2018-2019學(xué)年高中生物 第6章 從雜交育種到基因工程 第1節(jié) 雜交育種與誘變育種學(xué)案 新人教版必修2.doc

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第1節(jié)　雜交育種與誘變育種 [學(xué)習(xí)目標]　1.掌握雜交育種和誘變育種的原理和操作過程。2.比較各種育種方法的優(yōu)缺點。 一、雜交育種 1．概念：將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法。 2．原理：基因重組。 3．常用流程：選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本F1F2……→穩(wěn)定遺傳的良種。 拓展深化　動物育種的常用流程 選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本雜交，獲得F1→F1雌雄個體交配→獲得F2→鑒別、選擇需要的類型與隱性類型測交，選擇后代不發(fā)生性狀分離的F2個體。 4．優(yōu)缺點：可以把多個品種的優(yōu)良性狀集中在一起，但是育種周期長，育種篩選過程復(fù)雜；不能產(chǎn)生新基因和新性狀。 例1　盡管目前的育種方法有多種，但傳統(tǒng)方法——雜交育種仍然發(fā)揮著重要的作用。下列有關(guān)雜交育種的說法正確的是(　　) A．育種過程中不可能出現(xiàn)自交現(xiàn)象 B．能得到具有雜種優(yōu)勢的種子 C．不能得到純合子 D．用時短、操作簡便 答案　B 解析　根據(jù)育種目的不同可以獲得具有優(yōu)良性狀的雜合子，也可獲得純合子；在獲得純合子的過程中要用到自交的方法；由于顯性純合子不易獲得，所以用時較長。 例2　用雜合子(DdEe)種子獲得純合子(ddee)最簡捷的方法是(　　) A．種植→F1→選雙隱性植株→純合子 B．種植→秋水仙素處理→純合子 C．種植→花藥離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子 D．種植→秋水仙素處理→花藥離體培養(yǎng)→純合子 答案　A 解析　雜合子(DdEe)種子中含有d、e基因，自交后一旦出現(xiàn)隱性性狀便能穩(wěn)定遺傳，方法簡捷。 規(guī)律方法　雜交育種通過雜交將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀集中在一起，再經(jīng)過自交，F(xiàn)2中就出現(xiàn)所需要的品種，如果優(yōu)良性狀都是隱性性狀，從F2中直接選出即可，如果優(yōu)良性狀為顯性性狀，需要連續(xù)自交和篩選(有些生物也可以從F2開始進行無性繁殖，如馬鈴薯)，但需要較長時間；單倍體育種可以明顯縮短育種年限；雜交育種適合進行有性生殖的生物，原核生物一般不適用。 二、誘變育種 1．概念：利用物理因素或化學(xué)因素來處理生物，使生物發(fā)生基因突變，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法稱為誘變育種。 2．原理：基因突變。 自然突變的頻率低，而且是不定向的，較難獲得生產(chǎn)所需要的品種。運用物理因素或化學(xué)因素能提高突變率，在較短時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。 3．常用方法：運用物理的或者化學(xué)的手段處理萌發(fā)的種子或幼苗，誘發(fā)基因突變，從中選出需要的突變個體，然后進行培育推廣。 4．優(yōu)缺點 (1)優(yōu)點：①提高變異頻率，加速育種進程；②大幅度改良某些性狀。 (2)缺點：①有利變異少，需大量處理實驗材料；②誘變的方向和性質(zhì)不能控制，具有盲目性。 5．應(yīng)用 例3　誘變育種有很多突出優(yōu)點，也存在一些缺點，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) ①結(jié)實率低，發(fā)育遲緩?、谔岣咄蛔兟剩谳^短時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型?、鄞蠓雀牧寄承┬誀睢、芮o稈粗壯，果實種子大，營養(yǎng)物質(zhì)含量高?、萦欣麄€體不多，需要處理大量的材料 A．①④ B．②③⑤ C．①④⑤ D．①②④ 答案　B 解析　結(jié)實率低，發(fā)育遲緩屬于多倍體的特點，①錯誤；由于基因突變具有低頻性的特點，所以人工誘變可以提高變異頻率，使后代變異性狀較快穩(wěn)定，因而加快育種進程，同時可以大幅度改良某些性狀，②③正確；莖稈粗壯，果實種子大，營養(yǎng)物質(zhì)含量高屬于多倍體的特點，④錯誤；由于基因突變具有多害少利性和不定向性的特點，所以人工誘變產(chǎn)生的有利個體不多，需要處理大量的材料，⑤正確。 例4　(2018棗莊八中高一月考)高產(chǎn)青霉菌的選育過程如下表所示，下列相關(guān)說法正確的是(　　) 時間(年) 來源 產(chǎn)量單位 1943 自發(fā)霉甜瓜中篩選到 20 1943 自發(fā)突變 250 1943 B25的X射線誘變 500 1945 X1612的紫外線誘變 ≤850 1947 Q176的紫外線誘變 ≤850 目前 進一步變異 5萬～10萬 A.該過程中需要處理大量的青霉菌 B．該育種方式的原理是染色體變異 C．該過程中青霉菌發(fā)生了定向變異 D．該育種方式可明顯縮短育種年限 答案　A 解析　基因突變具有低頻性和不定向性，因此要篩選出高產(chǎn)青霉菌需要處理大量的青霉菌，A正確；該育種方式的原理是基因突變，B錯誤；變異都是不定向的，C錯誤；單倍體育種可明顯縮短育種年限，而該育種方式為誘變育種，D錯誤。  1．判斷正誤 (1)用化學(xué)因素誘變處理可提高突變率(　　) (2)雜交育種能夠產(chǎn)生新的基因(　　) (3)物理、化學(xué)等誘變因素可以使基因發(fā)生定向的變異(　　) (4)青霉素高產(chǎn)菌株是通過雜交育種獲得的(　　) (5)雜交育種一定要從F2開始篩選(　　) 答案　(1)√　(2)　(3)　(4)　(5) 2．在雜交育種工作中，選擇通常從哪一代開始？理由是什么(　　) A．F1，基因出現(xiàn)重組 B．F1，性狀開始分離 C．F2，性狀開始分離 D．F2，基因開始分離 答案　C 解析　F1表現(xiàn)顯性性狀，F(xiàn)2出現(xiàn)性狀分離，才開始出現(xiàn)符合要求的個體。 3．有一種塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解為無毒物質(zhì)，可以降解，不至于對環(huán)境造成嚴重的白色污染。培育專門降解這種塑料的“細菌能手”的方法是(　　) A．雜交育種 B．誘變育種 C．單倍體育種 D．多倍體育種 答案　B 解析　細菌屬于原核生物，原核生物不能進行有性生殖，因而不能實施雜交育種；原核生物無染色體，不發(fā)生染色體變異，因而不能進行單倍體和多倍體育種。 4．雜交育種和誘變育種所依據(jù)的遺傳學(xué)原理依次是(　　) A．基因突變、基因重組 B．基因重組、基因突變 C．染色體變異、基因突變 D．染色體變異、基因重組 答案　B 解析　雜交育種遵循的遺傳學(xué)原理是基因重組，誘變育種遵循的遺傳學(xué)原理是基因突變。 5．小香豬“天資聰穎”，略通人性，成為人們的新寵。其背部皮毛顏色由位于不同常染色體上的兩對基因(A、a和B、b)控制，共有四種表現(xiàn)型，黑色(A_B_)、褐色(aaB_)、棕色(A_bb)和白色(aabb)。現(xiàn)有多對黑色雜合的小香豬，要選育出純合的棕色小香豬，請簡要寫出步驟(假設(shè)親本足夠多，產(chǎn)生的后代也足夠多)。 (1)________________________________________________________________________； (2)________________________________________________________________________。 答案　(1)雜交：選擇親本中多對雌雄個體進行雜交 (2)測交：選擇F1中的棕色小香豬與異性白色小香豬測交，不出現(xiàn)性狀分離的即為純合子 解析　育種的方法為雜交→自交→篩選，對于動物育種來說，敘述中要注意：①動物一般為雌雄異體，敘述時不要寫成“自交”，應(yīng)說明雌雄個體進行雜交；②動物繁殖一代后一般不會死亡，所以選育純種時不要采用連續(xù)自由交配，一般用測交法即可測定其基因型，確定是否為所需品種。 [對點訓(xùn)練] 題組一　雜交育種 1．用高稈抗病小麥和矮稈易染病小麥培育矮稈抗病小麥品種時，檢測基因型的常用方法是(　　) A．連續(xù)自交 B．連續(xù)測交 C．秋水仙素誘導(dǎo) D．顯微鏡觀察 答案　A 解析　植物檢測基因型的常用方法是連續(xù)自交。 2．現(xiàn)有三個番茄品種，A品種的基因型為aaBBDD，B品種的基因型為AAbbDD，C品種的基因型為AABBdd，三種等位基因分別位于三對同源染色體上。若通過雜交育種獲得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，則至少需要的時間為(　　) A．2年 B．3年 C．4年 D．5年 答案　C 解析　aaBBDDAAbbDD→AaBbDD一年； AaBbDDAABBdd→AaBbDd一年； AaBbDd自交→aabbdd一年； 種植aabbdd種子，得aabbdd植株一年， 所以需要4年的時間。 3．下列有關(guān)雜交水稻的說法正確的是(　　) A．雜交后代中出現(xiàn)的人類所需的性狀都能穩(wěn)定遺傳 B．不能產(chǎn)生新的基因和新的基因型 C．雜交后代中具有優(yōu)良性狀的比例都很低 D．育種進程慢，過程復(fù)雜 答案　D 解析　雜交水稻雜交后代的性狀如果是隱性性狀，一旦出現(xiàn)就能穩(wěn)定遺傳，如果是顯性性狀，則可能為雜合子，A錯誤；雜交育種的原理是基因重組，只能產(chǎn)生新的基因型，不能產(chǎn)生新的基因，B錯誤；雜交后代性狀優(yōu)良的比例高低與親本的基因型有關(guān)，C錯誤；雜交育種通常要連續(xù)篩選，育種周期長，過程復(fù)雜，D正確。 4．育種專家用高稈抗銹病水稻與矮稈不抗銹病水稻雜交，培育出了矮稈抗銹病水稻，這種水稻出現(xiàn)的原因是(　　) A．基因突變 B．基因重組 C．染色體變異 D．環(huán)境條件的改變 答案　B 解析　題目中矮稈抗銹病水稻是經(jīng)雜交育種得到的，其原理是基因重組。 5．用雜合子(DdEe)種子獲得純合子(ddee)，最簡捷的方法是(　　) A．種植→F1→選雙隱性個體→純合子 B．種植→秋水仙素處理→純合子 C．種植→花藥離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子 D．種植→秋水仙素處理→花藥離體培養(yǎng)→純合子 答案　A 解析　雜合子(DdEe)種子中含有d、e基因，自交后一旦出現(xiàn)隱性性狀便能穩(wěn)定遺傳，方法簡捷。 6．雜交玉米的種植面積越來越廣，農(nóng)民需要購買玉米雜交種。不能自留種子來年再種的原因是(　　) A．自留種子發(fā)芽率低 B．雜交種都具有雜種優(yōu)勢 C．自留種子容易患病蟲害 D．雜交種的有性繁殖后代會發(fā)生性狀分離 答案　D 解析　雜交種具有雜種優(yōu)勢，但雜交種的有性繁殖后代會發(fā)生性狀分離而不再具有雜種優(yōu)勢。 題組二　誘變育種 7．下列不屬于誘變育種的是(　　) A．用一定劑量的γ射線處理生物，引起變異而獲得新性狀 B．用X射線照射處理，得到高產(chǎn)青霉素菌株 C．用亞硝酸處理，得到植物的新類型 D．人工種植的馬鈴薯塊莖逐年變小 答案　D 解析　誘變育種是利用物理因素(如X射線、γ射線等)或化學(xué)因素(如亞硝酸、硫酸二乙酯等)處理生物，引發(fā)基因突變。人工種植的馬鈴薯，造成塊莖逐年變小的直接原因是高溫、干旱、病毒感染等，故不屬于誘變育種。 8．下列關(guān)于育種的敘述中，正確的是(　　) A．人工誘變處理可提高作物的突變率 B．誘變育種和雜交育種均可形成新的基因 C．誘變獲得的突變體多數(shù)表現(xiàn)出優(yōu)良性狀 D．與誘變育種相比，雜交育種可以大幅度地改良某些性狀 答案　A 解析　 9．“嫦娥1號”勝利奔月，“神六”“神七”勝利返回，這些航天技術(shù)的發(fā)展，為我國的生物育種創(chuàng)造了更多更好的機會。下列有關(guān)航天育種的說法，不正確的是(　　) A．航天育種可縮短育種周期 B．種子在宇宙輻射、微重力及弱地磁場等因素的誘導(dǎo)下發(fā)生基因突變 C．航天育種技術(shù)作為航天技術(shù)與農(nóng)業(yè)育種技術(shù)相結(jié)合的一項創(chuàng)新性研究成果，是快速培育農(nóng)作物優(yōu)良新品種的重要途徑之一 D．“太空種子”都能培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的新品種 答案　D 解析　基因突變能夠提高突變率，但是仍然具有多害少利性。 10．利用60Co可進行誘變育種，有關(guān)說法錯誤的是(　　) A．利用60Co放出的γ射線照射種子時一般不選用干種子 B．若處理后的種子萌發(fā)后不具備新性狀，即可拋棄 C．處理后只有少部分種子將發(fā)生基因突變 D．產(chǎn)生的新性狀大多對生產(chǎn)不利 答案　B 解析　干種子細胞不進行分裂，誘變育種一般不選用；處理后的種子萌發(fā)后不具備新性狀，但可能已產(chǎn)生了新的基因，不可拋棄，可繼續(xù)做育種的材料；基因突變具有低頻性和多害少利性等特點。 11．我國科學(xué)家精選的農(nóng)作物種子通過“天宮一號”搭載上天，利用宇宙空間的特殊環(huán)境誘發(fā)變異育種，這些變異(　　) A．是定向的 B．屬于人工誘變 C．對人類都有益 D．不能遺傳給后代 答案　B 12．下列各項措施中，能夠產(chǎn)生新基因的是(　　) A．高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥雜交 B．用秋水仙素處理二倍體西瓜得到四倍體西瓜 C．用花藥離體培養(yǎng)小麥植株 D．“黑農(nóng)五號”大豆的培育 答案　D 解析　基因突變能產(chǎn)生新基因，“黑農(nóng)五號”大豆是黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院用輻射方法培育的，其原理是基因突變，而選項A的原理為基因重組，選項B、C的原理為染色體變異，都不能產(chǎn)生新基因。 [綜合強化] 13．利用遺傳變異的原理培育作物新品種，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。請回答下面的問題： (1)水稻的穗大(A)對穗小(a)為顯性?；蛐蜑锳a的水稻自交，子一代中，基因型為____________的個體表現(xiàn)出穗小，應(yīng)淘汰；基因型為____________________的個體表現(xiàn)出穗大，需進一步自交和選育。按照這種自交→淘汰→選育的育種方法，理論上第n代種子中雜合子的比例是____________。 (2)水稻的晚熟(B)對早熟(b)為顯性，請回答利用現(xiàn)有純合子水稻品種，通過雜交育種方法培育純合大穗早熟水稻新品種的問題。 ①培育純合大穗早熟水稻新品種，選擇的親本基因型分別是________和________。兩親本雜交的目的是____________________________________________________。 ②將F1所結(jié)種子種下去，長出的水稻中表現(xiàn)為大穗早熟的概率是______，在這些大穗早熟植株中約有________是符合育種要求的。 答案　(1)aa　AA和Aa　　(2)①AABB　aabb　將基因A和b集中到同一個體上?、凇? 解析　(1)按照自交→淘汰→選育的育種方法，雜合子自交產(chǎn)生的第一代至第四代中雜合子的比例依次是、、、，歸納可知第n代種子中雜合子的比例是。(2)要想得到基因型為AAbb的純種個體，選擇的親本基因型是AABB、aabb，通過雜交可將基因A和b集中到同一個體上。F1自交，產(chǎn)生的基因型為A_bb的種子占F2的，其中基因型為AAbb的個體符合要求，占基因型為A_bb的個體的比例為。 14．1943年，青霉素產(chǎn)量只有20單位/mL，產(chǎn)量很低，不能滿足要求。后來科學(xué)家用X射線、紫外線等照射青霉菌，結(jié)果大部分青霉菌死亡，少量生存下來。在存活下來的青霉菌中，青霉素的產(chǎn)量存在很大差異，其中有的青霉菌產(chǎn)生的青霉素的量提高了幾百倍(最高達到20 000單位/mL)，從而選育出了高產(chǎn)青霉素菌株。根據(jù)以上材料回答下列問題： (1)用射線照射青霉菌株，目的是誘發(fā)青霉菌發(fā)生______________________________。 (2)從分子水平看，發(fā)生上述變化的根本原因是____________的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。 (3)存活下來的青霉菌產(chǎn)生的青霉素的量存在著很大的差異，這說明______________。 (4)上述育種方式叫做____________育種，所獲得的高產(chǎn)青霉素菌株的青霉素產(chǎn)量提高了幾百甚至幾千倍，這說明這種育種方式的優(yōu)點是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)基因突變　(2)DNA分子　(3)突變是不定向的　(4)誘變　能提高變異頻率，加速育種進程，并能大幅度改良某些性狀 解析　用射線照射青霉菌株，目的是誘發(fā)青霉菌發(fā)生基因突變，由于基因突變具有不定向性，產(chǎn)生的后代有產(chǎn)量高的、有產(chǎn)量低的，但大部分青霉菌還是保持原有的產(chǎn)量水平；對少量的高產(chǎn)菌株做進一步選育，即可得到所需品種。 15．小麥高莖(D)對矮莖(d)為顯性，抗銹病(T)對不抗銹病(t)為顯性(兩對基因獨立遺傳)，現(xiàn)有高莖抗銹病的純合新品種，育種專家提出了兩種育種方案，如下圖所示。請回答下列問題： (1)圖中①②所示過程在遺傳學(xué)上分別叫做__________和________。 (2)圖中表示的兩種常見的育種方法是________育種和________育種，其中哪種育種方法較為理想？____________________，其優(yōu)越性是__________________________________________。 (3)圖中④的處理方法是__________________________，目的是______________。 (4)圖中②產(chǎn)生的矮莖抗銹病的個體比例是________，ddT_中能夠穩(wěn)定遺傳的個體占________。 答案　(1)雜交　自交　(2)雜交　誘變　雜交育種　目的性強，能夠?qū)⒍鄠€品種的優(yōu)良性狀集中在一起　(3)用物理方法或化學(xué)方法誘發(fā)基因突變　提高變異頻率，獲得所需要的變異個體　(4)　 解析　(1)(2)方案甲是用兩個純合的親本進行雜交，獲得雜種一代，通過對雜種后代的不斷優(yōu)選自交，獲得所需的能夠穩(wěn)定遺傳的個體，屬于雜交育種；而方案乙只利用了其中的一個親本，經(jīng)過過程④獲得新個體(ddTt)，由于基因T是親本中所沒有的，因此只能來自基因突變，基因突變具有不定向性，且大多數(shù)是不利的變異。雜交育種目的性更強一些。(3)誘發(fā)基因突變可以用物理或化學(xué)方法進行處理，誘變育種的特點是能夠提高基因突變的頻率，增加所需性狀出現(xiàn)的概率。(4)DdTt自交所得后代中性狀符合要求的占，其中ddT_中能夠穩(wěn)定遺傳的個體占。