資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
高考生物二輪復習微專題學案
6　變異在農業生產中的應用
背景關聯:生物育種是利用可遺傳變異,結合遺傳學、細胞生物學、現代生物工程技術等方法、原理培育生物新品種的過程。
生物育種,首先需要考慮的問題是為什么要育種,育種目的一般是改良作物品種,提高糧食產量。
再從生物育種的過程來看,需要綜合利用多種生物學技術手段,需要學生在必備知識的基礎上,綜合運用生物學核心素養,去具體解決實際問題。試題設計上能比較好地調和“基礎性、綜合性、應用性、創新性”。
由此可見,以變異與生物育種作為命題素材,能全面契合《中國高考評價體系》提出的“一核四層四翼”的考查評價體系,所以備受高考命題專家的青睞。
從歷年真題來看,變異與生物育種類試題,往往采取“起承轉合”的模式:以生物育種目的作為“起始”,“順承”介紹科研工作者做了哪些工作,“轉而”圍繞這些工作進行具體設問,最后“綜合”生物學知識,解釋某些具體現象,或者設計實驗解決科研工作者新提出或還未完成的問題。
以變異與育種為背景,考查必備知識
1.必備知識一:不同育種方法的操作過程比較
2.必備知識二:不同育種方法的原理及優缺點比較
育種方法 原理 優勢 不足
單倍體 育種 染色體 數目變異 明顯縮短育種年限,所得均為純合子(二倍體) 技術復雜,需與雜交育種配合
多倍體 育種 染色體 數目變異 各種器官大、營養成分高 發育延遲,結實率低
雜交 育種 基因重組 ①使不同個體的優良性狀集中在一個個體上; ②操作簡便 ①育種時間長; ②局限于同種或親緣關系較近的個體之間; ③無新基因、新性狀產生
誘變 育種 基因突變 ①產生新基因、新性狀; ②提高變異頻率,大幅度改良某些性狀 盲目性高,有利變異少,需處理大量實驗材料,工作量大
基因工 程育種 基因重組 ①定向地改造生物的遺傳性狀; ②克服遠緣雜交不親和的障礙 技術復雜,生物安全問題較多
例1 [2023·廣東卷] 雞的卷羽(F)對片羽(f)為不完全顯性,位于常染色體。Ff表現為半卷羽;體型正常(D)對矮小(d)為顯性,位于Z染色體。卷羽雞適應高溫環境,矮小雞飼料利用率高。為培育耐熱節糧型種雞以實現規模化生產,研究人員擬通過雜交將d基因引入廣東特色肉雞“粵西卷羽雞”,育種過程見圖。下列分析錯誤的是 (　)
A.正交和反交獲得F1個體表型和親本不一樣
B.分別從F1群體Ⅰ和Ⅱ中選擇親本可以避免近交衰退
C.為縮短育種時間應從F1群體Ⅰ中選擇父本進行雜交
D.F2中可獲得目的性狀能夠穩定遺傳的種雞
例2 禾本科三倍體具有重要的育種價值,如圖表示利用三倍體獲得新品種的四種方式。下列相關敘述,正確的是 (　)
A.方式①對材料進行處理后,一定需通過組織培養才能獲得植株
B.方式②是體細胞與配子雜交獲得的,這種變異屬于基因重組
C.方式③通過雜交獲得,產生的異源五倍體植株一定能產生可育后代
D.方式④可利用低溫處理三倍體幼苗,抑制有絲分裂過程中紡錘體的形成
例3 普通小麥是目前世界各地栽培的重要糧食作物。普通小麥的形成包括不同物種雜交和染色體加倍過程,如圖所示(其中A、B、D分別代表不同物種的一個染色體組,每個染色體組均含7條染色體)。在此基礎上,人們又通過雜交育種培育出許多優良品種?；卮鹣铝袉栴}:
(1)在普通小麥的形成過程中,雜種一是高度不育的,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。已知普通小麥是雜種二染色體加倍形成的多倍體,則普通小麥體細胞中有　　　　條染色體。
(2)若要用人工方法使植物細胞染色體數目加倍,可采用的方法有　　　　　　　　　(答出1點即可)。
(3)現有甲、乙兩個普通小麥品種(純合體)。甲的表型是抗病易倒伏,乙的表型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙為實驗材料設計實驗獲得抗病抗倒伏且穩定遺傳的新品種,請簡要寫出實驗思路。
以變異和育種為素材,考查關鍵能力
1.考查知識獲取能力:一般給出具體的科研成果或者生活情境,要求學生解碼專業術語背后的條件,理解專業符號、相關數據的含義,閱讀信息、搜索信息、整理信息等。
如【例4】,需要學生解碼“野生型”“性狀”“一對等位基因”等專業術語,推理“后代中2/3為橘紅帶黑斑,1/3為野生型性狀”背后的遺傳學機制。
2.考查實踐操作能力:在變異和育種背景下,注重考查的是實驗設計能力(如【例3】)、數據處理能力(如【例4】)、信息轉化能力[如【例5】第(2)問]、語言表達能力[如【例5】第(3)問中的提出措施]等。
3.考查思維認知能力:變異與育種相關情境容易與經典遺傳和分子遺傳相結合,考查抽象思維能力、演繹推理能力等(如【例6】、【例7】)。
例4 有一觀賞魚品系體色為橘紅帶黑斑,野生型為橄欖綠帶黃斑,該性狀由一對等位基因控制。某養殖者在繁殖橘紅帶黑斑品系時發現,后代中2/3為橘紅帶黑斑,1/3為野生型性狀,下列敘述錯誤的是 (　)
A.橘紅帶黑斑品系的后代中出現性狀分離,說明該品系為雜合子
B.突變形成的橘紅帶黑斑基因具有純合致死效應
C.自然繁育條件下,橘紅帶黑斑性狀容易被淘汰
D.通過多次回交,可獲得性狀不再分離的橘紅帶黑斑品系
例5 [2023·北京卷] 二十大報告提出“種業振興行動”。油菜是重要的油料作物,篩選具有優良性狀的育種材料并探究相應遺傳機制,對創制高產優質新品種意義重大。
(1)我國科學家用誘變劑處理野生型油菜(綠葉),獲得了新生葉黃化突變體(黃化葉)。突變體與野生型雜交,結果如圖甲,其中隱性性狀是　　　　　。
(2)科學家克隆出導致新生葉黃化的基因,與野生型相比,它在DNA序列上有一個堿基對改變,導致突變基因上出現了一個限制酶B的酶切位點(如圖乙)。據此,檢測F2基因型的實驗步驟為提取基因組DNA→PCR→回收擴增產物→　　　　　　　　　→電泳。F2中雜合子電泳條帶數目應為　　　　條。
(3)油菜雄性不育品系A作為母本與可育品系R雜交,獲得雜交油菜種子S(雜合子),使雜交油菜的大規模種植成為可能。品系A1育性正常,其他性狀與A相同,A與A1雜交,子一代仍為品系A,由此可大量繁殖A。在大量繁殖A的過程中,會因其他品系花粉的污染而導致A不純,進而影響種子S的純度,導致油菜籽減產。油菜新生葉黃化表型易辨識,且對產量沒有顯著影響?？茖W家設想利用新生葉黃化性狀來提高種子S的純度。育種過程中首先通過一系列操作,獲得了新生葉黃化的A1,利用黃化A1生產種子S的育種流程見圖丙。
①圖丙中,A植株的綠葉雄性不育子代與黃化A1雜交,篩選出的黃化A植株占子一代總數的比例約為　　　。
②為減少因花粉污染導致的種子S純度下降,簡單易行的田間操作為　　　　　　　　　　　。
以變異和育種為依托,考查學科素養
生物學核心素養包括四個層面,即生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。以變異和育種為依托,容易將四者有機結合。如[例6]第(1)問,考查的是“進化與適應觀”,第(2)問考查分析推理的科學思維,第(3)問考查科學探究,整道試題以中華優秀傳統文化切入,以解決生產實際問題為紐帶,正是社會責任的體現。在備考時,必備知識仍是關鍵,關鍵能力需要在平時積累中提升。
例6 [2022·廣東卷] 《詩經》以“蠶月條桑”描繪了古人種桑養蠶的勞動畫面,《天工開物》中“今寒家有將早雄配晚雌者,幻出嘉種”,表明我國勞動人民早已擁有利用雜交手段培育蠶種的智慧,現代生物技術應用于蠶桑的遺傳育種,更為這歷史悠久的產業增添了新的活力?；卮鹣铝袉栴}:
(1)自然條件下蠶采食桑葉時,桑葉會合成蛋白酶抑制劑以抵御蠶的采食,蠶則分泌更多的蛋白酶以拮抗抑制劑的作用。桑與蠶相互作用并不斷演化的過程稱為　　　　　　。
(2)家蠶的虎斑對非虎斑、黃繭對白繭、敏感對抗軟化病為顯性,三對性狀均受常染色體上的單基因控制且獨立遺傳?，F有上述三對基因均雜合的親本雜交,F1中虎斑、白繭、抗軟化病的家蠶比例是　　　　　;若上述雜交親本有8對,每只雌蠶平均產卵400枚,理論上可獲得　　　　　只虎斑、白繭、抗軟化病的純合家蠶,用于留種。
(3)研究小組了解到:①雄蠶產絲量高于雌蠶;②家蠶的性別決定為ZW型;③卵殼的黑色(B)和白色(b)由常染色體上的一對基因控制;④黑殼卵經射線照射后攜帶B基因的染色體片段可轉移到其他染色體上且能正常表達。為達到基于卵殼顏色實現持續分離雌雄,滿足大規模生產對雄蠶需求的目的,該小組設計了一個誘變育種的方案。如圖為方案實施流程及得到的部分結果。
統計多組實驗結果后,發現大多數組別家蠶的性別比例與Ⅰ組相近,有兩組(Ⅱ、Ⅲ)的性別比例非常特殊。綜合以上信息進行分析:
①Ⅰ組所得雌蠶的B基因位于　　　　　染色體上。
②將Ⅱ組所得雌蠶與白殼卵雄蠶(bb)雜交,子代中雌蠶的基因型是　　　　　(如存在基因缺失,亦用b表示)。這種雜交模式可持續應用于生產實踐中,其優勢是在卵期通過卵殼顏色篩選即可達到分離雌雄的目的。
③盡管Ⅲ組所得黑殼卵全部發育成雄蠶,但其后代仍無法實現持續分離雌雄,不能滿足生產需求,請簡要說明理由。
例7 [2022·湖北卷節選] “端穩中國碗,裝滿中國糧”,為了育好中國種,科研人員在雜交育種與基因工程育種等領域開展了大量的研究。二倍體作物M的品系甲有抗蟲、高產等多種優良性狀,但甜度不高。為了改良品系甲,增加其甜度,育種工作者做了如下實驗:
[實驗一]遺傳特性及雜交育種的研究
　　在種質資源庫中選取乙、丙兩個高甜度的品系,用三個純合品系進行雜交實驗,結果如下表。
雜交組合 F1表型 F2表型
甲×乙 不甜 1/4甜,3/4不甜
甲×丙 甜 3/4甜,1/4不甜
乙×丙 甜 13/16甜,3/16 不甜
[實驗二]甜度相關基因的篩選
　　通過對甲、乙、丙三個品系轉錄的mRNA分析,發現基因S與作物M的甜度相關。
[實驗三]轉S基因新品系的培育
　　提取品系乙的mRNA, 通過基因重組技術,以Ti質粒為表達載體,以品系甲的葉片外植體為受體,培育出轉S基因的新品系。
根據研究組的實驗研究,回答下列問題:
(1)假設不甜植株的基因型為AAbb和Aabb,則乙、丙雜交的F2中表現為甜的植株基因型有　　　　種。品系乙基因型為　　　　　　。若用乙×丙中F2不甜的植株進行自交,F3中甜∶不甜比例為　 　　　。
(2)圖中,能解釋(1)中雜交實驗結果的代謝途徑有　　　　。
高考生物二輪復習微專題學案
6　變異在農業生產中的應用（參考答案）
例1　C　[解析] 分析題意可知,群體Ⅰ親本的基因型為FFZDW×ffZdZd,群體Ⅱ親本的基因型為ffZdW×FFZDZD,F1群體Ⅰ雌、雄個體基因型分別為FfZdW、FfZDZd,表型分別為半卷羽矮小、半卷羽正常;群體Ⅱ雌、雄個體基因型分別為FfZDW、FfZDZd,表型均為半卷羽正常。結合上述分析可知,正交和反交獲得的F1個體表型和親本不一樣,A正確;近交衰退產生的原因是近交增加了有害基因純合概率,導致個體適應能力下降,由于群體Ⅰ和Ⅱ的親本不同,因此分別從F1群體Ⅰ和Ⅱ中選擇親本可以避免近交衰退,B正確;從F1群體Ⅰ中選擇父本、從群體Ⅱ中選擇母本進行雜交(FfZDZd×FfZDW),F2中不會出現具有目的性狀的雄性個體,但從F1群體Ⅰ中選擇母本、從F1群體Ⅱ中選擇父本進行雜交(FfZdW×FfZDZd),F2中卷羽矮小雌雞(FFZdW)和卷羽矮小雄雞(FFZdZd)即為目的性狀能夠穩定遺傳的種雞,C錯誤,D正確。
例2　D　[解析] 對材料進行轉基因之后,受體細胞需要植物組織培養才能獲得植株,但是輻射對象如果是種子,正常種植即可,不需要植物組織培養,A錯誤;基因重組是指生物體進行有性生殖過程中,控制不同性狀的基因重新組合,基因重組發生在減數第一次分裂前期(染色體互換)和減數第一次分裂后期(非同源染色體自由組合),所以方式②不屬于基因重組,B錯誤;雜交后產生的異源五倍體在減數分裂時會發生聯會紊亂,無法產生配子,所以不可育,C錯誤;低溫處理三倍體幼苗,可以抑制有絲分裂前期紡錘體形成,使染色體數目加倍,D正確。
例3　(1)無同源染色體,不能進行正常的減數分裂　42
(2)用秋水仙素處理
(3)甲、乙兩個品種雜交,F1自交,選取F2中既抗病又抗倒伏且自交后代不發生性狀分離的植株。
[解析] (1)雜種一含有的染色體組是AB,這兩個染色體組中雖然每個染色體組都有7條染色體,但是它們來自兩個不同的物種,在雜種一中沒有同源染色體,在減數分裂中不能正常配對,無法形成正常配子,故雜種一高度不育。普通小麥是雜種二染色體數目加倍形成的多倍體,染色體組為AABBDD,有6個染色體組,共42條染色體。(2)人工誘導使植物細胞染色體數目加倍,可采用的方法有用秋水仙素處理或低溫處理,其都可以抑制有絲分裂前期紡錘體的形成,從而使細胞的染色體數目加倍。(3)由題意可知,新品種小麥既要有甲品種抗病的性狀又要有乙品種抗倒伏的性狀,需要將甲、乙進行雜交,在F1自交后代中選擇抗病抗倒伏的植株進行自交,淘汰掉會發生性狀分離的雜合子,保留自交后代不發生性狀分離的純合個體,即是抗病抗倒伏且穩定遺傳的新品種。
例4　D　[解析] 橘紅帶黑斑品系的后代中出現性狀分離,說明該品系為雜合子,A正確;因為橘紅帶黑斑品系后代中2/3為橘紅帶黑斑,1/3為野生型性狀,推測出顯性純合子致死,即突變形成的橘紅帶黑斑基因具有純合致死效應,B正確;由于橘紅帶黑斑基因具有純合致死效應,自然繁育條件下,該顯性基因的頻率會逐漸下降,則橘紅帶黑斑性狀容易被淘汰,C正確;橘紅帶黑斑基因顯性純合致死,則無論回交多少次,所得橘紅帶黑斑品系均為雜合子,D錯誤。
例5　(1)黃化葉
(2)用限制酶B處理　3
(3)①50%?、谠陂_花前把田間出現的綠葉植株除去
[解析] (1)野生型油菜與黃化葉油菜進行雜交,后代都為野生型,由此可以推測黃化葉是隱性性狀。(2)檢測F2基因型的實驗步驟為提取基因組DNA→PCR→回收擴增產物→用限制酶B處理→電泳。野生型基因電泳結果有一條帶,黃化葉的基因電泳結果有兩條帶,則F2中雜合子電泳條帶數目應為3條。(3)①設與綠葉、黃化葉有關的基因為A/a,則圖丙中黃化A1的基因型為aa,A植株基因型為AA,則A植株的綠葉雄性不育子代(Aa)與黃化A1(aa)雜交,后代中一半黃化,一半綠葉,篩選出的黃化A植株占子一代總數的比例約為50%。②A不純會影響種子S的純度,為減少因花粉污染導致的種子S純度下降,應在開花前把田間出現的綠葉植株除去。
例6　(1)協同進化
(2)3/64　50
(3)①?！、赽bZWB　③Ⅲ組所得黑殼卵雄蠶為雜合子(基因型為bbZBZ),與白殼卵雌蠶雜交,后代的黑殼卵和白殼卵中均既有雌性又有雄性,無法通過卵殼顏色區分性別。
[解析] (1)不同物種之間、生物與無機環境之間在相互影響中不斷進化和發展,這就是協同進化。因此桑與蠶相互作用并不斷演化的過程稱為協同進化。(2)設控制虎斑的基因用A表示,則非虎斑基因用a表示;同理,黃繭由B基因控制,白繭由b基因控制,敏感由C基因控制,抗軟化病由c基因控制。由于上述的三對等位基因位于常染色體上且獨立遺傳,因此它們的遺傳遵循基因的自由組合定律。親本為三對基因的雜合子(AaBbCc),F1中虎斑、白繭、抗軟化病的基因型為A_bbcc,其概率為3/4×1/4×1/4=3/64。由于虎斑、白繭、抗軟化病的基因型有AAbbcc和Aabbcc,其中純合子AAbbcc所占比例為1/4×1/4×1/4=1/64,現有8對親本,其中有8只雌蠶,若每只雌蠶平均產卵400枚,則理論上可獲得虎斑、白繭、抗軟化病純合子AAbbcc的數量有400×8×1/64=50(只)。
(3)第Ⅰ組的子代雌雄比例接近于1∶1,說明卵殼顏色的遺傳與性別無關,即攜帶B基因的染色體片段還是在常染色體上。第Ⅱ組黑卵殼家蠶全為雌性,說明攜帶B基因的染色體片段轉移到了W染色體上,則親本基因型組合原為♀BbZW(黑殼)×♂bbZZ(白殼),現變為♀bbZWB(黑殼)×♂bbZZ(白殼),F1表現為♀bbZWB(黑殼)、♂bbZZ(白殼),這種雜交模式可持續應用于生產實踐中。第Ⅲ組黑卵殼家蠶全為雄性,說明攜帶B基因的染色體片段轉移到了Z染色體上,親本組合原為♀BbZW×♂bbZZ,現變為♀bbZBW×♂bbZZ,其F1表現為♀bbZW(白殼)、♂bbZBZ(黑殼),其中黑殼個體(♂bbZBZ)與白殼雌蠶(♀bbZW)雜交,ZB遺傳給后代雌、雄的概率一樣,后代無法實現持續分離雌雄的目的,不能滿足生產的需求。
例7　(1)7　aabb　1∶5
(2)①③
[解析] (1)甲為純合不甜品系,基因型為AAbb,根據實驗結果可推得乙基因型為aabb,丙基因型為AABB,乙、丙雜交的F2基因型有3×3=9(種),假設不甜植株的基因型為AAbb和Aabb,F2中表現為甜的植株基因型有7種。若用乙×丙中F2不甜的植株進行自交,F3中不甜比例為1/3+2/3×3/4=5/6,F3中甜∶不甜比例為1∶5。(2)代謝途徑①③表明產生不甜物質的基因型是A_bb,符合題意;代謝途徑②④表明產生不甜物質的基因型為aaB_,不符合題意,故選①③。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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