转基因技术可以将限制特定性状的基因从一种生物体内转移到另一种生物体内，使基因实现了跨物种的转移，定向改造生物的遗传性状。10.下图中，甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑦表示培育水稻新品种的过程，则下列说法错误的是()A.①→②过程简便，但培育周期长B.②和⑦的变异都发生于有丝分裂间期C.③过程常用的方法是花药离体培育D.③→⑥过程与⑦过程的育种原理相同答案B解析分析题图，①→②过程为杂交育种过程，杂交育种操作简便，但育种周期长；②过程发生了基因重组，发生在减数分裂过程中，⑦过程是多倍体育种，此过程发生的染色体畸变是由于秋水仙素抑制分裂前期纺锤体的形成；③→⑥表示的过程是单倍体育种，其中③过程常用的方法是花药离体培育；单倍体育种与多倍体育种的原理都是染色体畸变中的染色体数目变异。11.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，下列说法正确的是()A.对花粉进行离体培育，可得到二倍体芝麻B.产生的配子没有同源染色体，所以无遗传效应C.与原来的二倍体芝麻杂交，产生的是不育的三倍体芝麻D.秋水仙素诱导染色体加倍时，最可能作用于细胞分裂的后期答案C解析二倍体芝麻幼苗用秋水仙素处理，得到的是同源四倍体，体细胞内有4个染色体组，而且每个染色体组之间都有同源染色体，由四倍体的配子发育而来的芝麻是单倍体，含两个染色体组，所以该单倍体芝麻是可育的，A、B错误；四倍体的配子中有两个染色体组，二倍体的配子中有一个染色体组，所以四倍体与二倍体杂交产生的是三倍体芝麻，由于三倍体芝麻在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，不能形成正常的配子，所以不育，C正确；秋水仙素诱导染色体加倍时，起作用的时期是细胞分裂的前期，抑制纺锤体的形成，D错误。12.某农科所通过如图所示的育种过程培育成了高品质的糯小麦。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.b过程能提高突变率，从而明显缩短了育种年限C.a过程须要运用秋水仙素，作用于萌发的种子D.b过程须要通过自交来提高纯合率答案D解析分析题图可知，a为单倍体育种过程，其遗传学原理是染色体畸变；b过程为杂交育种过程，不是诱变育种，不能提高突变率，缩短育种年限；a过程须要运用秋水仙素，但其作用对象不是萌发的种子，而是花粉萌发形成的单倍体幼苗；杂合子自交可以提高后代中纯合子的比例。[综合强化]13.1943年，青霉素产量只有20单位/mL，产量很低，不能满意要求。后来科学家用X射线、紫外线等照耀青霉菌，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菌株。依据以上材料回答下列问题：(1)用射线照耀青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生__________。(2)从分子水平看，发生上述变更的根本缘由是____________的结构发生了变更。(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________育种，所获得的高产青霉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)突变是多方向的(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耀青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生基因突变，由于突变具有多方向性，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。14.现有两个水稻品种，一个纯种水稻的性状是高秆(D)、抗锈病(T)；另一个纯种水稻的性状是矮秆(d)、易染锈病(t)。两对基因独立遗传。育种专家提出了如下图所示的Ⅰ、Ⅱ两种育种方法以获得水稻新品种。请据图回答下列问题：(1)要缩短育种年限，应选择的方法是______________，(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)依据的变异原理是________________；另一种方法的育种原理是________。(2)图中①和④基因组成分别为________和________。(3)(二)过程中，D和d的分别发生在________________；(三)过程采纳的方法称为________________；(四)过程最常用的化学药剂是______________。(4)(五)过程产生的抗倒伏抗锈病植株中的纯合子占________。(5)如将方法Ⅰ中获得的③⑤植株杂交，再让所得到的后代自交，则后代的基因型比例为________。答案(1)Ⅰ染色体畸变基因重组(2)DTddTT(3)减数第一次分裂后期花药离体培育秋水仙素(4)eq\f(1,3)(5)1∶2∶1解析图中(一)过程属于杂交，作用是把矮秆和抗病基因组合到一个植株上。图中(二)过程F1种下后，产生4种配子(DT、Dt、dT、dt)。依据图中可知，①的基因型是DT，②的基因型是dT。图中(三)是培育单倍体的过程，一般用花药离体培育的方法获得单倍体植株。图中(四)是诱导染色体加倍的过程，常用的方法是用秋水仙素处理单倍体幼苗，经诱导后长成的植物体肯定是纯合子，细致分析图，可得出图中的③④⑤对应的基因型是DDtt、ddTT和d