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热点七 生物育种
【命题热点】
2024年中央一号文件提出，要加快推进种业振兴行动，加大种源关键核心技术攻关。随着生物技术在农业领域的广泛应用，已成为种业现代化发展的核心驱动力。
　　近日，由中国科协企业创新服务中心主办的“2024产学研融通创新活动”生物育种专场活动在京举办。活动聚焦生物育种产业发展，院士专家、企业家、投资人齐聚，为我国种业振兴战略行动注入源动力。
挖掘潜力，让科技创新赋能种业发展
　　今年是种业振兴行动由“三年打基础”转向“五年见成效”的关键一年。三年来，我国建成国家农作物种质资源库和国家海洋渔业生物种质资源库，构建了15个中期库、56个种质圃为依托的农作物种质资源保护体系；确定227个国家级畜禽遗传资源保种场，建成101家国家级水产原良种场和535个国家级水产种质资源保护区。
　　中国科协企业创新服务中心主任张清介绍，当前，我国农业科技的整体实力处于全球领先行列，在发展中国家中占据先机，与发达国家的差距正在不断缩小，具体表现为10%的领域处于引领地位，39%的领域与之并驾齐驱，仍有51%的领域处于紧密追随状态。
　　“投入高、环境代价大、产量不够高是我国农业当前面临的挑战。”中国工程院院士张福锁指出，农业生产必须实现绿色转型，优化现有的发展模式。而良种能从根本上提升产能潜力，根据国家统计局的数据，本麦季期间，各地积极推广高产稳产、抗倒伏及抗病的小麦良种，有效促进了小麦单产每亩提高10公斤。得益于此举措，今年夏粮小麦的总产量达到了2764.3亿斤，相比去年增长了2.7%。
　　如何打好种业翻身仗？中关村量子生物农业产业技术创新战略联盟理事长林敏表示，必须从源头着手，依靠科技力量加速种业关键技术突破，提高原创性和前瞻性的技术创新，缩小科技创新与产业落地不匹配的问题。
　　只有扎实推动科技创新和产业创新深度融合，才能助力发展新质生产力。张清指出，实现融合的基础是增加高质量科技供给，关键是强化企业科技创新主体地位，途径是促进科技成果转化应用。
　　搭建桥梁，产学研融通实现种业创新
　　生物育种产业化是一个多环节、多方面的过程，需要企业、科研单位、高校等各方携手合作。
　　大北农集团党委委员、北京创种科技有限公司常务副总裁李军民表示，我国农业种质资源保存量大，但企业可有效利用的商业化种质资源量却不丰富，存在资源鉴定与利用不足、基础研究与应用研究脱节、产学研融合不够等问题，成果转化推进相对困难。
　　北京诺禾致源科技股份有限公司分子育种产品部部长马策也认为，在育种领域，科技成果转化的难点在于先进技术的利用深度和广度不足。例如，现代大豆育种已广泛采用分子辅助选择的现代育种技术，而我国大豆育种基本上都是常规育种，在育种效率和精准改良方面与发达国家有一定的差距。
　　“企业应该承担起推动科技进步和产业升级的核心角色。”马策说道。
　　为实现该领域产学研良好合作融通，加速科技成果的转化与应用，中国科协组织园区科协、企业科协和农技协广泛开展跨学科、跨部门、跨行业、跨地区的产学研协同合作活动，积极参加各级科协组织开展的学术交流、科技咨询、科学普及人才举荐活动，在2024产学融通创新活动中汇聚资源，支持企业及整个产业发展，凸显领军企业的地位和作用。
　　活动上，北京创种科技有限公司作为大北农科技集团旗下的企业与天津大学合成生物前沿研究院就“新型耐除草剂高产玉米大豆定向设计育种”项目达成合作并签约。相关负责人介绍，双方将针对国内对玉米大豆高产、杂草防控等产业需求，聚焦玉米大豆设计育种全链条技术体系，开发新型基因编辑底盘工具，实现新型耐除草剂、高产等优异性状基因挖掘、设计和定向重构，创制一批聚合多种优异性状基因的新型玉米大豆种质材料，为推动作物分子设计育种的重大突破与持续创新提供理论基础和技术支撑。
　　诺禾致源马策表示，通过这一活动，企业可以更直接地了解学术界的最新研究动态和前沿技术，同时将自身在生产实践中遇到的问题反馈给科研机构，形成“需求牵引创新，创新反哺实践”的良性循环，有助于缩短科技成果从实验室到市场的转化周期，提高科研成果的实用性和市场竞争力。
　　“随着生物技术的推进，基因编辑技术以及合成生物学等许多新技术的发展，希望不久的将来，我们能够帮助更多的高产、优质、稳产的品种成功落地转化。”北京联创种业有限公司副总裁徐国平说。
【热点练习】
1.甜菜褐斑病是由甜菜尾孢菌侵染引发的一种病害，严重影响甜菜的产量。最近，德国甜菜抗褐斑病育种取得了突破性进展，科学家发现转RIP基因甜菜可增强褐斑病抗性，而对甜菜的生长和生理代谢无不良影响。下列说法错误的是( )
A.德国甜菜抗褐斑病育种过程应用的原理是基因重组
B.德国抗褐斑病甜菜理论上也可以通过诱变育种获得
C.德国抗褐斑病甜菜细胞中的RIP基因复制时会形成DNA—蛋白质复合体
D.利用普通甜菜植株进行单倍体育种获得抗褐斑病甜菜可以大大缩短育种时间
2.如图表示利用植物细胞工程对棉花进行改良的过程，据图分析错误的是( )
A.①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理
B.②过程能定向改变原生质体的遗传特性
C.③过程需要通过液体悬浮培养
D.④过程需用适宜浓度的生长调节剂处理
3.甲是具有许多优良性状的纯合品种水稻，但不抗稻瘟病(rr)，乙品种水稻抗稻瘟病(RR)。育种工作者欲将甲培育成抗稻瘟病并保留自身优良性状的纯合新品种，设计了下列育种方案，合理的是( )
①将甲与乙杂交，再自交多代，每代均选取抗稻瘟病植株
②将甲与乙杂交，F1与甲回交，选F2中的抗稻瘟病植株与甲再次回交，依次重复多代；再将选取的抗稻瘟病植株自交多代，每代均选取抗稻瘟病植株
③将甲与乙杂交，取F1的花药离体培养获得单倍体，再诱导染色体数目加倍为二倍体，从中选取抗稻瘟病植株
④向甲转入抗稻瘟病基因，筛选转入成功的抗稻瘟病植株自交多代，每代均选取抗稻瘟病植株
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
4.下图是高产糖化酶菌株的育种过程，有关叙述错误的是( )
A.通过上图筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产菌株
B.X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异
C.上图筛选高产菌株的过程是定向选择过程
D.每轮诱变，相关基因的突变率都会明显提高
5.普通小麦是目前世界各地普遍栽培的粮食作物，其培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.拟二粒小麦的体细胞中一般有14条染色体
B.可利用秋水仙素处理杂种一产生的种子，诱导其染色体数目加倍
C.普通小麦属于多倍体，茎秆粗壮、营养物质含量丰富
D.杂种二有3个染色体组，不含同源染色体，属于单倍体
6.芥菜型油菜是我国栽培的常见类型，由黑芥和芸薹为材料培育而来。如图为芥菜型油菜的一种培育方法，不考虑其他变异。下列叙述错误的是( )
注：A、B分别表示不同植物的一个染色体组，染色体数目分别10、8条。
A.F1的染色体组成为AB
B.黑芥和芸薹为同一物种
C.图中的物理方法可为低温处理
D.芥菜型油菜的体细胞中最多含72条染色体
7.水稻具有抗稻瘟病抗倒伏（AABB）的优良性状，但不抗虫（cc）,控制三种性状的基因独立遗传。为进一步培育出抗虫（AABBCC）的优良品种，某科研人员做了以下育种实验，图中①~④为不同过程。下列叙述正确的是( )
A.该抗虫品种的育种原理有基因突变、染色体结构变异
B.过程②花药离体培养得到的单倍体高度不育,植株长得弱小
C.过程③处理是通过抑制细胞分裂后期着丝粒的分裂使染色体数目加倍
D.利用杂交育种的方法也可得到该抗虫优良品种，且育种年限较短
8.芦笋是雌雄异株植物，雄株性染色体为XY，雌株为XX；其幼茎可食用，雄株产量高。以下为两种培育雄株的技术路线。有关叙述错误的是( )
A.形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导
B.幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程
C.雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XY、XX
D.与雄株甲不同，雄株丁培育过程中发生了基因重组
9.农业生产中，获得异源多倍体植物的常见方式如图所示(其中A、B、C、D分别代表不同物种的一个染色体组),下列说法错误的是( )
A.图中丙含有A和B两个染色体组，因为没有同源染色体，不能正常联会导致高度不育
B.操作①常采用秋水仙素处理，由此获得染色体组加倍的丁，恢复育性
C.操作②常采用纤维素酶和胰蛋白酶处理，过程③通过脱分化过程即可形成杂种植株辛
D.方法一一般只能用于亲缘关系较近的不同物种，方法二则能实现远缘杂交育种
10.为快速培育抗除草剂的水稻（2N=24），育种工作者用如图所示方法进行育种，下列说法错误的是( )
A.过程①花药离体培养的理论依据是细胞的全能性
B.过程②用γ射线照射单倍体幼苗，目的是提高幼苗的基因突变频率
C.过程③用除草剂喷洒单倍体幼苗，目的是筛选出抗除草剂的叶片
D.通过过程④和过程⑤培育出的抗除草剂植株属于四倍体植株
答案以及解析
1.答案：D
解析：A、由题意可知，德国甜菜抗褐斑病育种过程是通过转RIP基因来实现的，育种方式为基因工程，其原理是基因重组，A正确；
B、基因突变可以产生新的基因，理论上利用普通甜菜进行诱变育种再经过筛选可以获得抗褐斑病甜菜，B正确；
C、RIP基因复制时DNA会与DNA聚合酶结合，会形成DNA—蛋白质复合体，C正确；
D、普通甜菜没有抗甜菜褐斑病的基因，因此利用普通甜菜植株进行单倍体育种不会获得抗褐斑病甜菜，D错误。
故选D。
2.答案：C
解析：①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理去掉细胞壁，获得原生质体，A正确；②过程为转基因技术，能定向改变原生质体的遗传特性，B正确；③过程需要在固体培养基上培养，C错误；④过程需用适宜浓度的生长调节剂处理，促进根、芽的发育，D正确。
3.答案：C
解析：①甲是具有许多优良性状的纯合品种水稻，但不抗稻瘟病(rr)，乙品种水稻抗稻瘟病(RR)，两者杂交，子代为优良性状的杂合子，以及抗稻瘟病(Rr)，若让其不断自交，每代均选取抗稻瘟病植株，则得到的子代为抗稻瘟病植株，但其他性状不一定是优良性状的纯合子，①错误；
②将甲与乙杂交，F1与甲回交，F2中的抗稻瘟病植株与甲再次回交，依次重复多代，可得到其他许多优良性状的纯合品种水稻，但抗稻瘟病植株可能为纯合子或杂合子，再将选取的抗稻瘟病植株自交多代，每代均选取抗稻瘟病植株，可得到抗稻瘟病并保留自身优良性状的纯合新品种，②正确；
③将甲与乙杂交，取F1的花药离体培养获得单倍体，再诱导染色体数目加倍为纯合二倍体，从中选取抗稻瘟病且其他许多优良性状的纯合植物，为所需新品种，只选取抗稻瘟病植株，不能保证其他性状优良纯合，③错误；
④甲是具有许多优良性状的纯合品种水稻，向甲转入抗稻瘟病基因，则抗稻瘟病性状相当于杂合，对转入成功的抗稻瘟病植株自交多代，每代均选取抗稻瘟病植株，可获得所需新品种，④正确。
综上所述，②④正确，即C正确，ABD错误。
故选C。
4.答案：D
解析：A、基因突变是不定向的，该过程获得的高产菌株不一定符合生产的要求，A正确；
B、X射线作为一种物理因素，在诱变育种过程中能够诱导生物体产生突变，这些突变包括基因序列的改变（基因突变）和染色体结构的变异（如缺失、断裂、易位等），B正确；
C、由于人工选择具有目的性，所以图中筛选高产菌株的过程是定向选择过程，C正确；
D、由于基因突变是不定向的，低频率的，所以诱变能提高基因的突变率，但不一定都是诱变相关基因的突变率提高，D错误。
故选D。
5.答案：C
解析：A、A、B、D代表不同的染色体组，每个染色体组含有7条染色体，杂种一含有A和B两个染色体组，染色体条数为14条，经过染色体加倍后形成的拟二粒小麦的体细胞中一般有28条染色体，A错误；
B、杂种一的两个染色体组来自不同物种，因此杂种一不育，不能产生种子，B错误；
C、普通小麦中含有6个染色体组，属于多倍体，具有茎秆粗壮、营养物质含量丰富的特点，C正确；
D、杂种二有3个染色体组（A、B、D），由于三个染色体组来自不同物种，因此不含同源染色体，杂种二是拟二粒小麦与滔氏麦草杂交的后代，属于异源三倍体，D错误。
故选C。
6.答案：B
解析：A、黑芥（BB）和芸薹（AA）杂交，得到的F1代幼苗染色体组成为AB，A正确；
B、黑芥和芸薹杂交产生的后代F1不可育，说明它们之间存在生殖隔离，不是同一物种，B错误；
C、图中通过物理或化学方法使染色体数目加倍，物理方法可以是低温处理，C正确；
D、芥菜型油菜（AABB）体细胞染色体数目为2×（10+8）=36条，在有丝分裂后期染色体数目最多，为72条，D正确。
故选B。
7.答案：B
解析：该抗虫品种的育种过程有诱变育种、单倍体育种,涉及的育种原理是基因突变和染色体数目变异,A错误;过程②为花药离体培养得到单倍体,单倍体无同源染色体,高度不育,植株长得弱小,B正确；过程③可用一定浓度的秋水仙素或低温处理单倍体幼苗,原理是在细胞分裂时通过抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,从而引起细胞内染色体数目加倍,C错误;杂交育种需要的时间较长,单倍体育种可明显缩短育种年限,D错误。
8.答案：C
解析：生长素与细胞分裂素的使用比例影响植物细胞的发育方向，当二者比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比例适中时，促进愈伤组织的形成，因为生长素和细胞分裂素相对应的植物生长调节剂也有相应的效果，所以可以通过添加植物生长调节剂进行诱导，A正确；幼苗乙与幼苗丙的形成是花药离体培养形成单倍体植株的过程，此过程的原理是植物组织培养，因此需要经过脱分化与再分化的过程，B正确；花粉是经过减数分裂产生的，其配子含有X染色体或Y染色体，经过花药离体培养，得到单倍体，再经过秋水仙素处理后得到的植株乙与丙的基因型为XX或YY，因此雄株丁的亲本的基因型分别为XX、YY，C错误；雄株甲是通过无性繁殖形成的，形成过程中不会进行减数分裂，因此也不会发生基因重组；雄株乙是通过有性生殖形成的，形成过程中经过了减数分裂，因此会发生基因重组，D正确。
9.答案：C
解析：C、方法二表示植物体细胞杂交，植物细胞壁的成分为纤维素和果胶，因此操作②用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，过程③通过脱分化、再分化过程能形成杂种植株辛，C错误。
10.答案：D
解析：分析图示可知，该育种方法中综合运用了单倍体育种和诱变育种，其中γ射线照射是为了诱导基因突变，而除草剂起了选择作用。由于基因突变具有不定向性和低频性，因此用除草剂选择后植株只有小部分的叶片保持绿色（具有抗除草剂特性）。过程①是花药离体培养，理论依据是植物细胞具有全能性，A正确；过程②用γ射线照射单倍体幼苗，目的是提高幼苗的基因突变频率，过程③用除草剂喷洒单倍体幼苗，目的是筛选出抗除草剂的叶片，B、C正确；植物组织培养为无性繁殖手段，过程④获得的幼苗是单倍体幼苗，过程⑤中用秋水仙素处理可诱导染色体数目加倍，因此通过过程④和⑤获得的抗除草剂植株是二倍体植株， D错误。

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