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高中生物育种专题（7月12日） 邓军舰 近几年来，在高考生物试题中经常出现育种方面的问题，为帮助同学们理解，现归纳如下一、含义：生物育种是指人们按照自己的意愿，依据不同的育种原理，有目的、有计划地获得人们所需要的生物新品种。包括两种情况：1从不良性状中把所需要的优良性状（相对性状）分离出来或把位于不同个体的优良性状集中到一个个体上来。如利用基因分离的原理从高秆小麦中分离出能抗倒伏的矮秆小麦品种；通过基因的自由组合，把小麦中高秆抗锈病和矮秆不抗锈病两种性状进行重新组合获得矮秆抗病的小麦优良品种。2创造具有优良性状的生物新品种。如利用人工诱变育种技术培育青霉素高产菌株；利用基因工程的原理创造能分泌胰岛素的大肠杆菌菌种。二、育种方法：（一）根据“变异的来源”原理进行育种1杂交育种：（1）原理：基因重组（通过基因分离、自由组合或连锁交换，分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起） （2）方法：连续自交，不断选种。（不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子） （3）发生时期：有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期 （4）优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性。 （5）缺点：育种年限长，需连续自交才能选育出需要的优良性状。（6）举例： PDDRRddrr F1 DdRr 自交F2 选矮秆抗病的个体 F3留未出现性状分离个体（纯合子）出现性状分离个体（杂合子）自交重复已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。要求使用杂交育种的方法培育出具有优良性状的新品种。操作方法：（参见右面图解）让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1 ；让F1自交得F2 ；选F2中矮秆抗锈病小麦自交得F3；留F3中未出现性状分离的矮秆抗病个体，对于F3中出现性状分离的再重复步骤（4）特点：育种年限长，需连续自交不断择优汰劣才能选育出需要的类型。（7）说明：该方法常用于：a同一物种不同品种的个体间，如上例；b亲缘关系较近的不同物种个体间（为了使后代可育，应做染色体加倍处理，得到的个体即是异源多倍体），如八倍体小黑麦的培育、萝卜和甘蓝杂交。若该生物靠有性生殖繁殖后代，则必须选育出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离；若该生物靠无性生殖产生后代，那么只要得到该优良性状就可以了，纯种、杂种并不影响后代性状的表达。2诱变育种（1）原理：基因突变（2）方法：用物理因素（如X射线、射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使其在细胞分裂间期DNA复制时发生差错，从而引起基因突变。 （3）发生时期：有丝分裂间期或减数分裂第一次分裂间期 （4）优点：能提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种；变异范围广。 （5）缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状效果较差，具有盲目性。（6）举例：太空育种、青霉素高产菌株的获得（7）说明：该种方法常用于微生物育种、农作物诱变育种等3单倍体育种（1）原理：染色体变异（2）方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。（3）举例：已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。PDDRRddrr F1 DdRr花药（配子）DR Dr dR dr单倍体DR Dr dR dr纯合子 DDRRDDrr ddRR ddrr秋水仙素诱导染色体加倍离体培养（组织培养技术）减数分裂杂交选取ddRR（矮抗）即为所需类型操作方法：（参见下面图解）让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1 ；取F1的花药离体培养得到单倍体；用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，选取具有矮秆抗病性状的个体即为所需类型。（4）特点：由于得到的个体基因都是纯合的，自交后代不发生性状分离，所以相对于杂交育种来说，明显缩短了育种的年限。（5）说明：该方法一般适用于植物。该种育种方法有时须与杂交育种配合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持。4多倍体育种：（1）原理：染色体变异（2）方法：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，从而使细胞内染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，即可发育成多倍体植株。（3）举例：三倍体无子西瓜的培育（同源多倍体的培育）过程图解：参见高二必修教材第二册第55页图解说明：a三倍体西瓜种子种下去后，为什么要授以二倍体西瓜的花粉？西瓜三倍体植株是由于减数分裂过程中联会紊乱，未形成正常生殖细胞，因而不能形成种子。但在三倍体植株上授以二倍体西瓜花粉后，花粉在柱头上萌发的过程中，将自身的色氨酸转变为吲哚乙酸的酶体系分泌到西瓜三倍体植株的子房中去，引起子房合成大量的生长素；其次，二倍体西瓜花粉本身的少量生长素，在授粉后也可扩散到子房中去，这两种来源的生长素均能使子房发育成果实（三倍体无籽西瓜）。b如果用二倍体西瓜作母本、四倍体西瓜作父本，即进行反交，则会使珠被发育形成的种皮厚硬，从而影响无子西瓜的品质。八倍体小黑麦的培育（异源多倍体的培育）：普通小麦是六倍体（AABBDD），体细胞中含有42条染色体，属于小麦属；黑麦是二倍体（RR），体细胞中含有14条染色体，属于黑麦属。两个不同的属的物种一般是难以杂交的，但也有极少数的普通小麦品种含有可杂交基因，能接受黑麦的花粉。杂交后的子一代含有四个染色体组（ABDR），不可育，必须用人工方法进行染色体加倍才能产生后代，染色体加倍后的个体细胞中含有八个染色体组（AABBDDRR），而这些染色体来自不同属的物种，所以称它为异源八倍体小黑麦。（4）优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。 缺点：结实率低，发育延迟。（5）说明：该种方法常用于植物育种；有时须与杂交育种配合。（二）依据“工程原理”进行育种1利用“基因工程”育种（1）原理：DNA重组技术（属于基因重组范畴）（2）方法：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。操作步骤包括：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、目的基因的检测与表达等。（3）举例：能分泌人类胰岛素的大肠杆菌菌株的获得，抗虫棉，转基因动物等（4）特点：目的性强，育种周期短。（5）说明：对于微生物来说，该项技术须与发酵工程密切配合，才能获得人类所需要的产物。 2细胞工程育种方式植物组织培养植物体细胞杂交细胞核移植原理植物细胞的全能性植物细胞膜的流动性动物细胞核的全能性方法离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体去掉细胞壁诱导原生质体融合组织培养核移植胚胎移植优点快速繁殖、培育无病毒植株等克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出作物新品种繁殖优良品种，用于保存濒危物种，有选择地繁殖某性别的动物缺点技术要求高、培养条件严格技术复杂，难度大；需植物组织培养等技术导致生物品系减少，个体生存能力下降。举例试管苗的培育、培养转基因植物培育番茄马铃薯杂种植株多利羊等克隆动物的培育 （三）利用植物激素进行育种1原理：适宜浓度的生长素可以促进果实的发育2方法：在未受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素类似物溶液，子房就可以发育成无子果实。3举例：无子番茄的培育4特点：由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并不能导致植物的基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的。5说明：该种方法适用于植物。课堂训练：1、运用下列各种细胞工程技术培育生物新品种,操作过程中能形成愈伤组织的技术是（）细胞的组织培养植物体细胞杂交动物胚胎移植细胞核移植ABCD2、某种花卉感染了植物病毒,叶子出现疱状,欲培育无病毒的后代,应采用的方法（）A用种子繁殖B用无明显症状的部分枝条扦插C用茎尖进行组织培养诱导出植株D用叶的表皮细胞进行组织培养诱导出植株3、下列过程没有用到植物组织培养技术的一项是（）A花药离体培养获得单倍体植株B细胞工程培育“番茄马铃薯”杂种植株C基因工程培育抗虫棉植株D秋水仙素处理萌发的种子或幼苗获得多倍体植株4、对下列有关实例形成原理的解释,正确的是（）A无子番茄的获得是利用了多倍体育种原理 B培育无子西瓜是利用了单位体育种原理C培育青霉素高产苗株是利用了基因突变原理D“多利”羊获得是利用了杂交育种原理5、（多选）不能改变原有基因的分子结构的育种方法有（）A 杂交育种 B诱变育种 C多倍体育种 D单倍体育种5、（多选）细胞工程可以用于（）A有选择地繁殖某一性别的家畜B用于保存物种C培育医疗用的人体器官D改变动物的基因型6、科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是（）A驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍B驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法C驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成D驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离7、桃的果实成熟时，果肉与果皮粘连的称为粘皮，不粘连的称为离皮；果肉与果核粘连的称为粘核，不粘连的称为离核。已知离皮(A)对粘皮(a)为显性，离核(B)对粘核(b)为显性。现将粘皮、离核的桃(甲)与离皮、粘核的桃(乙)杂交，所产生的子代出现4种表现型。由此推断，甲、乙两株桃的基因型分别是 （ ）AAABB、aabb BaaBB、AAbb CaaBB、Aabb DaaBb、Aabb8、已知水稻抗病(R)对感病(r)为显性，有芒(B)对无芒(b)为显性，两对基因自由组合，体细胞染色体数为24条。现用单倍体育种方法选育抗病、有芒水稻新品种。（1）诱导单倍体所用的花药，应取自基因型为 的植株。（2）为获得上述植株，应采用基因型为 和 的两亲本进行杂交。（3）在培养过程中，单倍体有一部分能自然加倍成为二倍体植株，该二倍体植株花粉表现 (可能或不育)，结实性为 （结实或不结实），体细胞染色体数为 。（4）在培养过程中，一部分花药壁细胞能发育成植株，该二倍体植株花粉表现 (可能或不育)，结实性为 （结实或不结实），体细胞染色体数为 。（5）自然加倍植株和花药壁植株中都存在抗病、有芒的表现型。为获得稳定遗传的抗病、有芒新品种，本实验应选以上两种植株中的 植株，因为自然加倍植株 ，花药壁植株 。（6）鉴别上述自然加倍植株与花药壁植株的方法是 。9、科学家利用辐射诱变技术处理红色种皮的花生，获得一突变植株，其自交所结的种子均具紫色种皮。这些紫色种皮的种子长成的植株中，有些却结出了红色种皮的种子。（1）上述紫色种皮的花生种子长成的植株中，有些结出了红色种皮种子的原因是 。（2）上述紫色种皮的种子，可用于培育紫色种皮性状稳定遗传的花生新品种。假设花生种皮的紫色和红色性状由一对等位基因控制，用文字简要叙述获得该新品种的过程： 。10、下列关于细胞工程的叙述中，错误的是（）A植物细胞融合必须先制备原生质体B试管婴儿技术包括人工受精和胚胎移植两方面C经细胞核移植培育出的新个体只具有一个亲本的遗传性状D用于培养的植物器官或组织属于外植体11、填出下列各题的育种方法：（1）花药离体培养出的烟草新品种是 。（2）用抗倒伏、不抗锈病的小麦与不抗倒伏、抗锈病的小麦F1培育出既抗倒伏又抗锈病的小麦的品种是 。（3）用紫外线线辐射稻种, 培育出成熟期提前、蛋白质含量高的品系是 。（4）无子西瓜的培育是 。（5）培育青霉素高产菌株的方法是 。（6）将人胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内的技术是 。（7）利用兰花的离体组织大规模培育兰花属于 。（8） 利用谷氨酸棒状杆菌大规模生产谷氨酸属于 。12、番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。这种转基因番茄已于1993年在美国上市，请回答：（1）促进果实成熟的重要激素是 。（2）在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是 ，基因的“针线”是 ，基因的“运输工具”是 。（3）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是 、 和 。13、2005年9、10月份间,我国将发射“神舟”六号载人飞船，在此之前，我国“神舟”五号航天飞船于2003年10月15日16日首次载人飞行成功，与航天员杨利伟同搭乘的还有河南省的100余克作物种子，其中主要是我国著名育种专家周中普培育的“彩色小麦”。“彩色小麦”是我国著名育种专家周中普和李航经过数十年潜心钻研，采用“化学诱变”、“物理诱变”和“远缘杂交”三结合育种技术培育而成的。“彩色小麦”蛋白质、锌、铁、钙的含量远远超过普通小麦，并含有普通小麦所没有的微量元素碘和硒。据李航介绍，“三结合”育种法采用的是一种单一射线，而种子进入太空后，经受的是综合射线，甚至是人类未知的射线辐射，在这种状态下，可以给种子创造物理诱变的机率，从中产生的二代种子可以选择无数的育种材料，丰富育种基因资源，从而可能创造出更优质保健的小麦新品种，问：（1）“彩色小麦”在宇宙空间要接受 ，以通过物理作用引起遗传物质的 ，从而为育种提供可选择的 。（2）这些“彩色小麦”返回地面后，是否均可产生有益的变异？为什么？（3）将生物随飞船带入太空，可进行多项科学实验。如将植物经太空返回地面后种植，发现该植物某隐性性状突变为显性性状。表现该显性性状的种子能否大面积推广？说明理由。 。简要叙述获得该显性优良品种的步骤 。14、1943 年，青霉菌产生青霉素只有 20 单位/mL 。后来，科学家用 X 射线、紫外线等射线照射青霉菌，结果，绝大部分菌株都死亡了，只有极少数菌株生存下来。在这些生存下来的菌株中，有的菌株产生青霉素的能力提高了几十倍（目前青霉素产量已经 20000 单位/ mL 以上）。请回答：（1） 用射线照射青霉菌，能培育出青霉素高产菌株这是由于射线使青霉菌发生了 的缘故。（2）发生以上变化的化学成分，其基本组成单位是，发生以上变化的时期是_。 （3）经射线处理后，在存活的青霉菌中，培育出了青霉素高产菌株。这一过程中，起选择作用的因素是。（4） 用射线照射，培育出生物新性状的育种方式叫做，它和基因工程、细胞工程在改变生物遗传特性上的不同点是 。15、为了大力发展我国的肉牛和奶牛养殖业，科学家们在育种途径上进行了大胆探索，并取得了初步成果。（1）2002年1月中旬到2月中旬，中国自主完成的首批成年体细胞克隆牛在山东曹县五里墩陆续降生。克隆牛有3个母亲，A牛提供细胞核即供体细胞，B牛提供去除细胞核的卵细胞即受体细胞，两种细胞在电脉冲的刺激下融合之后，通过细胞分裂形成早期胚胎，再将这个胚胎植入C牛子宫内。请回答下列问题：培育出的克隆牛几乎是 牛复制品。这是因为控制牛性状遗传的物质主要存在于中。如果多个供体细胞来自同一头牛，培育的这些牛在性状上也不完全相同，分析其原因，下列叙述正确的是（）A性状变异可由环境条件引起 B基因可能会发生突变C受体细胞的细胞质基因不同 D细胞核基因发生了重组（2）在克隆技术出现之前，育种工作者已经开始采用胚胎分割移植方法来尽快繁育更多的优质牛。这种育种技术的主要步骤是：将经过人工受精得到的受精卵在试管内培养到8个细胞的胚胎时，进行胚胎分割，均分为4份，再分别移植到多头母牛的子宫内发育、分娩，就能得到多头所需要的小牛。胚胎分割移植要在受精卵培养到8个细胞的卵裂期时进行，其主要原因是： 。通过胚胎分割移植培育出的这些小牛，其性别表现为（）A雌雄的可能性各占50% B全为雌性或全为雄性 C全为雌性 D全为雄性而通过体细胞克隆技术培育出的小牛，其性别则取决于 。这样人们就可以根据需要，有目的地控制小牛的性别。28、假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良新品种AAbb，可以采用的方法如右图所示。（1）由品种AABB、aabb经过、过程培育出新品种的育种方法称为 。若经过过程产生的子代 总数为1552株，则其中基因型为AAbb的理论上有 株。基因型为Aabb的类型经过过程，子代中AAbb与aabb 的数量比是 。（2）过程常采用 由AaBb得到