专题4.变异与育种

专题四生物的遗传、变异与进化小专题11生物的变异一、3种可遗传变异的比较类型项目基因突变基因重组染色体变异类型1、自然突变2、人工诱变1、自由组合2、交叉互换（基因工程）染色体结构变异染色体数目变异实质基因内部结构的改变（分子水平，不可显微观察原有基因的重新组合（不可显微观察）基因的数目或排列顺序发生改变（可显微观察）结果产生新的基因和新的性状（不改变基因的数目，不一定导致生物的性状改变）产生新的基因型和表现型（不产生新基因遗传物质改变（不产生新基因类型项目基因突变基因重组染色体变异时间DNA复制时（或转录时解旋后单链不稳定）1、减数第一次分裂后期2、减数第一次分裂前期（四分体时期）有丝分裂或减数分裂过程适用范围所有生物无性生殖有性生殖真核生物有性生殖真核生物无性生殖有性生殖意义生物变异的根本来源生物变异的主要来源单倍体、多倍体育种交叉互换与染色体易位的区别(见下表)交叉互换染色体易位图解区别发生于⑲的非姐妹染色单体之间发生于⑳____________之间属于基因重组属于染色体结构的变异在显微镜下观察不到可在显微镜下观察到同源染色体非同源染色体细胞分裂图象与变异关系比较分裂图象分裂类型⑰_____分裂⑱分裂变异类型基因突变、染色体变异基因突变、基因重组、染色体变异有丝减数1．基因变突的特点：(1)普遍性(突变的范围)突变发生于所有生物中，是一种最广泛的可遗传变异来源，不论病毒、原核生物还是真核生物，不论是无性生殖还是有性生殖，只要进行遗传物质复制即可以在遗传物质复制时发生基因突变。以RNA为遗传物质的病毒，由于RNA是一条单链，更不稳定，因而突变频率更高，出现的变异也更多，这给研制疫苗带来困难，如SARS病毒、艾滋病病毒、禽流感病毒等。(2)变异“随机性”的剖析①时间上的随机：它可发生于生物个体发育的任何时期，甚至在趋于衰老的个体中也很容易发生，如老年人易得皮肤癌等。②部位上的随机：基因突变既可发生于体细胞中，又可发生于生殖细胞中.（3）多害性（多数有害，少数有利，也有中性）。（4）低频性（突变的频率比较低）；(5)不定向性(多方向性)一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因.如控制小鼠毛色的灰色基因(Ay)可突变成为黄色基因(AY)，也可以变成黑色基因(a)，这就是复等位基因产生的原因。2.基因突变与性状的关系：(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，原因可有三：①突变部位可能在非编码部位(内含子和非编码区)。②基因变突后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸。③基因突变若为隐性突变，如AA→Aa，也不会导致性状的改变。(2)基因突变对后代性状的影响：①基因突变发生在体细胞有丝分裂过程中，突变可通过无性生殖传给后代，但不会通过有性生殖传给后代。②基因突变发生在生殖细胞精子或卵细胞形成的减数分裂过程中，突变可能通过有性生殖传给后代。3、染色体变异A.染色体组数的判定1．染色体组是指真核细胞中形态和功能各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息的一组非同源染色体。要构成一个染色体组应具备以下几条：(1)一个染色体组中不含同源染色体。(2)一个染色体组中所含的染色体形态、大小和功能各不相同。(3)一个染色体组中含有控制该种生物性状的一整套基因，但不能重复。所以，要确定某生物体细胞中染色体组的数目，可从以下几个方面考虑：①细胞内形态相同的染色体(同源染色体)有几条，则含有几个染色体组。如右图细胞中相同的染色体有4条，此细胞中有4个染色体组。②根据基因型来判断。在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因出现几次，则有几个染色体组。如右图基因型为AAaaBBBb的细胞或生物体含有4个染色体组。。③根据染色体的数目和染色体的形态数来推算。染色体组的数目=染色体数/染色体形态数。例如，果蝇体细胞中有8条染色体，分为4种形态，则染色体组的数目为2。【注意】根据染色体组的数目可判断生物是二倍体还是多倍体，但一般不能用于直接判断单倍体.单倍体、二倍体和多倍体的比较(见下表)B.单倍体二倍体多倍体概念体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体由⑫发育而来，体细胞含有2个染色体组的个体由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上⑬________的个体染色体组1至多个2个3个或3个以上形成原因自然成因单性生殖正常的有性生殖外界环境条件剧变人工诱导花药离体培养⑭处理正常二倍体的单倍体幼苗秋水仙素处理⑮__________或幼苗受精卵染色体组秋水仙素萌发的种子单倍体二倍体多倍体形成过程特点植株弱小，高度不育——果实、种子较大，营养物质含量丰富，生长发育⑯____，结实率低举例蜜蜂的雄蜂几乎全部的动物和过半数的高等植物香蕉(三倍体)；马铃薯(四倍体)；八倍体小黑麦延迟[例1](2011·安徽理综，4)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[解析]本题考查诱发基因突变的因素及原理。131I是一种放射性物质，大剂量131I能产生大量放射性，诱发基因突变。I不是碱基类似物，不能插入DNA分子序列中，不能替换DNA分子中的碱基，其诱发的基因突变为体细胞变异，不能遗传给下一代，因此其原因可能是造成染色体断裂、缺失或易位等染色体结构变异。[答案]C(2010·江苏生物)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是()A．这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的B．该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体C．观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置D．将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系[答案]B[解析]本题考查基因突变的有关知识。尽管是“罕见”突变，也不能说明该变异是隐性突变，只有通过试验鉴定，方能说明其突变类型；基因突变是DNA上某碱基对的增添、缺失或替换引起的，显微镜下不能观察的到；花药离体培养后，需用秋水仙素诱导加倍后，才能得到稳定遗传的高产品系。通过该变异植株自交，看后代是否发生性状分离，如果出现性状分离，则为杂合子，不出现性状分离则为纯合子，B正确。【例2】图中①和②表示某精原细胞中的一段DNA分子，分别位于一对同源染色体的两条非姐妹染色单体的相同位置上。下列相关叙述中，正确的是()A．①和②所在的染色体都来自父方B．③和④的形成是由于染色体易位C．③和④上的非等位基因可能会发生重新组合D．③和④形成后，立即被平均分配到两个精细胞中基因突变、基因重组、染色体变异的本质、原因、意义及其在育种上的应用(2011·四川高考)小麦的染色体数为42条。下图表示小麦的三个纯种品系的部分染色体及基因组成：Ⅰ、Ⅱ表示染色体，A为矮杆基因，B为抗矮黄病基因，E为抗条斑病基因，均为显性。乙品系和丙品系由普通小麦与近缘种偃麦草杂交后，经多代选育而来(图中黑色部分是来自偃麦草的染色体片段)。(1)乙、丙品系在培育过程中发生了染色体的________变异。该现象如在自然条件下发生，可为________提供原材料。(2)甲与乙杂交所得到的F1自交，所有染色体正常联会，则基因A与a可随________的分开而分离。F1自交所得F2中有________种基因型，其中仅表现抗矮黄病的基因型有________种。(3)甲与丙杂交所得到的F1自交，减数分裂中Ⅰ甲与Ⅰ丙因差异较大不能正常配对，而其它染色体正常配对，可观察到________个四分体；该减数分裂正常完成，可产生________种基因型的配子，配子中最多含有________条染色体。(4)让(2)中F1与(3)中F1杂交，若各种配子的形成机会和可育性相等，产生的种子均发育正常，则后代植株同时表现三种性状的几率为________。【破题技巧】(1)对此题干图示信息找出甲、乙、丙品系中的染色体结构变异，即乙丙中的黑色部分。(2)分析题干相关信息得出B、E在同源染色体中没有对应的隐性基因。【精讲精析】(1)分析题干信息及甲、乙、丙三图，乙、丙品系发生了染色体的结构变异，而突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组为生物进化提供原材料。(2)甲、乙、丙三纯种品系各表现一种显性性状，甲与乙杂交得到的F1基因型应为AaB0(0表示该染色本上无相应的隐性基因)，减数分裂时等位基因A、a随同源染色体的分开而分离；F1自交所得F2有9种基因型(AABB、AAB0、AaBB、AaB0、AA00、Aa00、aaBB、aaB0、aa00)，其中仅表现抗矮黄病的基因型有2种(aaBB、aaB0)。(3)甲与丙杂交所得的F1基因型为，减数分裂过程中Ⅰ甲与Ⅰ丙不能正常配对，但其余20对同源染色体可正常配对，故能观察到20个四分体；如果F1减数分裂能正常完成，即除了第Ⅰ号同源染色体可能会不正常分离外，其余20对同源染色体都能正常分离，可产生配子的种类及比例为：、如图1，其中第④类配子含有的染色体最多有22条。(4)(2)题中的F1(AaB0)产生的配子类型及比例为14AB、14A0、14aB、14a0，(3)题中的F1产生的配子类型及比例为14A0、14aE0、140、14AaE0。两种F1杂交，后代植株中同时表现三种显性性状的几率为14×14(AaB0E)＋14×14(AAaB0E)＋14×14(AaaB0E)，即几率为3/16。图1【答案】(1)结构生物进化(2)同源染色体92(3)20422(4)3/16二、常见育种方式比较：杂交育种人工诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种细胞融合技术依据原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组、染色体变异常用方法杂交→自交→选种→自交辐射诱变、激光诱变、作物太空育种花药离体培养，然后再诱导，使染色数目加倍秋水仙素处理萌发的种子或幼苗转基因(DNA重组)技术将目的基因引入生物体内，培育新品种让不同生物细胞原生质融合杂交育种人工诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种细胞融合技术优点①使位于不同个体的优良性状集中到一个个体上②操作简便可以提高变异的频率、加速育种进程或大幅度地改良某些性状①明显缩短育种年限②所得品种为纯合子器官巨大，提高产量和营养成分打破物种界限，定向改变生物的性状按照人们的意愿改变细胞内遗传物质或获得了细胞产品且克服了远缘杂交不亲和障碍缺点①育种时间长②不能克服远缘杂交不亲和的障碍有利变异少，需大量处理实验材料技术复杂且需与杂交育种配合只适用于植物，发育延迟，结实率低有可能引发生态危机技术难度大举例矮秆抗锈病小麦青霉素高产菌株、太空椒单倍体育种获得的矮秆抗锈病小麦三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉白菜—甘蓝、番茄—马铃薯[例2](2011·安徽理综，31Ⅰ)雄家蚕的性染色体为ZZ，雌家蚕为ZW。已知幼蚕体色正常基因(T)与油质透明基因(t)是位于Z染色体上的一对等位基因，结天然绿色茧基因(G)与白色茧基因(g)是位于常染色体上的一对等位基因，T对t，G对g为显性。(1)现有一杂交组合：ggZTZT×GGZtW，F1中结天然绿色茧的雄性个体所占比例为________________，F2中幼蚕体色油质透明且结天然绿色茧的雌性个体所占比例为________________________。(2)雄性蚕产丝多，天然绿色蚕丝销路好。现有下列基因型的雄、雌亲本：GGZtW、GgZtW、ggZtW、GGZTZt、ggZTZt、GgZtZt，请设计一个杂交组合，利用幼蚕体色油质透明易区别的特点，从F1中选择结天然绿色茧的雄蚕用于生产(用遗传图解和必要的文字表述)。[解析](1)遗传图解如下：所以F2中体色油质透明且结天然绿色茧的雌性