单倍体育种.doc

染色体变异之单（双）倍体育种
（这节内容非常重要，尤其是育种方法）

一、常见的一些关于单倍体与多倍体的问题
⑴一倍体一定是单倍体吗？单倍体一定是一倍体吗？
（一倍体一定是单倍体；单倍体不一定是一倍体。）
⑵二倍体物种所形成的单倍体中，其体细胞中只含有一个染色体组，这种说法对吗？为什么？
（答：对，因为在体细胞进行减数分裂形成配子时，同源染色体分开， 导致染色体数目减半。）
⑶如果是四倍体、六倍体物种形成的单倍体，其体细胞中就含有两个或三个染色体组，我们可以称它为二倍体或三倍体，这种说法对吗？
（答：不对，尽管其体细胞中含有两个或三个染色体组，但因为是正常的体细胞的配子所形成的物种，因此，只能称为单倍体。）
（4）单倍体中可以只有一个染色体组，但也可以有多个染色体组，对吗？
（答：对，如果本物种是二倍体，则其配子所形成的单倍体中含有一个染色体组；如果本物种是四倍体，则其配子所形成的单倍体含有两个或两个以上的染色体组。）
二、育种方法：

三、单倍体育种方法：

四、列表比较多倍体育种和单倍体育种：

多倍体育种
单倍体育种
原理
染色体组成倍增加
染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种（指每对染色体上成对的基因都是纯合的）
常用方法
秋水仙素处理萌发的种子、幼苗
花药的离体培养后，人工诱导染色体加倍
优点
器官大，提高产量和营养成分
明显缩短育种年限
缺点
适用于植物，在动物方面难以开展
技术复杂一些，须与杂交育种配合
五、染色体组数目的判断
（1）细胞中同种形态的染色体有几条，细胞内就含有几个染色体组 。
问：图中细胞含有几个染色体组？（图一）
（2） 根据基因型判断细胞中的染色体数目，根 据细胞的基本型
确定控制每一性状的基因出现的次数，该次数就等于染色体组数。
问：图中细胞含有几个染色体组？ （图二）

（3）根据染色体数目和染色体形态数确定染色体数目。染色体组数=细胞内染色体数目/染色体形态数。
果蝇的体细胞中含有8条染色体，4对同源染色体，即染色体形态数为4
（X、Y视为同种形态染色体），染色体组数目为2。人类体细胞中含有46条染色体，共23对同源染色体，即染色体形态数是23，细胞内含有2个染色体组。

六、三倍体无子西瓜的培育过程图示：

注：亲本中要用四倍体植株作为母本，二倍体作为父本，两次使用二倍体花粉的作用是不同的。
单倍体一般都是高度不育（孕）的，减数分裂无法联会或联会紊乱造成的。
7、多倍体育种
（1）概念：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。
（2）实例：香蕉：含三个染色体组，称为三倍体。马铃薯：含四个染色体组，称为四倍体。
普通小麦：含六个染色体组。小黑麦：含八个染色体组。
（3）特点：与二倍体植株相比，多倍体植株常常是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类与蛋白质等营养物质含量丰富。
（4）人工诱导多倍体
正在的萌发种子或幼苗抑制纺锤体形成染色体不分离细胞中染色体加倍多倍体植物

典例分析
例1．关于染色体结构变异的叙述，不正确的是
A．外界因素可提高染色体断裂的频率
B．染色体缺失了某段，可导致生物性状发生改变
C．一条染色体某一段颠倒180°后生物性状不发生改变
D．染色体结构变异一般可用显微镜直接检验
解析：染色体变异是由于某些自然条件或人为因素造成的，这些变化可以导致生物性状发生相应的改变。虽然倒位是某段染色体的位置颠倒，但是其中的基因位置发生了改变，也可导致生物性状发生变化。答案：C。
例2．韭菜的体细胞中含有32条染色体，这32条染色体有8种形态结构，韭菜是：
A．二倍体 B.四倍体 C.六倍体 D.八倍体
解析:判断染色体组的多少有三种方法,在没有图示的情况下,根据同一染色体组中的染色体都是非同源染色体,也即形态结构不相同,所以每个染色体组有八条染色体,即四个染色体组.答案:B
例3．关于多倍体的叙述，正确的是
A．植物多倍体不能产生可育的配子
B．八倍体小黑麦是用基因工程技术创造的新物种
C．二倍体植株加倍为四倍体后，营养成分必然增加
D．多倍体在植物中比在动物中更为常见
解析：多倍体中如果染色体组是奇数，则减数分裂中联会异常，不能产生正常的配子，偶数则可产生正常配子。同时一般来说，多倍体的诱导方法是低温和秋水仙素处理，对动物来说，是不适用的。答案：D
例4．下列关于育种的叙述中，错误的是
A．用物理因素诱变处理可提高突变率
B．诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C．三倍体植物不能由受精卵发育而来
D．诱变获得的突变体多数表现出优良性状
解析：四种常见育种方法的比较总结，注意各自的概念、原理、过程、优缺点。答案：BCD。
例5、低温诱导植物染色体数目变化
（1）将洋葱放在装满清水的广口瓶，让洋葱的的 接触水面。待洋葱长出 cm左右的不定根时，将整个装置放入冰箱的低温室（4℃）内，诱导培养36小时。
（2）剪去诱导处理的根尖约0.5-1cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5-1小时，以固定 ，然后用体积分数约95％的 冲洗2次。
（3）制作装片，包括： 、 、 和 4个步骤，具体操作方法与“ ”实验相同。
（4）先用低倍镜寻找 形态较好的分裂相。视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生发生改变的细胞，发生染色人体数目变化的细胞中染色体数目可能为正常细胞的 倍。确认某个细胞发生染色体数目变化后、再用 观察。

5、答案: （1）底部；1 （2）细胞的形态；酒精 （3）解离；漂洗；染色；制片；观察植物细胞的有丝分裂（4）染色体；两；高倍镜

例6、四倍体水稻是重要的粮食作物，下列有关水稻的说法正确的是（ ）
A.四倍体水稻的配子形成的子代含两个染色体组，是二倍体
B.二倍体水稻经过秋水仙素加倍后可以得到四倍体植株，表现为早熟、粒多等性状
C.三倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、米粒变小
D.单倍体水稻是由配子不经过受精直接形成的新个体，是迅速获得纯合子的重要方法

解析：所有配子不经过受精形成的新个体都是单倍体（无论含有几个染色体组），所以四倍体水稻的配子形成的子代虽然含有两个染色体组，但仍然是单倍体。二倍体水稻经秋水仙素处理，染色体数目加倍，得到四倍体水稻，多倍体植株的特点是其种子粒大，子粒数目减少，但是发育周期延长，表现为晚熟。三倍体水稻高度不育，不能形成正常配子，所以无法形成单倍体。答案D

例7、无子西瓜是由二倍体(2n=22)与同源四倍体杂交后形成的三倍体。回答下列问题：
(1)杂交时选用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植株的______上，授粉后套袋。四倍体植株上产生的雌配子含有______条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合，形成含有______条染色体的合子。
(2)上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。该植株会产生无子果实，该果实无子的原因是三倍体的细胞不能进行正常的 分裂。
(3)为了在短期内大量繁殖三倍体植株，理论上可以采用____的方法。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）

【解析】
（1）利用多倍体育种技术培育无子西瓜时，在二部体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理得到四倍体植株，以其作母本，用二倍体植株作父本，两者杂交，把得到的种子种下去会长出三倍体植株，由于三倍体植物在减数分裂时联会紊乱，无法形成正常配子，所以在其开花后用二倍体的花粉涂抹其雌蕊或柱头，即可利用花粉产生的生长素刺激子房发育成果实，由于没有受精，所以果实里没有种子，即为无子西瓜。四倍体植株由二倍体植株经染色体加倍而来，体细胞中含有22×2＝44条染色体，减数分裂产生的雌配子所含的染色体体数目为体细胞的一半（＝22），二倍体植株产生的雄配子含＝11条染色体，两者结合形成含有33条染色体的受精卵。
（2）三倍体植物体细胞中的染色体含有三个染色体组，减数分裂时会发生联会的紊乱而无法形成正常的配子。
（3）利用植物组织培养技术可以快速、大量繁殖植物植株。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作记
【答案】（8分）[来源:中国教育出版网] “汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水
（1）雌蕊（或柱头）（2分） 22（1分） 33（1分）
（2）减数（2分）
（3）组织培养（2分，其他合理答案也给分）
例8、已知西瓜的染色体数目2n=22，请根据下面的西瓜育种流程回答有关问题：
（1）图中①③过程所用的试剂分别是 和 。
（2）培育无子西瓜A的育种方法称为 。
（3）④过程中形成单倍体植株所采用的方法是 。该过程利用了植物细胞的
性。
（4）为确认某植株是否为单倍体，应在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体，观察的最佳时期为 。

解析（1）试剂①为秋水仙素，试剂③为生长素而不是生长激素（动物激素），不要混淆。
（2）无子西瓜A是三倍体，联会紊乱，不育无法结子，应为多倍体育种。
（3）单倍体育种基本流程是：植株杂交花药的离体培养单倍体植株秋水仙素加倍筛选获得纯合子。
答案（1）秋水仙素生长素（2）多倍体育种（3）花药离体培养全能（4）有丝分裂中期

例9、已知西瓜红色瓤（R）对黄色瓤（r）为显性。图中A是黄瓤瓜种子（rr）萌发而成的，B是红瓤瓜种子（RR）长成的。据图作答：

（1）秋水仙素的作用是 。
（2）秋水仙素溶液应滴在二倍体西瓜 （填部位），原因是 。
（3）H瓜瓤是 色，基因型为 ，H中无子的原理是 。
（4）生产上培育无子西瓜的原理是 。
（5）每年都要制种很麻烦，可以采用的替代方法是 。
答案：（1） 抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，使染色体数目加倍 （2）幼苗的芽尖 细胞分裂旺盛 （3）红 Rrr 减数分裂过程中染色体联会紊乱，不能形成正常的生殖细胞 （4） 染色体变异 （5）植物组织培养

例9、白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。以白菜为母本、甘蓝为父本，经人工授粉后，将雌蕊离体培养，可得到“白菜－甘蓝”杂种幼苗。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
请回答问题：
(1)白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在 ______________隔离。自然条件下，这两个物种间不能通过__________________ 的方式产生后代。雌蕊离体培养获得“白菜－甘蓝”杂种幼苗，所依据的理论基础是植物细胞具有_____________________ 。
(2)为观察“白菜－甘蓝”染色体的数目和形态，通常取幼苗的 ____________做临时装片，用______________ 染料染色。观察、计数染色体的最佳时期是__________________ 。
(3)二倍体“白菜－甘蓝”的染色体数为_________。这种植株通常不育，原因是减数分裂过程中 ______________________________。为使其可育，可通过人工诱导产生四倍体“白菜－甘蓝”，这种变异属于 _____________________。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
【答案】(1)生殖 杂交（有性生殖） 全能性
(2)根尖（茎尖） 醋酸洋红（龙胆紫、碱性） 有丝分裂中期
(3)19 没有同源染色体配对的现象 染色体变异
【解析】经人工授粉后得到的雌蕊进行离体培养，这样得到的雌蕊主要利用的是融合的受精卵，它是由白菜的卵细胞（n=10）和甘蓝的精子（n=9）结合而来。这样培育得到的“白菜－甘蓝”是异源二倍体，染色体数是2n=10+9=19，由于在杂种体内没有同源染色体，在减数分裂时联会紊乱，不能形成正常的配子，所以通常是不育的；可用秋水仙素处理使染色体数目加倍得到可育的四倍体“白菜－甘蓝”。幼苗中细胞分裂活动最旺盛的是根尖的分生区，在有丝分裂的中期染色体形态固定、数目清晰可数，是对染色体进行观察和计数的最佳时期。

例10、填空回答下列问题：
（1）水稻杂交育种是通过品种间杂交，创造新变异类型而德育新品种的方法。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。“汉水丑生的生物同行”超级
（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 。
答案：（1）优良性状（或优良基因）（2分）
（4）获得基因型纯合的个体　　保留所需的类型（每空2分，其他合理答案也给分
例11、普通小麦中有高杆抗病（TTRR）和矮杆易感病（ttrr）两个品种，控制两队相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：“汉水丑生的生物同行”超

请分析回答：“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
（1）A组由F1获得F2的方法是 _____ ，F2矮杆抗病植株中不能稳定遗传的占____。
（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮杆抗病植株中，最可能产生不育配子的是 _______ 类。
（3）A、B、C三组方法中，最不容易获得矮杆抗病小麦新品种的方法是 ____ 组，原因是 _________________ 。
（4）通过矮杆抗病Ⅱ获得矮杆抗病小麦新品种的方法是 __________。获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占 _______ 。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
（5）在一块高杆（纯合体）小麦田中，发现了一株矮杆小麦。请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因（简要写出所用方法、结果和结论）
【答案】（17分）（1）杂交 2/3 （2）Ⅱ
（3）C 基因突变发生的频率极低且是不定向的突变。
（4）秋水仙素（或者低温）诱导染色体加倍 100%
（5）方法一：将矮杆小麦与高杆小麦杂交；如果子一代全为高杆，子二代高杆：矮杆=3：1（或出现性状分离），则矮杆性状是基因突变造成的；否则矮杆是由环境引起的。
方法二：或将矮杆小麦与高杆小麦种植在相同的环境条件下；如果两者未出现明显差异，则矮杆性状由环境引起，否则矮杆性状是基因突变的结果。
方法三：取该矮杆小麦种子在其他小麦田（与原高杆环境相同）种下，让其自交，若还全是高杆，说明矮秆性状的出现是由环境引起的，若后代出现高杆、矮秆两种性状，则是基因突变引起的。

例12、下图是三倍体西瓜育种原理的流程图：

(1)用秋水仙素处理________时，可诱导多倍体的产生，因为这时的细胞具有________的特征，秋水仙素的作用在此为
________________________________________________________________________。
(2)三倍体植株需要授以二倍体的成熟花粉，这一操作的目的在于
________________________________________________________________________。
(3)四倍体母本上结出的果实，其果肉细胞为________倍体，种子中的胚为________倍体。三倍体植株不能进行减数分裂的原因是______________________________，由此而获得三倍体无子西瓜。
(4)三倍体西瓜高产、优质、无子，这些事实说明染色体组倍增的意义在于________；上述过程中需要的时间周期为________。
[答案]　(1)萌发的种子或幼苗　分裂旺盛　抑制有丝分裂前期纺锤体的形成　(2)通过授粉为子房发育成无子果实提供生长素　(3)四　三　联会紊乱　(4)促进基因效应的增强　2年

例题13、下面是八倍体小黑麦培育过程(A、B、D、E各表示一个染色体组)：

据图作答：
(1)普通小麦的配子中含有________个染色体组，黑麦配子中含________个染色体组，杂交后代含________个染色体组。
(2)普通小麦和黑麦杂交后代不育的原因是______________。必须用__________将染色体加倍，加倍后含________个染色体组，加倍后可育的原因是________________________，这样培育的后代是________(同源、异源)八倍体小黑麦。
[答案]　(1)3　1　4
(2)无同源染色体　秋水仙素　8　具有同源染色体，能联会　异源
[解析]　由于A、B、D、E表示的是染色体组，因此从图中可以看出普通小麦为异源六倍体，黑麦是二倍体，它们产生的配子分别含有3个染色体组和1个染色体组，结合后形成的后代F1为异源四倍体。由于F1中无同源染色体，所以不能正常进行减数分裂，是不可育的。必须用秋水仙素处理使其染色体加倍变成异源八倍体，才有了同源染色体，才能正常产生配子，正常结子。