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    生物育种
    【课标要求】生物变异在育种上的应用。
    【考向瞭望】杂交育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等各种育种方式的原理、过程、优缺点的分类与比较。
    【知识梳理】
    一、杂交育种
    (一)概念:将两个或多个品种的优?#22841;?#29366;通过交配集中在一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。
    (二)原理:基因重组。
    (三)过程:选择具有不同优?#22841;?#29366;的亲本通过杂交获得F1,F1连续自交或杂交,从中筛选获得需要的类型。
    (四)应用:改良作物品质,提高农作物单位面积产量;培育优良的家畜、家禽。
    二、诱变育种
    (一)概念:利用物理因素或化学因素处理生物,使生物发生基因突变,从而获得优良变异类型的育种方法。
    (二)原理:基因突变。
    (三)特点:可以提高突变率,在较短时间内获得更多优良变异类型。
    (四)应用:主要用于农作物育种和微生物育种。
    三、几种育种方法的比较
    名称 原理 方法 优点 缺点 应用
    杂交
    育种 基因
    重组 培育纯合子品种:杂交→自交→筛选出符合
    要求的表?#20013;停?#36890;过自交到不发生性状分离
    为止 使分散在同一物种不
    同品种中的多个优良
    性状集中于同一个体 ①育种时间一般比较长
    ②局限于同种或亲缘关
    ?#21040;?#36817;的个体
    ③需及时发现优良品种 用纯种高秆抗病[来
    小麦与矮秆不抗
    病小麦培育矮秆
    抗病小麦
      培育杂合子品种:一般是选取纯合双亲杂交  年年制种 杂交水稻、玉米
    诱变
    育种 基因
    突变 ①物理:紫外线、X或γ射线,微重力、激
    光等处理、再筛选
    ②化学:亚硝酸、硫酸二乙酯处理,再选择 提高变异?#24503;剩?#21152;快
    育种进程,大幅度改
    良某些性状 盲目?#28304;螅?#26377;利变异少,
    工作量大,需要大量的
    供试材料 高产青霉菌
    单倍体
    育种 染色体
    变异 ①先将花药离体培养,培养出单倍体植株
    ②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理
    获得纯合子
    ③从中选择优良植株 明显缩短育种年限,
    子代均为纯合子,
    加速育种进程 技术复杂 用纯种高秆抗病
    小麦与矮秆不抗
    病小麦快速培育
    矮秆抗病小麦
    多倍体
    育种 染色体
    变异 用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼
    苗 操作简单,能较快获
    得所需品种 所获品种发育延迟,结实
    ?#23454;停?#19968;般只适用于植物 三倍体无子西瓜
    八倍体小黑麦
    基因
    工程
    育种 基因
    重组 提取目的基因→目的基因与运载体结合→将
    目的基因导入受体细胞→目的基因的表达与
    检测→筛选获得优良个体 ①目的性强,育种周
    期短
    ②克服了远缘杂交不
    亲和的?#20064;?技术复杂,安全性问题
    多,有可能引起生态危机 转基因“向日葵
    豆”、转基因抗
    虫棉
    【思考感悟】杂交育种能否应用于微生物育种?
    杂交育种利用基因重组的原理,一般发生在有性生殖的减数分裂过程中。微生物一般不能进行减数分裂,因此一般不用杂交育种的方法对微生物进行育种。
    【基础训练】
    1、育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等,下面对这五种育种的说法正确的是(  A  )
    A、涉及的原理有:基因突变、基因重组、染色体变异
    B、都不可能产生定向的可遗传变异
    C、都在细胞水平上进行操作
    D、都不能通过产生新基因从而产生新性状
    2、假设A、b代表玉米的优良基因,这两种基因?#20146;杂?#32452;合的。现有AABB、aabb两个品种,为培养出优?#22841;?#21697;种AAbb,可以采用的方法如图所示。
    (1)由品种AABB、aabb经过①、②、③过程培育出新品种的育种方法称为杂交育种。若经过②过程产生的子代总数为1552株,则其中基因型为AAbb的植株理论上有97株。基因型为Aabb的类型经过过程③,子代中AAbb与aabb的数量比是1︰1。
    (2)过程⑤常采用花药离体培养法由AaBb得到Ab个体。与“过程①②③”的育种方法相比,“过程⑤⑥”育种的优势是明显缩短了育种年限。
    (3)过程④在完成目的基因与运载体的结合时,必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶(限制酶)DNA连?#29992;浮?#19982;“过程⑦”的育种方法相比,“过程④”育种的优势是定向地改变生物的遗传性状。
    3、用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病(DDTT)和矮秆不抗锈病(ddtt)进行育种时,一种方法是杂交得到F1,F1再自交得F2;另一种方法是用F1的花药进行离体培养,再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株。下?#34892;?#36848;正确的是(  C  )
    A、前一种方法所得的F2中重组类型和纯合子各占5/8、1/4
    B、后一种方法所得的植株中可用于生产的类型比例为2/3
    C、前一种方法的原理是基因重组,原因是非同源染色体?#26434;?#32452;合
    D、后一种方法的原理是染色体变异,是由于染色体结构发生改变
    【高考模拟】
    1.(2007广东生物15)太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等,诱?#21152;?#23431;宙飞船携带的种子发生变异,然后进?#20449;?#32946;的一种育种方法。下列说法正确的是(  D  )
    A、太空育种产生的突变总是有益的
    B、太空育种产生的性状是定向的
    C、太空育种培育的植物是地球上原本不存在的
    D、太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的
    2.(2008江苏生物23)下列关于育种的叙述中,错误的是(  BCD  )
    A、用物理因素诱变处理可提高突变率 B、诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
    C、三倍体植物不能由受精卵发育而来 D、诱变获得的突变体多数表现出优?#22841;?#29366;
    3.(09上海卷)21.下列技术中不能获得抗锈高产小麦新品种的是
    A. 诱变育种
    B. 细胞融合
    C. 花粉离体培养
    D. 转基因
    答案:C
    解析:花药离体培养获得是单倍体,一般高度不育。
    4.(09天津卷)8.(30分)水稻种子中70%的磷以植酸形式存在。植酸易同铁、钙等金属离子或蛋?#23383;式?#21512;排出体外,是多种动物的抗营养因子,同时,排出的大量磷进入水体易引起水华。
    (1)?#33258;?#32032;除了形成植酸外,还可以出现在下列_____________分子或结构中(多选)。
    A.核糖    B.ATP    C.核糖体    D.?#22235;?br>(2)种植芦苇能有效?#31181;?#27700;华的发生,表明芦苇与引起水华的藻类关系是_____________。
    (3)植酸酶可?#21040;?#26893;酸,在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的_____________  利用率。
    (4)酵母菌中植酸的活性较高。下图是从不同类型酵母菌的发酵液中提取植酸酶的工艺流程。
     
     

    据图回答:
    ①植酸酶________________(Ⅰ/Ⅱ)属于?#32622;?#34507;白。
    ②若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同,其差异体现在______________________。
    ③提纯的植酸酶需做活性条件测定。右图为测定结果。
    图中的自变量可为____________________________(答一种);
    因变量可以通过测定______________________来表示。
    (5)为从根本上解决水稻中的高植酸问题,可将植酸酶基因导入水稻,培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。
    据图回答:
    ①图中基因组文库____________(小于/等于/大于)cDNA文库。
    ②B过程需要的酶是______________;A、C过程中_____________(可以/不可以)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
    ③目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中___________。和_____________为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是_________________________。
    (6)已获得的转植酸酶基因水稻品系植酸含量低,但易感病,下图为选育低植酸抗病水稻品种的过程。图中两对相对性形状分别由两对基因控制,并独立遗传。
     
     
     

        采用上图育种过程,需从_______________代开始筛选,经筛选淘汰后,在选留的植株中低植酸抗病纯合体所占的比例是______________。选留植株多代自交,经筛选可获得低植酸抗病性状稳定的品性。
    答案:
    (1)BCD
    (2)竞争关系
    (3)营养成分
    (4)①I
         ②氨基酸的种类、数量和排列顺序不同
         ③温度(或PH)   单位时间内植酸的?#21040;?#37327;(或植酸?#21040;?#20135;物的生成量)
    (5)①大于
    ②逆转录酶   可以
    ③DNA    cDNA耐高温
    (6)F2      1/9
    解析:本题考查物质的元素组成、生物的种间关系、蛋?#23383;省?#37238;、基因工程、遗传定律的相关知识,涉及的知识点较多,综合性很强。(1)只有核糖中不含?#33258;?#32032;,ATP(磷酸基团)、核糖体(含RNA)、?#22235;ぃ?#21547;?#23383;?#20013;均含有?#33258;?#32032;。(2)芦苇能?#31181;?#27700;华的发生,表明芦苇与水华的藻类关系是竞争。(3)植酸易同铁、钙等金属离子或蛋?#23383;式?#21512;排出体外,是多种动物的抗营养因子,而植酸酶可?#21040;?#26893;酸,因此在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的营养成分的利用率。(4)?#27835;?#22270;可知,植酸酶Ⅱ需要经过两次离心,因此植酸酶Ⅰ属于?#32622;?#34507;白。若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同,其差异体现在氨基酸的种类、数量和排列顺序的不同。从图的可看出,自变量可为温度或pH,因变量可以通过测定单位时间内植酸的?#21040;?#37327;或植酸?#21040;?#37327;产物的生成量来表示。(5)?#27835;?#33719;取植酸酶基因的流程图可知,图中基因组文库大于cDNA文库。B过程需要的酶应该是逆转录酶,因为A、C过程都能获得含目的基因的菌株,所以可以使用同一种探针进行筛选。目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是耐高温。(6)根据上图育种过程,所需性状在F2代中才开始出现,所以应从F2代开始筛选。从图中可以看出,低植酸抗病是双显性(在F2中占9/16),经筛选淘汰后,在选留的植株中纯合体所占的比例是1/9。
    5.(09广东卷)33.(8分)
    为了快速培育抗某种除草剂的水稻,育种工作者综合应用了多种培育种方法,过程如下。请回答问题。
    (1)从对该种除草剂敏感的二倍水?#23616;?#26666;上取花药离体培养,诱导成          幼苗。
    (2)用 射线照射上述幼苗,目的是          ;然后用该除草剂喷洒其幼叶,结果大部分叶片变黄,仅有个别幼叶的小片组织保持绿色,表明这部分组织具有         。
    (3)取该部分绿色组织再进行组织培养,诱导植株再生后,用秋水仙素处理幼苗,使染色体           ,获得纯合          ,移栽到大田后,在苗期喷洒该除草?#33391;?#23450;其抗性。
    (4)对抗性的遗传基础做一步研究,可以选用抗性植株与        杂交,如果          ,表明抗性是隐性性状。 自交,若 的性状分离比为15(敏感):1(抗性),初?#37237;?#27979;           。
    答案:
    (1)单倍体
    (2)诱发基因突变     抗该除草剂的能力
    (3)加倍     二倍体
    (4)( 纯合)敏感型植株      都是敏感型      该抗性植株中有两个基因发生了突变
    解析:本题考查了单倍体育种,诱变育种等知识,同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。花药离体培养是单倍体育种的基本手?#21361;?#23556;线激光有诱发突变的能力,而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变形状,所以需要经过组织培养,为了获得可育的植株,需用秋水仙素使染色体加倍,加倍获得的是纯和子,通过与敏感型植株杂交,子一代表现出来的性状是显性,子二代出?#20013;?#29366;分离,分离比是15:1,不符合分离定律,可以用?#26434;?#32452;合定律来解释,只有两对基因?#23478;?#24615;时才表现为抗性。所以初?#37237;?#27979;该抗性植株中两个基因发生了突变。
    6.(09海南卷)21.(14分)
    填空回答下列问题:
    (1)水稻杂交育种是通过品种间杂交,创造新变异类?#25237;?#36873;育新品种的方法。其特点是将两个纯合亲本的______通过杂交集中在一起,再经过选择和培育获得新品种。
    (2)若这两个杂交亲本各具有期望的优点,则杂交后,F1自交能产生多种非亲本类型,其它原因是F1在______形成配子过程中,位于______基因通过?#26434;?#32452;合,或者位于______基因通过非姐妹染色单体交换进行重新组合。
    (3)假设杂交涉及到n对相对性状,每对相对性状各受一对等位基因控制,彼?#24605;?#21508;自独立遗传。在完全显性的情况下,从理论上讲,F2表?#20013;?#20849;有______种,其中纯合基因型共有______种,杂合基因共有______种。
    (4)从F2代起,一般还要进行我代自交和选择。自交的目的是_____;选择的作用是______。
    答案:
    (1)优?#22841;?#29366;(或优良基因)(2分)
    (2)减数分裂(1分)非同源染色体上的非等位(1分)   同源染色体上的非等位(2分)(3) (1分)    (1分)     (2分)
    (4)获得基因型纯合的个体        保留所需的类型(每空2分,共4分,其他合理答案也给分)

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