生物育种
【课标要求】生物变异在育种上的应用。
【考向瞭望】杂交育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等各种育种方式的原理、过程、优缺点的分类与比较。
【知识梳理】
一、杂交育种
（一）概念：将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
（二）原理：基因重组。
（三）过程：选择具有不同优良性状的亲本通过杂交获得F1，F1连续自交或杂交，从中筛选获得需要的类型。
（四）应用：改良作物品质，提高农作物单位面积产量；培育优良的家畜、家禽。
二、诱变育种
（一）概念：利用物理因素或化学因素处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法。
（二）原理：基因突变。
（三）特点：可以提高突变率，在较短时间内获得更多优良变异类型。
（四）应用：主要用于农作物育种和微生物育种。
三、几种育种方法的比较
名称 原理 方法 优点 缺点 应用
杂交
育种 基因
重组 培育纯合子品种：杂交→自交→筛选出符合
要求的表现型，通过自交到不发生性状分离
为止 使分散在同一物种不
同品种中的多个优良
性状集中于同一个体 ①育种时间一般比较长
②局限于同种或亲缘关
系较近的个体
③需及时发现优良品种 用纯种高秆抗病[来
小麦与矮秆不抗
病小麦培育矮秆
抗病小麦
培育杂合子品种：一般是选取纯合双亲杂交 年年制种 杂交水稻、玉米
诱变
育种 基因
突变 ①物理：紫外线、X或γ射线，微重力、激
光等处理、再筛选
②化学：亚硝酸、硫酸二乙酯处理，再选择 提高变异频率，加快
育种进程，大幅度改
良某些性状 盲目性大，有利变异少，
工作量大，需要大量的
供试材料 高产青霉菌
单倍体
育种 染色体
变异 ①先将花药离体培养，培养出单倍体植株
②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理
获得纯合子
③从中选择优良植株 明显缩短育种年限，
子代均为纯合子，
加速育种进程 技术复杂 用纯种高秆抗病
小麦与矮秆不抗
病小麦快速培育
矮秆抗病小麦
多倍体
育种 染色体
变异 用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼
苗 操作简单，能较快获
得所需品种 所获品种发育延迟，结实
率低，一般只适用于植物 三倍体无子西瓜
八倍体小黑麦
基因
工程
育种 基因
重组 提取目的基因→目的基因与运载体结合→将
目的基因导入受体细胞→目的基因的表达与
检测→筛选获得优良个体 ①目的性强，育种周
期短
②克服了远缘杂交不
亲和的障碍 技术复杂，安全性问题
多，有可能引起生态危机 转基因“向日葵
豆”、转基因抗
虫棉
【思考感悟】杂交育种能否应用于微生物育种？
杂交育种利用基因重组的原理，一般发生在有性生殖的减数分裂过程中。微生物一般不能进行减数分裂，因此一般不用杂交育种的方法对微生物进行育种。
【基础训练】
1、育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等，下面对这五种育种的说法正确的是（ A ）
A、涉及的原理有：基因突变、基因重组、染色体变异
B、都不可能产生定向的可遗传变异
C、都在细胞水平上进行操作
D、都不能通过产生新基因从而产生新性状
2、假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种，为培养出优良新品种AAbb，可以采用的方法如图所示。
（1）由品种AABB、aabb经过①、②、③过程培育出新品种的育种方法称为杂交育种。若经过②过程产生的子代总数为1552株，则其中基因型为AAbb的植株理论上有97株。基因型为Aabb的类型经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是1︰1。
（2）过程⑤常采用花药离体培养法由AaBb得到Ab个体。与“过程①②③”的育种方法相比，“过程⑤⑥”育种的优势是明显缩短了育种年限。
（3）过程④在完成目的基因与运载体的结合时，必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶（限制酶）DNA连接酶。与“过程⑦”的育种方法相比，“过程④”育种的优势是定向地改变生物的遗传性状。
3、用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病（DDTT）和矮秆不抗锈病（ddtt）进行育种时，一种方法是杂交得到F1，F1再自交得F2；另一种方法是用F1的花药进行离体培养，再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株。下列叙述正确的是（ C ）
A、前一种方法所得的F2中重组类型和纯合子各占5/8、1/4
B、后一种方法所得的植株中可用于生产的类型比例为2/3
C、前一种方法的原理是基因重组，原因是非同源染色体自由组合
D、后一种方法的原理是染色体变异，是由于染色体结构发生改变
【高考模拟】
1.（2007广东生物15）太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等，诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异，然后进行培育的一种育种方法。下列说法正确的是（ D ）
A、太空育种产生的突变总是有益的
B、太空育种产生的性状是定向的
C、太空育种培育的植物是地球上原本不存在的
D、太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的
2.（2008江苏生物23）下列关于育种的叙述中，错误的是（ BCD ）
A、用物理因素诱变处理可提高突变率 B、诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C、三倍体植物不能由受精卵发育而来 D、诱变获得的突变体多数表现出优良性状
3.（09上海卷）21.下列技术中不能获得抗锈高产小麦新品种的是
A. 诱变育种
B. 细胞融合
C. 花粉离体培养
D. 转基因
答案：C
解析：花药离体培养获得是单倍体，一般高度不育。
4.（09天津卷）8．（30分）水稻种子中70％的磷以植酸形式存在。植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外，是多种动物的抗营养因子，同时，排出的大量磷进入水体易引起水华。
（1）磷元素除了形成植酸外，还可以出现在下列_____________分子或结构中（多选）。
A.核糖 B.ATP C.核糖体 D.核膜
（2）种植芦苇能有效抑制水华的发生，表明芦苇与引起水华的藻类关系是_____________。
（3）植酸酶可降解植酸，在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的_____________ 利用率。
（4）酵母菌中植酸的活性较高。下图是从不同类型酵母菌的发酵液中提取植酸酶的工艺流程。
据图回答：
①植酸酶________________（Ⅰ/Ⅱ）属于分泌蛋白。
②若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同，其差异体现在______________________。
③提纯的植酸酶需做活性条件测定。右图为测定结果。
图中的自变量可为____________________________(答一种)；
因变量可以通过测定______________________来表示。
（5）为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。
据图回答：
①图中基因组文库____________（小于/等于/大于）cDNA文库。
②B过程需要的酶是______________；A、C过程中_____________（可以/不可以）使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
③目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中___________。和_____________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是_________________________。
（6）已获得的转植酸酶基因水稻品系植酸含量低，但易感病，下图为选育低植酸抗病水稻品种的过程。图中两对相对性形状分别由两对基因控制，并独立遗传。
采用上图育种过程，需从_______________代开始筛选，经筛选淘汰后，在选留的植株中低植酸抗病纯合体所占的比例是______________。选留植株多代自交，经筛选可获得低植酸抗病性状稳定的品性。
答案：
（1）BCD
（2）竞争关系
（3）营养成分
（4）①I
②氨基酸的种类、数量和排列顺序不同
③温度（或PH） 单位时间内植酸的降解量（或植酸降解产物的生成量）
（5）①大于
②逆转录酶 可以
③DNA cDNA耐高温
（6）F2 1/9
解析：本题考查物质的元素组成、生物的种间关系、蛋白质、酶、基因工程、遗传定律的相关知识，涉及的知识点较多，综合性很强。（1）只有核糖中不含磷元素，ATP（磷酸基团）、核糖体（含RNA）、核膜（含磷脂）中均含有磷元素。（2）芦苇能抑制水华的发生，表明芦苇与水华的藻类关系是竞争。（3）植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外，是多种动物的抗营养因子，而植酸酶可降解植酸，因此在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的营养成分的利用率。（4）分析图可知，植酸酶Ⅱ需要经过两次离心，因此植酸酶Ⅰ属于分泌蛋白。若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同，其差异体现在氨基酸的种类、数量和排列顺序的不同。从图的可看出，自变量可为温度或pH，因变量可以通过测定单位时间内植酸的降解量或植酸降解量产物的生成量来表示。（5）分析获取植酸酶基因的流程图可知，图中基因组文库大于cDNA文库。B过程需要的酶应该是逆转录酶，因为A、C过程都能获得含目的基因的菌株，所以可以使用同一种探针进行筛选。目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是耐高温。（6）根据上图育种过程，所需性状在F2代中才开始出现，所以应从F2代开始筛选。从图中可以看出，低植酸抗病是双显性（在F2中占9/16），经筛选淘汰后，在选留的植株中纯合体所占的比例是1/9。
5.（09广东卷）33.（8分）
为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种培育种方法，过程如下。请回答问题。
（1）从对该种除草剂敏感的二倍水稻植株上取花药离体培养，诱导成 幼苗。
（2）用 射线照射上述幼苗，目的是 ；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有 。
（3）取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体 ，获得纯合 ，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
（4）对抗性的遗传基础做一步研究，可以选用抗性植株与 杂交，如果 ，表明抗性是隐性性状。 自交，若 的性状分离比为15（敏感）：1（抗性），初步推测 。
答案：
（1）单倍体
（2）诱发基因突变 抗该除草剂的能力
（3）加倍 二倍体
（4）（ 纯合）敏感型植株 都是敏感型 该抗性植株中有两个基因发生了突变
解析：本题考查了单倍体育种，诱变育种等知识，同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。花药离体培养是单倍体育种的基本手段，射线激光有诱发突变的能力，而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变形状，所以需要经过组织培养，为了获得可育的植株，需用秋水仙素使染色体加倍，加倍获得的是纯和子，通过与敏感型植株杂交，子一代表现出来的性状是显性，子二代出现性状分离，分离比是15：1，不符合分离定律，可以用自由组合定律来解释，只有两对基因都隐性时才表现为抗性。所以初步推测该抗性植株中两个基因发生了突变。
6.（09海南卷）21．（14分）
填空回答下列问题：
（1）水稻杂交育种是通过品种间杂交，创造新变异类型而选育新品种的方法。其特点是将两个纯合亲本的______通过杂交集中在一起，再经过选择和培育获得新品种。
（2）若这两个杂交亲本各具有期望的优点，则杂交后，F1自交能产生多种非亲本类型，其它原因是F1在______形成配子过程中，位于______基因通过自由组合，或者位于______基因通过非姐妹染色单体交换进行重新组合。
（3）假设杂交涉及到n对相对性状，每对相对性状各受一对等位基因控制，彼此间各自独立遗传。在完全显性的情况下，从理论上讲，F2表现型共有______种，其中纯合基因型共有______种，杂合基因共有______种。
（4）从F2代起，一般还要进行我代自交和选择。自交的目的是_____；选择的作用是______。
答案：
（1）优良性状（或优良基因）（2分）
（2）减数分裂（1分）非同源染色体上的非等位（1分） 同源染色体上的非等位（2分）（3） （1分） （1分） （2分）
（4）获得基因型纯合的个体 保留所需的类型（每空2分，共4分，其他合理答案也给分）
