诱变育种的原理和操作过程12

诱变育种的原理和操作过程考情分析知识梳理一、单倍体育种1．原理染色体数目以染色体组的形式成倍减少,然后经人工诱导使染色体数目加倍从而获得纯种. 2．过程与方法单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍两个关键步骤.育种中通过杂交把不同品种的优良性状集中到F1植物体上,然后利用F1个体产生的花粉进行离体培养,培育出单倍体幼苗,再诱导染色体数目加倍,进而获得目标品种,如下图所示：3．优点与不足（1）优点单倍体育种和杂交育种相比而言,能明显缩短育种年限,一般只需要2年时间,便可以获得纯合新品种.（2）不足技术性较强,并且必须和杂交技术以及诱导染色体加倍技术结合使用.4．实例现有高杆抗病小麦DDTT、矮杆易感病小麦ddtt,欲培育出矮杆抗病小麦ddTT,育种方案如下图：二、多倍体育种1．原理染色体数目以染色体组的形式成倍增加.2．过程与方法多倍体育种目前最常用而且最有效的方法是利用秋水仙素直接处理萌发的种子或幼苗,已获得优良性状的多倍体植株.三倍体无籽西瓜的培育就是一个典型案例,如下图所示：3．优点与不足（1）优点经多倍体育种获得的植株和二倍体相比,茎秆粗壮,叶片、果实和种子都较大,糖类和蛋白质含量都有所增加,有些植物的抗寒性等抗逆能力增强.（2）不足多倍体育种适用于植物,在动物方面难以开展,且多倍体植物往往发育迟缓,结实率低. 三、育种的综合考察1．列表比较几种常见生物育种方式2．有关育种的两点方案（1）根据不同育种目标选择不同育种方案（2）育种技术中的“四最”和“-明显”①最简便的育种技术——杂交育种.②最具预见性的育种技术——转基因技术或细胞工程育种.③最盲目的育种——诱变育种.④最能提高产量的育种——多倍体育种.⑤可明显缩短育种年限的育种——单倍体育种.3．几种育种方式的注意点（1）单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同.单倍体育种操作的对象是单倍体幼苗,多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗.（2）诱变育种：多用于植物和微生物,一般不用于动物的育种.（3）杂交育种：不一定需要连续自交.若选育显性优良纯种,需要连续自交筛选,直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种,则只要出现该性状个体即可.【易错提醒】（1）单倍体并不一定是一倍体；（2）花药离体培养获得单倍体,虽然是植物组织培养的一种形式,但花粉粒是减数分裂产生的,因此属于有性生殖；（3）单倍体育种获得的一般是纯合子,但当多倍体的花粉经离体培养,秋水仙素处理后,可能产生杂合子；（4）单倍体绝大多数都是不育的,但当细胞内具有相同的染色体组,同源染色体之间可以联会,就是可育的；（4）某些动物虽然体内只有一个染色体组,但也是可育的,如雄峰、雄蚁,孤雌生殖的蚜虫,经特殊减数分裂产生正常的配子,也是可育的；（5）无籽西瓜培育过程中,获得三倍体种子时,一定是四倍体做母本,二倍体做父本,而不能颠倒过来.趣味生物香蕉天生就无籽吗香蕉不像苹果、桔子，果实里看不到一粒的种子，人们就以为香蕉根本就没有种子，其实不是这样的。

在植物界里，有花植物的开花结果是一种自然规律。

香蕉是有花植物的一种，因此它也会开花结籽。

为什么我们吃的香蕉没有籽呢？因为这些香蕉是人们经过人工培育后改良而来的。

在人工栽培、灌溉、施肥和选择土壤的条件下，野香蕉朝人们希望的样子发展，改变了结硬种子的本性。

其实我们吃的香蕉果肉里还会看到一排排褐色的小点子，那就是退化了的种子。

现在，人们都利用香蕉的吸芽和地下茎进行无性繁殖。

海南岛有一种野生香蕉，里面有坚硬的种子，大小跟玉米粒差不多。

非洲有一种香蕉，一粒种子竟有半寸长。

可见，野生的香蕉是有果有籽的，而人工栽培的香蕉是有果无籽的。

典例精炼【例1】玉米和烟草等在自然条件下偶尔也会出现单倍体植株,其原因是A．由未受精的卵细胞发育而来B．由高度不育的植株发育而来C．采用花药离体培养发育而来D．由单倍体植株杂交发育而来【答案】A【解析】单倍体由配子发育而来,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体.如果某个体由本物种的配子不经受精直接发育而成,则不管它有多少染色体组都叫“单倍体”.玉米和烟草等在自然条件下,由未受精的卵细胞发育成的植株是单倍体植株,A正确；高度不育的植株不能发育成单倍体植株,B错误；单倍体植株是偶尔出现的,不是用花药离体培养发育而来,C错误；单倍体植株长得弱小,高度不育,不可能通过杂交形成单倍体植株,D错误. 【总结】本题主要考查单倍体的相关知识,意在考查学生的识记能力和判断能力,运用所学知识分析问题的能力.单倍体生物是指未经受精作用,由生殖细胞发育而来的生物．【练1-1】下列有关单倍体育种的叙述,正确的是A．单倍体育种的遗传学原理是基因重组B．单倍体育种常用一定浓度的秋水仙素处理萌芽的种子C．单倍体育种的优势之一在于明显缩短育种年限D．单倍体育种得到的植株属于单倍体【答案】C【解析】单倍体育种的主要遗传学原理是染色体数目变异,A错误；由于单倍体植株高度不育,不能形成种子,所以单倍体育种常用一定浓度的秋水仙素处理幼苗,B错误；单倍体育种可形成纯合的二倍体,可明显缩短育种年限,C正确；单倍体育种得到的植株一定不属于单倍体,一般是纯合的二倍体,D错误.【练1-2】根据遗传学原理,能快速获得纯合子的育种方法是（）A．杂交育种B．多倍体育种C．单倍体育种D．诱变育种【答案】C【解析】杂交育种的方法通常是选出具有不同优良性状的个体杂交,从子代杂合体中逐代自交选出能稳定遗传的符合生产要求的个体,其优点是简便易行,缺点是育种周期较长,A错误；单倍体育种的过程一般是首先花药离体培养,从而获得单倍体植株,然后进行秋水仙素加倍,从而获得所需性状的纯合个体．单倍体育种的优点是能迅速获得纯合体,加快育种进程,B正确；与正常个体相比,多倍体具有的特点是植株个体巨大、合成的代谢产物增多,但是发育迟缓,不能快速获得纯合子,C错误；诱变育种具有的优点是可以提高突变率,缩短育种周期,以及能大幅度改良某些性状；缺点是成功率低,有利变异的个体往往不多；此外需要大量处理诱变材料才能获得所需性状,D错误.【练1-3】下图是用基因型为AaBb（两对基因独立遗传）植物产生的花粉进行单倍体育种的示意图,叙述错误的是A．植株A的基因型为aaBB的可能性为1/4B．植株A高度不育,有4种基因型C．植株B为二倍体,均为纯合子D．过程①常用花药离体培养,说明生殖细胞具有全能性【答案】A【解析】基因型为AaBb（两对等位基因独立遗传）的植株产生的花粉的基因型及其比例为AB∶aB∶Ab∶ab＝1∶1∶1∶1,花粉经过程①得到的植株A有4种基因型,即AB、aB、Ab、ab,是单倍体,且高度不育,因此基因型为aaBB的可能性为0,A错误、B正确；植株A经过程②的人工诱导染色体加倍,得到的植株B为二倍体,均为纯合子,C正确；花粉为雄配子,过程①常用花药离体培养得到单倍体植株A,说明生殖细胞具有全能性,D正确.【练1-4】下列不属于单倍体的是（）A．四倍体和二倍体西瓜杂交得到的体细胞含有三个染色体组的个体B．六倍体小麦经花药离体培养获得的含有三个染色体组的个体C．二倍体玉米的花粉粒直接发育成的个体D．由卵细胞发育成的基因型为Ab的雄性蜜蜂【答案】A【解析】四倍体和二倍体西瓜杂交得到的体细胞含有三个染色体组的个体属于三倍体,A正确；六倍体小麦经花药离体培养获得的含有三个染色体组的个体属于单倍体,B错误；二倍体玉米的花粉粒直接发育成的个体属于单倍体,C错误；由卵细胞发育成的基因型为Ab的雄性蜜蜂属于单倍体,D错误.【练1-5】用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病（DDTT）和矮秆不抗锈病（ddtt）进行育种时,一种方法是杂交得到F l,F l再自交得F2；另一种方法是用F1的花药进行离体培养,再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株.下列叙述正确的是A．前一种方法依据的原理是基因重组B．后一种方法依据的原理是染色体结构变异C．前一种方法所得F2中的重组类型占5/8D．后一种方法所得的植株中可用于生产的类型比例为2/3【答案】A【解析】结合题意,前一种是杂交育种,原理是基因重组（细胞学基础是非同源染色体自由组合）,DDTT×ddtt→F1：DdTt自交→F2：D_T_：D_tt：ddT_：ddtt=9:3:3:1,其中重组类型占3/8,纯合子1/4；后一种是单倍体育种,原理是染色体变异（在光学显微镜下可以观察到）,F1（DdTt）的花药进行离体培养,再用秋水仙素处理幼苗所得植株的基因型及比例为：DDTT：DDtt：ddTT：ddtt=1:1:1:1,可用于生产的类型（ddTT）比例为1/4.详解：前一种是杂交育种,原理是基因重组（细胞学基础是非同源染色体自由组合）,A正确；后一种是单倍体育种,原理是染色体数目变异（在光学显微镜下可以观察到）,B错误；前一种DDTT×ddtt→F1：DdTt自交→F2：D_T_：D_tt：ddT_：ddtt=9:3:3:1,其中重组类型占3/8,C 错误；后一种F1（DdTt）的花药进行离体培养,再用秋水仙素处理幼苗所得植株的基因型及比例为：DDTT：DDtt：ddTT：ddtt=1:1:1:1,可用于生产的类型（ddTT）比例为1/4,D错误. 【练1-6】下列各项对普通小麦处理后能得到单倍体的是A．用花粉进行离体培养B．用种子种植长的幼苗C．用X射线照射萌发的种子D．用秋水仙素处理幼苗【答案】A【解析】单倍体育种是植物育种手段之一,利用植物组织培养技术（如花药离体培养等）诱导产生单倍体植株,再通过某种手段使染色体组加倍（如用秋水仙素处理）,从而使植物恢复正常染色体数.单倍体育种的第一步就是利用花粉（花药）进行离体培养得到单倍体,A正确；用叶肉细胞进行离体培养的过程仅仅属于植物组织培养,不是单倍体育种,B错误；用X射线照射萌发的种子,导致基因突变,属于诱变育种的方法,C错误；用秋水仙素处理幼苗,是为了使幼苗细胞内染色体加倍,D错误.【练1-7】将宽叶、不抗病（AAbb)和窄叶、抗病（aaBB)的两个烟草品种进行杂交得到F1；再对F1的花药进行离体培养,得到能稳定遗传的宽叶、抗病（AABB)烟草的几率是A．1/16 B．1/9 C．1/4 D．0【答案】D【解析】将宽叶、不抗病（AAbb)和窄叶、抗病（aaBB)的两个烟草品种进行杂交,F1的基因型为AaBb；F1产生的配子的基因型及其比例为AB∶Ab∶aB∶ab＝1∶1∶1∶1；对F1的花药进行离体培养,得到的个体的基因型及其比例为AB∶Ab∶aB∶ab＝1∶1∶1∶1,其中,没有能稳定遗传的宽叶、抗病（AABB)烟草.综上分析,A、B、C均错误,D正确.【练1-8】普通玉米为二倍体植物,是我国栽培面积最大的作物,近年来采用的一种单倍体育种技术使玉米新品种选育更加高效.下列叙述正确的是A．该育种技术的主要遗传学原理是基因重组B．单倍体玉米产生的配子中无完整的染色体组C．用秋水仙素处理普通玉米幼苗得到的一定是纯合子D．该育种过程中常采用茎尖组织培养来获得单倍体植株【答案】B【解析】本题考查育种,考查对单倍体特点和单倍体育种原理、方法的理解.解答此题,可根据二倍体玉米的单倍体染色体组成特点分析其配子染色体组成,根据单倍体育种的流程分析其所依据的原理和结果.单倍体育种依据的主要遗传学原理是染色体变异,A项错误；单倍体玉米只含有一个染色体组,减数分裂时每一条染色体随机移向细胞的一极,产生的配子中无完整的染色体组,B项正确；普通玉米幼苗如果是杂合子,秋水仙素处理后得到的仍是杂合子, C项错误；单倍体植株常通过花药离体培养的方法获得,D项错误.【练1-9】已知小麦高产（H）对低产（h）为显性,抗病（R）对不抗病（r）为显性,两对基因自由组合,体细胞染色体数为42条.现用单倍体育种方法选育高产、抗病小麦新品种.（1）诱导单倍体所用的花药,应取自基因型为___________的植株.（2）为获得上述植株,应采用基因型为___________的亲本杂交组合.（3）在培养过程中,单倍体有一部分能自然加倍成为二倍体植株,该二倍体植株的花粉表现_________（可育或不育）、染色体数为_____________________.（4）在培养过程中,一部分花药壁细胞能发育成为植株,该植株结实性为___________（结实或不结实）.（5）自然加倍植株和花药壁植株中都存在高产、抗病的表现型.为获得稳定遗传的高产、抗病新品种,本实验应选以上两种植株中的___________植株,因为__________________. （6）鉴别上述自然加倍植株与花药壁植株的方法_____________________________.【答案】HhRr HHrr和hhRR 可育21条结实自然加倍自然加倍植株基因型纯合,花药壁植株基因型杂合将植株分别自交,子代性状表现一致的是自然加倍植株,子代性状分离的是花药壁植株【解析】选育的高产、抗病小麦新品种的基因型为HHRR,则花药离体培养所用的花药应取自F1（HhRr）的植株,因此应选用亲本基因型为HHrr和hhRR进行杂交.单倍体植株加倍后得到的是二倍体可育植株,可以产生正常的配子.花药壁细胞相当于体细胞,其基因组成和母本（HhRr）相同,发育成的植株为二倍体,与正常二倍体一样是可育的.单倍体小麦植株染色体加倍后得到的是纯合子,纯合子自交后代不发生性状分离,杂合子自交后代会发生性状分离.所以鉴别上述自然加倍植株与花药壁植株的方法是将植株分别自交,子代性状表现一致的是自然加倍植株,子代性状分离的是花药壁植株.（1）应选择HhRr的植株获取花药.（2）为获得HhRr植株,亲本的杂交组合应为HHrr和hhRR.（3）自然加倍成的二倍体植株是可育的,因此其可产生可育花粉,染色体数为21条.（4）花药壁细胞发育成的植株为二倍体,与正常二倍体一样是可育的,表现为结实.（5）本实验应选自然加倍的植株,因为自然加倍的植株是纯合子,后代不发生性状分离；花药壁植株基因型和亲代相同,为HhRr,是杂合子.（6）鉴别自然加倍植株与花药壁植株,可选择将植株分别进行自交,观察子代的性状表现,子代性状表现一致的是自然加倍植株,子代出现性状分离的是花药壁植株.【练1-10】玉米(2n＝20)是我国栽培面积最大的作物,近年来常用的一种单倍体育种技术使玉米新品种选育更加高效.（1）单倍体玉米体细胞的染色体数为________,因此在________分裂过程中染色体无法联会,导致配子中无完整的______________.（2）研究者发现一种玉米突变体(S),用S的花粉给普通玉米授粉,会结出一定比例的单倍体籽粒(胚是单倍体；胚乳与二倍体籽粒胚乳相同,是含有一整套精子染色体的三倍体.见图1).①根据亲本中某基因的差异,通过PCR扩增以确定单倍体胚的来源,结果见图2.从图2结果可以推测单倍体的胚是由________发育而来.②玉米籽粒颜色由A、a与R、r两对独立遗传的基因控制,A、R同时存在时籽粒为紫色,缺少A或R时籽粒为白色.紫粒玉米与白粒玉米杂交,结出的籽粒中紫∶白＝3∶5,出现性状分离的原因是__________________,推测白粒亲本的基因型是________.③将玉米籽粒颜色作为标记性状,用于筛选S与普通玉米杂交后代中的单倍体,过程如下：请根据F1籽粒颜色区分单倍体和二倍体籽粒并写出与表型相应的基因型________________________________________________________________________________________________________________________________________________.（3）现有高产抗病白粒玉米纯合子(G)、抗旱抗倒伏白粒玉米纯合子(H),欲培育出高产抗病抗旱抗倒伏的品种.结合(2)③中的育种材料与方法,育种流程应为__________；将得到的单倍体进行染色体加倍以获得纯合子；选出具有优良性状的个体.【答案】（1）10减数染色体组（2）①卵细胞②紫粒亲本是杂合子Aarr/aaRr③单倍体籽粒胚的表型为白色,基因型为ar；二倍体籽粒胚的表型为紫色,基因型为AaRr；二者胚乳的表型均为紫色,基因型为AaaRrr(3)G与H杂交,将所得F1为母本与S杂交,根据籽粒颜色挑出单倍体【解析】（1）单倍体玉米体细胞的染色体数是正常玉米的一半,即10条染色体.由于单倍体玉米的细胞中没有同源染色体,所以在减数第一次分裂前期,无法联会；减数第一次分裂后期染色体随机进入两个子细胞中,最终导致产生的配子中没有完整的染色体组.（2）①从图2能够看出,3和2的结果相同,说明F1单倍体胚来源于普通玉米,由母本产生的卵细胞发育而来.②因为子代籽粒中紫∶白＝3∶5,说明子代中紫粒占3/8,又因为这两对基因的遗传遵循自由组合定律,3/8＝1/2×3/4,其中“1/2”为一对基因杂合子测交后代中某一性状所占比例,“3/4”为一对基因杂合子自交后代中显性性状所占比例,因此可推出白粒亲本的基因型为Aarr或aaRr,紫粒亲本的基因型为AaRr.③单倍体籽粒胚是由卵细胞发育而来的,基因型为ar,表型为白色；二倍体籽粒胚的基因型是AaRr,表型为紫色；二者胚乳的基因型为AaaRrr,表型均为紫色.（3）欲培育出高产抗病抗旱抗倒伏的品种,首先用两个纯合子(G和H)杂交,将得到的F1作为母本和突变体S杂交,挑选出表型为白色的单倍体籽粒；然后对单倍体进行染色体加倍以获得纯合子,最后筛选出具有优良性状的个体.【例2】关于多倍体的叙述,正确的组合是（）①植物多倍体不能产生可育的配子②多倍体在植物中比在动物中更为常见③八倍体小黑麦是用基因工程技术创造的新物种④四倍体水稻与二倍体水稻相比,表现为早熟、粒多等性状⑤多倍体的形成可因为有丝分裂过程异常造成⑥多倍体的形成可因为减数分裂过程异常造成⑦秋水仙素溶液处理休眠种子是诱发多倍体形成的有效方法A．①④⑤B．②④⑥C．①③⑦D．②⑤⑥【答案】D【解析】植物多（四）倍体能产生可育的配子,故①错误；多倍体在植物中比在动物中更为常见,故②正确；八倍体小黑麦是用染色体变异原理创造的新物种,故③错误；四倍体水稻与二倍体水稻相比,表现为发育迟缓,结实率低,故④错误；多倍体的形成可因为有丝分裂过程异常造成,故⑤正确；多倍体的形成可因为减数分裂过程异常造成,故⑥正确；获得多倍体的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,故⑦错误,故D正确.【总结】本题主要考察学生对多倍体的特点及原因、结果的,属于识记层次的考察.【练2-1】无籽西瓜的培育过程如图所示,下列叙述中正确的是（）A．①过程只能用秋水仙素处理,它的作用主要是抑制细胞有丝分裂前期纺锤体的形成B．由三倍体种子发育成无籽西瓜,与中心体有密切的关系C．四倍体西瓜与二倍体西瓜不存在生殖隔离,它们属于同一物种D．四倍体植株所结的西瓜,瓜瓤细胞内含有4个染色体组【答案】D【解析】①过程用秋水仙素处理或者低温处理,它的作用是抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成,A错误；高等植物不存在中心体,B错误；由于二倍体西瓜与四倍体西瓜之间杂交产生的三倍体西瓜是高度不育的,因此二倍体西瓜与四倍体西瓜之间存在生殖隔离,C错误；果皮是由子房壁发育来的,其细胞中的染色体数目与母本细胞中的染色体数目相同,所以四倍体植株所结的西瓜,果皮细胞内含有4个染色体组,D正确.【练2-2】多倍体植株常常果实和种子比较大,糖类和蛋白质等营养物质的含量较高.目前人工诱导多倍体常用的试剂是A．龙胆紫溶液B．秋水仙素溶液C．生长素D．乙烯【答案】B【解析】秋水仙素溶液影响纺锤体的形成,导致染色体加倍,此外还可以采用低温处理,所以B符合题意,A选项中的龙胆紫溶液是用来对染色体进行染色,C选项的生长素是植物激素,可以促进植物生长 , D选项的乙烯是植物激素,可以促进果实成熟【练2-3】多倍体植株常常果实和种子比较大,糖类和蛋白质等营养物质的含量较高.目前人工诱导多倍体常用的试剂是A．龙胆紫溶液B．秋水仙素溶液C．生长素D．乙烯【答案】B【解析】秋水仙素溶液影响纺锤体的形成,导致染色体加倍,此外还可以采用低温处理,所以B符合题意,A选项中的龙胆紫溶液是用来对染色体进行染色,C选项的生长素是植物激素,可以促进植物生长 , D选项的乙烯是植物激素,可以促进果实成熟【练2-4】与二倍体动物相比,一些人工诱导产生的多倍体动物生长速率更快、生存能力更强,有着广泛的应用前景.下列关于多倍体动物的说法错误．．的是（）A．人工诱导多倍体动物的机理是染色体数目的变异B．在自然界中多倍体动物比多倍体植物常见C．马和驴杂交得到的后代骡子属于多倍体动物D．三倍体动物高度不育的原因是减数分裂时联会紊乱,不能产生正常配子【答案】BC【解析】人工诱导多倍体动物的机理是染色体数目的变异,故A正确.自然界中多倍体多见于植物,动物非常少,故B错误；马和驴杂交得到的后代骡子不属于一个新物种,因为骡不可育,故C错误；三倍体动物高度不育的原因是减数分裂时联会紊乱,不能产生正常配子,故D正确.【练2-5】多倍体草莓个体较大,某些营养成分较为丰富,有关说法错误的是A．利用低温或秋水仙素处理草莓果实均可获得多倍体草莓B．秋水仙素抑制纺锤体的形成,从而使细胞内染色体数目加倍C．多倍体草莓体细胞内染色体组数相对于野生型也加倍D．该草莓的变异类型属于染色体数目变异【答案】A【解析】获得多倍体草莓应利用低温或秋水仙素处理草莓幼苗,抑制纺锤体形成,以获得多倍体植株,A项错误,B项正确；多倍体草莓体细胞内染色体组数相对于野生型加倍,C项正确；多倍体草莓的变异类型属于染色体数目变异,D项正确.【练2-6】多倍体是指具有3套或3套以上完整染色体组的生物体,下列有关多倍体形成途径的相关叙述中,错误的是（）A．通过基因工程技术可获得高产、稳产和具有优良品质的多倍体农作物B．生殖细胞减数分裂不正常,使染色体不减半,形成2n配子,这样的配子经受精作用可形成多倍体植株C．同种或异种植物的原生质体融合成为杂种细胞,杂种细胞形成愈伤组织、进一步分化形成多倍体植株D．合子或分生组织细胞内的染色体加倍形成多倍体细胞,能够发育成多倍体植株【答案】A【解析】多倍体是指具有三个或三个以上的染色体组的生物.基因工程可以定向改变生物体的性状,但不能获得多倍体.【练2-7】某地区一些玉米植株比一般玉米植株早熟、生长整齐而健壮,果穗大、子粒多,因此这些植株可能是（）A．单倍体B．二倍体C．多倍体D．杂交种【答案】D【解析】A、玉米是二倍体植株,其单倍体高度不育,不会产生籽粒,A错误；B、玉米是二倍体植株,属于“一般的玉米植株”,B错误；C、多倍体发育迟缓,与题干中“早熟”一词不符,C错误；D、杂交种具有早熟、生长整齐而健壮,果穗大、籽粒多等优势,D正确．。