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生物育种问题的总结与视野拓展
高中生物中涉及的育种技术和方法有：转基因育种、细胞工程、（有性）杂交育种、单倍体育种、多倍体育种和诱变育种等。这些育种知识分布在课本的各个章节，而且内容较为简洁。进行高考总复习时，必须进行归纳总结，在广度和深度上进行适当的拓展，使其成为育种知识体系，以便系统地掌握生物育种的原理、方法及其优缺点等等，达到灵活运用的目的。
一、 转基因育种（基因工程育种）
原理：基因重组（或异源DNA重组）。
方法：提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种。
优点：不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行。
缺点：可能会引起生态危机，技术难度大。
例1：阅读下列材料，回答问题：
材料：目前，我国已培育成功两种转基因鱼：一种是带有草鱼生长激素基因的转基因鲤鱼子一代，和普通鲤鱼不同的是，它的背部高高隆起，肌肉十分发达，并具有大规模繁殖能力。另一种是具有草鱼生长激素基因的转基因三倍体鲤鱼“吉鲤”。它长得酷似鲫鱼，在它的基因中，除了两套鲤鱼染色体外，还多了一套鲫鱼的染色体，但吉鲤是不能生育的，在推广过程中不用担心与其它动物杂交引起生态危机。这两种鱼的生长速度很快，比普通鲤鱼快140％以上。而且蛋白质高，脂肪含量较低，味道不错。
（1）文中的“转基因鲤鱼”是指遗传物质中导入了_________的鲤鱼。
（2）“吉鲤”不能生育是因为减数分裂过程中__________ ，不能生成正常的生殖细胞。
（3）请指出转基因育种的两种优点_____________________________________________
_______________________________________________________。
二. 细胞工程育种
原理：细胞的全能性（植物） 细胞核的全能性（动物）
方法：（1）植物：去细胞壁→细胞融合→组织培养（2）动物克隆：核移植→胚胎移植
优点：能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等。
缺点：技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战，有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少，个体生存能力下降。
例2：驱蚊草（又名蚊净香草）是一种具有驱蚊效果而对人体不仅无害、而且有益的植物，它是通过科学家十多年的潜心研究、采用细胞工程技术，把天竺葵的原生质体与香茅草的原生质体进行融合培育而成的，是一种纯天然及环保型产品。驱蚊草含有香茅醛，散发出一种特殊的柠檬型香气，从而达到驱蚊的效果。香茅醛同时还具有抗菌、除臭、抗忧郁、净化心灵、缓解紧张与压力的作用。驱蚊草是多年生草本植物，从澳大利亚引入中国。该产品已在澳大利亚、美国、日本、加拿大、台湾等地走进千家万户，确认了该植物的驱蚊效果和环保安全性。下图是培育蚊净香草示意图。请据图回答下列问题：
（1）从（1）到（2）的过程是使植物细胞形成__________，关键是使用________酶去除细胞壁。
（2）步骤（2）（3）（4）是_________融合过程。
（3）步骤（6）（7）表示融合的细胞长成杂种植株的过程。这个过程必须经过细胞分裂、________　、_________　几个阶段。
（4）请分析指出，利用蚊净香草驱蚊有什么优点？____________________
例3：2003年11月6日，继我国首例皮肤细胞克隆牛“康康”之后，又一头以同样方法克隆的牛“双双”在山东省莱阳农学院诞生。这两头克隆牛的降生，标志着我国体细胞克隆技术已达国际先进水平。下图为克隆牛的培育过程，请据图回答：
（1）该克隆牛表现出的性状是__________牛的性状，基因型是___________，性别是___________。
（2）在培育克隆牛时，若将B牛换成基因型为Aa的雌牛，得到的克隆牛将是_______性。用_________方法可测知这头克隆牛的基因型，其基因型是_________。
（3）获得克隆牛的繁殖方式是_________。
三. 单倍体育种
原理：染色体变异，组织培养
方法：选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型。
优点：明显缩短育种年限，加速育种进程。
缺点：技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。
例4：石板菜是一种名贵蔬菜，为雌雄异株，属于XY型性别决定，其雄株产量与质量都超过雌株。请你从提高经济效益的角度考虑，提出两种方案繁殖推广。
四. 多倍体育种
原理：染色体数目变异（染色体加倍）
方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
（1）同源多倍体育种，如：
（2）异源多倍体育种，如：

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：只适于植物，发育延迟，结实率低。
　 例5：下图是我国育种专家鲍文奎培育异源八倍体小麦的过程。其中：
（1）A、B、R均代表_________。
（2）不育的原因是_______。
（3）如何从F1培育出可育的新品种？
_________________________
五. 有性杂交育种
原理：基因重组。
方法：杂交→自交→选优
优点：能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一身。
缺点：时间长，需及时发现优良性状。
例6：现有3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。3对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形3对性状。请回答：
（1）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）
（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要多少年？
六. 诱变育种
原理：基因突变
方法：辐射诱变，激光、化学物质诱变，太空（辐射、失重）诱发变异→选择育成新品种
优点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状；变异范围广。
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。
例7：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达600kg，最高达750kg，蛋白质含量增加8%-20%，生长期平均缩短10天。请回答：
（1）水稻产生这种变异的来源是_____＿＿＿＿＿，产生变异的原因是________。
（2）这种方法育种的优点有__________。
七、植物激素育种
原理：适宜浓度的生长素可以促进果实的发育
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。
优点：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。
缺点：该种方法只适用于植物。
例8：无子番茄的培育
八、有关育种注意的问题
1、育种的根本目的是培育具有优良性状(抗逆性好、品质优良、产量高)的新品种，以便更好地为人类服务。
2、选择育种方法要视具体育种目标要求、材料特点、技术水平和经济因素，进行综合考虑和科学决策：
①一般作物育种可选杂交育种和单倍体育种；
②为得到特殊性状可选择诱变育种(如航天育种)或多倍体育种；
③若要将特殊性状组合到一起，但又不能克服远缘杂交不亲和性，可考虑运用基因工程和细胞工程育种，如培育各种用于生物制药的工程菌。
3、从基因组成上看，育种目标基因型可能是：
①纯合体，便于制种、留种和推广；②杂交种，充分利用杂种优势。
九、有关育种问题的配套练习
1、以下为五种不同的育种方法示意图，请据图回答：
（1）图中A，D方向所示的途径表示 　 育种方式，A→B→C的途径表示
　 育种方式。这两种育种方式都是从亲本杂交开始，这样做的目的是              ______________________________________________________________，比较两种育种方式，后者的优越性主要表现在             ___________________。
（2）B途径常用的方法为 　 。
（3）E途径获得的植物常用的方法是
（4）C，F过程最常用的药剂是 。使用方法是
（5）由G→J的过程中涉及到的生物技术有 和 。
（6）近年来，江苏农科院成功地将抗虫基因导入棉花细胞中，得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80％以上，该项科技成果与上述过程 相似。但是科学家们预言，该“转基因抗虫棉”独立种植若干年以后，将会出现不抗虫的植株，其理由是 。
 2、麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉（Yy）、抗病（Rr）的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序，以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的前三代即可）。
3、兔子的黑毛（B）对白毛（b）为显性，短毛（E）对（e）为显性，这两对基因是独立遗传的。现有纯合黑色短毛兔和白色长毛兔。
（1）请设计培育出稳定遗传的黑色长毛兔的育种方案（简要程序）。
第一步： ；
第二步： ；
第三步： 。
（2）在F2 中黑色长毛兔的基因型有 种，其纯合子占黑色长毛兔总数的 ，其杂合子占F2总数的 。
（3）上述遗传遵循 定律。
4、下图表示某种农作物 ① 和 ② 两个品种分别培育出 ④ 、 ⑤ 、 ⑥ 3个品种的过程。
根据上述过程，回答下列问题：
（1）用①和②培育⑤所采用的方法I和II分别称_______________和____________，其培育出⑤所依据的原理是_________________________。
（2）由③培育出④的常用方法III是_______________，其培育中首先要应用细胞工程中的_____________技术，由④育成⑤品种的方法V称_____________，其优点是____________________________________。
（3）由③培育出⑥的常用方法IV是_________________，其形成的⑥称________。
5请分析下列两个实验：
①用适当浓度的的生长素溶液处理未受粉的番茄花蕾，子房发育成无子番茄。
②用四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交，获得三倍体西瓜植株，其雌蕊授以二倍体西瓜的花粉，子房发育成无子西瓜。试问：
（1）番茄的无子性状能否遗传？__________；若取这番茄植株的枝条扦插，长成的植株所结果实中是否有种子？_____。为什么？_____________________________________
（2）三倍体西瓜无性繁殖后，无子性状是否遗传？______；若取这植株的枝条扦插，长成的植株的子房壁细胞含有______个染色体组。
为什么？_________________________________________________________________
6.以下各图分别表示几种不同的育种方法。请据图回答：

（1）A图所示过程是一种克隆动物的新技术，新个体丙的性别决定于　　　　亲本。
（2）在B图中，由物种P突变为物种P′，在指导蛋白质合成时，③处的氨基酸由物种
P的　　　　　改变成了　　　　　。（缬氨酸GUC；谷氨酰胺CAG；天门冬氨酸GAC）
（3）C图所示的育种方法叫 　　　　　　，该方法最常用的做法是在1处　　 　　　　 　　　　 　　　 。
（4）D图所表示的育种方法叫　　　 　　　　，若要在F2 中选出最符合生产要求的新品种，最简便的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
（5）E图中过程2常用的方法是　　　 　　　，与D方法相比，E方法的突出优点是　　　 　 　　 。
7.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（可育或不育），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为植株，该植株的花粉表现______（可育或不育），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__________________。
8.大豆是两性花植物。下面是大豆某些性状的遗传实验：
（1）大豆子叶颜色（BB表现深绿；Bb表现浅绿；bb呈黄色，幼苗阶段死亡）和花叶病的抗性（由R、r基因控制）遗传的实验结果如下表：
组合
母本
父本
F1的表现型及植株数
一
子叶深绿不抗病
子叶浅绿抗病
子叶深绿抗病220株；子叶浅绿抗病217株
二
子叶深绿不抗病
子叶浅绿抗病
子叶深绿抗病110株；子叶深绿不抗病109株；
子叶浅绿抗病108株；子叶浅绿不抗病113株
①组合一中父本的基因型是_____________，组合二中父本的基因型是_______________。
②用表中F1的子叶浅绿抗病植株自交，在F2的成熟植株中，表现型的种类有____________________________________________________，其比例为_____________。
③用子叶深绿与子叶浅绿植株杂交得F1，F1随机交配得到的F2成熟群体中，B基因的基因频率为________________。
④将表中F1的子叶浅绿抗病植株的花粉培养成单倍体植株，再将这些植株的叶肉细胞制成不同的原生质体。如要得到子叶深绿抗病植株，需要用_________________基因型的原生质体进行融合。
⑤请选用表中植物材料设计一个杂交育种方案，要求在最短的时间内选育出纯合的子叶深绿抗病大豆材料。
（2）有人试图利用细菌的抗病毒基因对不抗病大豆进行遗传改良，以获得抗病大豆品种。
①构建含外源抗病毒基因的重组DNA分子时，使用的酶有______________________。
②判断转基因大豆遗传改良成功的标准是__________________________________，具体的检测方法_______________________________________________________________。
（3）有人发现了一种受细胞质基因控制的大豆芽黄突变体（其幼苗叶片明显黄化，长大后与正常绿色植株无差异）。请你以该芽黄突变体和正常绿色植株为材料，用杂交实验的方法，验证芽黄性状属于细胞质遗传。（要求：用遗传图解表示）
9.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稻植株上取花药离体培养，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，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
（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），初步推测 。
10.填空回答下列问题：
（1）水稻杂交育种是通过品种间杂交，创造新变异类型而选育新品种的方法。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______基因通过自由组合，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，彼此间各自独立遗传。在完全显性的情况下，从理论上讲，F2表现型共有______种，其中纯合基因型共有______种，杂合基因共有______种。
（4）从F2代起，一般还要进行多代自交和选择。自交的目的是_____；选择的作用是______。
参考答案
例1答案：（1）草鱼生长激素基因 （2）同源染色体联会发生紊乱
（3）能够打破种属的限制；可以定向改变生物的遗传性状，最大限度地满足人类的愿望。
例2答案：（1）原生质体；纤维素（2）原生质体（3）细胞分化；器官形成（4）对环境无污染
例３答案：（1）B, Aa，雄性 （2）雌，测交Aa （3）无性生殖
例４答案：方案1：运用植物组织培养的方法，过程如下图：

方案2：运用单倍体育种方法：
例5答案：（1）染色体组（2）减数分裂时染色体不能联会，无法形成正常的配子（3）将F1萌发的种子或幼苗用秋水仙素处理，使染色体加倍。
例6答案：（1）A和B杂交得到杂交一代，杂交一代再与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成aabbdd植株（2）4年
例7答案：（1）基因突变；各种宇宙射线和失重的作用，使基因的分子结构发生改变。（2）能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状。
1．（1）杂交 单倍体 两个亲本控制的优良性状的基因集中到F1中，再从F 1→F2的过程中发生基因(性状)重组，培育出符合育种目标的优良品种   明显缩短育种年限（2）花药离体培养(3)人工诱导基因突变（人工诱变）（4）秋水仙素 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗（5）基因工程（DNA拼接技术或DNA重组技术或转基因技术） 植物组织培养技术（6）G→J，抗虫棉在繁殖后代的过程中，抗虫基因会产生不定向变异，从而可能产生不抗虫植株。
2 小麦　　　
↓
第一代　　　 AABB 　×　 aabb 亲本杂交

第二代　　　　　 AaBb 种植 F 1 代自交
↓自交

第三代　 A ＿ B ＿， A ＿ bb ， aaB ＿， aabb 　种植 F 2 种子得植株，选矮
杆、抗病（ aaB_ ），继续 自交、不断选优，期望获得纯合体。
马铃薯
↓
↓
第一代　　　 yyRr ×　 Yyrr 亲本杂交

第二代　 YyRr ， yyRr ， Yyrr ， yyrr 种植，选黄肉、抗病（ YyRr ）

第三代 YyRr 用块茎繁殖
3⑴让黑色短毛兔（BBEE）和白色长毛兔(bbee)杂交得到F1；让F1中雌雄个体交配得到F2，从F2中选出黑色长毛兔(B　ee);让选出的黑色长毛兔与白色短毛兔测交,若不发生性状分离,则该兔为纯合子,否则为杂合子
⑵2 1/3 1/8 ⑶基因分离和基因自由组合
4（1）杂交，自交，基因重组（2）花药离体培养；组织培养；用秋水仙素处理单倍体幼苗；可获得纯合子（3）用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗；四倍体
5(1)不能。扦插长成的植株具有原植株的遗传特征，所结果实仍有种子。
（2）能，3, 经无性繁殖如组织培养、扦插、嫁接、压条等方式长成的植株仍是三倍体，无籽性状仍能遗传；由此长成的植株的子房壁细胞含三个染色体组。
6（1）甲（2）天门冬氨酸 缬氨酸（3）多倍体育种用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗（4）杂交育种选出矮秆抗锈病个体，让其连续多代自交，直到不发生性状分离为止（5）花药离体培养 明显缩短育种年限
7、（1）RrBb　　　　　　　（2）RRbb和rrBB　　　　（3）可育，结实，24条
（4）可育，结实，24条　　　（5）自然加倍，基因型纯合，基因型杂合
（6）将植株分别自交，子代性状表现一致的是自然加倍植株，子代性状分离的是花药壁植株。
8.（1） ①BbRR BbRr
②子叶深绿抗病∶子叶深绿不抗病∶子叶浅绿抗病∶子叶浅绿不抗病 3∶1∶6∶2
③80％ ④BR与BR、BR与Br ⑤用组合一的父本植株自交，在子代中选出子叶深绿类型即为纯合的子叶深绿抗病大豆材料。
（2）①限制性内切酶和DNA连接酶
②培育的植株具有病毒抗体 用病毒分别感染转基因大豆植株和不抗病植株，观察比较植株的抗病性 （3）
9.（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
10（1）优良性状（或优良基因） （2）减数分裂 非同源染色体上的非等位 同源染色体上的非等位（3）2 n 2 n 3 n－2 n
（4）获得基因型纯合的个体 保留所需的类型