高三生物复习教案2015第5讲变异育种进化专题学案（山东专用）

高三生物复习教案2015第5讲变异育种进化专题学案（山东专用）

第5讲 变异育种进化专题 一、 几种常规育种方案的比较分析 ‎【典题导引】‎ 例1．用二倍体早熟易感病茄子(aatt)和四倍体晚熟抗病茄子(AAAATTTT)为材料，培育纯合的二倍体早熟抗病茄子。以下有关叙述合理的是(　　)‎ A．取四倍体植株的花药离体培养可获得二倍体植株AATT B．基因型aatt与基因型AATT植株杂交，可以从F2中直接选出符合要求的植株 C．取B选项F1植株花药进行离体培养，利用的原理是植物细胞具有全能性 D．种植C选项得到的植株，成熟后用秋水仙素处理即可选出符合要求的植株 ‎[答案]　C 解题思路：　花药离体培养得到的是单倍体，A错误；基因型aatt与基因型AATT植株杂交，由于抗病是显性，不能从F2中直接选出符合要求的植株，B错误；取B选项F1植株花药进行离体培养，利用的原理是植物细胞具有全能性，C正确；F1植株花药进行离体培养得到单倍体幼苗，后用秋水仙素处理即可选出符合要求的植株，D错误。‎ 例2．填空回答下列问题： ‎ ‎(1）水稻杂交育种是通过品种间杂交，创造新变异类型而选育新品种的方法。‎ 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。 ‎ ‎(2）若这两个杂交亲本各具有期望的优点，则杂交后，F1自交能产生多种非亲本类型，其原因是 F1在 形成配子过程中，位于 基因通过自由组合，或者位于 基因通过非姐妹染色单体交换进行重新组合。 ‎ ‎(3）假设杂交涉及到 n 对相对性状，每对相对性状各受一对等位基因控制，彼此间各自独立遗传。在完全显性的情况下，从理论上讲，F2表现型共有 种，其中纯合基因型共有 种，杂合基因型共有 种。 ‎ ‎(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）减数分裂 非同源染色体上的非等位 同源染色体上的非等位 ‎（3) 2n 2n 3n一 2n ‎ ‎(4）获得基因型纯合的个体 保留所需的类型（其他合理答案也可）‎ 解题思路：本题考查杂交育种的相关知识。‎ ‎（1）杂交育种的原理是通过基因重组把两个或多个优良基因（优良性状）集合在一个个体身上，从而达到育种目的。‎ ‎（2) F1 自交能产生多种非亲本类型，其原因是 F1 在减数分裂形成配子过程中，位于非同源染色体上的非等位基因进行自由组合，或者位于同源染色体上的非等位基因通过非姐妹染色单体交换进行重新组合。 ‎ ‎(3）每对等位基因有两种表型，共有 n 时相对性状，在完全显性的情况下，表现型共 有 2 ⅹ 2 ⅹ 2 …… = 2n 。杂合子每一对基因自交之后会有三种基因型，纯合的有两种，‎ 显性纯合、隐性纯合，纯合基因型共有 2 ⅹ 2 ⅹ 2 …… = 2n ，杂合基因型有 3n 一 2n ‎（总基因型数一纯合基因型数）。‎ ‎（4）进行多代自交的目的是获得基因型纯合的个体，还要经过选择才能保留所需的类型。‎ 例3.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。‎ ‎【答案】（1）雌蕊（或柱头） 22 33 （2）减数 （3）组织培养 ‎ 解题思路：（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。‎ ‎【总结提升】‎ ‎1．育种方法的选择 ‎ ‎(1）将两亲本的优良性状集中到同一个体上，可利用杂交育种，可结合单倍体育种快速达到育种目标。 ‎ ‎(2）要求培育高产量无子果实，可运用多倍体育种。 ‎ ‎(3）要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种。 ‎ ‎(4）若将不同物种的性状组合到一起，且要克服远缘杂交不亲合障碍，可运用基因工程育种。‎ 提示:‎ ‎① 通过转基因技术可以产生具有新性状的个体，但并没有产生新物种，如转基因奶牛和普通奶牛属于同一物种。 ‎ ‎② 实际育种中根据育种目标和现有材料选择育种方法，可多种育种方法相结合实现高效育种。 ‎ ③ ‎ 动物杂交育种过程中应注意雌性个体生育能力的限制。‎ ‎2.几种常见育种方法的比较 ‎【变式训练1】‎ 为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。请回答问题： ‎ ‎(1）从对该种除草剂敏感的二倍体水稻植株上取花药离体培养，诱导成 幼苗。 ‎ ‎(2）用丫射线照射上述幼苗，目的是 ；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有 ‎ ‎(3）取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体 ，获得纯合 ，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。 ‎ ‎(4）对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与 杂交，如果 ，表明抗性是隐性性状。 F1自交，若F2的性状分离比为 15 （敏感） ：1（抗性），初步推测 ‎ ‎ 。‎ 答案：(1）单倍体 （2）诱发基因突变 抗该除草剂的能力 ‎ ‎(3）加倍 二倍体 （4) （纯合）敏感型植株 F1都是敏感型该抗性植株中有两个基因发生了突变 解题思路：本题考查单倍体育种、诱变育种等知识，同时考查多倍体育种的方法和遗传规律的应用。花药离体培养是单倍体育种的基本手段，射线、激光有诱发基因突变的能力，而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变性状，所以需要经过组织培养，为了获得可育的植株，需用秋水仙素使染色体加倍，加倍获得的是纯合子。通过与敏感型植株杂交，子一代表现出来的性状是显性性状，子二代出现性状分离，若分离比是 15 : 1 ，则不符合分离定律，可以用自由组合定律来解释，只有两对基因都隐性时才表现为抗性。所以初步推测该抗性植株中有两个基因发生了突变。‎ ‎【变式训练2】‎ 下图表示番茄植株(HhRr)作为实验材料培育新品种的途径。请据图分析回答：‎ ‎(1)通过途径2、3获得幼苗的过程都应用了植物组织培养技术，该技术依据的生物学原理是 。‎ ‎(2)要尽快获得稳定遗传的优良品种应采用途径____，该过程中秋水仙素的作用机理是 。‎ ‎(3)品种A与途径3中幼苗基因型相同的概率为___，品种C的基因型是 。‎ ‎(4)途径4依据的原理是________，此途径与杂交育种相比，最突出的特点是 ‎ ‎ 。‎ ‎【答案】　(1)植物细胞的全能性　(2)2　抑制细胞分裂时纺锤体的形成　(3)1/4　 HHhhRRrr　(4)基因突变　能够产生新基因 ‎ ‎ ‎ 解题思路：‎ 图解中途径1为种子繁殖，途径2为单倍体育种，途径3为多倍体育种，途径4为诱变育种。花药离体培养的生物学原理是植物细胞的全能性，单倍体育种能明显缩短育种年限，秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体的形成。‎ ‎【典题导引】‎ 例1．在细胞分裂过程中出现了甲、乙 2 种变异，甲图中英文字母表示染色体片段。下列有关叙述正确的是（ )‎ ‎① 甲图中发生了染色体结构变异，增加了生物变异的多样性 ‎ ‎② 乙图中出现的这种变异属于染色体变异 ‎ ‎③ 甲、乙两图中的变化只会出现在有丝分裂中 ‎ ‎④ 甲、乙两图中的变异类型都可以用显微镜观察检验 ‎ A． ① ② ③ B． ② ③ ④ C． ① ② ④ D． ① ③ ④ ‎ 答案： C 解题思路：甲图中发生的是染色体变异，属于染色体中某一片段位置颠倒，属于结构的变异；乙图中属于在着丝．点分裂时，两条姐妹染色单体移向了同一级，使子细胞中染色体多了一条，也属于染色体变异。染色体可以用显微镜观察到。甲、乙两图的变化，在有丝分裂和减数分裂过程中都可能出现。‎ 例2.人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄碘能力。临床上常用小剂量的放射性同位素131I治疗某些甲状腺疾病，但大剂量的131I对人体会产生有害影响。积聚在细胞内的131I可能直接( )‎ ‎ A.插入DNA分子引起插入点后的碱基序列改变 ‎ B.替换DNA分子中的某一碱基引起基因突变 ‎ C.造成染色体断裂、缺失或易位等染色体结构变异 ‎ D.诱发甲状腺滤泡上皮细胞基因突变并遗传给下一代 答案：C 解题思路：在减I后期，非同源染色体上的非等位基因的自由组合能导致基因重组；在减I前期，同源染色体上的非姊妹染色单体的交换也可引起基因重组。而纯合体自交通常不会使子代性状分离，若子代出现性状分离，最可能的原因上基因突变，故选C。‎ ‎【总结提升】‎ ‎1.基因片段上碱基对的种类发生改变不一定会导致生物性状的改变，如一种氨基酸时应多个密码子而使突变后的基因控制合成的蛋白质与突变前相同。 ‎ ‎2. 基因片段上碱基数的添、减往往会导致生物性状的改变。若碱基对是以 3 的倍数添、减，则合成的蛋白质上氨基酸的种类、排列顺序一般变化较小。‎ ‎3.判断生物是单倍体，二倍体，多倍体的关键是看它的发育起点。若发育起点是配子，不论其体细胞中含有几个染色体组，都叫单倍体。若发育起点是受精卵，其体细胞中有几个染色体组，就叫几倍体。‎ ‎【变式训练1】‎ 某植株的一条染色体发生缺失突变，获得该缺失染色体的花粉不育，缺失 染色体上具有红色显性基因B，正常染色体上具有白色隐性基因b（见下图）。如以该植 株为父本，测交后代中部分表现为红色性状。下列解释合理的是（ ）‎ ‎ A. 减数分裂时染色单体 1 或 2 上的基因 b 突变为 B ‎ B. 减数第二次分裂时姐妹染色单体 3 与 4 自由分离 ‎ C. 减数第二次分裂时非姐妹染色单体之间自由组合 ‎ D. 减数第一次分裂时非姐妹染色单体之间交叉互换 答案：.D 解题思路：根据题干所知，染色体缺失花粉不育，则正常情况下，该植物做父本只产生含b的配子，测交后代不可能出现红色性状。既然测交后代中有部分个体表现为红色性状，说明父本产生的配子中有部分含有B。若发生基因突变，则后代个体只有个别个体表现为红色；若是减数第一次分裂时非姐妹染色单体发生交叉互换，因为交叉互换有一定的交换率，故父本产生的配子中可能有一部分含有B，测交后代可能会出现部分（不是个别）红色性状 ‎【变式训练2】‎ 某男子表现型正常，但其一条14号和一条21号染色体相互连接形成一条异常染色体，如图甲。减数分裂时异常染色体的联会如图乙，配对的三条染色体中，任意配对的两条染色体分离时，另一条染色体随机移向细胞任一极。下列叙述正确的是(　　)‎ A．图甲所示的变异属于基因重组 B．观察异常染色体应选择处于分裂间期的细胞 C．如不考虑其他染色体，理论上该男子产生的精子类型有8种 D．该男子与正常女子婚配能生育染色体组成正常的后代 答案：D 解题思路：　图甲所示的变异属于染色体结构变异。观察异常染色体应选择处于减数第一次分裂前期的细胞。由题干可知，减数分裂时，由于异常染色体可与14号、21‎ 号染色体分别联会，在减数第一次分裂后期，任意配对的两条染色体分离时，另一条染色体随机移向细胞任一极，因此，当14号染色体与异常染色体分离，会产生精子的染色体组成为14号染色体＋21号染色体、异常染色体、14号染色体、异常染色体＋21号染色体；当21号染色体与异常染色体分离，会产生精子的染色体组成为14号染色体＋21号染色体、异常染色体、21号染色体、异常染色体＋14号染色体。综上可知，若不考虑其他染色体，理论上该男子可产生的精子的类型有6种，当14号或21号染色体分别与异常染色体联会时都有可能产生正常的精子，所以该男子与正常女子婚配可生育染色体组成正常的后代。‎ 三、生物进化理论 ‎【典题导引】‎ 例1. 对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现：780名女生中有患者23人、携带者52人，820名男生中有患者65人。那么该群体中色盲基因的频率约是(　　)‎ A．4.4%　　　　　　　 B．5.1%‎ C．6.8% D．10.2%‎ 答案：C 解题思路：明确色盲基因位于X染色体上，在Y染色体上没有与之对应的等位基因，是正确解答本题的关键。色盲为伴X染色体隐性遗传，男性只携带一个相关基因。总基因数＝780×2＋820＝2380，色盲基因数＝23×2＋52＋65＝163，则色盲基因频率为163÷2380×100%≈6.8%。‎ 归纳总结 例2.下列说法符合现代生物进化理论的是(　　)‎ A．现代进化理论的核心是拉马克的自然选择学说 B．超级细菌的出现是因为抗生素的滥用导致细菌发生基因突变 C．人工饲养的斑马与驴交配产下“斑驴兽”，说明斑马和驴不存在生殖隔离 D．漫长的共同进化使地球上出现了多种多样的生态系统 答案：D 解题思路：　现代生物进化理论是：①种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质在于种群基因频率的改变，②突变和基因重组提供了生物进化的原材料，③自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向，④‎ 隔离是新物种形成的必要条件，共同进化和生物多样性的形成。拉马克的进化学说是：用进废退和获得性遗传是进化的原因，A错、D正确；滥用抗生素导致对细菌抗药基因进行定向选择，并不是在用抗生素时发生基因突变，出现超级细菌，而抗药基因是在用抗生素之前已经存在，B错；生殖隔离是说不能交配或者交配后不能产生可育后代，“斑驴兽”是不是能产生可育后代不知，因此不能确定是不是存在生殖隔离，C错。‎ 例3.在用杀虫剂防治害虫时，敏感型个体容易被杀死，抗药型个体易生存，但在越冬期，容易生存下来的却是敏感型个体。下列分析错误的是(　　)‎ A．抗药基因在使用杀虫剂前已经存在 B．若停止使用杀虫剂，抗药基因频率会逐年下降 C．该实例说明杀虫剂和严寒决定了害虫进化的方向 D．抗药基因的出现，对该害虫来说是有利的 答案：D ‎　解题思路：害虫的抗药性是本来就有的，A正确；停止使用杀虫剂，不抗药的个体就会繁殖增多，抗药基因频率会逐年下降，B正确；该实例说明杀虫剂和严寒决定了害虫进化的方向，C正确；性状的有利和无利是相对的，在用杀虫剂防治害虫时，抗药型个体易生存，但在越冬期，容易生存下来的却是敏感型个体，D错误。‎ 例4.下图为某种小鼠的进化过程，X、Y、Z表示新物种形成的基本环节。下列说法正确的是(　　)‎ A．小鼠性状的改变一定会引起该种群的进化 B．X表示基因突变和染色体变异，为进化提供原材料 C．Y使该种群基因频率发生定向改变，决定了进化的方向 D．Z表示隔离，但新物种的形成可以不经过Z 答案：　C 解题思路：据图分析，Y使该种群基因频率发生定向改变，决定了进化的方向 ‎【总结提升】‎ ‎1．生物的进化与物种的形成 ‎ ‎(l）达尔文自然选择学说与现代生物进化理论的比较 ‎(2）基因频率的改变与生物进化及物种形成的关系 ‎ ‎① 生物进化的实质是种群基因频率的改变，因此，可认为生物基因频率发生了改变就意味着生物发生了进化。 ② 生物进化不等于物种的形成。物种形成的必要条件是生殖隔离，是基因频率的改变发展到不能实现基因交流的程度来实现的。‎ ‎2．共同进化与生物多样性的形成 ‎ ‎(l）共同进化 ‎ ‎① 共同进化内容 ‎ a．不同物种之间的影响既包括种间互助，也包括种间斗争。 ‎ b．无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率，导致生物朝着一定方向进化；生物的进化反过来又会影响无机环境。 ‎ ‎② 共同进化的意义：共同进化是千姿百态的物种和多种多样的生态系统的形成原因。‎ ‎(2）生物多样性的形成过程图解及分析 ‎① 自养型原核生物出现的意义 ‎ a．生物由异养型的消耗有机物变为自养型的创造有机物。 ‎ b．能产生大量氧气为需氧型生物的出现提供了条件。 ‎ ‎② 真核生物出现的意义 ‎ a．为有性生殖的产生奠定了基础。 ‎ b．推动了动、植物的进化。 ‎ c．促进三极生态系统（生产者、消费者、分解者）的形成。 ‎ ‎(3）生物多样性各层次之间的关系 提示：多样性的三个层次是密切联系的，基因多样性是形成物种和生态系统多样性的基础，反过来物种和生态系统多样性又影响基因多样性。‎ 走进高考 ‎【变式训练1】‎ 某电池厂旁的河流淤泥中的蠕虫对镉有抵抗力。清除出河底大部分含镉的沉积物，经过9代繁衍，研究人员发现蠕虫重新对镉变得脆弱敏感。下列说法正确的是 A．蠕虫对镉有抵抗力是镉诱导基因突变的结果 B．清除镉后，环境对相应抗性基因的选择作用减弱 C．蠕虫重新对镉变得脆弱敏感说明出现了蠕虫新物种 D．在清除镉后的9代繁衍中，蠕虫种群发生了退化 答案：B 解题思路：B解析：蠕虫对镉有抵抗力是自然选择的结果，形成新物种的标志是生殖隔离，题中信息不能确定蠕虫重新对镉变得脆弱敏感与原来蠕虫存在生殖隔离，蠕虫重新对镉变得脆弱敏感表明蠕虫发生了进化而不是退化。‎ ‎【变式训练2】‎ 根据现代生物进化理论，下列说法正确的是 A．隔离是物种形成的必要条件 B．自然选择决定了生物变异和进化的方向 C．生物进化的实质是种群基因型频率的改变 D．共同进化就是生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展 答案：A 解题思路：隔离室物种形成的必要条件，A正确；自然选择决定了生物进化的方向，不决定生物变异的方向，B错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，不是基因型频率的改变，C错误；共同进化是生物与生物，生物与环境相互影响，共同进化，D错误。‎ ‎【变式训练3】‎ 已知A、a是一对等位基因。下图①～③分别表示某种动物存在地理隔离的3个不同的种群的A基因频率的变化情况，3个种群的初始个体数依次为26，260和2600。有关分析错误的是（ ）‎ A．种群越小基因的丧失对该基因频率的影响越大B．②在125代时aa个体约占总数的25%‎ C．150代后3个种群之间可能出现生殖隔离 D．自然选择使A基因频率发生定向改变 答案：B ‎ 解题思路：A、由题图知，种群越小，基因的丧失对该基因频率的影响越大．所以A描述错误．‎ ‎ B、由题图知，②在125代时A的基因频率是75%，a的基因频率是25%，aa的基因型频率是25%×25%=6.25%．所以B描述错误．‎ C、150代后3个种群的基因频率差别较大，可能出现生殖隔离．所以C描述正确．‎ ‎ D、由题图知，随种群代数的增加，③A基因频率几乎不变．所以D描述错误．‎ 故应选C．‎