考点17 理解变异原理，掌握育种流程
1．育种方式及原理辨析
(1)诱变育种原理
原基因A(a)新基因a(A)
↓ ↓
原性状 目标性状
(2)单倍体育种与杂交育种的关系
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(3)多倍体育种的原理分析
注意 多倍体育种中秋水仙素可处理“萌发的种子或幼苗”，单倍体育种中秋水仙素只能处理“单倍体幼苗”，切不可写成处理“种子”。
2．不同需求的育种方法的选择与分析
(1)若要求培育隐性性状的个体，可用自交或杂交，只要出现该性状即可。
(2)若要求快速育种，则应用单倍体育种。
(3)若要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，则可利用诱变育种的方法。
(4)若要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。
(5)若要求将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可用杂交育种，亦可利用单倍体育种。
(6)若实验植物为营养繁殖，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。
(7)若要求克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改变现有性状，则可以选择基因工程育种。
(8)若要培育原核生物，因其不能进行减数分裂，则一般采用诱变育种。
3．花药离体培养≠单倍体育种
(1)花药离体培养仅获得单倍体幼苗。
(2)单倍体育种包括花药离体培养和诱导单倍体染色体加倍。
题组一 辨析育种相关的原理
1．(2015·天津，9)白粉菌和条锈菌能分别导致小麦感染白粉病和条锈病，引起减产。采用适宜播种方式可控制感病程度。下表是株高和株型相近的小麦A、B两品种在不同播种方式下的试验结果。
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试验
编号
播种
方式
植株密度(×106株/公顷)
白粉病
感染程度
条锈病
感染程度
单位面
积产量
A品种
B品种
Ⅰ
单播
4
0
－
＋＋＋
＋
Ⅱ
单播
2
0
－
＋＋
＋
Ⅲ
混播
2
2
＋
＋
＋＋＋
Ⅳ
单播
0
4
＋＋＋
－
＋
Ⅴ
单播
0
2
＋＋
－
＋＋
注：“＋”的数目表示感染程度或产量高低；“－”表示未感染。
据表回答：
(1)抗白粉病的小麦品种是________，判断依据是____________________________。
(2)设计Ⅳ、Ⅴ两组试验，可探究_____________________________________________。
(3)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ三组相比，第Ⅲ组产量最高，原因是______________________________。
(4)小麦抗条锈病性状由基因T/t控制，抗白粉病性状由基因R/r控制，两对等位基因位于非同源染色体上。以A、B品种的植株为亲本，取其F2中的甲、乙、丙单株自交，收获子粒并分别播种于不同处理的试验小区中，统计各区F3中的无病植株比例。结果如下表：
试验处理
F3无病植株
的比例/%
F2植株
无菌水
以条锈菌进行感染
以白粉菌
进行感染
以条锈菌＋白
粉菌进行双感染
甲
100
25
0
0
乙
100
100
75
75
丙
100
25
75
？
据表推测，甲的基因型是________，乙的基因型是________，双菌感染后丙的子代中无病植株的比例为________。
答案 (1)A Ⅰ、Ⅱ组小麦未感染白粉病
(2)植株密度对B品种小麦感病程度及产量的影响
(3)混播后小麦感病程度下降
(4)Ttrr ttRr 18.75%(或3/16)
8
解析 (1)从Ⅰ和Ⅱ组的试验结果可知抗白粉病的小麦品种是A。(2)分析Ⅲ、Ⅳ两组试验，自变量为植株密度，因变量为感病程度及产量，所以Ⅲ、Ⅳ两组试验的目的是：探究植株密度对B品种小麦感病程度及产量的影响。(3)从表格可以看出，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ相比，第Ⅲ组的产量最高，分析表中信息得出结论：混播后小麦感病程度下降。(4)由表中F3无病植株的比例数据可知：甲自交后代中抗条锈病个体占25%，乙自交后代中抗白粉病的个体占75%，可说明抗条锈病为隐性性状，抗白粉病为显性性状。依据甲自交后代抗白粉病个体比例为0，抗条锈病个体比例为25%，可推测甲的基因型为Ttrr。依据乙自交后代抗条锈病个体比例为100%，抗白粉病个体比例为75%，可推测乙的基因型为ttRr。根据丙自交后代中抗条锈病个体占25%，抗白粉病个体占75%，可知丙的基因型为TtRr，其自交后代中无病植株即基因型为ttR_的植株占3/16，即18.75%。
2．(2014·江苏，13)如图是高产糖化酶菌株的育种过程，有关叙述错误的是( )
A．通过图中筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产菌株
B．X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异
C．图中筛选高产菌株的过程是定向选择过程
D．每轮诱变相关基因的突变率都会明显提高
答案 D
解析 由于基因突变是不定向的，且获得的个体可能是杂合子，所以通过图中筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产菌株，故A正确；X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异，故B正确；由于人工选择具有目的性，所以图中筛选高产菌株的过程是定向选择过程，故C正确；由于基因突变是不定向的，低频率的，所以诱变能提高基因的突变率，但不一定都是诱变相关基因的突变率提高，故D错误。
3．(2015·重庆，8节选)某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。拟进行如下杂交：
♂A(具高产奶基因的纯种)×♀B(具适宜本地生长基因的纯种)―→C
选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常________________________。若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是____________性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是____________，后代中出现这种母牛的概率是______________(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。
答案 生长发育或胚胎发育 隐性 ♂A×♀C 1/8
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解析 由于胚胎能在母体内正常生长发育，所以选择B作为母本。若子代母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明适宜本地生长是显性性状(设基因为M)，高产奶是隐性性状(设基因为n)。则♂A基因型是mmnn，♀B基因型是MMNN，♀C基因型是MmNn，为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛(M_nn)，可选择♂A和♀C进行杂交，后代出现该种母牛的概率是1/2×1/2×1/2＝1/8。
4．已知玉米(2n)的高秆(易倒伏)对矮秆(抗倒伏)为显性，抗病对易感病为显性，控制上述两对性状的两对基因分别位于两对同源染色体上。为获得纯合矮秆抗病玉米植株，研究人员采用了如图所示的方法。下列有关说法正确的是( )
A．图中①②过程均发生了同源染色体分离，非同源染色体自由组合
B．图中③过程产生转基因植株是基因突变的结果
C．图中④过程“航天育种”方法中发生的变异类型是染色体变异
D．图中单倍体加倍成纯合矮秆抗病植株的方法常用秋水仙素处理幼苗或萌发的种子
答案 A
解析 图中①自交和②花药离体培养过程均发生了同源染色体分离，非同源染色体自由组合，A正确；③是基因工程育种，原理是基因重组，B错误；④是诱变育种，发生的变异类型是基因突变，C错误；图中单倍体加倍成纯合矮秆抗病植株的方法常用秋水仙素处理幼苗，D错误。
思维延伸 玉米的高秆易倒伏(H)对矮秆抗倒伏(h)为显性，抗病(R)对易感病(r)为显性，两对基因分别位于两对同源染色体上。下图表示利用品种甲(HHRR)和乙(hhrr)通过三种育种方法(Ⅰ～Ⅲ)培育优良品种(hhRR)的过程。请回答下列问题：
(1)利用方法Ⅰ培育优良品种时，获得hR植株常用的方法为____________________，这种植株由于__________________________，需要经诱导染色体加倍后才能用于生产实践。图中所示的三种方法(Ⅰ～Ⅲ)中，最难获得优良品种(hhRR)的是方法____________，其原因是________________________。
答案 花药离体培养 长得弱小而且高度不育 Ⅲ 基因突变频率很低而且是不定向的
(2)无子西瓜的获得所依据的原理是什么？是否属于可遗传变异？如何证明？
________________________________________________________________________。
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答案 获得无子西瓜的原理是染色体变异；这种变异属于可遗传变异；可利用离体培养无子西瓜组织细胞观察子代是否能够产生无子西瓜
题组二 辨析变异原理，设计育种方案
5．小麦品种是纯合子，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种；马铃薯品种是杂合子(有一对基因杂合即可称为杂合子)，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)
答案 小麦新品种的培育过程是：
第一代 AABB × aabb 亲本杂交
↓
第二代 AaBb 种植F1让其进行自交
↓自交
第三代 A_B_ A_bb aaB_ aabb 选出aaB_的个体，连续自交，获得纯合子aaBB
马铃薯的杂交育种程序是：
第一代 yyRr × Yyrr 亲代杂交
↓
第二代 YyRr yyRr Yyrr yyrr (种植，选出黄肉、抗病(YyRr)块茎)
↓
第三代 用黄肉、抗病块茎繁殖
解析 杂交育种是通过杂交把不同亲本的优良性状集中到一个个体上，然后进行选择培育获得新品种的方法。小麦是种子繁殖，在育种过程中获得具有优良品种的个体后需要经过连续自交，获得能稳定遗传的纯合子；马铃薯可以用块茎进行无性繁殖，因此获得具有优良性状的个体后，可以应用无性繁殖进行推广。
6．(2015·浙江，32)某自花且闭花受粉植物，抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。抗病和感病由基因R和r控制，抗病为显性；茎的高度由两对独立遗传的基因(D、d，E、e)控制，同时含有D和E表现为矮茎，只含有D或E表现为中茎，其他表现为高茎。现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子，欲培育纯合的抗病矮茎品种。请回答：
(1)自然状态下该植物一般都是__________合子。
(2)若采用诱变育种，在γ射线处理时，需要处理大量种子，其原因是基因突变具有____________________和有害性这三个特点。
(3)若采用杂交育种，可通过将上述两个亲本杂交，在F2等分离世代中____________抗病矮茎个体，再经连续自交等__________手段，最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种。据此推测，一般情况下，控制性状的基因数越多，其育种过程所需的__________。若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的F1在自然状态下繁殖，则理论上F2的表现型及其比例为__________。
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(4)若采用单倍体育种，该过程涉及的原理有______________________________。请用遗传图解表示其过程(说明：选育结果只需写出所选育品种的基因型、表现型及其比例)。
答案 (1)纯
(2)稀有性、多方向性
(3)选择 纯合化 年限越长 矮茎∶中茎∶高茎＝9∶6∶1
(4)基因重组和染色体变异 遗传图解如图所示
解析 (1)已知该植物为自花且闭花受粉的植物，所以在自然状态下发生的是自交现象，一般都是纯合子。(2)诱变育种主要利用基因突变的原理，因为基因突变具有有害性、稀有性和多方向性，所以需要处理大量种子。(3)杂交育种是利用基因重组的原理，有目的地将两个或多个品种的优良性状组合在同一个个体上，一般通过杂交、选择和纯合化等手段培养出新品种。如果控制性状的基因数越多，则育种过程中所需要的时间越长。若只考虑茎的高度，据题意可知亲本为纯合子，所以它们的基因型为DDEE(矮茎)和ddee(高茎)，其F1的基因型为DdEe，表现型为矮茎，F1自交后F2的表现型及其比例分别为矮茎(D－E－)∶中茎(D－ee和ddE－)∶高茎(ddee)＝9∶6∶1。(4)单倍体育种的原理是基因重组和染色体变异。遗传图解见答案。
7．(2017·泰安一模)番茄(2n＝24)的抗病(A)对感病(a)为显性，红果(B)对黄果(b)为显性，这两对基因自由组合。现有纯合抗病红果和感病黄果两个品种。请回答下列问题：
(1)研究人员用一定浓度的硫酸二乙酯溶液喷洒这两个品种的幼苗，培养筛选获得了抗病黄果新品种，其中利用__________________品种幼苗处理筛选更方便，该育种方法的原理是____________。
(2)若通过这两个品种杂交获取抗病黄果新品种，请完善相关操作步骤：
第一步：将纯合抗病红果和感病黄果两个品种杂交得到F1；
第二步：________________________________________________________________________；
第三步：从F2中选择抗病黄果植株____________直至不发生性状分离，即获得抗病黄果品种。
上述步骤需年限较长，如条件允许，可采用单倍体育种以缩短育种年限，其不同操作方法是对F1代实施________________________，再用______________________，选择获得抗病黄果新品种，该抗病黄果新品种体细胞中染色体有______条。
答案 (1)抗病红果 基因突变 (2)让F1自交获得F2
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连续自交 花药离体培养获得单倍体 秋水仙素处理获得纯合子 24
解析 (1)研究人员用一定浓度的硫酸二乙酯溶液喷洒这两个品种的幼苗(基因型为AABB、aabb)，即利用化学物质诱导基因突变，培养筛选获得了抗病黄果新品种(AAbb)，其中利用抗病红果品种幼苗(AABB)处理筛选更方便，诱变育种的原理为基因突变。
(2)若通过这两个品种杂交获取抗病黄果新品种，即杂交育种，其步骤为：
第一步：将纯合抗病红果和感病黄果两个品种杂交得到F1；
第二步：让F1自交获得F2；
第三步：从F2中选择抗病黄果植株连续自交直至不发生性状分离，即获得抗病黄果品种。
上述步骤需年限较长，如条件允许，可采用单倍体育种以缩短育种年限，其不同操作方法是对F1代实施花药离体培养获得单倍体，再用秋水仙素处理获得纯合子，选择获得抗病黄果新品种，该抗病黄果新品种仍属于二倍体，体细胞中染色体有24条。
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