高中生物第六章从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种教学案新人教版必修2.pdf

小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学第 1 节杂交育种与诱变育种 学习导航 1.结合具体实例，简述杂交育种的概念和基本原理，并举例说明杂交育种方法的优点和不足。2.举例说出诱变育种在生产中的应用。3.讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。重难点击 杂交育种和诱变育种的原理和过程。你见过像图示的那样大的南瓜吗？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。一、杂交育种1概念：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，获得新品种的方法。2原理：基因重组。3常用流程：选择具有不同优良性状的亲本杂交F1自交F2 筛选 连续自交稳定遗传的良种。4优缺点：可以把多个品种的优良性状集中在一起，但是育种周期长，育种筛选过程复杂；不能产生新基因和新性状。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aF1 bF2c稳定遗传的矮秆抗锈病新品种。请据此分析：小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学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个体，其中纯合子占13。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若上述过程改为单倍体育种的过程，则后代中ddTT占所有后代的比例是多少？单倍体育种获得新品种至少需要几年(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：种植杂交种子，长成植株开花后，取其花粉粒(精子的基因型有四种，为DT、Dt、dT、dt)进行植物组织培养，得到单倍体植株(基因型也是四种，为DT、Dt、dT、dt)。在单倍体植株的幼苗期，用秋水仙素进行染色体加倍，得到纯合的二倍体植株(基因型分别为DDTT、DDtt、ddTT、ddtt)。选取表现型合乎要求的植株所结种子即可。答案14；2 年。5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生物，如植物和动物。细菌是原核生物，不能进行有性生殖。6 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，不需要再连续自交了。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；单倍体育种可以明显缩短育种年限；杂交育种适合有性生殖的过程，原核生物一般不适用。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学1用杂合子(DdEe)种子获得纯合子(ddee)最简捷的方法是()A种植F1选双隐性植株纯合子B种植秋水仙素处理纯合子C种植花药离体培养单倍体幼苗秋水仙素处理纯合子D种植秋水仙素处理花药离体培养纯合子答案A 解析杂合子(DdEe)种子中含有d、e 基因，自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传，方法简捷。2为获得纯合高蔓抗病番茄植株(二倍体)，采用了下图所示的方法：图中两对相对性状独立遗传，高蔓、感病是显性性状。据图分析错误的是()A过程的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高B过程可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料C经处理获得的是由染色体加倍而成的多倍体植株D经处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4 答案C 解析在杂交育种中，通过反复自交可提高纯合子的比例；由于 F1中植株的基因型是相同的，故过程可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料；由于该番茄植株是二倍体，故其单倍体经秋水仙素处理后染色体加倍而培养成的是纯合的二倍体植株。育种要求是获得高蔓抗病番茄植株，F1产生 4 种类型的花药，故经处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4。二、诱变育种1概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法称为诱变育种。2原理：基因突变。自然突变的频率低，而且是不定向的，较难获得生产所需要的品种。物理因素或化学因素能提高突变率，短时间内获得更多的优良变异类型。3常用方法：运用物理的或者化学的手段处理萌发的种子或幼苗，诱发基因突变，从中选出小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学需要的突变个体，然后进行培育推广。4优缺点(1)优点：提高变异频率，加速育种进程；大幅度改良某些性状。(2)缺点：有利变异少，需大量处理实验材料；诱变的方向和性质不能控制，具有盲目性。5应用农作物：培育“黑农五号”大豆微生物：青霉菌的选育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。在太空遨游了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。因为基因突变是不定向的。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，容易诱变基因突变，但因为基因突变是不定向的，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如下图所示，科研小组用60Co 照射棉花种子，诱变当代获得棕色(纤维颜色)新性状，诱变 1 代获得低酚(棉酚含量)新性状。已知棉花的纤维颜色由一对基因(A、a)控制，棉酚含量由另一对基因(B、b)控制，两对基因独立遗传。请回答下列问题：小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学(1)两种新性状中，棕色是_性状，低酚是_性状。(2)诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是_，白色、高酚的棉花植株的基因型是 _。(3)棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变1 代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从_的区域中得到纯合棕色、高酚植株。请你利用该纯合子作为一个亲本，再从诱变1 代中选择另一亲本，设计一个方案，尽快选育出抗虫高产(棕色、低酚)的纯合棉花新品种(用遗传图解和必要的文字表示)。答案(1)显性隐性(2)AaBB aaBb(3)不发生性状分离(或全为棕色棉，或没有出现白色棉)遗传图解如下：解析基因突变一般只是等位基因的一个基因发生突变，分为显性突变和隐性突变二种情况，即：诱变当代获得棕色新性状棕色为显性性状且诱变当代基因型为AaBB。诱变 1 代获得低酚新性状低酚为隐性性状且诱变当代基因型为aaBb。要培育纯合棕色低酚植株(其基因型为 AAbb)，需用基因型为AABB 的植株与诱变1代的白色低酚(aabb)植株进行杂交，若要尽快选育则应用单倍体育种方法，因为它可明显缩短育种年限。4结合上题继续分析：(1)用60Co的 射线照射植物种子的目的是_。(2)用60Co的 射线照射原本开红花的植物种子，诱导产生了开白花、蓝花的植株等，说明基因突变具有_性。50 株突变植株中，47 株逐渐死亡，说明基因突变具有_的特性。(3)育种时用60Co的 射线照射正在萌发的种子，而不用60Co的 射线照射休眠的种子的原因是 _ _。萌发种子的所有突变_(填“能”或“不能”)全部遗传给子代。(4)假如诱变产生的蓝花植株自交，其后代中又出现了红花植株，这说明蓝花突变是_突变。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学答案(1)提高突变率(2)不定向多害少利(3)萌发的种子中细胞分裂旺盛，DNA复制旺盛，易发生基因突变不能(4)显性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用高秆抗病小麦和矮秆易染病小麦培育矮秆抗病小麦品种时，检测基因型的常用方法是()A连续自交B连续测交C秋水仙素诱导D显微镜观察答案A 解析检测基因型的常用方法是连续自交。3有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质，可以降解，不至于对环境造成严重的白色污染。培育专门降解这种塑料的“细菌能手”的方法是()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 解析细菌属于原核生物，原核生物不能进行有性生殖，因而不能实施杂交育种；原核生物无染色体不发生染色体变异，因而不能进行单倍体和多倍体育种。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学4杂交育种和诱变育种所依据的遗传学原理依次是()A基因突变、基因重组B基因重组、基因突变C染色体变异、基因突变D染色体变异、基因重组答案B 解析杂交育种遵循的遗传学原理是基因重组，诱变育种遵循的遗传学原理是基因突变。5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中的棕色小香猪与异性白色小香猪测交，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太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等，诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异，然后进行选育的一种育种方法。下列说法正确的是()小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学A太空育种产生的突变总是有益的B太空育种培育的植物是地球上原本不存在的C太空育种产生的性状是定向的D太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的答案D 解析基因突变具有不定向性，多数有害，少数有利，可以产生新基因，但不能改变生物的种类。太空育种的实质是诱变育种，和其他诱变方法一样，依据的原理是基因突变。3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。4下列关于诱变育种的优点和缺点分析不正确的是()A提高变异频率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程B结实率低、发育迟缓、茎秆粗壮、果实种子大、营养物质含量高C大幅度改良某些性状D有利个体不多，需要大量的实验材料答案B 解析选项 B为多倍体的特点，故为多倍体育种的特点分析。5下列关于育种的叙述中，正确的是()A人工诱变处理可提高作物的突变率B诱变育种和杂交育种均可形成新的基因C诱变获得的突变体多数表现出优良性状D与诱变育种相比，杂交育种可以大幅度地改良某些性状答案A 解析6将、两个植株杂交，得到，将再做进一步处理，如下图所示。下列分析错误的是小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学()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14D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，而到是多倍体育种，原理是染色体变异；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1212114。高考提能 7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 解析杂交种具有杂种优势，但杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离而不再具有杂种优势。8“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 小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学解析基因突变能够提高突变率，但是仍然具有多害少利性。9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 B 3年 C 4年 D 5 年答案C 解析aaBBDD AAbbDD AaBbDD 一年；AaBbDD AABBdd AaBbDd 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。10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变异；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筛选方法是一样的。11已知西瓜早熟(A)对晚熟(a)为显性，皮厚(B)对皮薄(b)为显性，沙瓤(C)对紧瓤(c)为显性，控制上述三对性状的基因独立遗传。现有三个纯合的西瓜品种甲(AABBcc)、乙(aabbCC)、丙(AAbbcc)，进行下图所示的育种过程。请分析并回答问题：小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学(1)为获得早熟、皮薄、沙瓤的纯种西瓜，最好选用品种_和_进行杂交。(2)图中 _植株(填数字序号)能代表无子西瓜，该植物体细胞中含有_个染色体组。(3)获得幼苗常采用的技术手段是_；与植株相比，植株的特点是_，所以明显缩短育种年限。(4)按 图 中 所 示 的 育 种 方 案，植 株 最 不 容 易 获 得AAbbCC 品 种，原 因 是_。(5)图中的植株属于新物种，其单倍体_(可育、不可育)。答案(1)乙丙(2)三(3)花药离体培养均为纯合子(4)基因突变是不定向的，而且产生有利变异的频率较低(5)可育解析(1)根据性状的显隐性，要获得早熟、皮薄、沙瓤的纯种西瓜，其基因型为AAbbCC，可选用品种乙(aabbCC)和丙(AAbbcc)进行杂交，得到子代后再进行自交，在F3中选育出纯种西瓜。(2)由图示可知，由自然生长的二倍体植株与四倍体植株杂交，得到的植株含有三个染色体组。(3)图中植株是由花粉离体培养得到的单倍体，经过秋水仙素诱导染色体加倍后，得到的植株全部为纯合子。(4)图中植株是通过诱变育种而获得的，诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性，且多害少利，因此该方法获得AAbbCC 品种的难度最大。(5)图中的植株是由二倍体植株经过秋水仙素处理后得到的四倍体，产生的花粉发育成的植株的体细胞中含有2 个染色体组，是可育的。121943 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_ _。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学答案(1)基因突变(2)DNA 分子(3)突变是不定向的(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，由于基因突变具有不定向性，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。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：A组 B 组C组P 高秆抗病矮秆易感病P 高秆抗病矮秆易感病P 高秆抗病 射线F1高秆抗病 F1高秆抗病矮秆抗病？花药离体培养F2矮秆抗病矮秆抗病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)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、结果和结论)。_ _ _。答案(1)自交23(2)矮秆抗病(3)C 基因突变频率低且不定向(4)秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍100%(5)将矮秆小麦与高秆小麦杂交，如果子一代为高秆，子二代高秆矮秆 31(或出现性状分离)，则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状由环境引起；否则，矮秆性状是基因突变的结果解析(1)A 组为杂交育种，由 F1获得 F2的方法为自交，F2中矮秆抗病植株(ttR_)中不能稳定小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学遗传的占23。(2)、三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是矮秆抗病，因其为单倍体植株，往往表现为高度不育。(3)由于基因突变是不定向的，故诱变育种最具盲目性。(4)矮秆抗病需经人工诱导染色体加倍，方可获得新品种，且一经加倍，一定为纯合子。(5)确认该矮秆小麦是否为遗传物质变化所引起的，可设计与高秆小麦的杂交实验，或改变种植环境予以确认。真题体验 14(2015天津，4)低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，从而产生染色体数目加倍的卵细胞，此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎。上述过程中产生下列四种细胞，下图所示为四种细胞的染色体行为(以二倍体草鱼体细胞含两对同源染色体为例)，其中可出现的是()答案B 解析根据题中信息可知，低温可使二倍体草鱼的卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，即减数第一次分裂无法正常进行，同源染色体不能分离，仍存在于同一个细胞中，A 错误；当细胞继续分裂时，减数第二次分裂的后期，所有染色体的着丝点分裂，并在纺锤丝的牵引下移向细胞两极，并且细胞质不均等分裂，B 正确；通过该过程形成的卵细胞中应该含有 2 对同源染色体，C错误；根据题干信息，该三倍体的草鱼应含有三个染色体组，6 条染色体，而 D图中含有两个染色体组，6 条染色体，D错误。15(2015江苏，15)经 X 射线照射的紫花香豌豆品种，其后代中出现了几株开白花植株，下列叙述错误的是()A白花植株的出现是对环境主动适应的结果，有利于香豌豆的生存BX 射线不仅可引起基因突变，也会引起染色体变异C通过杂交实验，可以确定是显性突变还是隐性突变D观察白花植株自交后代的性状，可确定是否是可遗传变异答案A 解析白花植株的出现是基因突变的结果，是不定向的，环境起选择作用，不是对环境主动适应的结果，A错误；X射线可能引起基因突变，也可能引起染色体变异，B正确；通过杂交实验可知该突变是显性突变还是隐性突变，若子代表现为突变性状，则为显性突变，若子代表现为正常性状，则为隐性突变，C 正确；若白花植株自交后代出现突变性状，则为可遗传变异，若后代无突变性状，则为不可遗传变异，D正确。