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專題7　變異、育種與進(jìn)化 一、基因突變與基因重組 二、染色體變異 三、變異在育種上的應(yīng)用 　根據(jù)基因型的變化判斷育種方法: (1)“aabbAABB→AaBb→AAbb”為雜交育種(過程①②); (2)“aabbAABB→AaBb→Ab→AAbb”為單倍體育種(過程①③⑤); (3)“AABB→AaBB”為誘變育種(過程④); (4)“AaBb→AAaaBBbb”為多倍體育種(過程⑥)。 四、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論 1.下列有關(guān)生物變異類型的敘述,正確的有③④⑤。 ①DNA復(fù)制時(shí)發(fā)生堿基對的增添、缺失或替換,一定導(dǎo)致基因突變。 ②染色體片段的缺失和重復(fù)必然導(dǎo)致基因種類的變化。 ③染色體片段的倒位和易位必然導(dǎo)致基因排列順序的變化。 ④非同源染色體之間交換一部分片段,導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)的變異。 ⑤同胞兄妹的遺傳差異主要與父母基因重組有關(guān)。 2.下列有關(guān)生物變異在育種上應(yīng)用的敘述,錯(cuò)誤的有⑤⑥。 ①水稻F1經(jīng)花藥離體培養(yǎng)和染色體加倍,獲得基因型純合的新品種屬于單倍體育種。 ②高稈抗蟲小麥與矮稈不抗蟲小麥雜交,通過基因重組獲得矮稈抗蟲小麥屬于雜交育種。 ③用射線照射大豆使其基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,獲得種子性狀發(fā)生變異的大豆屬于誘變育種。 ④三倍體西瓜植株的高度不育與減數(shù)分裂同源染色體聯(lián)會行為有關(guān)。 ⑤單倍體育種得到的植株長得弱小且高度不育。 ⑥多倍體育種能提高產(chǎn)量,但不能增加營養(yǎng)物質(zhì)的含量。 3.下列有關(guān)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的敘述,正確的有③⑤。 ①物種的形成可以不經(jīng)過隔離。 ②生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)在于有利變異的保存。 ③自然選擇通過作用于個(gè)體而影響種群的基因頻率。 ④害蟲抗藥性增強(qiáng),是因?yàn)闅⑾x劑刺激害蟲產(chǎn)生抗藥性,并在后代中不斷積累。 ⑤不同物種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化發(fā)展,形成生物的多樣性。 1.(2018江蘇高考)下列過程不涉及基因突變的是 (　　) A.經(jīng)紫外線照射后,獲得紅色素產(chǎn)量更高的紅酵母 B.運(yùn)用CRISPR/Cas9技術(shù)替換某個(gè)基因中的特定堿基 C.黃瓜開花階段用2,4-D誘導(dǎo)產(chǎn)生更多雌花,提高產(chǎn)量 D.香煙中的苯并芘使抑癌基因中的堿基發(fā)生替換,增加患癌風(fēng)險(xiǎn) 【解析】選C。紅酵母的紅色素產(chǎn)量更高應(yīng)是紫外線誘導(dǎo)其基因突變的結(jié)果;基因中堿基對被替換屬于基因突變;香煙中的苯并芘使抑癌基因中的堿基發(fā)生替換也屬于基因突變;而黃瓜在開花階段用生長素類似物(2,4-D)處理,誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的雌花,不能誘導(dǎo)其基因突變,C項(xiàng)正確。 2. (2017天津高考)基因型為AaBbDd的二倍體生物,其體內(nèi)某精原細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)同源染色體變化示意圖如下。敘述正確的是 ( 　　) A.三對等位基因的分離均發(fā)生在次級精母細(xì)胞中 B.該細(xì)胞能產(chǎn)生AbD、ABD、abd、aBd四種精子 C.B(b)與D(d)間發(fā)生重組,遵循基因自由組合定律 D.非姐妹染色單體發(fā)生交換導(dǎo)致了染色體結(jié)構(gòu)變異 【解析】選B。等位基因(A、a,D、d)的分離發(fā)生在減數(shù)第一次分裂后期,此時(shí)細(xì)胞稱為初級精母細(xì)胞;等位基因(B、b)的分離發(fā)生在減數(shù)第一次分裂后期、減數(shù)第二次分裂后期,細(xì)胞分別為初級精母細(xì)胞、次級精母細(xì)胞,A項(xiàng)錯(cuò)誤。該細(xì)胞發(fā)生了交叉互換,可以產(chǎn)生AbD、ABD、abd、aBd四種精子,B項(xiàng)正確。由于B(b)與D(d)位于同一對染色體上,不能自由組合,不遵循基因自由組合定律,C項(xiàng)錯(cuò)誤;同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生交叉互換屬于基因重組,不屬于染色體結(jié)構(gòu)變異,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3.(2017江蘇高考改編)下列關(guān)于生物進(jìn)化的敘述,錯(cuò)誤的是 (　　) A.某物種僅存一個(gè)種群,該種群中每個(gè)個(gè)體均含有這個(gè)物種的全部基因 B.雖然亞洲與澳洲之間存在地理隔離,但兩洲人之間并沒有生殖隔離 C.無論是自然選擇還是人工選擇作用,都能使種群基因頻率發(fā)生定向改變 D.共同進(jìn)化發(fā)生在不同物種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間 【解析】選A。種群的基因庫是該種群內(nèi)所有個(gè)體的基因之和,并非每個(gè)個(gè)體都含有這個(gè)種群的全部基因,A錯(cuò)誤;亞洲與澳洲之間雖存在地理隔離,但兩洲人屬于同一個(gè)物種,能產(chǎn)生可育后代,沒有生殖隔離,B正確;自然選擇使基因頻率發(fā)生定向改變,人工選擇也能使種群的基因頻率發(fā)生定向改變,C正確;共同進(jìn)化可發(fā)生在不同物種之間,也可發(fā)生在生物與無機(jī)環(huán)境之間,D正確。 4.(2016上海高考)導(dǎo)致遺傳物質(zhì)變化的原因有很多,圖中字母代表不同基因,其中變異類型①和②依次是 (　　) A.突變和倒位　　　　　　　　 B.重組和倒位 C.重組和易位 D.易位和倒位 【解析】選D。題圖①導(dǎo)致少了基因ab,多了基因J,是非同源染色體間發(fā)生了片段交換,屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位;②導(dǎo)致cde片段發(fā)生了顛倒,屬于倒位。 5.(2015安徽高考)現(xiàn)有兩個(gè)非常大的某昆蟲種群,個(gè)體間隨機(jī)交配,沒有遷入和遷出,無突變,自然選擇對A和a基因控制的性狀沒有作用。種群1的A基因頻率為80%,a基因頻率為20%;種群2的A基因頻率為60%,a基因頻率為40%。假設(shè)這兩個(gè)種群大小相等,地理隔離不再存在,兩個(gè)種群完全合并為一個(gè)可隨機(jī)交配的種群,則下一代中Aa的基因型頻率是 (　　) A.75%　　　B.50%　　　C.42%　　　D.21% 【解題指導(dǎo)】(1)題干關(guān)鍵信息:“非常大”“兩個(gè)種群大小相等”“隨機(jī)交配”“自然選擇對A和a基因控制的性狀沒有作用”“兩個(gè)種群完全合并為一個(gè)可隨機(jī)交配的種群”。 (2)關(guān)鍵知識:種群基因型頻率的計(jì)算方法(遺傳平衡定律)。 【解析】選C。本題主要考查種群基因型頻率的計(jì)算知識。根據(jù)題意可知,合并后的種群中A基因頻率為(80%+60%)2=70%,a基因頻率為(20%+40%)2=30%,根據(jù)“兩個(gè)種群完全合并為一個(gè)可隨機(jī)交配的種群”可知,下一代中Aa的基因型頻率是270%30%=42%,故C項(xiàng)正確。 6.(2014江蘇高考改編)下列關(guān)于染色體變異的敘述,正確的是 (　　) A.染色體結(jié)構(gòu)變異在顯微鏡下不可見,染色體數(shù)目變異在光學(xué)顯微鏡下可見 B.染色體缺失有利于隱性基因表達(dá),可提高個(gè)體的生存能力 C.染色體易位不改變基因數(shù)量,對個(gè)體性狀不會產(chǎn)生影響 D.通過誘導(dǎo)多倍體的方法可克服遠(yuǎn)緣雜交不育,培育出作物新類型 【解析】選D。染色體結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異在光學(xué)顯微鏡下都能觀察到,A錯(cuò)誤;若顯性基因隨染色體的缺失而丟失,可有利于隱性基因表達(dá),但隱性基因的表達(dá)不一定能提高個(gè)體的生存能力,B錯(cuò)誤;染色體易位,細(xì)胞內(nèi)基因的數(shù)量不變,可能會對生物的性狀產(chǎn)生影響,且染色體變異大多對生物體是不利的,C錯(cuò)誤。 7.(2014 四川高考)油菜物種甲(2n=20)與乙(2n=16)通過人工授粉雜交,獲得的幼胚經(jīng)離體培養(yǎng)形成幼苗丙,用秋水仙素處理丙的頂芽形成幼苗丁,待丁開花后自交獲得后代戊若干。下列敘述正確的是 (　　) A.秋水仙素通過促進(jìn)著絲點(diǎn)分裂,使染色體數(shù)目加倍 B.幼苗丁細(xì)胞分裂后期,可觀察到36或72條染色體 C.丙到丁發(fā)生的染色體變化,決定了生物進(jìn)化的方向 D.形成戊的過程未經(jīng)過地理隔離,因而戊不是新物種 【解題指導(dǎo)】(1)題干關(guān)鍵詞:“雜交”“離體培養(yǎng)”“秋水仙素處理”“自交”。 (2)關(guān)鍵知識:秋水仙素抑制紡錘體的形成;自然選擇決定生物進(jìn)化方向;生殖隔離是新物種形成的標(biāo)志。 【解析】選B。本題考查染色體變異和現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的相關(guān)知識。A項(xiàng)中,秋水仙素不能促進(jìn)著絲點(diǎn)分裂,而是抑制紡錘體的形成,故錯(cuò)誤;B項(xiàng)中,幼苗丁來源于秋水仙素對雜交幼苗丙的頂芽的處理,并不一定能使所有的細(xì)胞都發(fā)生染色體加倍,如果染色體沒有加倍,則細(xì)胞中染色體數(shù)為18條,有絲分裂后期由于復(fù)制產(chǎn)生的染色單體分開成為子染色體,使染色體數(shù)加倍為36條;如果染色體加倍,則細(xì)胞中的染色體數(shù)為36條,有絲分裂后期變?yōu)?2條,故正確;C項(xiàng)中,染色體數(shù)目變化屬于染色體變異,決定生物進(jìn)化方向的是自然選擇,故錯(cuò)誤;D項(xiàng)中,戊的形成未經(jīng)過地理隔離,但戊是四倍體,與原來的二倍體不是同一物種,因而是新物種,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 8.(2014廣東高考)某種蘭花有細(xì)長的花距(如圖),花距頂端貯存著花蜜,這種蘭花的傳粉需借助具有細(xì)長口器的蛾在吸食花蜜的過程中完成,下列敘述正確的是 (　　) A.蛾口器的特征決定蘭花花距變異的方向 B.花距變長是蘭花新種形成的必要條件 C.口器與花距的相互適應(yīng)是共同進(jìn)化的結(jié)果 D.蛾的口器會因吸食花蜜而越變越長 【解題指導(dǎo)】(1)題干關(guān)鍵信息:蘭花傳粉、蛾的細(xì)長口器。 (2)關(guān)鍵知識:共同進(jìn)化是指不同物種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展;變異在環(huán)境變化之前已經(jīng)產(chǎn)生,環(huán)境只起選擇作用,并不影響變異的方向。 【解析】選C。本題考查現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的有關(guān)知識。變異是不定向的,故A項(xiàng)錯(cuò)誤。生殖隔離是新物種形成的必要條件,故B項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)題干信息可知,口器與花距的相互適應(yīng)是相互選擇、共同進(jìn)化的結(jié)果,符合現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的有關(guān)知識,故C項(xiàng)正確?？谄髯冮L是自然選擇的結(jié)果,不是因?yàn)槲郴鄱l(fā)生變化,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 9.(2018北京高考)水稻是我國最重要的糧食作物。稻瘟病是由稻瘟病菌(Mp)侵染水稻引起的病害,嚴(yán)重危害我國糧食生產(chǎn)安全。與使用農(nóng)藥相比,抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和經(jīng)濟(jì)的措施。 (1)水稻對Mp表現(xiàn)出的抗病與感病為一對相對____________,為判斷某抗病水稻是否為純合子,可通過觀察自交子代__________來確定。 (2)現(xiàn)有甲(R1R1r2r2r3r3)、乙(r1r1R2R2r3r3)、丙(r1r1r2r2R3R3)三個(gè)水稻抗病品種?？共?R)對感病(r)為顯性,三對抗病基因位于不同染色體上。根據(jù)基因的DNA序列設(shè)計(jì)特異性引物,用PCR方法可將樣本中的R1、r1、R2、r2、R3、r3區(qū)分開。這種方法可用于抗病品種選育中基因型的鑒定。 ①甲品種與感病品種雜交后,對F2不同植株的R1、r1進(jìn)行PCR擴(kuò)增。已知R1比r1片段短。從擴(kuò)增結(jié)果(如圖)推測可抗病的植株有__________。 ②為了在較短時(shí)間內(nèi)將甲、乙、丙三個(gè)品種中的抗病基因整合,選育新的純合抗病植株,下列育種步驟的正確排序是______。 a.甲乙,得到F1 b.用PCR方法選出R1R1R2R2R3R3植株 c.R1r1R2r2r3r3植株丙,得到不同基因型的子代 d.用PCR方法選出R1r1R2r2R3r3植株,然后自交得到不同基因型的子代 (3)研究發(fā)現(xiàn),水稻的抗病表現(xiàn)不僅需要自身抗病基因(R1、R2、R3等)編碼的蛋白,也需要Mp基因(A1、A2、A3等)編碼的蛋白。只有R蛋白與相應(yīng)的A蛋白結(jié)合,抗病反應(yīng)才能被激活。若基因型為R1R1r2r2R3R3和r1r1R2R2R3R3的水稻,被基因型為a1a1A2A2a3a3的Mp侵染,推測這兩種水稻的抗病性表現(xiàn)依次為__________。 (4)研究人員每年用Mp(A1A1a2a2a3a3)人工接種水稻品種甲(R1R1r2r2r3r3),幾年后甲品種喪失了抗病性,檢測水稻的基因未發(fā)現(xiàn)變異。推測甲品種抗病性喪失的原因是__________________。 (5)水稻種植區(qū)的Mp是由不同基因型組成的群體。大面積連續(xù)種植某個(gè)含單一抗病基因的水稻品種,將會引起Mp種群__________,使該品種抗病性逐漸減弱直至喪失,無法在生產(chǎn)中繼續(xù)使用。 (6)根據(jù)本題所述水稻與Mp的關(guān)系,為避免水稻品種抗病性喪失過快,請從種植和育種兩個(gè)方面給出建議 ________________________________________ ____________________________________________________________。 【解析】(1)抗病與感病為一對相對性狀,判斷某抗病水稻是否為純合子的方法是觀察其自交子代是否發(fā)生性狀分離,若發(fā)生性狀分離則為雜合子,不發(fā)生性狀分離則為純合子。 (2)①根據(jù)電泳結(jié)果發(fā)現(xiàn),植株1和植株3含有較短的片段,說明含有R1基因。②為了在較短時(shí)間內(nèi)獲得甲、乙、丙三個(gè)品種中的抗病基因整合,應(yīng)先將某兩個(gè)品種進(jìn)行雜交,獲得子一代,再與另外一種進(jìn)行雜交,將R1、R2、R3的抗性基因先集中到一個(gè)植株中,因?yàn)殡s交的后代中不知道哪一株含有R1、R2、R3抗性基因,所以先利用PCR方法選出R1r1R2r2R3r3的植株,然后自交,再用PCR方法選出純合子。 (3)根據(jù)題意可知,因?yàn)榛蛐蜑閍1a1A2A2a3a3的Mp只能激活含有R2的植株,不能激活含r2r2的植株,所以R1R1r2r2R3R3表現(xiàn)為感病,r1r1R2R2R3R3表現(xiàn)為抗病。 (4)水稻的基因未發(fā)生變異,則說明是Mp的基因發(fā)生了變異,即A1發(fā)生基因突變導(dǎo)致了基因(型)頻率發(fā)生改變,不能激活R1基因,使甲品種抗病性喪失。 (5)Mp種群中編碼激活上述水稻R抗病基因的A基因頻率降低,使得R抗性基因不能激活,使水稻失去了抗性,無法在生產(chǎn)中繼續(xù)使用。 (6)根據(jù)水稻和Mp的關(guān)系,為避免水稻品種抗病性喪失過快,在種植方面可以考慮輪種/間種不同抗病品種的水稻,從育種方面考慮,將多個(gè)不同抗病基因通過雜交整合到一個(gè)品種中,以避免水稻品種抗病性喪失過快。 答案:(1)性狀　是否發(fā)生性狀分離 (2)①植株1、3?、赼、c、d、b (3)感病、抗病　(4)Mp的A1基因發(fā)生了突變 (5)(A類)基因(型)頻率改變 (6)①種植:輪種/間種不同的抗病品種水稻。②育種:將多個(gè)不同抗病基因通過雜交整合到一個(gè)品種中 10.(2017江蘇高考改編)研究人員在柑橘中發(fā)現(xiàn)一棵具有明顯早熟特性的變異株,決定以此為基礎(chǔ)培育早熟柑橘新品種。請回答下列問題: (1)要判斷該變異株的育種價(jià)值,首先要確定它的________________物質(zhì)是否發(fā)生了變化。 (2)在選擇育種方法時(shí),需要判斷該變異株的變異類型。如果變異株是個(gè)別基因的突變體,則可采用育種方法①,使早熟基因逐漸____________,培育成新品種1。為了加快這一進(jìn)程,還可以采集變異株的____________進(jìn)行處理,獲得高度純合的后代,選育成新品種2,這種方法稱為____________育種。 (3)如果該早熟植株屬于染色體組變異株,可以推測該變異株減數(shù)分裂中同源染色體聯(lián)會__________,由此造成不規(guī)則的染色體分離,產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的________________,因而得不到足量的種子。即使得到少量后代,早熟性狀也很難穩(wěn)定遺傳。這種情況下,可考慮選擇育種方法③,其不足之處是需要不斷通過____________技術(shù)獲得幼苗,成本較高。 (4)新品種1與新品種3均具有早熟性狀,但其他性狀有差異,這是因?yàn)樾缕贩N1選育過程中基因發(fā)生了多次 ________________,產(chǎn)生的多種基因型中只有一部分在選育過程中保留下來。 【解析】(1)生物的變異包括可遺傳的變異和不可遺傳的變異,區(qū)別在于遺傳物質(zhì)是否發(fā)生改變,只有遺傳物質(zhì)改變引起的可遺傳的變異才具有育種價(jià)值。 (2)育種方法①是雜交育種,可以將基因突變產(chǎn)生的變異株進(jìn)行連續(xù)多代自交,使早熟基因逐漸純合,進(jìn)而培育成新品種1。由于單倍體育種能明顯縮短育種年限,所以也可以采集變異株的花藥進(jìn)行花藥離體培養(yǎng),獲得單倍體幼苗,然后用秋水仙素處理后獲得高度純合的后代。(3)如果該早熟植株屬于染色體組變異株,可以推測該變異株在減數(shù)分裂過程中同源染色體聯(lián)會紊亂,由此造成不規(guī)則的染色體分離,產(chǎn)生染色體數(shù)目不等、生活力很低的配子,影響受精卵的形成,因而得不到足量的種子。育種方法③是植物組織培養(yǎng)技術(shù),在這種育種方法中需要不斷通過植物組織培養(yǎng)方法獲得組培苗用于選育。 (4)育種方法①是雜交育種,其原理是基因重組,所以在新品種1選育過程中基因發(fā)生了多次重組,產(chǎn)生的多種基因型中只有一部分在選育過程中保留下來。 答案:(1)遺傳　(2)純合　花藥　單倍體 (3)紊亂　配子　植物組織培養(yǎng)　(4)重組