資源簡介

生物變異在育種上的應用
及育種方案的設計
易錯歸因
對不同育種方式的原理、方法、優缺點等理解不到位，掌握不全面。
典型易錯題
例1（2021·甘肅省莊浪縣第一中學模擬預測）圖表示利用某二倍體農作物①、②兩個品種培育④、⑤、⑥三個新品種的過程，Ⅰ~Ⅴ表示育種過程，兩對基因獨立遺傳，請分析回答：
（1）由圖中Ⅰ→Ⅱ獲得④稱為_________育種，其育種原理是_______________，其中過程Ⅰ是_______，過程Ⅱ是____________。
（2）由圖中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ獲得④過程稱為____________育種，其育種原理是______________，其中Ⅲ表示________________技術。該育種方法優點是_____________________________。
（3）由圖中Ⅰ→Ⅱ獲得④時，AAbb所占比例為____________。由圖中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ獲得④時，AAbb所占比例為__________。
（4）圖中Ⅳ、Ⅴ過程常用的方法是_____________________，能夠抑制__________的形成。
【答案】（1）雜交 基因重組 雜交 自交
（2）單倍體 染色體變異 花藥離體培養 明顯縮短育種年限
（3）1/16 1/4
（4）用秋水仙素處理萌發的幼苗 紡錘體
【解析】分析題圖：Ⅰ、Ⅱ是雜交育種，遺傳學原理是基因重組；Ⅲ、Ⅳ是單倍體育種，遺傳學原理是染色體變異；Ⅴ是多倍體育種，遺傳學原理是染色體變異。
（1）由圖中Ⅰ→Ⅱ獲得④稱為雜交育種，其育種原理是基因重組，其中過程Ⅰ是雜交，過程Ⅱ是自交。
（2）由圖中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ獲得④過程稱為單倍體育種，其育種原理是染色體變異，其中Ⅲ表示花藥離體培養。由于獲得的單倍體經秋水仙素處理后都是純合體，自交后代不發生性狀分離，所以該育種方法優點是能明顯縮短育種年限。
（3）由圖中Ⅰ→Ⅱ獲得④時，AAbb所占比例為1/4×1/4＝1/16。由圖中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ獲得④時，③AaBb產生四種配子，Ab占1/4，故AAbb所占比例為1/4。
（4）圖中Ⅳ、Ⅴ過程常用的方法是用秋水仙素處理萌發的幼苗，秋水仙素能抑制細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成。
解題技巧
1．不同育種方式的比較
育種方式 原理 方法 優點 缺點 舉例
雜交育種 基因 重組 雜交→自交→選優→連續自交 將不同個體的優良性狀集中到新品種上 育種時間長，局限于同種或親緣關系較近的個體 矮稈抗銹病的小麥
誘變育種 基因 突變 輻射誘變、激光誘變、化學誘變 提高變異頻率，加速育種進程，可大幅度改良某些性狀 有利變異少，工作量大，須大量處理供試材料 青霉素高產菌株、太空椒
單倍體育種 染色體變異 花藥離體培養再經人工誘導使染色體加倍 獲得純合體植株，明顯縮短育種年限 技術較復雜，需與雜交育種結合 單倍體育種培育矮稈抗銹病的小麥
多倍體育種 染色體變異 一定濃度的秋水仙素處理萌發的種子或幼苗 植物器官大，產量高，營養豐富 發育延遲，結實率降低 三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥
基因工程 育種 基因 重組 利用轉基因技術將目的基因引入生物體內 目的性強，育種周期短，打破物種界限，定向改造生物性狀 技術復雜，可能會引起生態危機 產生人胰島素的大腸桿菌、抗蟲棉
細胞工程育種 植物體細胞雜交育種 細胞的全能性 去壁→誘融→生壁→組培 能克服遠緣雜交的不親和的障礙，大大擴展了用于親本組合的范圍 技術復雜，工作量大，操作繁瑣 番茄-馬鈴薯、白菜-甘藍
動物體細胞克隆育種 細胞的全能性 核移植→胚胎移植 能克服遠緣雜交的不親和的障礙，用于保存瀕危物種、繁殖優良動物 技術復雜，難度大 克隆羊
利用植物激素育種 適宜濃度的生長素可以促進果實的發育 用一定濃度的生長素涂抹在未受粉的雌蕊柱頭上 不引起植物基因型的改變 只適用于植物，不可遺傳 無子番茄
2．育種方案的設計，要特別關注育種需求。
（1）根據新品種（或新物種）對性狀的需求，來設計合適的育種方案。
①集中不同親本的優良性狀，應選擇雜交育種；
②既集中優良性狀，又縮短育種年限，應選擇單倍體育種；
③提高變異頻率，“改良”或“改造”或直接改變現有性狀，獲得當前不存在的基因或性狀，應選擇誘變育種；
④提高品種質量，提高營養物質的含量，應選擇多倍體育種；
⑤實現定向改變現有性狀，應選擇基因工程育種。
（2）根據對育種操作技術的要求，如“最簡便”“最準確”“最快”等育種要求來選擇合適育種方案。
①最簡便：側重于技術操作，一般雜交育種操作最簡便；
②最快：側重于育種時間，一般單倍體育種所需時間明顯縮短；
③最準確：側重于目標精準度，基因工程育種可“定向”改變生物性狀。
3．育種中常見的幾種思維誤區
（1）誤區一：雜交育種一定需要連續自交。
若選育的優良性狀為隱性性狀，則出現此性狀的個體即可穩定遺傳。
若選育的優良性狀為顯性性狀，獲得此品種則需連續自交，直至不再發生性狀分離。
（2）誤區二：單倍體育種一定比雜交育種快。
若培育隱性性狀或不完全顯性性狀的新品種，雜交育種既簡單又快速。
（3）誤區三：單倍體育種是為了獲得單倍體植株。
一般單倍體植株長勢弱小，高度不育。單倍體育種是為了盡快獲得穩定遺傳的二倍體新品種，故得到單倍體植株后必須人工誘導使染色體數目加倍，才能達到育種的需求。
（4）誤區四：培育雜交種只需選擇合適的親本雜交即可。
在雜交育種中，如果新品種是雜交種，因雜合子自交后代會發生性狀分離，因此需年年制種，所以在育種時必須選取一部分個體自交留種。
同類題練習
1．（2022·安徽·合肥市第八中學模擬預測）近年來，我國在生物育種技術領域取得較大進展。下列關于變異和育種的說法，正確的是（ ）
A．雜交育種通過雌雄配子隨機結合實現控制不同優良性狀的基因的重新組合
B．誘變育種利用理化因素誘發基因突變，可在較短時間內獲得更多的優良變異類型
C．單倍體育種常通過秋水仙素處理萌發的種子或幼苗實現，所得植株一般高度不育
D．可通過一定濃度的生長素處理未受粉的玉米植株從而避免連續陰雨天氣造成的減產
2．（2022·湖南·長郡中學模擬預測）種間和屬間雜交是獲得單倍體大麥的方法。某研究人員將二倍體大麥（染色體組成為2n）與其近緣種（染色體組成為2m）雜交，發現兩者產生的配子可進行正常的受精作用形成合子。但在合子隨后的分裂過程中由于染色體間遺傳的不親和性，近緣種的染色體組從合子中被排除，形成單倍性胚胎，最終發育成單倍體大麥。下列敘述錯誤的是（ ）
A．形成單倍性胚胎前，合子的染色體組成可能為（n＋m）
B．題中所述的遺傳不親和性可能是由于合子發育過程中染色體無法正常聯會
C．與正常二倍體大麥植株相比，單倍性胚胎發育成的單倍體大麥植株弱小
D．用一定濃度的秋水仙素處理單倍體大麥幼苗可快速獲得純合大麥植株
3．（2022·江蘇泰州·模擬預測）下列有關育種的敘述正確的是（ ）
A．雜交育種和基因工程育種的原理不同
B．誘變育種可以定向改變生物的性狀，加速育種進程
C．多倍體育種和單倍體育種均需要進行花藥離體培養的操作
D．植物體細胞雜交育種的原理是細胞膜的流動性和植物細胞全能性
4．（2022·河南·洛寧縣第一高級中學模擬預測）2022年4月16日，搭載約12000粒種子的神舟十三號飛船安全返回地面，有望通過航天育種獲得新品種。下列有關敘述正確的是（ ）
A．通過航天育種獲得的新性狀都能穩定遺傳給后代
B．航天育種所利用的遺傳學原理是基因突變和染色體變異
C．經太空輻射處理后大多數的種子都會獲得優良的突變性狀
D．航天育種能按照人們的意愿大幅度改造生物的性狀
5．（2022·湖北·荊門市龍泉中學一模）如圖表示由甲、乙兩種植物逐步培育出戊種植物的過程，下列相關敘述錯誤的是（ ）
A．Ⅰ過程可以是多倍體育種或植物體細胞雜交
B．Ⅱ過程發生的變異屬于染色體變異
C．Ⅲ為是人工誘變育種過程，故丁可定向變異為戊
D．通過圖中所示育種過程，能增加物種的多樣性
6．（2022·河南·模擬預測）下列關于育種的敘述，正確的是（ ）
A．以種子為繁殖對象的植物，誘變處理后必須經多次自交、選擇才能用于生產
B．與正常植株相比，單倍體植株常常表現為莖桿弱小，果實和種子等也都比較小
C．雜交育種的目的不一定是獲得具有優良性狀的純合子
D．單倍體幼苗經秋水仙素處理獲得的新品種一定是純合子
7．（2022·湖北·黃岡中學三模）無子果實是深受消費者喜愛的優質果品。無子番茄是通過人工阻止花受粉后誘導子房發育得到，而無子西瓜則通常由二倍體西瓜與四倍體西瓜雜交得到。下列有關說法正確的是（ ）
A．無子番茄、無子西瓜及四倍體西瓜均為新物種
B．無子番茄是單倍體，處理所用的植物激素類似物可能為生長素類似物
C．用秋水仙素處理二倍體西瓜幼苗得到的四倍體植株，并非所有細胞都含四個染色體組
D．三倍體的無子西瓜高度不育，該性狀為不可遺傳變異
8．（2022·江蘇·模擬預測）（多選）六倍體小麥與二倍體玉米雜交是誘導小麥單倍體最有效的途徑之一、用普通小麥與玉米雜交，授粉后在部分膨大子房中剝取到發育幼胚，經組織培養后，獲得單倍體小麥植株。下列相關敘述正確的是（ ）
A．受精卵內丟失之前的玉米染色體可能會影響小麥的基因表達
B．因小麥和玉米存在生殖隔離，若雜交后對子房鑒定，其內應無胚乳
C．利用秋水仙素將單倍體小麥幼苗染色體加倍，可獲得純合六倍體
D．該育種過程可縮短育種年限、加快育種進程、提高選擇效率
9．（2022·內蒙古·滿洲里市教研培訓中心三模）利用遺傳變異的原理培育動植物新品種在現代農業生產上得到了廣泛應用，對于農業可持續發展具有重要意義。棉花是我國的重要經濟作物，科學家研究發現棉花的一個染色體組含13條染色體（n=13），二倍體棉種染色體組分為A、B、C、D、E、F、G共7類，由其中三類染色體組組成的三交種異源四倍體拓寬了棉屬遺傳資源，為選育具有突破性狀的棉花新品種提供了新種質，其培育過程如下圖所示：
（1）在三交種形成過程中，雜種一是高度不育的，原因是___________________________________________________。
（2）棉花為兩性花，即一朵花中既有雄蕊又有雌蕊。進行人工雜交時，需要在_______時期去掉母本花的雄蕊并套袋，以防雌蕊受粉。
（3）雜種二的染色體組成為_____________，進行減數分裂時形成________個四分體，體細胞中含有__________條染色體。
（4）棉花的纖維有白色的，也有棕色的；植株有抗蟲的也有不抗蟲的。假定控制兩對性狀的基因獨立遺傳，白色（A）對棕色（a）為顯性，不抗蟲（B）對抗蟲（b）為顯性。現有甲、乙兩個普通棉花品種（純合體），甲的表現是白色不抗蟲，乙的表現是棕色抗蟲，若將甲乙雜交得到的F2代中的白色抗蟲個體自交，得到的F3代中白色抗蟲個體所占比例為_________。若要以甲乙為實驗材料，用操作簡便的方法設計實驗，獲得白色抗蟲且穩定遺傳的新品種，請寫出實驗思路____________________________________________________________________________________________________________________________。
10．（2021·山東濰坊·三模）育種工作對農業生產意義重大。早在栽培植物出現之初人類簡單地種植和采收活動中，就已有了作物育（選）種的萌芽。《詩經》載；“黍稷重穆，禾麻菽麥”就有了根據作物習性早、晚播種和先、后收獲的記錄，可見中國在周代已形成不同播期和熟期的作物品種概念。隨著科學技術的不斷發展，人們在生產實踐中不斷探索新的方法，使得育種工作進入了一個嶄新的歷程。
（1）我國古代勞動人民采用的育種方式是選擇育種，這種育種方式的最大缺點是_____________________________________________。
（2）假設A、b代表玉米的優良基因，這兩種基因是獨立遺傳的。現有AABB、aabb兩個品種，若要培育出優良品種AAbb，某同學設計了如下方案：
AABB×aabb→F1（自交）→F2（自交）……→AAbb植株
該方法的育種原理是____________，最早可以從________（填“F1”或“F2”）開始篩選。這一育種方法的缺陷之一就是需要多代自交，用時長。為克服這一缺陷，可以采取另一種育種方案，簡要寫出該方案的流程：____________________________________________________________________________________________________________________________。（3）作為雜交育種重要分支的回交（兩個親本雜交獲得的子一代再和親本之一雜交，稱作回交）育種，正越來越受到育種專家的重視，這是因為在育種工作中，單純一次雜交并不能保證將某些優良性狀整合到待推廣的品種之中。回交可將單一優良基因導入某一品種并使之盡快純合。回交獲得的子一代記作BC1F1（BC1F1自交繁殖的后代，就是BC1F2），它與用作回交的親本再次回交，獲得的子一代就是BC2F1，依次類推。其中用作回交的原始親本為輪回親本，一般是具有許多優良性狀的待推廣品種；另一個雜交親本稱為非輪回親本，一般是具有輪回親本沒有的一、二個優良性狀。它們和后代之間的關系如圖所示。
①假如非輪回親本甲的基因型AA，輪回親本乙的基因型aa，F1自交的F2和回交的BC1F1，a基因的頻率分別為_______、______，由此可以看出，回交后代的基因頻率向__________親本偏移。
②“明恢63”是雜交秈稻的一個優良品種，具備很多優良性狀，但對白葉枯病的抗性很差。現提供高抗白葉枯病的顯性純合基因植物（簡稱“高抗”）為材料，采用回交的方法獲得高抗白葉枯病“明恢63”品系的“BC3F1”，以后采用自交和抗病性鑒定相結合的辦法，獲得高抗白葉枯病的“明恢63”的品系。請參照回交育種過程，寫出用兩種親本培育“BC3F1”過程的圖解________________________________________________________。
同類題練習參考答案
1．B 【解析】雜交育種雌雄配子隨機結合過程中沒有發生基因重組，控制不同優良性狀的基因的重新組合發生在配子形成過程中，A錯誤；誘變育種的原理是基因突變，利用理化因素誘發基因突變，可以提高突變率，可在較短時間內獲得更多的優良變異類型，B正確；單倍體育種先進行花藥離體培養，再用秋水仙素處理幼苗實現，二倍體的花藥離體培養形成的單倍體植株不會出現種子，與正常植株相比，單倍體植株一般長得弱小，且高度不育，C錯誤；玉米需要的是種子，必需要受粉才能獲得種子，通過一定濃度的生長素處理不能避免玉米減產，可通過人工授粉避免連續陰雨天氣造成的減產，D錯誤。故選B。
2．B 【解析】合子（受精卵）的染色體是精子與卵細胞的染色體組成總和，再結合題干信息“在合子隨后的分裂過程中……形成單倍性胚胎”可知，形成單倍性胚胎前，合子的染色體組成可能為（n+m），A正確；合子（受精卵）的發育是建立在有絲分裂的基礎上，該過程中不會發生同源染色體聯會，B錯誤；單倍性胚胎發育成單倍體大麥，與正常二倍體大麥植株相比，單倍體植株弱小，C正確；單倍體大麥幼苗經一定濃度的秋水仙素處理后，染色體數目加倍，可快速獲得純合大麥植株，D正確。故選B。
3．D 【解析】雜交育種和基因工程育種的原理均是基因重組，A錯誤；誘變育種不能定向改變生物的性狀，B錯誤；多倍體育種不需要進行花藥離體培養的操作，C錯誤；植物體細胞雜交育種的原理是細胞膜的流動性和植物細胞全能性，D正確。故選D。
4．B 【解析】通過航天育種獲得的新性狀可能是雜合子，不一定能穩定遺傳給后代，A錯誤；航天育種的原理是外界輻射引起基因突變或染色體變異，因而具有不定向性，B正確；突變具有低頻性，經太空射線輻射后也只有少數種子能獲得優良的突變性狀，C錯誤；誘變育種的原理是基因突變，基因突變具有不定向性，因而該育種方法具有盲目性，D錯誤。故選B。
5．C 【解析】丙可由甲和乙雜交得到基因型為bD的植株，接著進行染色體加倍處理得到，也可以將甲和乙進行植物體細胞雜交得到基因型為bbDD的丙，A正確；b和D是位于兩對染色體上的基因，由丙種植物經II過程培育成丁植株，b、D位同一條染色體上，發生的變異屬染色體結構的變異（染色體易位），B正確；人工誘變育種的原理是基因突變，基因突變具有不定向性，C錯誤；由圖可知，通過圖中所示育種過程，培育出了丙種植物、丁植株和戊植株，能增加物種的多樣性，D正確。故選C。
6．C 【解析】以種子為繁殖對象的植物，經誘變處理后若優良性狀為隱性性狀，則不需要自交多代，只要出現即為純合的個體，可以穩定遺傳，A錯誤；與正常植株相比，單倍體植株長得弱小，且一般高度不育，沒有種子，B錯誤；通過雜交育種能將多個品種的優良性狀集中在一起，不一定要獲得純合子，有些具有雜交優勢的品種需要雜合子，C正確；若單倍體幼苗是雜合子，則經秋水仙素處理獲得的新品種不是純合子，D錯誤。故選C。
7．C 【解析】無子西瓜為三倍體，高度不育，因而不屬于新物種，無子番茄是通過人為阻止花受粉形成的，其遺傳物質沒有改變，也不屬于新物種，只有四倍體西瓜是新物種，A錯誤；果實由子房發育而來，因此無子番茄果實仍為二倍體，B錯誤；秋水仙素只處理幼苗的芽尖，其余部位的細胞未接觸秋水仙素，仍為二倍體細胞，如根細胞仍然含有2個染色體組，C正確；無子西瓜的“無子性狀”是因其細胞含三個染色體組，進行減數分裂時聯會紊亂，產生可育配子的概率極低所以高度不育，由染色體數目異常產生該性狀，因此該性狀屬于可遺傳變異（可通過無性生殖遺傳給后代），D錯誤。故選C。
8．ABCD 【解析】表型是基因型和環境因素共同作用的結果，基因表達會受到外界因素的影響，因此受精卵內丟失之前的玉米染色體可能會影響小麥的基因表達，A正確；精子和2個極核結合會發育形成受精極核，受精極核會發育形成胚乳，因小麥和玉米存在生殖隔離，無法形成受精極核，因此無法形成胚乳，B正確；六倍體小麥是異源六倍體，單倍體植株的親本為異源多倍體，或者由2種不同生物雜交而形成時，通過秋水仙素處理該植株后，也一定為純合子，因此利用秋水仙素將單倍體小麥幼苗染色體加倍，可獲得純合六倍體，C正確；據圖可知，該育種過程屬于單倍體育種，單倍體育種具有縮短育種年限、加快育種進程和提高選擇效率特點，D正確。故選ABCD。
9．（1）無同源染色體，不能進行正常減數分裂
（2）花蕾期（或花粉成熟前）
（3）AAGD 13 52
（4）5/6 讓甲、乙兩個品種雜交，F1自交，選取F2中既抗病又抗倒伏，且自交后代不發生性狀分離的植株
【解析】人工異花授粉過程為：去雄（在花蕾期去掉雄蕊）→套上紙袋→人工異花授粉（待花成熟時，采集另一株植株的花粉涂在去雄花的柱頭上）一套上紙袋。
（1）雜種一由于無同源染色體，不能進行正常的減數分裂，是高度不育的。
（2）棉花為兩性花，即一朵花中既有雄蕊又有雌蕊。進行人工雜交時，需要在花蕾期或花粉成熟前時期去掉母本花的雄蕊并套袋，以防雌蕊受粉。
（3）異源四倍體植株AAGG產生的配子為AG，陸地棉AADD產生的配子為AD，因此雜交后代染色體組的組成為AAGD，由于每個染色體組有13條染色體，則植株 AAGD有52條染色體，進行減數分裂時，由于G和D中沒有同源染色體，不能形成四分體，因此AAGD 2個染色體組將形成13個四分體。
（4）F2代中的白色抗蟲個體基因型為AAbb和Aabb，所占比例分別為1/3和2/3，只有2/3Aabb自交產生aabb的比例為2/3 ×1/4=1/6，白色抗蟲個體所占比例為1-1/6=5/6 。要以甲、乙為實驗材料設計實驗獲得白色抗蟲且穩定遺傳的新品種，可讓甲、乙兩個品種雜交，F1自交，選取F2中白色抗蟲個體，且自交后代不發生性狀分離的植株。
10．（1）周期長，可選擇的范圍有限
（2）基因重組 F2 AABB×aabb→F1→花藥離體培養→單倍體幼苗→秋水仙素處理→選擇純合AAbb
（3）1/2 3/4 輪回（或乙）
【解析】（1）選擇育種是利用生物的變異，通過長期選擇，汰劣留良，獲得優良品種，這種育種方式的最大缺點是周期長，而且可選擇的范圍有限。
（2）據圖可知，利用兩品種雜交得到的F1自交，再選擇F2中符合要求的個體連續自交，直到獲得AAbb純種，該方法為雜交育種，依據F1產生配子時來自不同親本的基因自由組合，即基因重組的原理，該方法最早可以從F2開始篩選。這一育種方法的缺陷之一就是需要多代自交，用時長。為克服這一缺陷，可以采取單倍體育種，該方案的流程為AABB×aabb→F1→花藥離體培養→單倍體幼苗→秋水仙素處理→選擇純合AAbb。秋水仙素處理后獲得的均為純合子，因而大大縮短了育種年限。
（3）①假如非輪回親本甲的基因型AA，輪回親本乙的基因型aa，F1自交得到的F2基因型為1/4AA、2/4Aa、1/4aa，a基因頻率為；回交的BC1F1基因型為1/2Aa、1/2aa，a基因頻率為，由此可以看出，回交后代的基因頻率向輪回親本偏移。
②利用高抗白葉枯病的顯性純合基因植物（簡稱“高抗”）為材料，采用回交的方法獲得高抗白葉枯病“明恢63”品系的“BC3F1”，應進行了三次回交，以后采用自交和抗病性鑒定相結合的辦法，獲得高抗白葉枯病的“明恢63”的品系。用兩種親本培育“BC3F1”過程的圖解如下：
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