高中生物学考合格考（江苏专用）突变与育种知识清单

高中生物学考合格考（江苏专用）突变与育种知识清单【学考要求速览】▲▲▲江苏省普通高中学业水平合格性考试对本专题的考查要求分为A（了解）、B（理解）两个层次，考生需精准把握复习深度。基因突变的特征和原因（B），要求能够概述碱基的替换、增添或缺失会引发基因序列的改变，阐明这种改变可能导致蛋白质功能及细胞命运的变化；基因重组的类型及其意义（B），要求阐明在有性生殖的减数分裂过程中，非同源染色体自由组合及同源染色体非姐妹染色单体交叉互换会导致控制不同性状的基因重组；染色体结构变异和数目变异的类型（A），要求能举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变，并能在显微镜下加以辨别；生物变异在育种上的应用（B），要求能够根据育种目标，选择合适的育种方法（杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种），并说明其原理、方法与优缺点。从近几年江苏省学考真题来看，本专题分值占比约为8%10%，题型以选择题为主，偶尔在非选择题中结合细胞分裂图或育种流程图进行综合考查。【核心必备知识】▲▲▲一、基因突变——生命的“文字校对错误”（一）基因突变的概念与内涵基因突变是指DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变。【基础】这个概念有三个核心要点：第一，发生场所在DNA分子上，而非RNA（逆转录病毒除外）；第二，变化类型包括碱基的替换（像打字时敲错了一个字母）、增添（多打了一个字母）或缺失（漏打了一个字母）；第三，结果是基因的碱基序列改变，本质上是遗传信息的改变。值得注意的是，若碱基改变发生在不具有遗传效应的DNA片段（非基因区），则不属于基因突变。（二）基因突变的发生机理与诱因从发生的时期看，基因突变主要发生在DNA时，即细胞分裂的间期。【重要】其原因可分为内因和外因。内因是指DNA过程中，自身可能发生偶尔的配对错误，导致子代DNA碱基序列改变，这是不可避免的本底性变异来源。外因则是诱发突变的各种环境因素：物理因素主要包括紫外线、X射线、γ射线等各种电离辐射和非电离辐射，它们能直接损伤DNA分子结构；化学因素包括亚硝酸盐、碱基类似物（如5溴尿嘧啶）、某些农药等，它们或改变碱基结构，或在时替代正常碱基引起配对错误；生物因素主要是指某些病毒（如反转录病毒）的遗传物质整合到宿主细胞DNA中，或某些细菌产生的毒素干扰宿主细胞DNA，从而引发突变。（三）基因突变的特征剖析【高频考点】1.普遍性：基因突变在生物界中是普遍存在的，无论是病毒、原核生物还是真核生物，无论是低等植物还是高等哺乳动物，都可能发生基因突变。2.随机性：突变可以发生在生物个体发育的任何时期（胚胎期、幼年期、成年期等），可以发生在细胞内的不同DNA分子上，也可以发生在同一DNA分子的不同部位。3.低频性：在自然状态下，基因突变的频率是很低的。例如，对于某个特定基因，突变率大约为10⁻⁵～10⁻⁸/代。正是因为低频，生物既能保持遗传的稳定性，又能在漫长进化中积累变异。4.不定向性：一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因。【难点】例如，控制小鼠毛色的基因可以突变成黄色、灰色、黑色等多种等位基因。这种不定向性为自然选择提供了丰富的原材料。5.多害少利性：大多数基因突变对生物体是有害的，因为现有的生物都经过了长期的自然选择，其遗传机制是协调适应的，突变往往会破坏这种协调关系。但也有少数突变有利于生物生存，如抗虫棉的抗虫基因突变、微生物的抗药性突变等。（四）基因突变与性状的关系辨析【易错点】基因突变不一定导致生物性状改变，这里存在多重原因。首先，突变可能发生在非编码序列（如内含子）或基因的非关键功能域；其次，由于密码子具有简并性，碱基替换后对应的氨基酸可能不变；第三，隐性突变在杂合状态下不会表现出来；第四，某些性状由多基因控制，单个基因突变不足以改变表型；第五，细胞或机体可能存在修或补偿机制。但必须明确，基因突变一定导致了基因结构的改变，这是分子水平上确定无疑的变化。（五）基因突变的意义基因突变是产生新基因的途径，是生物变异的根本来源，为生物进化提供了最原始的原材料。【非常重要】没有基因突变，就没有等位基因的分化，就没有遗传多样性。二、基因重组——生命的“扑克牌重洗”（一）基因重组的概念基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。【基础】这个概念强调两点：一是发生在有性生殖过程中，二是重新组合的是不同性状的基因（更准确地说是非等位基因）。（二）基因重组的类型与发生机制【重要】1.自由组合型：发生在减数第一次分裂后期。当同源染色体分离时，非同源染色体上的非等位基因自由组合，进入不同的配子。例如，一个基因型为AaBb的个体，若两对基因位于两对同源染色体上，则可产生AB、Ab、aB、ab四种比例相等的配子。2.交叉互换型：发生在减数第一次分裂前期（四分体时期）。此时，同源染色体上的非姐妹染色单体之间发生交叉互换，交换对应片段，导致染色单体上的基因重新组合。这种重组使同一条染色体上的连锁基因也发生了重组，增加了配子的多样性。（三）基因重组的结果与意义基因重组的结果是不产生新基因，但会产生新的基因型（新的性状组合）。【基础】它是生物变异的另一个重要来源，也是形成生物多样性的重要原因之一，对生物进化具有重要意义。在农业生产中，杂交育种正是利用了基因重组的原理，将不同亲本的优良性状组合在一起。（四）特别提醒【易错点】基因重组一般发生在减数分裂形成配子的过程中，受精作用过程中不发生基因重组。此外，基因工程、细菌的转化等技术也属于广义的基因重组，但自然条件下，有性生殖生物的基因重组特指减数分裂过程中的自由组合和交叉互换。三、染色体变异——生命的“书架结构变动”（一）染色体变异的概念与可观察性染色体变异是指体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化。【基础】与基因突变不同，染色体变异在光学显微镜下可以观察到，因此属于细胞水平的变异。（二）染色体结构变异【高频考点】染色体结构变异包括四种类型：1.缺失：染色体某一片段缺失，导致基因数量减少。例如，猫叫综合征就是由人类第5号染色体部分缺失引起的。2.重复：染色体某一片段重复出现，导致基因数量增加。如果蝇的棒状眼就是X染色体特定片段重复所致。3.倒位：染色体某一片段位置颠倒180°后重新连接，导致基因排列顺序改变。4.易位：一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上。【难点】特别注意，易位与交叉互换有本质区别：交叉互换发生在同源染色体之间，属于基因重组；易位发生在非同源染色体之间，属于染色体结构变异。结构变异的结果是染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，从而导致生物性状变异。（三）染色体数目变异1.染色体组的概念与判断【必考】染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但携带着控制生物生长发育的全部遗传信息。判断染色体组数有三种常用方法：一是根据细胞中形态相同的染色体（同源染色体）有几条，就含有几个染色体组；二是根据基因型判断，控制同一性状的基因（同一字母不区分大小写）出现几次，就有几个染色体组；三是用染色体总数除以形态数（即每种形态的染色体条数）。2.二倍体、多倍体与单倍体的辨析【非常重要】二倍体是由受精卵发育而来，体细胞中含有两个染色体组的个体。多倍体是由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，如三倍体无子西瓜、四倍体葡萄等。多倍体植株通常茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加。单倍体的概念最容易出错——单倍体是指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。【易错点】也就是说，如果某物种是二倍体，其单倍体就含有一个染色体组；如果某物种是六倍体（如普通小麦），其单倍体就含有三个染色体组。所以，单倍体不一定只有一个染色体组。单倍体植株通常弱小，且高度不育，因为其细胞内没有同源染色体或同源染色体不成对，减数分裂时联会紊乱，不能产生正常配子。【考点精讲与解题策略】▲▲▲考点一：三种可遗传变异的比较与辨析（一）核心要点精讲可遗传变异包括基因突变、基因重组和染色体变异三大类，它们的本质区别在于遗传物质改变的水平不同。基因突变是分子水平的改变，涉及DNA片段中碱基对的变化，不改变基因的数目和位置；基因重组也是分子水平的事件，但它是已有基因的重新组合，不产生新基因；染色体变异是细胞水平的改变，涉及染色体片段或整条染色体数目、结构的变化，在显微镜下可见。（二）常见考查方式与解题步骤【高频考点】学考中常给出具体实例或图形，要求判断变异类型。解题时可遵循三步走：第一步，看能否用显微镜直接观察到。若能，则是染色体变异（包括结构和数目变异）；若不能，则可能是基因突变或基因重组。第二步，看是否产生了新基因。若产生了原本没有的基因（如从无A基因到有A基因），则是基因突变；若只是原有基因的重新组合（如从Ab和aB组合出AB），则是基因重组。第三步，看发生的生理过程。若发生在减数分裂过程中，且涉及交叉互换或自由组合，则是基因重组；若发生在DNA时，且与碱基序列改变有关，则是基因突变。（三）典型例题剖析【例1】下列有关生物变异的叙述，正确的是（）A.基因突变一定导致生物性状改变B.基因重组只能发生在减数分裂过程中C.染色体变异可以在光学显微镜下观察到D.三倍体无子西瓜的变异类型属于染色体结构变异【解析】本题综合考查三种变异的理解。A项错误，基因突变不一定导致性状改变（原因如前所述）；B项正确，自然条件下基因重组只发生在减数分裂过程中（基因工程等属于人工条件下的广义重组）；C项正确，染色体变异在光学显微镜下可见；D项错误，三倍体无子西瓜的变异属于染色体数目变异（染色体组数目增加）。本题正确答案为BC（若为多选题）。（四）易错警示特别注意“基因突变是DNA分子中碱基对的变化”不等于“基因突变就是DNA分子中碱基对的变化”。【难点】前者强调“基因”这一特定区域，后者可能涉及非基因区域，后者不属于基因突变。此外，染色体结构变异中的“缺失”与基因突变中的“缺失”也不同——前者缺失的是染色体片段（可能包含多个基因），后者缺失的是基因内部的碱基对。考点二：染色体组与生物体倍性的判断（一）核心要点精讲染色体组的判断是学习染色体数目变异的基础。一个染色体组需满足：无同源染色体、无等位基因（但可以有相同基因，如纯合子AA中的两个A基因位于同源染色体上，不在同一个染色体组中）、包含该生物全套的遗传信息。对于多倍体、单倍体的判断，关键在于看个体是由什么发育而来的。【非常重要】由受精卵发育而来，体细胞中含有几个染色体组就是几倍体；由配子直接发育而来（如花药离体培养得到的植株），无论体细胞中含有几个染色体组，都称为单倍体。（二）常见考查方式与解题步骤学考常给出细胞分裂图或基因型，要求判断染色体组数或生物体倍性。解题步骤：第一步，若给出细胞图，数出形态相同的染色体有几条，即为染色体组数；第二步，若给出基因型（如AAaBBb），看同一字母（不分大小写）出现的次数，即为染色体组数（该例中A出现3次，B出现3次，故为三倍体或三染色体组）；第三步，结合发育起点判断倍性——若为配子发育而来，无论几组都是单倍体；若为受精卵发育而来，有几组就是几倍体。（三）典型例题剖析【例2】某生物兴趣小组观察细胞分裂，绘制了如下细胞图（图略，显示一个细胞中有三种形态的染色体，每种形态的染色体各有三条）。请判断：（1）该细胞中含有几个染色体组？（2）若该细胞是体细胞，且该生物由受精卵发育而来，它属于几倍体？【解析】（1）图中染色体有三种形态，说明每种形态的染色体互为同源染色体，每种形态有三条，说明有三个染色体组。（2）由受精卵发育而来，体细胞中有三个染色体组，故为三倍体。（四）易错警示不要将染色体组数与单倍体、多倍体概念混淆。一个染色体组为奇数的个体（如三倍体、单倍体中的奇数倍单倍体）往往高度不育，因为减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能产生正常配子。但并非所有奇数染色体组的个体都不育，例如某些同源多倍体能通过特殊方式产生可育配子。考点三：生物变异在育种上的应用（江苏学考C级要求）（一）四种育种方法的比较【非常重要】1.杂交育种原理是基因重组。【方法】将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种。常用方法：杂交→自交→选种→自交→直到不发生性状分离为止。优点：操作简便，能将多个优良性状集中到同一个体。缺点：育种年限长，需要连续自交选择。典型实例：杂交水稻、抗倒伏小麦的培育。2.诱变育种原理是基因突变。【方法】利用物理因素（如射线、激光）或化学因素（如秋水仙素、亚硝酸盐）处理生物，使其发生基因突变，再从中选择优良变异类型。优点：可以提高突变率，在较短时间内获得更多优良变异类型，能产生新基因。缺点：具有盲目性，需要大量处理供试材料，有利变异少，需大规模筛选。典型实例：太空椒、青霉素高产菌株的选育。3.单倍体育种原理是染色体数目变异。【方法】常采用花药离体培养的方法获得单倍体植株，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体数目加倍，获得纯合植株。优点：明显缩短育种年限（一般只需两年即可获得纯合稳定植株），且后代都是纯合子。缺点：技术复杂，需与杂交育种配合，且单倍体植株弱小、高度不育，成活率较低。典型实例：单倍体育种快速培育烟草、小麦等纯合品种。4.多倍体育种原理是染色体数目变异。【方法】用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗，抑制纺锤体形成，导致染色体数目加倍。秋水仙素作用于有丝分裂前期。优点：多倍体植株器官大，营养成分含量高，产量高。缺点：发育延迟，结实率低，只适用于植物。典型实例：三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦、四倍体葡萄。（二）育种方法的选择依据【解题关键】根据育种目标和已有材料选择合适的育种方法：若要培育具有新基因的品种（如抗虫性状），选择诱变育种或基因工程育种；若要将两个亲本的优良性状组合在一起，选择杂交育种；若要快速获得纯合子、缩短育种年限，选择单倍体育种；若要获得大果、营养器官改良的品种，选择多倍体育种；若要克服远缘杂交不亲和性，选择基因工程育种或多倍体育种（如小黑麦）。（三）典型例题剖析【例3】现有两个纯种小麦品种：一个高秆（D，易倒伏）抗锈病（T），另一个矮秆（d，抗倒伏）易染锈病（t），两对基因独立遗传。育种工作者欲在较短时间内培育出矮秆抗锈病（ddTT）的稳定遗传品种，请设计最佳育种方案，并简要说明育种过程。【解析】题目要求“较短时间内”获得稳定遗传品种，因此单倍体育种是最佳选择，而不是常规杂交育种（需45年）。育种过程如下：第一年：用高秆抗锈病（DDTT）与矮秆易染锈病（ddtt）杂交，获得F1种子（DdTt）。第二年：种植F1植株，取F1的花药进行离体培养，获得单倍体幼苗（有DT、Dt、dT、dt四种基因型）。用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，获得纯合植株（DDTT、DDtt、ddTT、ddtt）。选择表现型为矮秆抗锈病（ddTT）的植株，即为所需品种。【点评】该方案利用单倍体育种，将常规杂交育种的56年缩短为2年，充分体现了单倍体育种“缩短育种年限”的优点。（四）易错点与答题规范【非常重要】1.秋水仙素的作用时期是有丝分裂前期，作用是抑制纺锤体形成，导致染色体后不能移向两极，从而使染色体数目加倍。【基础】2.单倍体育种包括“花药离体培养”和“秋水仙素加倍”两个连续步骤，花药离体培养获得的单倍体植株本身不是育种目标（因其弱小、不育），必须经过染色体加倍后才能获得可育的纯合植株。3.杂交育种中，若目标是显性纯合子，需连续自交直到性状不再分离；若目标是隐性纯合子，一旦在F2中出现该性状，即可确定为纯合子（因为隐性性状一旦表现即为纯合）。4.描述育种过程时，需注意时间逻辑：杂交当年获得种子，种子第二年种下长成植株，取花药离体培养需在该植株开花期进行，获得单倍体幼苗后当年可用秋水仙素处理，当年即可获得纯合植株。在答题时要清晰表述每个步骤的年份与操作。【实验与探究】低温诱导植物染色体数目变化的观察（一）实验原理【基础】低温可抑制纺锤体的形成，阻止染色体被拉向两极，但染色体已完成，因此细胞不能分裂成两个子细胞，导致细胞中染色体数目加倍。（二）方法步骤1.培养：将洋葱或大蒜等材料在常温下培养生根。2.低温诱导：待根长至1cm左右时，放入4℃冰箱中低温处理3648小时。3.固定：剪取根尖，用卡诺氏液（无水酒精:冰醋酸=3:1）固定细胞形态0.51小时，然后用95%酒精冲洗。4.制片：解离（盐酸和酒精混合液）→漂洗→染色（改良苯酚品红染液或龙胆紫溶液）→制片。5.观察：先用低倍镜寻找染色体形态较好的分裂相，再换高倍镜观察染色体数目变化。（三）关键点拨【易错点】1.卡诺氏液的作用是固定细胞形态，使细胞