考点19 理解变异原理，掌握育种流程
依纲联想
1．不同需求的育种方法选择与分析
(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。
2．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。
3．区分杂交后代的子代性状与母本上所收获的性状
杂交子代性状为F1个体的性状，其中出现最早的为种子中胚的形状、颜色等性状，出现最晚的是果实(颜色、形状等)、种子、种皮所表现出的性状；而母本植株上所结的果实或种皮
的性状并不是F1的，而是母本直接表现出的性状。
1．(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________。
(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)稀有性和多方向性
(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，有目的的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。
2．(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)。
答案生长发育隐性♂A×♀C1/8
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。
本考点主要考查各种育种方法涉及的变异类型和原理，多见育种的变异来源、原理、染色体数量与图形的分析，常以新的问题情境为载体出现，注重文字信息化或图形信息化，考查考生信息提取能力和对知识理解迁移能力。解答此类题目，首先要理解图形所示含义，判断图形时需要注意：(1)单倍体育种与单倍体获得的差异。(2)诱变育种只能形成原基因的等位基因。(3)单倍体育种中秋水仙素只能处理幼苗而不能处理种子，而多倍体育种中可以处理种子或幼苗。(4)各种育种过程均需要筛选，其次要领会每种育种方法的程序和原理。
1．下图甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑧表示培育水稻新品种的过程。下列说法错误的是( )
A．①②操作简便，但培育周期长
B．②和⑦的变异都发生在有丝分裂间期
C．③过程常用的方法是花药离体培养
D．⑤与⑧过程的育种原理不相同
答案 B
解析图中①是杂交、②是自交，①②过程表示杂交育种，杂交育种操作简便，但育种周期长，故A正确；②的变异是基因重组，只发生在减数第一次分裂过程中，⑦的变异是染色体变异，可发生在有丝分裂或减数分裂过程中，故B错误；③④表示单倍体育种，其中③过程常用花药离体培养法培养获得单倍体个体，故C正确；⑤表示诱变育种过程，原理是基因突变，⑧表示基因工程育种过程，原理是基因重组，故D正确。
思维延伸
Ⅰ.判断正误：
(1)题中经过①和⑦过程培育的品种和甲、乙品种基因型不同，但是仍然属于同一个物种，而经过⑧过程获得个体AaBbC意味着产生了新的物种( ×)
(2)题中如果过程②中逐代自交，那么自交代数越多纯合植株的比例越高( √)
(3)题中育种过程②⑤⑥中需要进行筛选，筛选不会改变任何一个基因的基因频率( ×)
(4)过程②中，由A_bb类型的个体自交所得后代中AAbb个体所占比例是1/2( √)
Ⅱ.深度思考：
题图中④⑦过程中使用秋水仙素处理的组织细胞有何区别？
答案前者处理的是单倍体幼苗，而后者处理的是萌发的种子或幼苗。
2．玉米(2n＝20)是重要的粮食作物之一。请分析回答下列有关遗传学问题：
(1)某玉米品种2号染色体上的基因对S、s和M、m各控制一对相对性状，基因S在编码蛋白质时，控制最前端几个氨基酸的DNA序列如图1所示。已知起始密码子为AUG或GUG。
①基因S发生转录时，作为模板链的是图1中的______链。若基因S的b链中箭头所指碱基对G/C缺失，则该处对应的密码子将改变为________。
②某基因型为SsMm的植株自花传粉，后代出现了4种表现型，在此过程中出现的变异的类型属于________，其原因是在减数分裂过程中
________________________________________________________________________。
(2)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。图2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。
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______________________________，须经诱导染色体加倍后才能用于生产实践。图2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
________________________________________________________________________。
②用方法Ⅱ培育优良品种时，先将基因型为HhRr的植株自交获得子代(F2)，F2植株中自交会发生性状分离的基因型共有________种，这些植株在全部F2中的比例为________。若将F2的全部高秆抗病植株去除雄蕊，用F2矮秆抗病植株的花粉随机授粉，则杂交所得子代中的纯合矮秆抗病植株占________。
答案(1)①b GUU ②基因重组同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换
(2)①花药离体培养长势弱小而且高度不育Ⅲ基因突变频率很低而且是不定向的
②53/4 4/27
解析(1)①根据起始密码子是AUG或GUG，以及DNA两条链的碱基排列顺序可知b链为模板链。若基因S的b链中箭头所指碱基对G/C缺失，则DNA模板链此处的三个碱基为CAA，所以该处对应的密码子将改变为GUU。
②已知S、s和M、m位于一对同源染色体上，所以SsMm的植株自花传粉，理论上应该产生两种表现型的后代，但是后代出现了4种表现型，这是同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换的结果，属于基因重组。
(2)①hR属于单倍体植株，长势弱小而且高度不育，在农业生产上常用花药离体培养获得单
倍体植株。方法Ⅲ是诱变育种，具有不定向性、多害性，且基因突变频率很低，很难获得优良品种hhRR。
②HhRr的植株自交获得子代的基因型有3×3＝9种，其中纯合子4种，杂合子5种，杂合子自交后代会发生性状分离，所以F2植株中自交会发生性状分离的基因型共有5种，这些植株在全部F2中的比例为12/16＝3/4。若将F2的全部高秆抗病植株(H_R_，产生配子hR的概率为1/3×2/3＝2/9)去除雄蕊，用F2矮秆抗病植株(hhR_，产生配子hR的概率为2/3)的花粉随机授粉，则杂交所得子代中的纯合矮秆抗病植株(hhRR)＝hR×hR＝2/9×2/3＝4/27。思维延伸
(1)题中若将F2的全部高秆抗病植株去除雄蕊，用F2矮秆抗病植株的花粉随机授粉，尝试总结杂交所得子代中的纯合矮秆抗病植株所占比例的计算方法有哪些？
答案配子相乘法：F2全部高秆抗病植株(H__R__)产生hR配子的概率为2/9；F2矮秆抗病植株(hhR__)产生hR配子的概率为2/3，杂交所得子代中的纯合矮秆抗病植株所占比例为4/27。分枝法：F2全部高秆抗病植株的基因型通式为H__R__，而F2矮秆抗病植株的基因型通式为hhR__，则可分解为H__×hh和R__×R__，分别计算出hh的概率为1/3，RR的概率为4/9，则为4/27。
(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？
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。
3．已知小麦的抗旱性和多颗粒均属于显性遗传，且两对等位基因独立遗传。现有纯合的旱敏多颗粒、纯合的抗旱少颗粒、杂合抗旱少颗粒(Rrdd)和旱敏多颗粒(rrDd)小麦品种。请回答下列问题：
(1)纯合的旱敏多颗粒植株与纯合的抗旱少颗粒植株杂交，F1自交：
①F2中表现为抗旱多颗粒小麦的基因型有______种，要确认其基因型，可将其与隐性个体杂交，若杂交后代有两种表现型，则其基因型可能为
________________________________________________________________________。
②若拔掉F2中所有的旱敏植株后，剩余植株自交，从理论上讲F3中旱敏植株所占比例是________。
(2)干旱程度越严重，抗旱植物根细胞中与抗旱有关的代谢产物相对越多，该现象说明生物的性状是____________________的结果。
(3)现有一抗旱植物，其体细胞内有一个抗旱基因R，其等位基因为r(旱敏基因)。R、r的
部分核苷酸序列如下：r：ATAAGCATGACATTA；R：ATAAGCAAGACATTA。抗旱基因突变为旱敏基因的根本原因是____________________________________________。研究得知与抗旱有关的代谢产物主要是糖类，该抗旱基因控制抗旱性状是通过________________________________________________________________实现的。
(4)请设计一个快速育种方案，利用抗旱少颗粒(Rrdd)和旱敏多颗粒(rrDd)两植物品种作亲本，通过一次杂交，获得的后代个体全部是抗旱型抗病杂交种(RrDd)。具体做法是：先用Rrdd和rrDd通过__________育种得到RRdd和rrDD，然后让它们杂交得到杂交种RrDd。
答案(1)①4RrDD或RRDd ②1/6(2)基因和环境共同作用(3)碱基对替换控制酶的合成，控制代谢过程，进而控制生物体的性状(4)单倍体
解析(1)①根据题意，纯合的旱敏多颗粒植株(rrDD)与纯合的抗旱少颗粒植株(RRdd)杂交，F1(RrDd)自交，F2中表现为抗旱多颗粒小麦(RD)的基因型有4种；要确认其基因型，可将其与隐性个体(rrdd)杂交，若杂交后代有两种表现型，则其基因型为RrDD或RRDd。
②若拔掉F2中所有的旱敏植株(rr)后，剩余植株(RRDD∶RRDd∶RrDD∶RrDd∶RRdd∶Rrdd＝1∶2∶2∶4∶1∶2)自交，从理论上讲F3中旱敏植株所占比例是2/12×1/4＋4/12×1/4＋2/12×1/4＝1/6。
(2)干旱程度越严重，抗旱植物根细胞中与抗旱有关的代谢产物相对越多，该现象说明生物的性状是基因和环境共同作用的结果。
(3)对比抗旱基因R与其等位基因为r(旱敏基因)的核苷酸序列可知，R基因的第8个碱基由A变成了T，即抗旱基因突变为旱敏基因的根本原因是碱基对替换。研究得知与抗旱有关的代谢产物主要是糖类，是光合作用的产物，说明该抗旱基因是通过控制光合作用过程酶的合成，控制代谢过程，进而控制抗旱性状的。
(4)要利用抗旱少颗粒(Rrdd)和旱敏多颗粒(rrDd)两植物品种作亲本，通过一次杂交，获得的后代个体全部是抗旱型抗病杂交种(RrDd)，可先用Rrdd和rrDd通过单倍体育种得到RRdd 和rrDD，然后让它们杂交得到杂交种RrDd。