2017-2018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学案.docx

第二节生物变异在生产上的应用知识内容必考要求加试要求杂交育种、诱变育种、单倍体育种和多倍体育种aa杂交育种和诱变育种在农业生产中的应用bb转基因技术aa生物变异在生产上的应用c转基因生物和转基因食品的安全性b课时要求1.结合培育番茄新品种的实例，概述杂交育种的概念和基本过程。2.结合基因突变的原理，阐明人工诱变育种的概念和过程。3.比较杂交育种和诱变育种。4.结合烟草新品种的选育过程，说明单倍体育种的过程及特点。5.结合三倍体无籽西瓜的培育过程，说明多倍体育种的过程及特点。6.通过转基因技术的过程介绍，说明转基因技术的过程及应用。你见过像图示那样大的南瓜吗？它可不是普通的南瓜，它是由我国首次载人航天飞船“神舟”五号带入太空培育的新品种。这种南瓜比一般的杂交种品质好，一般重量在300400斤，是名副其实的“巨人”南瓜。这种育种方法的原理和过程是怎样的呢？今天我们就来学习有关育种的知识。解决学生疑难点 一、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F1F2连续自交，直至后代几乎不发生性状分离(2)培育隐性纯合子选取亲本F1F2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)缺点杂交后代会出现性状分离现象，育种过程缓慢。不能产生新基因、新性状。有两种纯种的小麦，一个为高秆(D)抗锈病(T)，另一个为矮秆(d)易感锈病(t)，这两对性状独立遗传，现要培育矮秆抗锈病新品种，方法如下：高秆抗锈病矮秆易感锈病F1F2稳定遗传的矮秆抗锈病新品种。请据此分析：1过程a、b、c的处理方法分别叫什么？答案杂交、自交、连续自交和观察筛选。2从哪一代开始出现矮秆抗锈病的新品种？其中有多少比例的纯合子？答案F2中开始出现矮秆抗锈病，其中纯合子占。3上述杂交育种过程至少需要几年的时间(假设每年只繁殖一代)?分析第一年：种植亲代，杂交，收获F1种子；第二年：种植F1，自交，收获F2种子；第三年：种植F2，获得表现型符合要求的小麦(矮抗)，同时矮抗自交，收获F3种子，分单株保存；第四年：分别种植符合要求的F3，观察是否发生性状分离，不发生性状分离的为合乎要求的新品种。答案4年。4培育细菌新品种时，能否用杂交育种的方法？答案不能，杂交育种只适用于进行有性生殖的真核生物，如植物和动物。细菌是原核生物，不能进行有性生殖。5是不是所有的杂交育种过程都必须从F2开始筛选？是不是也都需要连续自交提高纯合度？举例说明。答案不一定。如果培育杂合子品种，选亲本杂交得到的F1即可。如果选育的优良性状是隐性性状，一旦出现就是纯合的，不需要再连续自交。知识整合杂交育种通过杂交将两个或多个品种的优良性状集中在一起，再经过自交，F2中就出现所需要的品种，如果优良性状都是隐性性状，从F2中直接选出即可，如果优良性状为显性性状，需要连续自交和筛选(有些生物也可以从F2开始进行无性繁殖，如马铃薯)，需要较长时间，杂交育种适合有性生殖的过程，原核生物一般不适用。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开始选答案D解析在杂交育种过程中，F1一般不会发生性状分离，当在F2时，往往会发生性状分离，在育种工作中，往往选择F2作为育种工作的开始。2杂交玉米的种植面积越来越广，农民需要购买玉米杂交种。不能自留种子来年再种的原因是()A自留种子发芽率低B杂交种都具有杂种优势C自留种子容易患病虫害D杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离答案D解析杂种后代发生性状分离，影响产量和质量。二、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)优点可提高突变频率。能在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状。改良作物品质，增强抗逆性。(2)缺点：由于突变的多方向性，育种具有一定的盲目性。获得理想的个体需要处理大量的材料。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。当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返航时，一些特殊的乘客也回到了地球。它们是一些生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太空周游了115小时32分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们进行有关试验。请回答下列问题：1搭载航天器的植物种子需要做怎样的处理？说明原因。答案浸泡种子使其萌发。因为萌发的种子细胞分裂旺盛，易受到太空诱变因素的影响发生基因突变。2作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现全新的变异特征，这种变异的来源主要是什么？答案基因突变。3这些新产生的变异对人类是否一定有益？答案不一定。因为基因突变是多方向的。4遨游太空回到地面后的种子，种植一代发现没有所需要的性状出现，可以随意丢弃吗？说明原因。答案不可以。因为可能发生隐性突变。知识整合诱变育种通常处理萌发的种子或幼苗，因为这些细胞分裂旺盛，容易发生基因突变，但因为基因突变是多方向的，不一定能获得优良性状；如果是隐性突变，还需要进一步杂交筛选。3用紫外线照射红色细菌的培养液，接种在平板培养基上，几天后出现了一个白色菌落，把这个白色菌落转移培养，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射后，出现了一个白色的菌落，且将这一白色菌落转移培养后，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射，红色细菌体内发生基因突变的结果。4下列不属于诱变育种实例的是()A一定剂量的射线引起变异得到新品种B用一定剂量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一定比例的白化苗D激光照射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一定比例的白化苗可能是由于杂合子自交产生了性状分离。三、单倍体育种、多倍体育种和转基因技术1单倍体育种(1)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。(2)单倍体特点：植株小而弱，而且高度不育。(3)原理：染色体畸变。(4)程序用常规方法(杂交)获得杂种F1。花药离体培养获得单倍体幼苗。用秋水仙素处理幼苗(单倍体)，染色体加倍后成为可育的纯合植株。(5)特点缩短育种年限。能排除显隐性干扰，提高效率。2多倍体育种(1)概念：利用物理、化学因素来诱导多倍体的产生，培育作物新品种。(2)多倍体特点：细胞大、有机物含量高、抗逆性强。(3)原理：染色体畸变。正在萌发的种子或幼苗抑制纺锤体的形成(4)程序 染色体数目加倍复制好的染色体不能分离 (5)实例：三倍体无籽西瓜的培育。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)原理：基因重组。(3)过程：用人工方法将人类所需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。人工选择出具有所需新性状的个体。(4)特点增加生物变异的范围，实现种间遗传物质的交换。针对性更强、效率更高、经济效益更明显。1如图表示用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法，据图分析：(1)F1能产生几种雄配子？答案F1的基因型是DdTt，能产生四种雄配子：DT、dT、Dt、dt。(2)过程是哪种处理？其原理是什么？答案过程是花药离体培养过程；原理是细胞的全能性。(3)过程是哪种处理？处理后符合要求的植株占的比例是多少？答案过程是用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗。处理后符合要求的植株ddTT占的比例为1/4。2下图是三倍体西瓜的培育过程，据图分析回答下列问题：(1)过程是哪种处理过程？其原理是什么？答案过程是用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，产生四倍体的过程，其原理是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。(2)和都是传粉，目的有什么不同？答案过程传粉是为了杂交得到三倍体种子，过程传粉是为了刺激子房产生生长素促进果实发育。(3)过程处理后，新产生的四倍体，各部分细胞都含有四个染色体组吗？答案不是。地上部分的茎、叶、花的染色体数目加倍，含有四个染色体组。根细胞没有加倍，只含有两个染色体组。(4)西瓜f的瓜瓤、种子e的胚分别含有几个染色体组？答案西瓜f的瓜瓤来自母本，含有四个染色体组，而种子e的胚含有三个染色体组。(5)为什么三倍体西瓜没有种子？答案三倍体西瓜进行减数分裂时，由于染色体配对紊乱，一般不能产生正常配子。5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，表示培育水稻新品种的过程，则下列说法错误的是()A过程简便，但培育周期长B和的变异都发生于有丝分裂间期C过程常用的方法是花药离体培养D过程与过程的育种原理相同答案B解析分析题图，过程为杂交育种过程，杂交育种操作简便，但育种周期长；过程是多倍体育种，此过程发生的染色体变异是由于秋水仙素抑制分裂前期纺锤体的形成；表示的过程是单倍体育种，其中过程常用的方法是花药离体培养；单倍体育种与多倍体育种的原理都是染色体畸变。6能够打破物种界限，定向改造生物的遗传性状，按照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控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。方法链接根据不同育种目标选择不同育种方案育种目标育种方案集中双亲优良性状单倍体育种(明显缩短育种年限)杂交育种(耗时较长，但简便易行)对原品系实施“定向”改造转基因技术育种让原品系产生新性状诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)使原品系营养器官“增大”或“加强”多倍体育种1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根据杂种优势原理，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开始出现性状分离。2下列几种育种方法，能改变原有基因的分子结构的是()A杂交育种 B诱变育种 C单倍体育种 D多倍体育种答案B解析基因的分子结构的改变是指基因中脱氧核苷酸的种类或顺序发生改变基因突变。杂交育种、单倍体育种和多倍体育种都是在原有基因结构的基础上，经过重新组合、加倍等过程产生新的性状组合，基因结构不发生变化。3用六倍体小麦和二倍体黑麦培育出异源八倍体小黑麦。这种育种方式属于()A转基因育种 B辐射诱变育种C化学诱变育种 D多倍体育种答案D解析六倍体小麦和二倍体黑麦杂交获得异源四倍体，然后用秋水仙素处理诱导染色体加倍，经选育得到异源八倍体小黑麦，这种人工诱导多倍体的育种方式即多倍体育种。4将抗虫基因导入玉米的体细胞中，培育成抗虫玉米新品种，该育种方法属于()A单倍体育种 B转基因育种C杂交育种 D多倍体育种答案B解析将抗虫基因导入玉米细胞中，应用的是转基因技术。5(加试)小香猪“天资聪颖”，略通人性，成为人们的新宠。其背部皮毛颜色由位于不同常染色体上的两对基因(A、a和B、b)控制，共有四种表现型，黑色(A_B_)、褐色(aaB_)、棕色(A_bb)和白色(aabb)。现有多对黑色杂合的小香猪，要选育出纯合的棕色小香猪，请简要写出步骤(假设亲本足够多，产生的后代也足够多)。(1)_。(2)_。答案(1)杂交：选择亲本中多对雌雄个体进行杂交(2)测交：选择F1中的棕色小香猪与白色小香猪测交，不出现性状分离的即为纯合子解析育种的方法为杂交自交筛选，对于动物育种来说，叙述中要注意：动物一般为雌雄异体，叙述时不要写成“自交”，应说明雌雄个体进行杂交；动物繁殖一代后一般不会死亡，所以选育纯种时不要采用连续自交，一般用测交法即可测定其基因型，确定是否为所需品种。课时作业学考达标1把同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上，并能使性状稳定遗传，常用的方法是()A诱变育种 B杂交育种 C花药离体培养 D自交答案B解析将同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上的方法是杂交得到F1，这样F1体内就集中了控制不同优良性状的基因，F1自交，产生F2，在子二代中选择出优良性状个体，经过多代选育，选择出稳定遗传个体即可，该方法属于杂交育种。2培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：纯种的高秆(D)抗锈病(T)纯种的矮秆(d)易染锈病(t)F1雄配子幼苗选出符合要求的品种。下列有关该育种方法的叙述中，正确的是()A过程是杂交B过程必须使用生长素处理C过程为减数分裂D过程必须经过受精作用答案C解析在该育种过程中，为杂交；为减数分裂产生配子的过程；是花药离体培养；为秋水仙素处理单倍体幼苗。3“嫦娥1号”胜利奔月，“神六”、“神七”胜利返回，这些航天技术的发展，为我国的生物育种创造了更多更好的机会，下列有关航天育种的说法，不正确的是()A航天育种可缩短育种周期B种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下发生基因突变C航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一D“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种 答案D解析基因突变能够提高突变率，但是仍然具有多害少利性。4改良缺乏某种抗病性的棉花品种，不宜采用的方法是()A诱变育种 B单倍体育种 C转基因技术育种 D杂交育种答案B解析诱变育种、转基因技术育种和杂交育种均可获得抗病基因，而单倍体育种不能。5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对花粉进行离体培养，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。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。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。6下列关于育种的叙述，错误的是()A诱变可提高基因突变频率和染色体畸变率B花药离体培养是单倍体育种过程中采用的技术之一C杂交育种可将多个优良性状组合在同一个新品种中D多倍体育种常用秋水仙素促进着丝粒分裂使染色体数目加倍答案D解析杂交育种的原理是基因重组，可以将多个控制优良性状的基因组合在一起。秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。高考提能7现有三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。若通过杂交育种要获得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，至少需要的时间为()A2年 B3年C4年 D5年答案C解析aaBBDDAAbbDDAaBbDD一年；AaBbDDAABBddAaBbDd一年；AaBbDd自交aabbdd一年；种植aabbdd种子，得aabbdd植株一年；所以需要4年的时间。8在体育竞技比赛中，都要对运动员进行包括基因兴奋剂在内的各类兴奋剂的严格检测。基因兴奋剂是注入运动员体内新的基因，以提高运动员的成绩，从变异角度分析，此方式属于()A基因突变B基因重组C细胞癌变D染色体畸变答案B解析基因兴奋剂是给运动员注入新的基因，以改变基因的方式提高运动员的成绩，属于导入外源基因，是一种基因重组，而非其他变异。9如图所示为农业上关于两对相对性状的两种不同育种方法的过程示意图。下列对图中育种方式的判断和比较，错误的是()A图中表示的育种方法有杂交育种和单倍体育种B两种育种方法的进程不同C两种育种方法的原理不同D两种育种方法对新品种的选择与鉴定方法不同答案D解析图中左侧表示的是杂交育种，右侧表示的是单倍体育种；杂交育种的原理是基因重组，单倍体育种的原理是染色体畸变；单倍体育种能加快育种进程；两种育种方法最后对符合要求的新品种的筛选方法是一样的。10将、两个植株杂交，得到，将再做进一步处理，如下图所示。下列分析错误的是()A由到过程发生了等位基因的分离、非等位基因的自由组合B获得和植株的原理不同C若的基因型为AaBbdd，则植株中能稳定遗传的个体占总数的D图中各种筛选过程利用的原理相同答案D解析到过程要进行减数分裂产生花粉，所以该过程发生等位基因的分离和非等位基因的自由组合；到是诱变育种，原理是基因突变和染色体畸变，而到是多倍体育种，原理是染色体畸变；若的基因型为AaBbdd，则其自交后代只有纯合子才能稳定遗传，纯合子的概率是1。111943年，青霉素产量只有20单位/mL，产量很低，不能满足要求。后来科学家用X射线、紫外线等照射青霉菌，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20 000单位/mL)，从而选育出了高产青霉菌株。根据以上材料回答下列问题：(1)用射线照射青霉菌株，目的是诱发青霉菌发生_。(2)从分子水平看，发生上述变化的根本原因是_的结构发生了变化。(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射青霉菌株，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。12已知二倍体西瓜的体细胞中含有22条染色体，西瓜的绿皮(A)对白皮(a)为显性，大籽(B)对小籽(b)为显性，这两对等位基因分别位于两对同源染色体上。现对一批纯种绿皮大籽与白皮小籽西瓜种子进行了下列操作：a将这批种子播种，并用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大籽幼苗，使之成为四倍体；b当被处理后的绿皮大籽西瓜植株开花后，将白皮小籽西瓜植株的花粉授予绿皮大籽植株，使之杂交获得F1。(1)亲本杂交当年结_(选填“有籽”或“无籽”)西瓜，其果皮颜色为_。(2)秋水仙素的作用是_。(3)由于工作人员的疏忽，进行a操作时，其中有一株幼苗没有用秋水仙素处理，其通过杂交获得了有籽西瓜。第二年，工作人员将该种子(F1)播种，用一定浓度的秋水仙素处理其幼苗，并让F1与白皮小籽西瓜植株杂交获得F2(提示：F1进行减数分裂时，每4条同源染色体等量随机分配到配子中去，其产生的配子可育)。F1减数第二次分裂后期细胞中含有_个DNA分子，_个染色体组，_对同源染色体。从F2中可以选出白皮小籽的西瓜品种吗？为什么？_。若只考虑种皮这一对相对性状的遗传，则F2的基因型及比例为_。答案(1)有籽绿皮(2)抑制有丝分裂时纺锤体的形成，使细胞中的染色体数目加倍(3)44422不能，因为F2是三倍体，其减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子(或F2是三倍体，其高度不育)AAaAaaaaa141解析纯种绿皮大籽西瓜基因型为AABB，白皮小籽西瓜基因型为aabb，用一定浓度的秋水仙素处理纯种绿皮大籽幼苗后基因型为AAAABBBB，其和aabb杂交后形成受精卵AAaBBb，发育为种子，所以母本结的是有籽西瓜。因果实由母本的子房发育而成，果皮来自子房壁，母本基因型为AAAABBBB，所以果皮颜色为绿皮。第(3)小题所说幼苗没有用秋水仙素处理，基因型为AABB，其和aabb杂交后形成子代AaBb，用秋水仙素处理后为AAaaBBbb，染色体数为44，染色体组为4组。减数第一次分裂同源染色体分离后，减数第二次分裂后期着丝粒分开，DNA数为44，染色体数为44，染色体组为4组，同源染色体为22对。AAaaBBbb和白皮小籽西瓜植株aabb杂交后得到F2为三倍体，因为减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能形成正常配子，所以形成的三倍体高度不育，不能作为品种得以保留。AAaa在四条同源染色体上，在分离时随机分配，因此有AA、Aa、aa三种组合，比例为141，和a一种配子，随机结合后得到的F2的基因型及其比例为AAaAaaaaa141。13普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：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)、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，最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是_组，原因是_。(4)通过矮秆抗病获得矮秆抗病新品种的方法是_。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占_。(5)(加试)在一块高秆(纯合子)小麦田中，发现了一株矮秆小麦，请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因(简要写出所用方法、结果和结