生物變異與育種

考查點(diǎn)200920102011基因突變、基因重組、染色體變異與育種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)四川理綜T31上海生物T21、T22福建理綜T3、T27江蘇生物T16江蘇生物T5、T10福建理綜T3、T5安徽理綜T4四川理綜T31Ⅱ海南生物T11、T19生物進(jìn)化與現(xiàn)代生物進(jìn)化理論上海生物T3上海生物T34廣東生物T26江蘇生物T20江蘇生物T12海南生物T16山東理綜T2江蘇生物T6海南生物T20有關(guān)基因頻率、基因型頻率的計(jì)算上海生物T32江蘇生物T33全國卷ⅠT4海南生物T24生物的變異包括可遺傳的變異和不可遺傳的變異，現(xiàn)代生物進(jìn)化理論包括現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的由來和現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的內(nèi)容。其中生物變異的來源及其在育種上的應(yīng)用是高考的重點(diǎn)內(nèi)容之一，試題往往通過新的背景材料，綜合考查多種育種知識，對能力要求很高。預(yù)期對本部分知識考查的內(nèi)容及考查方式為：(1)結(jié)合基因控制蛋白質(zhì)的合成過程，考查基因突變的產(chǎn)生機(jī)理、結(jié)果分析和特性的理解；(2)結(jié)合生物變異的來源，通過創(chuàng)設(shè)新情境考查生物育種相關(guān)知識；(3)結(jié)合基因突變、遺傳的基因定律，考查種群基因頻率和基因頻率的計(jì)算；(4)結(jié)合自然選擇學(xué)說和現(xiàn)代生物進(jìn)化理論解釋生物的進(jìn)化和物種的形成。另外，需要特別注意染色體結(jié)構(gòu)變異的類型，以及個(gè)別染色體數(shù)目的增減所涉及減數(shù)分裂過程中異常的判斷。復(fù)習(xí)中，關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)變異與基因突變、基因重組的區(qū)別要采取對比的方式在理解的基礎(chǔ)上歸納記憶；有關(guān)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的內(nèi)容，要理解和掌握相關(guān)的概念，如基因頻率、基因型頻率、種群、基因庫、物種、隔離等，理解新物種形成的基本觀點(diǎn)，并能夠應(yīng)用有關(guān)理論，舉例說明某種生物的進(jìn)化過程。一、基因突變的特點(diǎn)和原因、基因重組及其意義：1．基因變突A．特點(diǎn)：(1)普遍性(突變的范圍)突變發(fā)生于所有生物中，是一種最廣泛的可遺傳變異來源，不論病毒、原核生物還是真核生物，不論是無性生殖還是有性生殖，只要進(jìn)行遺傳物質(zhì)復(fù)制即可以在遺傳物質(zhì)復(fù)制時(shí)發(fā)生基因突變。以RNA為遺傳物質(zhì)的病毒，由于RNA是一條單鏈，更不穩(wěn)定，因而突變頻率更高，出現(xiàn)的變異也更多，這給研制疫苗帶來困難，如SARS病毒、艾滋病病毒、禽流感病毒等。(2)變異“隨機(jī)性”的剖析①時(shí)間上的隨機(jī)：它可發(fā)生于生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期，甚至在趨于衰老的個(gè)體中也很容易發(fā)生，如老年人易得皮膚癌等。②部位上的隨機(jī)：基因突變既可發(fā)生于體細(xì)胞中，又可發(fā)生于生殖細(xì)胞中，若為前者，一般不傳遞給后代，若為后者，則可產(chǎn)生攜帶突變基因的生殖細(xì)胞，進(jìn)而通過生殖傳向子代。(3)基因突變?yōu)楹我话阌泻Γ吭陂L期的進(jìn)化過程中，生物無論在形態(tài)、結(jié)構(gòu)還是生理上都已經(jīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一并能夠適應(yīng)環(huán)境，即遺傳基礎(chǔ)是均衡的?；蛲蛔兇蚱屏嗽羞z傳基礎(chǔ)的均衡性，從而引起不同程度的有害后果，表現(xiàn)為生活力和可育性的降低、壽命縮短甚至死亡。但并非所有的基因突變都是有害的，有些突變也會(huì)產(chǎn)生有利的或既無利也無害的變異。(4)突變的不定向性(多方向性)一個(gè)基因可以向不同的方向發(fā)生突變。產(chǎn)生一個(gè)以上的等位基因如控制小鼠毛色的灰色基因(Ay)可突變成為黃色基因(AY)，也可以變成黑色基因(a)，這就是復(fù)等位基因產(chǎn)生的原因。B．與性狀的關(guān)系：(1)基因片段上堿基對的種類發(fā)生改變不一定會(huì)導(dǎo)致生物性狀的改變，原因可有三：①突變部位可能在非編碼部位(內(nèi)含子和非編碼區(qū))。②基因變突后形成的密碼子與原密碼子決定的是同一種氨基酸。③基因突變?nèi)魹殡[性突變，如AA→Aa，也不會(huì)導(dǎo)致性狀的改變。(2)基因突變對后代性狀的影響①基因突變發(fā)生在體細(xì)胞有絲分裂過程中，突變可通過無性生殖傳給后代，但不會(huì)通過有性生殖傳給后代。②基因突變發(fā)生在精子或卵細(xì)胞形成的減數(shù)分裂過程中，突變可能通過有性生殖傳給后代。③生殖細(xì)胞的突變率一般比體細(xì)胞的突變率高，這是因?yàn)樯臣?xì)胞在減數(shù)分裂時(shí)對外界環(huán)境變化更加敏感。(3)基因突變引起性狀的改變，具有突變性狀的個(gè)體能否把突變基因傳給后代，要看這種突變性狀是否有很強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境的能力。若有，則為有利突變，可通過繁殖傳給后代；否則為有害突變，被淘汰掉。2．基因重組：(1)能發(fā)生重組的基因是：Ⅰ.非同源染色體上的非等位基因(自由組合)；Ⅱ.同源染色體上的非等位基因(交叉交換)；Ⅲ.不同物種的基因(基因工程導(dǎo)入)。(2)傳統(tǒng)意義上的基因重組①傳統(tǒng)意義上的基因重組只能發(fā)生在進(jìn)行有性生殖的同種生物之間。②傳統(tǒng)意義上的基因重組是在減數(shù)分裂過程中實(shí)現(xiàn)的，而不是精子與卵細(xì)胞的結(jié)合過程中實(shí)現(xiàn)的。③減數(shù)分裂過程中實(shí)現(xiàn)的基因重組要在后代性狀中體現(xiàn)出來必須通過精子與卵細(xì)胞結(jié)合產(chǎn)生新個(gè)體來實(shí)現(xiàn)，因此對通過減數(shù)分裂而實(shí)現(xiàn)基因重組使生物體性狀發(fā)生改變這一現(xiàn)象來說，減數(shù)分裂形成不同類型配子是因，而受精作用產(chǎn)生不同性狀的個(gè)體則是果。(3)基因重組分類①分子水平的基因重組，如通過對DNA的剪切、拼接而實(shí)施的基因工程。特點(diǎn)：可克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。②染色體水平的基因重組：減數(shù)分裂過程中非姐妹染色單體交叉互換，以及非同源雜色體自由組合而導(dǎo)致的基因重組。特點(diǎn)：難以突破遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，可產(chǎn)生新的基因型、表現(xiàn)型，但不能產(chǎn)生新的基因。③細(xì)胞水平的基因重組，如動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)以及植物體細(xì)胞雜交技術(shù)下的大規(guī)模的基因重組。特點(diǎn)：可克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。二、染色體變異及變異方式在育種上的應(yīng)用：1．三種可遺傳變異的比較類型項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異適用范圍生物種類所有生物(包括病毒)均可發(fā)生自然狀態(tài)下只發(fā)生于真核生物有性生殖過程中，為核遺傳真核生物細(xì)胞增殖過程中均可發(fā)生生殖無性生殖、有性生殖有性生殖無性生殖、有性生殖類型自然突變誘發(fā)突變交叉互換自由組合染色體結(jié)構(gòu)變異、染色體數(shù)目變異類型項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異發(fā)生時(shí)期DNA復(fù)制時(shí)(有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂前的間期)減數(shù)分裂四分體時(shí)期及第一次分裂過程中細(xì)胞分裂期產(chǎn)生結(jié)果產(chǎn)生新的基因只產(chǎn)生新的基因型，不產(chǎn)生新的基因不產(chǎn)生新的基因，但可引起基因數(shù)目或順序的變化鏡檢光鏡下均無法檢出，可根據(jù)是否有新性狀或新性狀組合確定光鏡下可檢出育種應(yīng)用誘變育種雜交育種單倍體育種多倍體育種說明：①三種可遺傳的變異都為生物的進(jìn)化提供了原材料。②基因突變可產(chǎn)生新的基因，為進(jìn)化提供了最初的原材料，是生物變異的根本來源。③基因重組的變異頻率高，為進(jìn)化提供了廣泛的選擇材料，是形成生物多樣性的重要原因之一。2．常見育種方式比較：雜交育種人工誘變育種單倍體育種多倍體育種基因工程育種細(xì)胞融合技術(shù)依據(jù)原理基因重組基因突變?nèi)旧w變異染色體變異基因重組基因重組、染色體變異常用方法雜交→自交→選種→自交輻射誘變、激光誘變、作物太空育種花藥離體培養(yǎng)，然后再誘導(dǎo)，使染色數(shù)目加倍秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗轉(zhuǎn)基因(DNA重組)技術(shù)將目的基因引入生物體內(nèi)，培育新品種讓不同生物細(xì)胞原生質(zhì)融合雜交育種人工誘變育種單倍體育種多倍體育種基因工程育種細(xì)胞融合技術(shù)優(yōu)點(diǎn)操作簡單，目標(biāo)性強(qiáng)可以提高變異的頻率，大幅度地改良某些品種可以明顯地縮短育種年限操作簡單，能較快獲得新類型打破物種界限，定向改變生物的性狀按照人們的意愿改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)或獲得了細(xì)胞產(chǎn)品且克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙缺點(diǎn)時(shí)間長，需及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良品種有利變異少，需大量處理實(shí)驗(yàn)材料技術(shù)復(fù)雜且需與雜交育種配合所得品種發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低有可能引起生態(tài)危機(jī)技術(shù)難度大舉例矮稈抗銹病小麥青霉素高產(chǎn)菌株、太空椒單倍體育種獲得的矮稈抗銹病小麥三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌、抗蟲棉白菜—甘藍(lán)、番茄—馬鈴薯3.可遺傳變異與不可遺傳變異的區(qū)別可遺傳變異不可遺傳變異遺傳物質(zhì)是否變化發(fā)生變化不發(fā)生變化遺傳情況變異能在后代中重新出現(xiàn)變異性狀僅限于當(dāng)代表現(xiàn)來源基因突變、基因重組、染色體變異環(huán)境條件的影響應(yīng)用價(jià)值是育種的原始材料，生物進(jìn)化的主要原因，能從中選育出符合人類需要的新類型或新品種無育種價(jià)值，但在生產(chǎn)上可應(yīng)用優(yōu)良環(huán)境條件以影響性狀的表現(xiàn)獲取高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品[例1]

(2011·安徽理綜，4)人體甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞具有很強(qiáng)的攝碘能力。臨床上常用小劑量的放射性同位素131I治療某些甲狀腺疾病，但大劑量的131I對人體會(huì)產(chǎn)生有害影響。積聚在細(xì)胞內(nèi)的131I可能直接(

)A．插入DNA分子引起插入點(diǎn)后的堿基序列改變B．替換DNA分子中的某一堿基引起基因突變C．造成染色體斷裂、缺失或易位等染色體結(jié)構(gòu)變異D．誘發(fā)甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞基因突變并遺傳給下一代[解析]

本題考查誘發(fā)基因突變的因素及原理。131I是一種放射性物質(zhì)，大劑量131I能產(chǎn)生大量放射性，誘發(fā)基因突變。I不是堿基類似物，不能插入DNA分子序列中，不能替換DNA分子中的堿基，其誘發(fā)的基因突變?yōu)轶w細(xì)胞變異，不能遺傳給下一代，因此其原因可能是造成染色體斷裂、缺失或易位等染色體結(jié)構(gòu)變異。[答案]

C(2010·江蘇生物)育種專家在稻田中發(fā)現(xiàn)一株十分罕見的“一稈雙穗”植株，經(jīng)鑒定該變異性狀是由基因突變引起的。下列敘述正確的是(

)A．這種現(xiàn)象是由顯性基因突變成隱性基因引起的B．該變異株自交可產(chǎn)生這種變異性狀的純合個(gè)體C．觀察細(xì)胞有絲分裂中期染色體形態(tài)可判斷基因突變發(fā)生的位置D．將該株水稻的花粉離體培養(yǎng)后即可獲得穩(wěn)定遺傳的高產(chǎn)品系[答案]

B[解析]

本題考查基因突變的有關(guān)知識。盡管是“罕見”突變，也不能說明該變異是隱性突變，只有通過試驗(yàn)鑒定，方能說明其突變類型；基因突變是DNA上某堿基對的增添、缺失或替換引起的，顯微鏡下不能觀察的到；花藥離體培養(yǎng)后，需用秋水仙素誘導(dǎo)加倍后，才能得到穩(wěn)定遺傳的高產(chǎn)品系。通過該變異植株自交，看后代是否發(fā)生性狀分離，如果出現(xiàn)性狀分離，則為雜合子，不出現(xiàn)性狀分離則為純合子，B正確。[例2]

(2011·安徽理綜，31Ⅰ)雄家蠶的性染色體為ZZ，雌家蠶為ZW。已知幼蠶體色正?；?T)與油質(zhì)透明基因(t)是位于Z染色體上的一對等位基因，結(jié)天然綠色繭基因(G)與白色繭基因(g)是位于常染色體上的一對等位基因，T對t，G對g為顯性。(1)現(xiàn)有一雜交組合：ggZTZT×GGZtW，F(xiàn)1中結(jié)天然綠色繭的雄性個(gè)體所占比例為________________，F(xiàn)2中幼蠶體色油質(zhì)透明且結(jié)天然綠色繭的雌性個(gè)體所占比例為________________________。(2)雄性蠶產(chǎn)絲多，天然綠色蠶絲銷路好?，F(xiàn)有下列基因型的雄、雌親本：GGZtW、GgZtW、ggZtW、GGZTZt、ggZTZt、GgZtZt，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)雜交組合，利用幼蠶體色油質(zhì)透明易區(qū)別的特點(diǎn)，從F1中選擇結(jié)天然綠色繭的雄蠶用于生產(chǎn)(用遺傳圖解和必要的文字表述)。[解析]

(1)遺傳圖解如下：所以F2中體色油質(zhì)透明且結(jié)天然綠色繭的雌性個(gè)體基因組成所占比例為G_ZtW，所占比例為3/4×1/4＝3/16。(2)見圖解從孵化出的F1幼蠶中，淘汰體色油質(zhì)透明的雌家蠶，保留體色正常的雄家蠶用于生產(chǎn)或P：基因型♂GgZtZt

×

GGZTW♀

F2：基因型GGZTZt

GgZTZt

GGZtW

GgZtWP：基因型♂GgZtZt

×

GGZTW♀↓F2：基因型GGZTZt

GgZTZt

GGZtW

GgZtW從孵化出的F1幼蠶中，淘汰體色油質(zhì)透明的雌家蠶，保留體色正常的雄家蠶用于生產(chǎn)(2010·山東青島模擬)下圖中，甲、乙表示水稻兩個(gè)品種，A、a和B、b表示分別位于兩對同源染色體上的兩對等位基因，①～⑦表示培育水稻新品種的過程，則下列說法錯(cuò)誤的是(

)A．①