第5章-基因突變及其他變異-素養(yǎng)提升課(五)-可遺傳變異的比較、單倍體育種和多倍體育種

素養(yǎng)提升課(五)可遺傳變異的比較、單倍體育種和多倍體育種一、三種可遺傳變異的對比【情境1】圖為生物可遺傳變異的兩種類型圖解。[分析](1)依據(jù)染色體的大小和形態(tài)可判斷圖中a與b、c與d的關系分別是

。

同源染色體、非同源染色體(2)圖甲表示的變異類型是

,該變異發(fā)生的時期是

。

(3)圖乙的變異類型是

,判斷依據(jù)是

。

基因重組減數(shù)分裂Ⅰ的四分體時期染色體片段的移接發(fā)生在非同源染色體之間染色體結構變異中的易位【情境2】圖為生物可遺傳變異的兩種類型圖解。[分析](1)圖甲表示的變異類型是

,判斷依據(jù)是

。

基因突變a基因中增加堿基對A-T后突變?yōu)閍'基因(2)圖乙的變異類型是

,判斷依據(jù)是

。

染色體結構變異①發(fā)生了染色體片段的缺失,②發(fā)生了染色體片段的重復(3)請對基因突變和染色體結構變異進行比較:基因內(nèi)部染色體項目基因突變?nèi)旧w結構變異區(qū)別在一個

發(fā)生了堿基的替換、增添或缺失

在

上發(fā)生了染色體片段的增加、缺失、顛倒或移接

基因的數(shù)量和位置不改變,基因的種類可能改變基因的數(shù)目或排序發(fā)生改變基因突變、基因重組、染色體變異的比較項目基因突變基因重組染色體變異實質(zhì)基因結構發(fā)生改變基因的重新組合染色體的結構或數(shù)目發(fā)生改變類型自發(fā)突變、誘發(fā)突變?nèi)旧w互換、自由組合染色體結構變異、染色體數(shù)目變異發(fā)生時期通常是DNA復制時(有絲分裂前的間期和減數(shù)分裂前的間期)減數(shù)分裂Ⅰ四分體時期及減數(shù)分裂Ⅰ后期細胞分裂過程中項目基因突變基因重組染色體變異適用范圍任何生物均可發(fā)生真核生物進行有性生殖產(chǎn)生配子時真核生物細胞增殖過程中均可發(fā)生結果產(chǎn)生新的基因產(chǎn)生新的基因型引起基因數(shù)目或排列順序發(fā)生變化意義生物變異的根本來源,提供生物進化的原始材料形成生物多樣性的重要原因,對生物進化有十分重要的意義對生物進化有一定的意義例1

下列有關生物可遺傳變異的敘述,錯誤的是 (

)A.發(fā)生鐮狀細胞貧血的直接原因是血紅蛋白中氨基酸發(fā)生替換B.R型細菌轉化成S型細菌的根本原因是發(fā)生了基因突變C.染色體結構變異和基因突變都可改變DNA堿基對排列順序D.染色體的某一片段可在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中發(fā)生顛倒B[解析]發(fā)生鐮狀細胞貧血的根本原因是基因突變,直接原因是血紅蛋白中氨基酸發(fā)生替換,進而導致蛋白質(zhì)結構的改變,A正確;R型細菌轉化成S型細菌的根本原因是發(fā)生了基因重組,B錯誤;染色體結構變異會導致基因的數(shù)目或排列順序發(fā)生改變,基因突變可使基因中堿基對排列順序發(fā)生改變,二者都可改變DNA堿基對排列順序,C正確;染色體的某一片段可在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中發(fā)生顛倒,進而引起染色體結構的改變,D正確。例2如圖所示為某二倍體生物發(fā)生的四種變異,其中圖甲中字母表示染色體上的基因,圖乙~丁反映的是染色體情況。下列敘述正確的是

(

)A.圖甲變異為基因突變,該變異具有定向性和隨機性等特點B.圖乙變異為染色體數(shù)目變異,該變異僅僅發(fā)生于減數(shù)分裂過程中C.圖丙變異為基因重組,該變異發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ后期D.圖丁變異為染色體變異,該變異能為生物進化提供原材料D[解析]圖甲的變異類型是基因突變,該變異具有不定向性和隨機性等特點,A錯誤;染色體數(shù)目變異可發(fā)生在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中,B錯誤;減數(shù)分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體之間的互換發(fā)生在減數(shù)分裂Ⅰ前期,C錯誤;圖丁變異為染色體結構變異中的易位,基因突變、基因重組和染色體變異都能為生物進化提供原材料,D正確。例3科研小組用某種昆蟲的野生型雌性(XAXa)和雄性(XAY)個體雜交,子代中偶然出現(xiàn)一只雌性的突變型個體,若該突變個體的出現(xiàn)有三種可能性(基因突變、染色體結構變異或染色體數(shù)目變異),不同變異類型相關基因在染色體上的分布情況如圖。下列說法正確的是 (

)A.若是情況乙,則是母本的減數(shù)第一次分裂異常導致的B.若甲情況的出現(xiàn)是由基因突變引起的,則基因突變發(fā)生于母本的減數(shù)分裂過程C.甲、乙、丙三種可能性中,屬于染色體結構變異的是丙,是染色體片段重復引起的D.基因突變具有低頻性、不定向性、隨機性等特點D[解析]分析題意可知,親本基因型是XAXa和XAY,若是情況乙(XaXaY),則是母本提供了兩條含a基因的X染色體所致,故推測母本減數(shù)第二次分裂時,姐妹染色單體Xa、Xa未發(fā)生分離,進入同一個配子中,A錯誤;若甲情況的出現(xiàn)是由基因突變引起的,這兩條X染色體應一條來自父方一條來自母方,而父方X染色體上只有A,甲是XaXa,故基因突變發(fā)生于父本的減數(shù)分裂過程中,XA變?yōu)閄a所致,B錯誤;甲、乙(兩條X染色體和一條Y染色體)、丙(染色體缺失了一段)三種可能性中,屬于染色體結構變異的是丙,是染色體片段缺失引起的,C錯誤;基因突變具有低頻性、不定向性、隨機性等特點,D正確。二、單倍體育種1.原理:染色體數(shù)目變異。2.主要技術手段:花藥離體培養(yǎng)、人工誘導染色體數(shù)目加倍。3.育種流程例:某植物的花色中紫花和白花是一對相對性狀,受2對獨立遺傳的等位基因控制,當個體中每對等位基因都至少含有一個顯性基因時,植物開紫花,否則開白花?，F(xiàn)有兩純種白花個體,分別為AAbb、aaBB,如何利用單倍體育種培育出純種紫花植株。4.優(yōu)點:明顯縮短育種年限;培育得到的植株能夠正常生殖,每對染色體上成對的基因都是純合的,自交后代不會發(fā)生性狀分離。5.缺點:技術復雜。例4

下列關于單倍體和單倍體育種的敘述,錯誤的是

(

)A.單倍體是體細胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體B.利用單倍體育種方法培育新品種能明顯縮短育種年限C.用低溫處理單倍體幼苗后得到的都是二倍體植株D.采用花藥離體培養(yǎng)的方法能獲得單倍體植株C[解析]配子發(fā)育成的個體稱為單倍體,因此單倍體是體細胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體,A正確;利用單倍體育種方法培育新品種能排除顯隱性的干擾,即所選顯性個體或隱性個體都是純合子,免去了不斷自交的麻煩,能明顯縮短育種年限,B正確;低溫能抑制紡錘體的形成,用低溫處理單倍體幼苗后得到的不一定是二倍體,如含有兩個染色體組的單倍體,用低溫處理單倍體幼苗后得到的是四倍體,C錯誤;花藥中含有植物的花粉(雄配子),通過花藥離體培養(yǎng)得到的是單倍體植株,D正確。例5現(xiàn)有兩純種小麥,一純種小麥性狀是高稈(D)、抗銹病(T);另一純種小麥的性狀是矮稈(d)、易染銹病(t)(兩對基因獨立遺傳)。育種專家提出了如圖所示育種方法以獲得小麥新品種,請據(jù)圖分析回答:(1)與正常植株相比,單倍體植株長得弱小,而且高度不育,但是利用單倍體植株培育新品種卻能明顯

。單倍體育種的原理是

。也可以通過雜交育種的方法獲得所需品種,雜交育種的原理是

。

縮短育種年限染色體變異數(shù)目(或染色體變異)基因重組(2)圖中(三)過程采用的方法稱為

,圖中(四)過程最常用的化學藥劑是

,該物質(zhì)作用于正在分裂的細胞,引起細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍的原因是

。該物質(zhì)作用的時期是

。

花藥離體培養(yǎng)秋水仙素抑制紡錘體的形成前期(3)圖中標號④基因組成為

。用這種方法培育得到的植株中,符合人們要求的矮稈抗銹病植株所占的比例為

。

ddTT1/4[解析](1)單倍體育種能排除顯隱性的干擾,得到的正常植株都是純合體,自交后代不發(fā)生性狀分離,所以能明顯縮短育種年限;單倍體育種的原理是染色體數(shù)目變異;雜交育種的原理是基因重組。(2)圖中(三)過程是用配子直接培育成單倍體的花藥離體培養(yǎng);圖中的(四)過程是使染色體數(shù)目加倍,最常用的化學藥劑是秋水仙素,它能作用于正在分裂的細胞,抑制紡錘體的形成,從而形成染色體數(shù)目加倍的細胞;因為紡錘體在前期形成,因此秋水仙素作用的時期是前期。(3)DdTt能產(chǎn)生DT、Dt、dT和dt四種配子,由圖分析可知①是DT,則②是dT,圖中標號④是由dT經(jīng)染色體數(shù)目加倍形成的,所以基因組成為ddTT;因為所產(chǎn)生的4種配子的比例為1∶1∶1∶1,所以符合人們要求的矮稈抗銹病植株ddTT所占的比例為1/4。三、多倍體育種1.方法:用秋水仙素或低溫處理。2.處理材料:萌發(fā)的種子或幼苗。3.原理

例6

草莓多數(shù)屬于多倍體,一個染色體組用X表示。育種工作者用哈尼品種(8X)與森林草莓(2X)進行相關雜交實驗,子代的WBT與親本雜交,實驗結果如下。F2得到小部分植株H1~H3,其生物學性狀如下表所示。下列相關分析錯誤的是

(

)A.草莓植株的營養(yǎng)物質(zhì)含量與發(fā)育狀況和染色體組數(shù)目有關B.WBT為五倍體,染色體聯(lián)會紊亂導致難以生成可育卵細胞C.WBT雜交時產(chǎn)生了染色體數(shù)目減半和染色體數(shù)目未減的花粉D.多次雜交得到的植株可為草莓品質(zhì)改良提供原材料C植物代號倍性植物學性狀H19X植株高大,長勢旺盛,葉柄粗,匍匐莖粗壯H27X植株中等,葉片小,匍匐莖較少且細小H36X植株矮小,葉片小呈圓形,匍匐莖較少且細小[解析]結合表格可知,多倍體植物表現(xiàn)為莖稈粗壯、果實中的營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富,故草莓植株的營養(yǎng)物質(zhì)含量與發(fā)育狀況和染色體組數(shù)目有關,A正確;WBT是由含有四個染色體組的卵細胞和含有一個染色體組的精子結合成的合子發(fā)育成的,細胞中含有5個染色體組,為五倍體,在減數(shù)分裂過程中染色體聯(lián)會紊亂導致難以生成可育卵細胞,因而以WBT為母本,與哈尼雜交時,雜交的結果表現(xiàn)為無子代,B正確;根據(jù)H1~H3的倍性可知,WBT雜交時產(chǎn)生了染色體數(shù)目減少和染色體數(shù)目未減的花粉,即含5個染色體組的花粉、含3個染色體組的花粉、含2個染色體組的花粉,與含4個染色體組的卵細胞結合發(fā)育為9X、7X、6X倍性的子代,沒有產(chǎn)生染色體數(shù)目減半的花粉,C錯誤;結合實驗結果可知,多次雜交得到的植株倍性不同,可為草莓品質(zhì)改良提供原材料,D正確。例7小麥為六倍體(AABBDD,A、B、D表示來源不同的三個染色體組),黑麥為二倍體(RR,R表示一個染色體組)。小麥與黑麥為可雜交的近緣作物,育種專家欲用小麥和黑麥培養(yǎng)適應高寒地區(qū)且高產(chǎn)的八倍體小黑麥(AABBDDRR)。下列育種措施中可行的是

(

)A.將小麥與黑麥進行雜交獲取種子,直接種植種子獲取小黑麥B.分別取小麥與黑麥的花粉離體培養(yǎng)獲取單倍體,將兩種單倍體雜交后獲取小黑麥C.取小麥花粉離體培養(yǎng)獲取單倍體,將此單倍體與黑麥雜交獲取種子,再用秋水仙素處理上述種子獲取小黑麥D.將小麥與黑麥進行雜交獲取種子,種植種子獲取幼苗,再用秋水仙素處理上述幼苗獲取小黑麥D[解析]小麥與黑麥進行雜交,所得種子的染色體組成為ABDR,直接種植此種子獲得的植株由于細胞中無同源染色體而不能經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生可育配子,因此不能得到八倍體小黑麥?？梢詫⒃摲N子(ABDR)種植獲取幼苗,再用秋水仙素處理上述幼苗,進而獲取染色體組成為AABBDDRR的小黑麥,D正確。例8普通牡蠣含有兩個染色體組(2n=20)。普通牡蠣在產(chǎn)生配子之前,性腺的發(fā)育需要消耗體內(nèi)儲存的營養(yǎng)物質(zhì),配子排放后導致牡蠣軟體部極度消瘦,嚴重影響牡蠣的口感和出肉率。利用多倍體育種技術培育三倍體牡蠣,可通過改變育性避免牡蠣繁殖期間品質(zhì)下降的問題,并保持多倍體生物個體大、生長快的優(yōu)點