【本讲教育信息】
一、教学内容
生物变异在生产上的应用
1. 杂交育种的过程，人工诱变的方法和诱变育种的主要特点，杂交育种和诱变育种在农业生产中的应用。
2. 单倍体育种、多倍体育种的过程与特点。
3. 转基因技术及其应用。
二、重点导学
人工诱变的方法和诱变育种的主要特点 单倍体育种、多倍体育种过程与特点
三、全面突破
知识点1：杂交育种和诱变育种
生物的表现型不仅受基因型的影响，还受环境条件的影响。
表现型
= 基因型 + 环境条件
台湾的农艺师们培育的方形西瓜和 中国航天科技集团航天育种研究中心扬州试验基
日本北海道培育出的三角形西瓜 地培育的金黄色表皮西瓜
（又称金字塔瓜）
1. 杂交育种
（1）概念：指利用基因重组原理，有目的地将两个或多个品种的优良性状组合在一起，培育出更优良的新品种。一般需通过杂交、选择、纯合化等过程。
（2）实例
水稻中，有芒（A）对无芒（a）是显性，抗病（R）对不抗病（r）是显性。其中，无芒和抗病是人们需要的优良性状。现有两个纯种水稻品种，一个品种无芒、不抗病，另一个品种有芒、抗病。请你想办法培育出一个无芒、抗病的新品种。
P 无芒、不抗病×有芒、抗病
↓
F1
有芒、抗病
↓
F2 无芒不抗病 有芒不抗病 无芒抗病 有芒抗病
要想得到可以代代遗传的优势品种，就必须对所得到的无芒、抗病品种进行多代自交和育种，淘汰不符合要求的植株，最后得到能够稳定遗传的无芒、抗病的类型。
常规杂交育种是培育新品种的有效手段。
2. 诱变育种
（1）概念：指利用物理、化学因素诱导生物发生变异，并从变异后代中选育新品种的过程。
（2）人工诱变的方法
①辐射诱变：X射线、紫外线、γ射线等的照射，能使生物的染色体发生断裂而产生断片，同时也令DNA分子上的碱基发生变化导致基因突变。
②化学诱变：化学药剂能引起DNA分子中碱基的缺失、替换等变化，导致基因突变和染色体变异。
③诱变育种的特点：
A. 可提高突变频率，能产生多种多样的新类型，为育种创造出丰富的原材料。
B. 能在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状。
C. 改良作物品质，增强抗逆性。
例：在作物培育方面，已培育出200多种水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种；在微生物方面，也培育出了优育的变异菌株，如高产青霉菌株等；在动物方面，培育出了易识别的雄家蚕，提高了蚕丝的产量和质量。
知识点2：单倍体育种
1. 单倍体植株特点：植株弱小，高度不孕。
2. 单倍体育种：利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。
3. 单倍体育种特点：
（1）缩短育种年限。一般的常规育种方法培育一个新品种约需5年，但运用单倍体育种可缩短至2年。
（2）能排除显隐性干扰，提高效率。因为最终产生的是纯合子，基因型和表现型一致，可直接通过表现型来判断基因型。
4. 花药离体培养的过程：
（1）用常规方法获得F1。
（2）将F1的花药放在人工培养基上进行离体培养，花粉细胞经多次分裂形成愈伤组织，诱导愈伤组织分化出幼苗。
（3）用秋水仙素处理幼苗，诱导染色体加倍从而获得可育的纯合植株。
5. 单倍体育种的过程
知识点3：多倍体及多倍体育种
1. 多倍体的特点：植物各器官均较二倍体大，果实中含营养物质多。生长发育延迟，结实率低。
2. 多倍体育种原理
温度的骤变、适当浓度的秋水仙素能在不影响细胞活力的条件下抑制纺锤体生成或破坏纺锤体。导致染色体复制且着丝点分裂后不能分配到两个细胞中，从而使细胞内的染色体数目加倍。
3. 人工诱导多倍体的方法
（1）低温处理
（2）秋水仙素处理萌发种子或幼苗
4. 实例：无籽西瓜的培育
知识点4：转基因技术及应用
1. 基因工程的概念
又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向改造生物的遗传性状。
2. 转基因的过程
包括提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞和目的基因的表达和检测。
3. 基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶；
（2）基因的“针线”：DNA连接酶；
思考：基因的“针线”连接的是什么？
（DNA连接酶“缝合”的是脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA骨架上的缺口。）
（3）基因的运载体。
思考：基因的运载体有哪些？基因的运载体的作用？
（目前常用的有质粒、噬菌体、动植物病毒等；将外源基因送入受体细胞）
4. 基因工程的原理：基因重组
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名 称 |
原 理 |
方 法 |
优 点 |
缺 点 |
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诱变育种 |
基因突变 |
用物理或化学因素处理生物 |
加速育种进程，大幅改良性状 |
有利的个体往往不多 |
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杂交育种 |
基因重组 |
杂交→自交→选优 |
将不同个体的优良性状集中于一个个体上 |
育种周期长，工作量大 |
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单倍体育种 |
染色体变异 |
先花药离体培养，再用秋水仙素处理使染色体加倍 |
明显缩短育种年限 |
需与杂交育种配合，多限于植物 |
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多倍体育种 |
染色体变异 |
需与杂交育种配合，用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗使染色体加倍 |
器官大，产量高，营养丰富 |
发育延迟，结实率降低，多限于植物 |
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转基因育种 |
异源DNA重组 |
提取，结合，导入，检测与表达 |
目的性强，育种时间短，克服了远缘杂交的障碍 |
操作复杂，难度大 |
【典型例题】
例1、良种对于提高农作物产量、品质和抗病性等具有重要作用。目前培养良种有多种途径：其一是具有不同优点的亲本杂交，从其后代中选择理想的变异类型，变异来源于__________，选育过程中性状的遗传遵循__________、__________和连锁互换等规律；其二是通过射线处理，改变已有品种的个别重要性状，变异来源于__________，实质上是细胞中DNA分子上的碱基发生改变；其三是改变染色体数目，例如用秋水仙素处理植物的分生组织，经过培育和选择能得到_______________植株。
分析：题目中的其一是把具有不同优点的亲本杂交，从其后代中选择理想的变异类型，即亲本的不同优点通过杂交过程集中在后代的身上。这一变异来源于基因重组，因为基因重组是控制不同性状基因的重新组合。基因重组可以导致后代发生变异，但不涉及基因本身的变化，遵循的是基因的分离和自由组合规律。
题目中的其二，变异明显来源于基因突变，因为空格后面对变异的实质进行了解释，即细胞中DNA分子上的碱基发生改变。
题目中的其三，变异明显来源于染色体变异，因为用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗是人工诱导多倍体最常用且最有效的方法。
答案：基因重组 基因的分离定律 自由组合定律 基因突变 多倍体
例2、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是
（ ）
A. 单倍体育种 B.
杂交育种
C. 基因工程育种 D.
多倍体育种
分析：单倍体育种常用的方法是花药离体培养，其产生的个体，经加倍后其基因仍然是原有基因的重组和加倍，没有产生新的基因。杂交育种时发生杂交的个体一般是同种生物，例如植物只能与同种的植物个体进行杂交，不能产生动物所特有的蛋白质。基因工程则可以打破物种之间的界限，例如将人的胰岛素基因移植到牛体内，可使牛产生人的胰岛素。同样的道理，理论上可使马铃薯体内产生猪肉蛋白。
答案：C
例3、已知水稻抗病（R）对感病（r）为显性，有芒（B）对无芒（b）为显性，两对基因自由组合，体细胞染色体数为24条。现用单倍体育种方法选育抗病、有芒水稻新品种。
据此回答下列问题：
（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_________和_________的两亲本进行杂交。
分析：考虑到要选育的新品种是抗病有芒的，因此其基因型一定是RRBB。
解答（1），首先要考虑育种家手头会有何种基因型的水稻，尤其是带有抗病、有芒基因的水稻，由题意可知有三种，即RRBb、RrBB、RrBb，因RRBB是要选育的品种，应该排除，而RRBb、RrBB的产生也必须来自亲本RRBB的参与，因此RRBb、RrBB也不可以作为材料用于选育新品种。由此可以推断出（1）的答案为RrBb。这是解题的关键，之后可以逆推出产生RrBb的两亲本的基因型：RRbb、rrBB，即（2）的答案。
答案：（1）RrBb （2）RRbb rrBB
例4、育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等， 下面对这五种育种方法的说法正确的是
A. 涉及的原理有：基因突变、基因重组、染色体变异
B. 都不可能产生定向的可遗传变异
C. 都在细胞水平上进行操作
D. 都不能通过产生新基因从而产生新性状
分析：基因工程育种是一种在分子水平上进行的操作，可以产生定向的可遗传变异；诱变育种是利用物理因素或化学因素诱导生物的基因发生突变，从而选育新品种的方法。
答案：A
例5、小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体），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）
分析：解答本题的关键是考生能够：①根据题干提出的选育矮秆抗病（aaBB）小麦新品种的目标，选用矮秆感病（aabb）与高秆抗病（AABB）作为亲本进行杂交。
②根据题干提出的选育黄肉抗病（YyRr）马铃薯新品种的目标，选用黄肉感病的亲本（Yyrr）与非黄肉抗病的亲本（yyRr）杂交。
值得注意的是，小麦育种程序完全通过有性生殖在世代之间传递基因；马铃薯育种程序则先通过有性生殖，然后利用无性生殖。由于杂合体通过无性生殖产生的后代能保持亲本的性状，因此小麦和马铃薯在育种程序上存在着差别。
答案：
小麦
第一代 AABB×aabb
亲本杂交
↓
第二代F1 AaBb
种植F1代，自交
↓自交
第三代F
继续自交，期望下代获得纯合体
（注：A_B_，A_bb，aaB_，aabb表示F2出现的九种基因型和四种表现型）
马铃薯
第一代 yyRr×Yyrr 亲本杂交
↓
第二代 YyRr，yyRr，Yyrr，yyrr 种植，选黄肉、抗病（YyRr）
第三代 YyRr 用块茎繁殖
【超前思维】
下一讲我们将学习第五章《生物的进化》的第一节《生物的多样性、统一性和进化》，请大家从以下几方面作好预习。
1. 生物的多样性与统一性。
2. 用达尔文进化理论解释生物的多样性与统一性。
重点导学
1. 是生物分类的基本单位；同一物种的个体间能 并产生有生育能力的后代；不同物种的个体间则不能 ，或者在交配后不能产生有生育能力的后代，它们之间存在着生殖隔离。
2. 生物界既存在着巨大的 性，又在不同层次上存在着高度的 性。
【模拟试题】（答题时间：25分钟）
一、选择题
1. 普通小麦是六倍体，有42条染色体，科学家们用花药离体培养出的小麦幼苗是（ ）
A. 三倍体、21条染色体 B. 单倍体、21条染色体
C. 三倍体、三个染色体组 D. 单倍体、一个染色体组
2. 通过单倍体的途径培育小麦新品种可以大大缩短育种年限，培育单倍体幼苗所用的花药应取自于 （ ）
A. 某一优良品种 B. 被确定为父本的植株
C. F1 D. F2
3. 与杂交育种、单倍体育种、基因工程育种等育种方法比较，尽管人工诱变育种具有很大的盲目性，但是该育种方法的独特之处是
（ ）
A. 可将不同品种的优良性状集中到一个品种上
B. 育种周期短，加快育种进程
C. 改变基因结构，创造前所未有的性状类型
D. 能够明显缩短育种年限，后代性状稳定快
4. 某植物体细胞的染色体组成如图所示。据图推测该植物最可能是 （ ）
A. 无果实，无种子，采用有性生殖方式
B. 有果实，有种子，采用有性生殖方式
C. 有果实，无种子，采用无性生殖方式
D. 无果实，有种子，采用无性生殖方式
5. 下列有关质粒的叙述，正确的是 （ ）
A. 质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B. 质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子
C. 质粒只有在侵入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制
D. 细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的
6. 下图两个核酸片断在适宜条件下，经X酶的作用，发生下列变化，则X酶是 （ ）
A. DNA连接酶 B. RNA聚合酶
C. DNA聚合酶 D. 限制酶
7. 苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，其检测方法是
（ ）
A. 是否有抗生素抗性
B. 是否能检测到标记基因
C. 是否有相应的性状
D. 是否能分离得到目的基因
8. 基因重组、基因突变、染色体变异的共同点是
（ ）
A. 都能产生可遗传的变异 B. 都能产生新的基因
C. 产生的变异对生物均不利 D. 在显微镜下均可观察到变异状况
9. 下列转基因生物引发的安全性问题的叙述错误的是
（ ）
A. 转基因生物引发的安全性问题包括食物安全、生物安全、环境安全
B. 转基因生物引发安全性问题的原因之一是外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的
C. 转基因生物引发的安全性问题是无法弥补的
D. 转基因生物有可能造成安全性问题，但不能一概而论
10. 低温诱导产生多倍体的原理是
（ ）
A. 抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体
B. 加速细胞内染色体的复制
C. 使染色体配对紊乱，不能形成细胞
D. 抑制细胞板的形成，不能分裂形成两个子细胞
二、非选择题
11. 普通小麦是由三种普通二倍体植物（2n=14）经过漫长的进化过程形成的，在这三种植物体内的染色体组的类型分别用A、B、D表示。请据图回答下列问题：
（1）在自然条件下一粒小麦与拟山羊草杂交形成了杂种甲，其体细胞中含有 条染色体，含有 个染色体组（表示为 ）。其生殖能力是怎样的？为什么?
（2）在自然条件下，由于受到___________等环境因素的影响，杂种甲通过① _____形成具有 能力的二粒小麦。
（3）后来，二粒小麦与粗山羊草杂交后形成的杂种乙，其体细胞中有 条染色体，含有 个染色体组（表示为 ）。
（4）杂种乙再经过与杂种甲相同的过程②，于是形成了普通小麦。普通小麦体内含有
条染色体，分为 个染色体组，因而是 倍体。
（5）还有一种植物是黑麦（2n=14），其染色体组类型为RR。我国科学家利用普通小麦和黑麦培育出了自然界没有的新物种—八倍体小黑麦。你认为培育八倍体小黑麦的基本方法是怎样的?请以遗传图解的形式表示其育种过程。
【试题答案】
一、选择题
1~5 BCCCB 6~
二、非选择题
11. （1）14
2 AB 高度不育 因为这两个染色体组之间无同源染色体，在减数分裂过程中染色体不能配对，不能产生正常的配子
（2）温度、湿度骤变 染色体加倍 生殖
（3）21 3 ABD
（4）42 6 六
（5）育种过程的图解如图：
