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生物变异在育种上的应用
及育种方案的设计
易错归因
对不同育种方式的原理、方法、优缺点等理解不到位，掌握不全面。
典型易错题
例1（2021·甘肃省庄浪县第一中学模拟预测）图表示利用某二倍体农作物①、②两个品种培育④、⑤、⑥三个新品种的过程，Ⅰ~Ⅴ表示育种过程，两对基因独立遗传，请分析回答：
（1）由图中Ⅰ→Ⅱ获得④称为_________育种，其育种原理是_______________，其中过程Ⅰ是_______，过程Ⅱ是____________。
（2）由图中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ获得④过程称为____________育种，其育种原理是______________，其中Ⅲ表示________________技术。该育种方法优点是_____________________________。
（3）由图中Ⅰ→Ⅱ获得④时，AAbb所占比例为____________。由图中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ获得④时，AAbb所占比例为__________。
（4）图中Ⅳ、Ⅴ过程常用的方法是_____________________，能够抑制__________的形成。
【答案】（1）杂交 基因重组 杂交 自交
（2）单倍体 染色体变异 花药离体培养 明显缩短育种年限
（3）1/16 1/4
（4）用秋水仙素处理萌发的幼苗 纺锤体
【解析】分析题图：Ⅰ、Ⅱ是杂交育种，遗传学原理是基因重组；Ⅲ、Ⅳ是单倍体育种，遗传学原理是染色体变异；Ⅴ是多倍体育种，遗传学原理是染色体变异。
（1）由图中Ⅰ→Ⅱ获得④称为杂交育种，其育种原理是基因重组，其中过程Ⅰ是杂交，过程Ⅱ是自交。
（2）由图中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ获得④过程称为单倍体育种，其育种原理是染色体变异，其中Ⅲ表示花药离体培养。由于获得的单倍体经秋水仙素处理后都是纯合体，自交后代不发生性状分离，所以该育种方法优点是能明显缩短育种年限。
（3）由图中Ⅰ→Ⅱ获得④时，AAbb所占比例为1/4×1/4＝1/16。由图中Ⅰ→Ⅲ→Ⅳ获得④时，③AaBb产生四种配子，Ab占1/4，故AAbb所占比例为1/4。
（4）图中Ⅳ、Ⅴ过程常用的方法是用秋水仙素处理萌发的幼苗，秋水仙素能抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成。
解题技巧
1．不同育种方式的比较
育种方式 原理 方法 优点 缺点 举例
杂交育种 基因 重组 杂交→自交→选优→连续自交 将不同个体的优良性状集中到新品种上 育种时间长，局限于同种或亲缘关系较近的个体 矮秆抗锈病的小麦
诱变育种 基因 突变 辐射诱变、激光诱变、化学诱变 提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状 有利变异少，工作量大，须大量处理供试材料 青霉素高产菌株、太空椒
单倍体育种 染色体变异 花药离体培养再经人工诱导使染色体加倍 获得纯合体植株，明显缩短育种年限 技术较复杂，需与杂交育种结合 单倍体育种培育矮秆抗锈病的小麦
多倍体育种 染色体变异 一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 植物器官大，产量高，营养丰富 发育延迟，结实率降低 三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦
基因工程 育种 基因 重组 利用转基因技术将目的基因引入生物体内 目的性强，育种周期短，打破物种界限，定向改造生物性状 技术复杂，可能会引起生态危机 产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉
细胞工程育种 植物体细胞杂交育种 细胞的全能性 去壁→诱融→生壁→组培 能克服远缘杂交的不亲和的障碍，大大扩展了用于亲本组合的范围 技术复杂，工作量大，操作繁琐 番茄-马铃薯、白菜-甘蓝
动物体细胞克隆育种 细胞的全能性 核移植→胚胎移植 能克服远缘杂交的不亲和的障碍，用于保存濒危物种、繁殖优良动物 技术复杂，难度大 克隆羊
利用植物激素育种 适宜浓度的生长素可以促进果实的发育 用一定浓度的生长素涂抹在未受粉的雌蕊柱头上 不引起植物基因型的改变 只适用于植物，不可遗传 无子番茄
2．育种方案的设计，要特别关注育种需求。
（1）根据新品种（或新物种）对性状的需求，来设计合适的育种方案。
①集中不同亲本的优良性状，应选择杂交育种；
②既集中优良性状，又缩短育种年限，应选择单倍体育种；
③提高变异频率，“改良”或“改造”或直接改变现有性状，获得当前不存在的基因或性状，应选择诱变育种；
④提高品种质量，提高营养物质的含量，应选择多倍体育种；
⑤实现定向改变现有性状，应选择基因工程育种。
（2）根据对育种操作技术的要求，如“最简便”“最准确”“最快”等育种要求来选择合适育种方案。
①最简便：侧重于技术操作，一般杂交育种操作最简便；
②最快：侧重于育种时间，一般单倍体育种所需时间明显缩短；
③最准确：侧重于目标精准度，基因工程育种可“定向”改变生物性状。
3．育种中常见的几种思维误区
（1）误区一：杂交育种一定需要连续自交。
若选育的优良性状为隐性性状，则出现此性状的个体即可稳定遗传。
若选育的优良性状为显性性状，获得此品种则需连续自交，直至不再发生性状分离。
（2）误区二：单倍体育种一定比杂交育种快。
若培育隐性性状或不完全显性性状的新品种，杂交育种既简单又快速。
（3）误区三：单倍体育种是为了获得单倍体植株。
一般单倍体植株长势弱小，高度不育。单倍体育种是为了尽快获得稳定遗传的二倍体新品种，故得到单倍体植株后必须人工诱导使染色体数目加倍，才能达到育种的需求。
（4）误区四：培育杂交种只需选择合适的亲本杂交即可。
在杂交育种中，如果新品种是杂交种，因杂合子自交后代会发生性状分离，因此需年年制种，所以在育种时必须选取一部分个体自交留种。
同类题练习
1．（2022·安徽·合肥市第八中学模拟预测）近年来，我国在生物育种技术领域取得较大进展。下列关于变异和育种的说法，正确的是（ ）
A．杂交育种通过雌雄配子随机结合实现控制不同优良性状的基因的重新组合
B．诱变育种利用理化因素诱发基因突变，可在较短时间内获得更多的优良变异类型
C．单倍体育种常通过秋水仙素处理萌发的种子或幼苗实现，所得植株一般高度不育
D．可通过一定浓度的生长素处理未受粉的玉米植株从而避免连续阴雨天气造成的减产
2．（2022·湖南·长郡中学模拟预测）种间和属间杂交是获得单倍体大麦的方法。某研究人员将二倍体大麦（染色体组成为2n）与其近缘种（染色体组成为2m）杂交，发现两者产生的配子可进行正常的受精作用形成合子。但在合子随后的分裂过程中由于染色体间遗传的不亲和性，近缘种的染色体组从合子中被排除，形成单倍性胚胎，最终发育成单倍体大麦。下列叙述错误的是（ ）
A．形成单倍性胚胎前，合子的染色体组成可能为（n＋m）
B．题中所述的遗传不亲和性可能是由于合子发育过程中染色体无法正常联会
C．与正常二倍体大麦植株相比，单倍性胚胎发育成的单倍体大麦植株弱小
D．用一定浓度的秋水仙素处理单倍体大麦幼苗可快速获得纯合大麦植株
3．（2022·江苏泰州·模拟预测）下列有关育种的叙述正确的是（ ）
A．杂交育种和基因工程育种的原理不同
B．诱变育种可以定向改变生物的性状，加速育种进程
C．多倍体育种和单倍体育种均需要进行花药离体培养的操作
D．植物体细胞杂交育种的原理是细胞膜的流动性和植物细胞全能性
4．（2022·河南·洛宁县第一高级中学模拟预测）2022年4月16日，搭载约12000粒种子的神舟十三号飞船安全返回地面，有望通过航天育种获得新品种。下列有关叙述正确的是（ ）
A．通过航天育种获得的新性状都能稳定遗传给后代
B．航天育种所利用的遗传学原理是基因突变和染色体变异
C．经太空辐射处理后大多数的种子都会获得优良的突变性状
D．航天育种能按照人们的意愿大幅度改造生物的性状
5．（2022·湖北·荆门市龙泉中学一模）如图表示由甲、乙两种植物逐步培育出戊种植物的过程，下列相关叙述错误的是（ ）
A．Ⅰ过程可以是多倍体育种或植物体细胞杂交
B．Ⅱ过程发生的变异属于染色体变异
C．Ⅲ为是人工诱变育种过程，故丁可定向变异为戊
D．通过图中所示育种过程，能增加物种的多样性
6．（2022·河南·模拟预测）下列关于育种的叙述，正确的是（ ）
A．以种子为繁殖对象的植物，诱变处理后必须经多次自交、选择才能用于生产
B．与正常植株相比，单倍体植株常常表现为茎杆弱小，果实和种子等也都比较小
C．杂交育种的目的不一定是获得具有优良性状的纯合子
D．单倍体幼苗经秋水仙素处理获得的新品种一定是纯合子
7．（2022·湖北·黄冈中学三模）无子果实是深受消费者喜爱的优质果品。无子番茄是通过人工阻止花受粉后诱导子房发育得到，而无子西瓜则通常由二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交得到。下列有关说法正确的是（ ）
A．无子番茄、无子西瓜及四倍体西瓜均为新物种
B．无子番茄是单倍体，处理所用的植物激素类似物可能为生长素类似物
C．用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗得到的四倍体植株，并非所有细胞都含四个染色体组
D．三倍体的无子西瓜高度不育，该性状为不可遗传变异
8．（2022·江苏·模拟预测）（多选）六倍体小麦与二倍体玉米杂交是诱导小麦单倍体最有效的途径之一、用普通小麦与玉米杂交，授粉后在部分膨大子房中剥取到发育幼胚，经组织培养后，获得单倍体小麦植株。下列相关叙述正确的是（ ）
A．受精卵内丢失之前的玉米染色体可能会影响小麦的基因表达
B．因小麦和玉米存在生殖隔离，若杂交后对子房鉴定，其内应无胚乳
C．利用秋水仙素将单倍体小麦幼苗染色体加倍，可获得纯合六倍体
D．该育种过程可缩短育种年限、加快育种进程、提高选择效率
9．（2022·内蒙古·满洲里市教研培训中心三模）利用遗传变异的原理培育动植物新品种在现代农业生产上得到了广泛应用，对于农业可持续发展具有重要意义。棉花是我国的重要经济作物，科学家研究发现棉花的一个染色体组含13条染色体（n=13），二倍体棉种染色体组分为A、B、C、D、E、F、G共7类，由其中三类染色体组组成的三交种异源四倍体拓宽了棉属遗传资源，为选育具有突破性状的棉花新品种提供了新种质，其培育过程如下图所示：
（1）在三交种形成过程中，杂种一是高度不育的，原因是___________________________________________________。
（2）棉花为两性花，即一朵花中既有雄蕊又有雌蕊。进行人工杂交时，需要在_______时期去掉母本花的雄蕊并套袋，以防雌蕊受粉。
（3）杂种二的染色体组成为_____________，进行减数分裂时形成________个四分体，体细胞中含有__________条染色体。
（4）棉花的纤维有白色的，也有棕色的；植株有抗虫的也有不抗虫的。假定控制两对性状的基因独立遗传，白色（A）对棕色（a）为显性，不抗虫（B）对抗虫（b）为显性。现有甲、乙两个普通棉花品种（纯合体），甲的表现是白色不抗虫，乙的表现是棕色抗虫，若将甲乙杂交得到的F2代中的白色抗虫个体自交，得到的F3代中白色抗虫个体所占比例为_________。若要以甲乙为实验材料，用操作简便的方法设计实验，获得白色抗虫且稳定遗传的新品种，请写出实验思路____________________________________________________________________________________________________________________________。
10．（2021·山东潍坊·三模）育种工作对农业生产意义重大。早在栽培植物出现之初人类简单地种植和采收活动中，就已有了作物育（选）种的萌芽。《诗经》载；“黍稷重穆，禾麻菽麦”就有了根据作物习性早、晚播种和先、后收获的记录，可见中国在周代已形成不同播期和熟期的作物品种概念。随着科学技术的不断发展，人们在生产实践中不断探索新的方法，使得育种工作进入了一个崭新的历程。
（1）我国古代劳动人民采用的育种方式是选择育种，这种育种方式的最大缺点是_____________________________________________。
（2）假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是独立遗传的。现有AABB、aabb两个品种，若要培育出优良品种AAbb，某同学设计了如下方案：
AABB×aabb→F1（自交）→F2（自交）……→AAbb植株
该方法的育种原理是____________，最早可以从________（填“F1”或“F2”）开始筛选。这一育种方法的缺陷之一就是需要多代自交，用时长。为克服这一缺陷，可以采取另一种育种方案，简要写出该方案的流程：____________________________________________________________________________________________________________________________。（3）作为杂交育种重要分支的回交（两个亲本杂交获得的子一代再和亲本之一杂交，称作回交）育种，正越来越受到育种专家的重视，这是因为在育种工作中，单纯一次杂交并不能保证将某些优良性状整合到待推广的品种之中。回交可将单一优良基因导入某一品种并使之尽快纯合。回交获得的子一代记作BC1F1（BC1F1自交繁殖的后代，就是BC1F2），它与用作回交的亲本再次回交，获得的子一代就是BC2F1，依次类推。其中用作回交的原始亲本为轮回亲本，一般是具有许多优良性状的待推广品种；另一个杂交亲本称为非轮回亲本，一般是具有轮回亲本没有的一、二个优良性状。它们和后代之间的关系如图所示。
①假如非轮回亲本甲的基因型AA，轮回亲本乙的基因型aa，F1自交的F2和回交的BC1F1，a基因的频率分别为_______、______，由此可以看出，回交后代的基因频率向__________亲本偏移。
②“明恢63”是杂交籼稻的一个优良品种，具备很多优良性状，但对白叶枯病的抗性很差。现提供高抗白叶枯病的显性纯合基因植物（简称“高抗”）为材料，采用回交的方法获得高抗白叶枯病“明恢63”品系的“BC3F1”，以后采用自交和抗病性鉴定相结合的办法，获得高抗白叶枯病的“明恢63”的品系。请参照回交育种过程，写出用两种亲本培育“BC3F1”过程的图解________________________________________________________。
同类题练习参考答案
1．B 【解析】杂交育种雌雄配子随机结合过程中没有发生基因重组，控制不同优良性状的基因的重新组合发生在配子形成过程中，A错误；诱变育种的原理是基因突变，利用理化因素诱发基因突变，可以提高突变率，可在较短时间内获得更多的优良变异类型，B正确；单倍体育种先进行花药离体培养，再用秋水仙素处理幼苗实现，二倍体的花药离体培养形成的单倍体植株不会出现种子，与正常植株相比，单倍体植株一般长得弱小，且高度不育，C错误；玉米需要的是种子，必需要受粉才能获得种子，通过一定浓度的生长素处理不能避免玉米减产，可通过人工授粉避免连续阴雨天气造成的减产，D错误。故选B。
2．B 【解析】合子（受精卵）的染色体是精子与卵细胞的染色体组成总和，再结合题干信息“在合子随后的分裂过程中……形成单倍性胚胎”可知，形成单倍性胚胎前，合子的染色体组成可能为（n+m），A正确；合子（受精卵）的发育是建立在有丝分裂的基础上，该过程中不会发生同源染色体联会，B错误；单倍性胚胎发育成单倍体大麦，与正常二倍体大麦植株相比，单倍体植株弱小，C正确；单倍体大麦幼苗经一定浓度的秋水仙素处理后，染色体数目加倍，可快速获得纯合大麦植株，D正确。故选B。
3．D 【解析】杂交育种和基因工程育种的原理均是基因重组，A错误；诱变育种不能定向改变生物的性状，B错误；多倍体育种不需要进行花药离体培养的操作，C错误；植物体细胞杂交育种的原理是细胞膜的流动性和植物细胞全能性，D正确。故选D。
4．B 【解析】通过航天育种获得的新性状可能是杂合子，不一定能稳定遗传给后代，A错误；航天育种的原理是外界辐射引起基因突变或染色体变异，因而具有不定向性，B正确；突变具有低频性，经太空射线辐射后也只有少数种子能获得优良的突变性状，C错误；诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性，因而该育种方法具有盲目性，D错误。故选B。
5．C 【解析】丙可由甲和乙杂交得到基因型为bD的植株，接着进行染色体加倍处理得到，也可以将甲和乙进行植物体细胞杂交得到基因型为bbDD的丙，A正确；b和D是位于两对染色体上的基因，由丙种植物经II过程培育成丁植株，b、D位同一条染色体上，发生的变异属染色体结构的变异（染色体易位），B正确；人工诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性，C错误；由图可知，通过图中所示育种过程，培育出了丙种植物、丁植株和戊植株，能增加物种的多样性，D正确。故选C。
6．C 【解析】以种子为繁殖对象的植物，经诱变处理后若优良性状为隐性性状，则不需要自交多代，只要出现即为纯合的个体，可以稳定遗传，A错误；与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，且一般高度不育，没有种子，B错误；通过杂交育种能将多个品种的优良性状集中在一起，不一定要获得纯合子，有些具有杂交优势的品种需要杂合子，C正确；若单倍体幼苗是杂合子，则经秋水仙素处理获得的新品种不是纯合子，D错误。故选C。
7．C 【解析】无子西瓜为三倍体，高度不育，因而不属于新物种，无子番茄是通过人为阻止花受粉形成的，其遗传物质没有改变，也不属于新物种，只有四倍体西瓜是新物种，A错误；果实由子房发育而来，因此无子番茄果实仍为二倍体，B错误；秋水仙素只处理幼苗的芽尖，其余部位的细胞未接触秋水仙素，仍为二倍体细胞，如根细胞仍然含有2个染色体组，C正确；无子西瓜的“无子性状”是因其细胞含三个染色体组，进行减数分裂时联会紊乱，产生可育配子的概率极低所以高度不育，由染色体数目异常产生该性状，因此该性状属于可遗传变异（可通过无性生殖遗传给后代），D错误。故选C。
8．ABCD 【解析】表型是基因型和环境因素共同作用的结果，基因表达会受到外界因素的影响，因此受精卵内丢失之前的玉米染色体可能会影响小麦的基因表达，A正确；精子和2个极核结合会发育形成受精极核，受精极核会发育形成胚乳，因小麦和玉米存在生殖隔离，无法形成受精极核，因此无法形成胚乳，B正确；六倍体小麦是异源六倍体，单倍体植株的亲本为异源多倍体，或者由2种不同生物杂交而形成时，通过秋水仙素处理该植株后，也一定为纯合子，因此利用秋水仙素将单倍体小麦幼苗染色体加倍，可获得纯合六倍体，C正确；据图可知，该育种过程属于单倍体育种，单倍体育种具有缩短育种年限、加快育种进程和提高选择效率特点，D正确。故选ABCD。
9．（1）无同源染色体，不能进行正常减数分裂
（2）花蕾期（或花粉成熟前）
（3）AAGD 13 52
（4）5/6 让甲、乙两个品种杂交，F1自交，选取F2中既抗病又抗倒伏，且自交后代不发生性状分离的植株
【解析】人工异花授粉过程为：去雄（在花蕾期去掉雄蕊）→套上纸袋→人工异花授粉（待花成熟时，采集另一株植株的花粉涂在去雄花的柱头上）一套上纸袋。
（1）杂种一由于无同源染色体，不能进行正常的减数分裂，是高度不育的。
（2）棉花为两性花，即一朵花中既有雄蕊又有雌蕊。进行人工杂交时，需要在花蕾期或花粉成熟前时期去掉母本花的雄蕊并套袋，以防雌蕊受粉。
（3）异源四倍体植株AAGG产生的配子为AG，陆地棉AADD产生的配子为AD，因此杂交后代染色体组的组成为AAGD，由于每个染色体组有13条染色体，则植株 AAGD有52条染色体，进行减数分裂时，由于G和D中没有同源染色体，不能形成四分体，因此AAGD 2个染色体组将形成13个四分体。
（4）F2代中的白色抗虫个体基因型为AAbb和Aabb，所占比例分别为1/3和2/3，只有2/3Aabb自交产生aabb的比例为2/3 ×1/4=1/6，白色抗虫个体所占比例为1-1/6=5/6 。要以甲、乙为实验材料设计实验获得白色抗虫且稳定遗传的新品种，可让甲、乙两个品种杂交，F1自交，选取F2中白色抗虫个体，且自交后代不发生性状分离的植株。
10．（1）周期长，可选择的范围有限
（2）基因重组 F2 AABB×aabb→F1→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→选择纯合AAbb
（3）1/2 3/4 轮回（或乙）
【解析】（1）选择育种是利用生物的变异，通过长期选择，汰劣留良，获得优良品种，这种育种方式的最大缺点是周期长，而且可选择的范围有限。
（2）据图可知，利用两品种杂交得到的F1自交，再选择F2中符合要求的个体连续自交，直到获得AAbb纯种，该方法为杂交育种，依据F1产生配子时来自不同亲本的基因自由组合，即基因重组的原理，该方法最早可以从F2开始筛选。这一育种方法的缺陷之一就是需要多代自交，用时长。为克服这一缺陷，可以采取单倍体育种，该方案的流程为AABB×aabb→F1→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→选择纯合AAbb。秋水仙素处理后获得的均为纯合子，因而大大缩短了育种年限。
（3）①假如非轮回亲本甲的基因型AA，轮回亲本乙的基因型aa，F1自交得到的F2基因型为1/4AA、2/4Aa、1/4aa，a基因频率为；回交的BC1F1基因型为1/2Aa、1/2aa，a基因频率为，由此可以看出，回交后代的基因频率向轮回亲本偏移。
②利用高抗白叶枯病的显性纯合基因植物（简称“高抗”）为材料，采用回交的方法获得高抗白叶枯病“明恢63”品系的“BC3F1”，应进行了三次回交，以后采用自交和抗病性鉴定相结合的办法，获得高抗白叶枯病的“明恢63”的品系。用两种亲本培育“BC3F1”过程的图解如下：
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