2018-2019學年高中生物 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案 新人教版必修2
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1、 第1節(jié) 雜交育種與誘變育種 [學習目標] 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,育種篩選過程復雜;不
2、能產生新基因和新性狀。 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
3、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因素來處理生物,使生物
4、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,較難獲得生產所需要的品種。運用物理因素或化學因素能提高突變率,在較短時間內獲得更多的優(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誘變的方向和性質不能控制,具有盲目性。 5.應用 例3 誘變育種有很多突出優(yōu)點,也存在一些缺點,下列有關敘述正確的是( )
5、 ①結實率低,發(fā)育遲緩?、谔岣咄蛔兟?,在較短時間內獲得更多的優(yōu)良變異類型 ③大幅度改良某些性狀?、芮o稈粗壯,果實種子大,營養(yǎng)物質含量高?、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,所以人工誘變產生的有利個體不多,需要處理大量的材料,⑤正確。 例
6、4 (2018·棗莊八中高一月考)高產青霉菌的選育過程如下表所示,下列相關說法正確的是( ) 時間(年) 來源 產量單位 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
7、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)用化學因素誘變處理可提高突變率( ) (2)雜交育種能夠產生新的基因( ) (3)物理、化學等誘變因素可以使基因發(fā)生定向的變異( ) (4)青霉素高產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,
8、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,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)的遺傳學原理依次是( ) A.基因突變、基因重組
9、 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原理是基因重組,誘變育種遵循的遺傳學原理是基因突變。 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)?,F(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(假設親本足夠多,產生的后代也足夠多)。 (1)__________________________________________________
10、______________________; (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。
11、 [對點訓練] 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 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 aaBBDD×AAbbDD→AaBbDD一年;
12、 AaBbDD×AABBdd→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,只能產生新的基因型,不能產生新的基因,B錯誤;雜交后代性狀優(yōu)良的比例高低與親本的基因型
13、有關,C錯誤;雜交育種通常要連續(xù)篩選,育種周期長,過程復雜,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
14、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,得到高產青霉素菌株 C.用亞硝酸處理,得到植物的新
15、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,這些航天技術的發(fā)展,為我國的生物育種
16、創(chuàng)造了更多更好的機會。下列有關航天育種的說法,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下發(fā)生基因突變 C.航天育種技術作為航天技術與農業(yè)育種技術相結合的一項創(chuàng)新性研究成果,是快速培育農作物優(yōu)良新品種的重要途徑之一 D.“太空種子”都能培育出高產、優(yōu)質的新品種 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
17、突變 D.產生的新性狀大多對生產不利 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.我國科學家精選的農作物種子通過“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
18、.“黑農五號”大豆的培育 答案 D 解析 基因突變能產生新基因,“黑農五號”大豆是黑龍江農業(yè)科學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)代農業(yè)生產上得到廣泛應用。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
19、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
20、個體上 ② 解析 (1)按照自交→淘汰→選育的育種方法,雜合子自交產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,青霉素產量只有20單位/mL,產量很低,不能滿足要求。后來科學家用X射線、紫外線等照射青霉菌,結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,青霉素的產量存在很大差異,其中
21、有的青霉菌產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____________的結構發(fā)生了變化。 (3)存活下來的青霉菌產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,所獲得的高產青霉素菌株的青霉素產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__________________
22、_______________________ ________________________________________________________________________。 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,產生的后代有產量高的、有產量低的,但大部分青霉菌還是保持原有的產量水平;對少量的高產菌株做進一步選育,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(
23、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產生的矮莖抗銹
24、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,能夠將多個品種的優(yōu)良性狀集中在一起 (3)用物理方法或化學方法誘發(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。 11
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