2025届高考生物基础复习：生物的变异

第七章 生物的变异与进化 2025年高考生物专项复习 第1节 生物的变异 目录 生物变异的类型 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 生物变异在育种上的应用 壹 贰 叁 2 生物变异的类型 壹 3 教材知识萃取 4 1.基因突变的实例 （1）镰状细胞贫血 ①形成示意图 一、 基因突变 ②原因分析 （2）基因突变的概念 DNA分子中发生 <m></m> ________________________，而引起的 <m></m> ______________的改 变，叫作基因突变。 碱基的替换、增添或缺失 基因碱基序列 &2& （1）DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失不一定是基因突变，只有引起了基因碱基序列的改变，才是基因突变。 （2）RNA病毒的遗传物质为RNA，病毒RNA上基因碱基序列的改变也称为基因突变。 （3）基因突变是分子水平上的变化，基因突变不会改变基因数目及基因在染色体上的位置。 （3）细胞癌变 &4& （1）原癌基因和抑癌基因都是一类基因，而不是一个基因。 （2）不是只有癌细胞中才存在原癌基因和抑癌基因，正常细胞中的DNA上也存在原癌基因和抑癌基因。 （3）原癌基因和抑癌基因共同对细胞的生长和增殖起调节作用。 2.基因突变的原因、特点及意义 &6& 基因突变主要发生在细胞分裂前的间期，但也能发生在其他时期，只是突变频率更低。 3.基因突变对氨基酸序列与生物性状的影响 （1）基因突变对氨基酸序列的影响 碱基 对蛋白质中氨基酸序列的影响 替换 只改变1个氨基酸或不改变或提前终止或延后终止 增添 不影响插入位置前的序列，影响插入位置后的序列 缺失 不影响缺失位置前的序列，影响缺失位置后的序列 “改变”生物性状的4大原因 “不改变”生物性状的4大原因 启动子突变——肽链不能合成 突变部位在基因编码区的非编码序列 终止密码子延后——肽链延长 密码子的简并 终止密码子提前——肽链缩短 隐性突变 碱基替换——氨基酸种类改变 改变了个别氨基酸，但蛋白质的功能不变 （2）基因突变与性状的关系 深度思考 1.基因突变是分子水平上的变化，一般不能借助光学显微镜观察到，镰状细胞贫血是分子水平上基因突变造成的，能否借助光学显微镜进行诊断？理由是什么？ 提示 能。可借助光学显微镜观察红细胞的形态，镰状细胞贫血患者的红细胞呈镰刀状，正常人的红细胞呈中央微凹的圆饼状。 2.基因突变一定能产生新的等位基因吗？理由是什么？ 提示 不一定。病毒和原核细胞的基因一般是单个存在的，不存在等位基因。因此，病毒和原核生物基因突变产生的是新基因，而不是新的等位基因。 3.为什么在细胞分裂前的间期易发生基因突变？ 提示 细胞分裂前的间期进行DNA复制，DNA复制时需要解旋成单链，单链DNA容易受到内、外因素的影响而发生碱基序列的改变。 4.基因突变的频率很低，而且有些基因突变对生物体是有害的，但它为何仍可以为生物进化提供原材料？ 提示 对于生物个体而言，发生自然突变的频率是很低的。但是，一个物种往往是由许多个体组成的，就整个物种来看，在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的。此外，突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。因此，基因突变能够为生物进化提供原材料。 1.基因重组的概念 二、基因重组 类型 自由组合型 交换型 基因工程重组型 发生时 间 减数分裂Ⅰ <m></m> _____ 减数分裂Ⅰ前期 人为条件下体外进 行 示意图 ____________________________________ ________________________ ____________________________________ 后期 2.基因重组的类型 类型 自由组合型 交换型 基因工程重组型 发生机 制 位于 <m></m> ___________ _________________ 随非同源染色体的 <m></m> __________而发生重 组 位于同源染色体上的 <m></m> ______ 基因有时会随着 <m></m> __________ ______之间的互换而发生交 换，导致染色单体上的基因重 组 目的基因经 <m></m> ___ _____导入受体细 胞，导致受体细胞 中基因发生重组 非同源染色体上的非等位基因 自由组合 等位 非姐妹染色单体 载体 续表 3.基因重组的结果：产生 <m></m> ____________，导致 <m></m> __________出现。 4.基因重组的意义：使产生的配子种类多样化，进而产生基因组合多样化的子代， 故基因重组是生物变异的来源之一，对 <m></m> ____________具有重要意义。 &13& 基因重组一般发生于有性生殖配子的形成过程中，其他过程中的基因重组一般需要人为参与。 新的基因型 重组性状 生物的进化 情境应用 现在很多家庭都养殖有色彩斑斓、形态各异的金鱼，你知道这些金鱼是怎么形成的吗？ 提示 首先金鱼的祖先野生鲫鱼经过基因突变等产生新的品种，人们选择喜欢的品种并进行人工杂交，最后出现了现在家庭养殖的色彩斑斓、形态各异的金鱼。 深度思考 1.二倍体生物同源染色体的非姐妹染色单体间一定能发生互换吗？为什么？ 提示 不一定。二倍体生物进行有性生殖产生生殖细胞的过程中（减数分裂时），在四分体时期，可能会有一定数量的同源染色体的非姐妹染色单体间发生互换，也可能不发生互换。 2.精子与卵细胞随机结合属于基因重组吗？为什么？ 提示 不属于。基因重组的实质是控制不同性状的基因的重新组合，通常发生在减数分裂形成配子的过程中，精子与卵细胞的随机结合属于受精作用，不属于基因重组。 3.基因重组有利于物种在一个无法预测将会发生什么变化的环境中生存的原因是什么？ 提示 基因重组产生的基因组合多样化的后代中，可能会含有适应某种变化的、生存所必需的基因组合。 1.染色体数目变异 2.单倍体、二倍体和多倍体 项目 单倍体 二倍体 多倍体 概念 由配子发育而来的个体，体 细胞中含有本物种 <m></m> _____ 染色体数目的个体 由受精卵发育而 来的个体，体细 胞中含有两个 <m></m> __________的个 体 由受精卵发育而来的个 体，体细胞中含有三个 或三个以上染色体组的 个体 发育起点 <m></m> ______ 受精卵 <m></m> ________ 植株特点 ①植株弱小;②一般高度不育 正常可育 ①茎秆粗壮；②叶片、 果实和种子较大；③营 养物质含量丰富 配子 染色体组 配子 受精卵 项目 单倍体 二倍体 多倍体 体细胞染色体 组数 <m></m> 2 <m></m> 形成过程 形成 原因 自然原 因 单性生殖 正常的有性生殖 外界环境条件剧变（如 低温） 续表 项目 单倍体 二倍体 多倍体 形成 原因 人工 诱导 <m></m> ______________ 秋水仙素处理 <m></m> ___________ _________ 秋水仙素处理 <m></m> ___ _______________ 举例 蜜蜂中的雄蜂 几乎全部的动物 和过半数的高等 植物 香蕉（三倍体）、四 倍体葡萄 花药离体培养 二倍体的单倍体幼苗 萌发的种子或幼苗 类型 变化 图解 实例 缺失 缺失某一片段 _________________________________________ 果蝇缺刻翅的形成 <m></m> ______ 增加某一片段 _________________________________________ 果蝇棒状眼的形成 <m></m> ______ 某一片段移接到另一条非 同源染色体上 _______________________________________________ 果蝇花斑眼的形成 重复 易位 3.染色体结构变异 类型 变化 图解 实例 <m></m> ______ 某一片段位置颠倒 ____________________________________ 果蝇卷翅的形成 结果 使排列在染色体上的基因的 <m></m> ________________发生改变，从而导 致 <m></m> ______的变异 对生物体的 影响 大多数染色体结构变异对生物体是 <m></m> ______的，有的甚至会导致生 物体死亡 倒位 数目或排列顺序 性状 不利 续表 情境应用 香蕉是人们喜爱吃的一种水果，我们平时吃的香蕉是三倍体，一般没有种子，为什么？ 提示 三倍体香蕉的原始生殖细胞中有三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，因此不能形成可育的配子。 1.单倍体一定不育吗？请说明理由。 提示 不一定。若单倍体体细胞中含有奇数个染色体组，一般不可育；若有偶数个染色体组,则一般可育。 2.野生马铃薯的一个染色体组有12条染色体，一个基因组也有12条染色体的DNA，染色体组与基因组相同吗？ 提示 不相同。对于二倍体来说，染色体组是二倍体生物配子中的染色体。对于有 性染色体的生物（二倍体）来说，其基因组为一组常染色体上的 <m></m> 两条不同的 性染色体上的DNA；对于无性染色体的生物来说，其基因组就是一个染色体组上的 DNA。 深度思考 3.所有的生物都能发生染色体变异吗？ 提示 不是。只有具有染色体的真核生物才能发生染色体变异，原核生物和病毒没有染色体，不能发生染色体变异。 4.基因突变和染色体变异都涉及碱基序列的改变，二者的主要区别是什么？ 提示 基因突变是基因结构中碱基的替换、增添或缺失，通常不改变基因的数目和排列顺序，而染色体变异能改变排列在染色体上的基因的数目和排列顺序。 变式1 生物变异类型的辨析 1.[链接人教版必修2 P83~P84正文、P91概念检测T1]下列关于生物变异的说法，正确的是( ) B A.根尖细胞能发生的变异类型有基因重组、基因突变、染色体变异 B.体细胞中含有两个染色体组的个体不一定是二倍体 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.基因重组是生物变异的根本来源，一般发生在有性生殖过程中 【解析】根尖细胞进行的是有丝分裂，能发生的变异类型有基因突变、染色体变异，基因重组发生在减数分裂过 程中，（【提醒】基因重组可发生在配子形成过程中，但不发生在受精过程中。）A错误；体细胞中含有两个染色 体组的个体不一定是二倍体，可能是单倍体，（【易错】单倍体的体细胞中染色体数目与本物种配子染色体数目 相同，单倍体 含1个染色体组。）B正确；基因突变属于分子水平的范畴，无法通过显微镜观察，C错误；基因突 变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，D错误。 教材素材变式 32 2.[链接人教版必修2 P81、P84正文，P90图5-7]某动物一对染色体上部分基因及其位置如图1所示，该动物通过减 数分裂产生的若干精细胞中，出现了如图2中6种异常精子。下列相关叙述正确的是( ) B 图1 图2 A.1和6可能属于同一变异类型，发生于减数第一次分裂后期 B.2、4、5同属于染色体结构变异，都一定发生了染色体片段断裂 C.3发生的变异一般不改变碱基序列，在光学显微镜下观察不到 D.只有2、4发生的变异改变了染色体上 的碱基数量 【解析】1和6异常精子形成的原因可能是减数第一次分裂的四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体之间发生了 互换，属于基因重组，发生于减数第一次分裂前期，A错误。2发生了染色体片段缺失、4发生了染色体片段重复、 5发生了染色体片段倒位，三者都属于染色体结构变异，都一定发生了染色体片段断裂，B正确。3中 基因出现的 原因是基因突变，基因突变是指 分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变，故3发 生的基因突变改变了碱基序列，C错误。3发生的基因突变也可能改变了染色体上 的碱基数量，D错误。 33 方法技巧 利用三个“关于”区分三种变异 （1）关于“互换”：同源染色体上的非姐妹染色单体之间的互换属于基因重组；非同源染色体之间的互换属于染色 体结构变异中的易位。 （2）关于“缺失或增加”：分子上若干基因的缺失或重复（增加）属于染色体结构变异； 分子上若干碱基 对的缺失、增添（增加）属于基因突变。 （3）关于变异的水平：基因突变、基因重组属于分子水平的变化，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细 胞水平的变化，一般在光学显微镜下可以观察到。 34 3.[链接人教版必修2 P81正文、P83相关信息，2023全国甲卷节选]利用物理、化学等因素处理生物，可以使生物发 生基因突变，从而获得新的品种。通常，基因突变是指 __________________________________________________________________。 分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变 35 变式2 生物变异的实例 4.[人教版必修2 P85概念检测变式]我国南方大面积栽培的水稻为籼稻。与粳稻相比，籼稻的B基因中一个碱基对 替换成了 ，使其降低了对低温的适应性。下列叙述正确的是( ) B A.该变异属于基因突变，改变了 碱基对内的氢键数 B.该变异不会导致染色体结构和数目的改变 C.该变异不会引起相应蛋白质空间结构的改变 D.在我国北方环境下种植籼稻品种，其产量较高 【解析】A项错误：碱基的增添、缺失或替换引起的变异属于基因突变，碱基对替换成了不改变 碱 基对内的氢键数。（【记干货】、C之间存在3个氢键，A、 之间存在2个氢键。）B项正确：基因突变不会导致 染色体结构和数目发生改变。C项错误：该突变导致 上对应的密码子发生改变，由题意可知，该突变使籼稻 降低了对低温的适应性，根据结构决定功能，推测相应蛋白质空间结构发生了改变。D项错误：粳稻对低温的适应 性更强，在我国北方环境（温度相对较低）下种植粳稻品种，其产量较高。 36 要点速记 基因突变概念深解读 1.基因突变对基因的影响：分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起基因碱基序列发生改变；由于 分 子中碱基互补配对，发生基因突变后的基因中，嘌呤的数目仍然等于嘧啶的数目，两者的比例不变。 2.基因突变对蛋白质中氨基酸序列的影响：碱基的替换对氨基酸序列的影响一般较小，可能只改变1个氨基酸或由 于密码子的简并性不改变氨基酸序列；碱基的增添或缺失一般不影响插入或缺失位置前相应的氨基酸序列，对插 入或缺失位置后相应的氨基酸序列影响一般较大。 3.基因突变不影响生物性状的几个可能原因：①密码子具有简并性，基因突变没有造成氨基酸序列的改变，进而性 状不发生改变；②基因突变是隐性突变，如突变为，在基因A对 为完全显性的情况下，生物仍表现显性性状； ③若基因突变发生在非编码部位（如内含子），生物的性状也可能不会发生改变。 4.基因突变不一定会产生等位基因：如细菌、病毒、线粒体、叶绿体中分布的 上发生基因突变，产生的基 因与原来的基因不是等位基因。 37 5.[链接人教版必修2 P82思考·讨论]如图为结肠癌发病过程中细胞形 态和部分染色体上基因的变化。下列相关叙述正确的是( ) A A.正常结肠上皮细胞中原癌基因和抑癌基因均会表达 B.抑癌基因Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ控制同一性状，属于复等位基因 C.与正常细胞相比，癌细胞表面各种蛋白质含量均降低 D.结肠癌是遗传物质改变引起的，能够遗传给下一代 【解析】原癌基因和抑癌基因属于正常基因，在正常细胞中均表达， （【提醒】原癌基因和抑癌基因并不是只存在于癌细胞中，人和动物细胞中的 上本来就存在原癌基因和抑癌 基因。）A正确。由图可知，抑癌基因Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位于不同染色体的不同位置，不属于复等位基因，B错误。与正常 细胞相比，癌细胞表面的糖蛋白含量降低，但其他蛋白质含量不一定降低，C错误。结肠癌是体细胞中基因突变引 起的，一般不能遗传给后代，（【提醒】发生在生殖细胞中的变异一般可遗传给后代，发生在体细胞中的变异一 般不能遗传给后代。） D错误。 38 归纳总结 原癌基因和抑癌基因的突变与细胞癌变的关系 39 6.[人教版必修2 P91拓展应用T2变式]西瓜具有清热解暑、生津止渴等功效。如图是 三倍体无子西瓜的培育过程图解，若图中植株的基因型为， 植株的基因型为 ，下列说法错误的是( ) C A.无子西瓜每年都要制种，可以用植物组织培养技术解决这一问题 B.图中 过程常用的试剂是秋水仙素 C.获得的无子西瓜植株的基因型为或 D.无子西瓜植株无法产生种子的原因是减数分裂时联会紊乱 【解析】无子西瓜无法产生种子，每年都要制种，很麻烦，可以用植物组织培养技术解决这个问题，A正确。秋水 仙素可抑制纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍，常用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗，使之成为四倍体植株，B 正确。植株的基因型为，则四倍体植株的基因型为，由二倍体植株（基因型为 ）和四倍体植株（基因 型为）杂交所得的三倍体无子西瓜植株的基因型为 ，C错误。三倍体无子西瓜植株的原始生殖细胞中有 三套非同源染色体，减数分裂时出现联会紊乱，不能形成可育的配子，（【提醒】不可育 不可遗传变异，如三倍 体无子西瓜不可育，但其产生属于可遗传变异。）因此无法产生种子，D正确。 40 7.[链接人教版必修2 P90正文、图5-7]（多选）科研人员对猫叫综合征患者 进行家系分析和染色体检查，结果如图1和图2，下列叙述正确的是( ) ABC A.和 的5号染色体发生了染色体结构变异中的缺失，导致其上的基因 数目减少 B.、、 染色体异常的原因是5号染色体发生断裂后与8号染色体错 误连接 C. 的初级卵母细胞在减数分裂Ⅰ前期，5号和8号两对同源染色体会出现图 3所示的联会现象（图3中①~④为染色 体编号） D.若减数分裂Ⅰ后期四条染色体随机两两分离（不考虑互换）， 会形成4种类型的卵细胞 41 【解析】图示分析： D项错误：若减数分裂Ⅰ后期四条染色体随机两两分离（不考虑互换）， 会形成染色体组成为①②、③④、 ①③、②④、①④、②③的6种类型的卵细胞。 42 变异类型 结构变化示意图 联会时镜检示意图 缺失（ 片段） 重复（ 片段） 易位（一条染色体上的、、 片段与另一条非同 源染色体上的、 片段交换） 倒位（、、、 片段） 易错辨析 染色体变异类型辨析 43 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 贰 44 教材实验攻略 45 1.实验过程 2.实验中的试剂及其作用 试剂 使用方法 作用 对应实验步 骤 卡诺氏液 将根尖放入卡诺氏液中浸泡 <m></m> <m></m> __________ ____ 固定 体积分数为 <m></m> 的酒精 冲洗用卡诺氏液处理的根尖 洗去卡诺氏液 与质量分数为 <m></m> 的盐酸等体积混 合,浸泡经固定的根尖 解离根尖细胞 解离 质量分数为 <m></m> 的盐酸 与体积分数为 <m></m> 的酒精等体积混 合,作为解离液 清水 浸泡解离后的根尖约 <m></m> 漂洗根尖,去除解 离液 漂洗 固定细胞形态 试剂 使用方法 作用 对应实验步 骤 甲紫溶液 把漂洗干净的根尖放进盛有甲紫 溶液的玻璃皿中染色 <m></m> 使 <m></m> ________ 着色 染色 &4& 植物细胞经卡诺氏液固定后已死亡，所以显微镜下观察到的是死细胞。 染色体 续表 深度思考 1.用一定浓度的秋水仙素处理次级精母细胞，则次级精母细胞不分裂，其着丝粒还能正常分裂吗？为什么？ 提示 着丝粒可以正常分裂。着丝粒分裂不是纺锤丝牵引导致的，而是在相关酶的作用下自主分裂的结果。着丝粒分裂后染色体向两极移动的过程才与纺锤体有关。 2.低温处理可以使染色体数目加倍，那么低温处理的时间越长，效果越好吗？ 提示 不是。低温处理的目的只是抑制纺锤体形成，使染色体不能被拉向细胞两极。如果低温持续时间过长，会影响细胞的各项功能，甚至导致细胞死亡。 3.三倍体无子西瓜培育时用一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体西瓜的芽尖，原因是什么？ 提示 西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的部位，用秋水仙素处理有利于抑制细胞有丝分裂时纺锤体的形成，从而形成四倍体西瓜植株。 变式1 教材实验基础 1.[链接人教版必修2 P89探究·实践]关于低温诱导洋葱细胞染色体数目变化实验的叙述，正确的是( ) C A.低温与秋水仙素处理均能抑制着丝粒分裂，使染色体不能移向细胞两极 B.洋葱鳞片叶内表皮细胞体积大且无色素，是理想的实验材料 C.实验步骤：放置培养培养 固定 制作装片 显微观察 D.在高倍显微镜下，可以看到大多数细胞的染色体数目加倍 【解析】低温与秋水仙素处理均能抑制纺锤体形成，（【易错】不影响着丝粒分裂。）使染色体不能移向细胞两 极，A错误。洋葱鳞片叶内表皮细胞是高度分化的细胞，不再进行细胞分裂，不能作为该实验的材料，B错误。实 验步骤为放置（放置于冰箱冷藏室内一周）（室温）培养长出不定根 培养（冰箱冷藏室内诱 导） 固定（卡诺氏液浸泡） 制作装片 显微观察，C正确。在高倍显微镜下，可以看到少数细胞的 染色体数目加倍，D错误。 教材实验变式 52 2.[链接人教版必修2 P89探究·实践]下列关于低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验中，部分试剂的使用方法及 其作用的叙述，错误的是( ) 选项 试剂 使用方法 作用 A 卡诺氏液 将根尖放入卡诺氏液中浸泡 培养根尖,促进细胞分裂 B 体积分数为 的酒精 与质量分数为 的盐酸等体积混合,浸泡经固定的根 尖 解离根尖细胞,使细胞相互 分离开 C 清水 漂洗解离后的根尖约 洗去药液,防止解离过度 D 甲紫溶液 把漂洗后的根尖放入盛有质量浓度为 或 的甲紫溶液的玻璃皿中染色 使染色体着色 A 【答案】A 【解析】 卡诺氏液的作用是固定细胞的形态，A错误。体积分数为的酒精与质量分数为 的盐酸等体积混 合后制成的解离液使组织间的细胞相互分离开，便于观察，B正确。清水的作用是洗去药液，防止解离过度，C正 确。甲紫溶液是一种碱性染料，能使染色体着色，D正确。 53 变式2 教材实验拓展 3.[链接人教版必修2 P89探究·实践]四倍体大蒜的产量比二倍体大蒜的高，为探究诱导大蒜细胞染色体数目加倍的 最适温度，设计了如下实验： 主要材料用具：大蒜、培养皿、纱布、恒温箱、卡诺氏液、体积分数为的酒精、质量分数为 的盐酸、显 微镜、质量浓度为 的甲紫溶液等。 （1）实验步骤 ①取5个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。 ②将培养皿分别放入、、_____、_____、的恒温箱中培养 。 ③取大蒜随机均分成___组，分别放入培养皿中诱导培养36小时。 ④分别取根尖，放入__________中固定 ，然后用______________________冲洗2次。 ⑤制作装片：解离 ______ ______ 制片。 ⑥使用显微镜观察，统计每组视野中的染色体数目加倍率，染色体数目加倍率最高的组别对应的温度即为最适温度。 5 卡诺氏液 体积分数为的酒精 漂洗 染色 54 【解题思路】本实验的目的是探究诱导大蒜细胞染色体数目加倍的最适温度，自变量是温度，依据给出的部分实 验步骤可知，本实验共分5组，温度梯度为 ，其他对实验结果有影响的无关变量应控制相同且适宜。在此基础 上，借助教材中“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”的实验流程，完善后的实验步骤如下：①取5个培养皿，编 号并分别加入纱布和适量的水；②将培养皿分别放入、、、、的恒温箱中培养 ；③取大 蒜随机均分成5组，分别放入培养皿中诱导培养36小时；④分别取根尖，放入卡诺氏液中固定 , 然后用体积分数为的酒精冲洗2次；⑤制作装片（解离 漂洗 染色 制片）;⑥使用显微镜观察，统计每组 视野中的染色体数目加倍率，染色体数目加倍率最高的组别对应的温度即为最适温度。 55 （2）实验分析 ①观察染色体形态和数目的最佳时期是______________。 有丝分裂中期 【解题思路】有丝分裂中期染色体形态固定，数目清晰，整齐地排列在赤道板处，是观察染色体形态和数目的最佳时期。 ②除低温外，__________也可以诱导染色体数目加倍，原理是__________________。 秋水仙素 抑制纺锤体的形成 【解题思路】除低温外，秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，也能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。 56 解后反思 梳理秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍的实验原理和流程、实验设计的原则等相关知识是分析、解决本题的关键。由题意准确把握实验目的，结合给出的部分实验步骤找出实验变量（自变量、因变量、无关变量），进而对相应问题进行解答。 57 生物变异在育种上的应用 叁 58 项目 变异类型 常用方法 优点 缺点 举例 杂交育种 基因重组 杂交、自交 ①使不同个体的优良性状集 中在一个个体上； #b# ②操作简便 ①育种时间较长； #b# ②局限于亲缘关系较 近的个体 矮秆抗病小 麦 诱变育种 基因突变 紫外线、 射线、亚 硝酸盐等处理 提高变异频率，加速育种进 程，大幅度改良性状 盲目性大，有利变异 少，需大量处理实验 材料 含油量高的 大豆 单倍体育 种 染色体变 异 花药离体培养、用秋 水仙素或低温处理 ①明显缩短育种年限； #b# ②二倍体子代均为纯合子 技术复杂，需与杂交 育种配合 单倍体育种 获得矮秆抗 病小麦 多倍体育 种 染色体变 异 用秋水仙素或低温处 理萌发的种子或幼苗 茎秆粗壮；叶、种子、果实 较大；营养物质含量高 只适用于植物，发育 延迟，结实率低 三倍体无子 西瓜 基因工程 育种 基因重组 将一种生物的特定基 因转移到另一种生物 细胞中 打破物种界限，定向改造生 物的遗传性状 技术复杂，可能产生 生态安全问题 转基因抗虫 棉的培育 教材知识萃取 59 1.六种育种方法的比较 育种方 法 常规流程 变异类 型 优点 缺点 实例 杂交育 种 具有不同优良性状的双 亲杂交→ <m></m> 自交→选 种、自交 <m></m> <m></m> ___ _______ 操作简便 育种时 间长 矮秆抗病 小麦 基因重组 育种方 法 常规流程 变异类 型 优点 缺点 实例 诱变育 种 用 <m></m> 射线或亚硝酸盐等 处理萌发的种子或幼苗 主要是 <m></m> ____ _______ ①提高 <m></m> ______ ____，可以在较 短时间内选择更 多的优良变异类 型；②大幅度 <m></m> __________ 有很大 盲目性 太空种子 基因 突变 变异频率 改良性状 续表 育种方法 常规流程 变异类型 优点 缺点 实例 单倍体 育种 花药 <m></m> 单倍体幼苗 <m></m> 染色体数目加倍，得到所需 纯合子 <m></m> ___ _______ __ 明显缩短育种年限 技术复 杂 水稻、小 麦等的单 倍体育种 多倍体 育种 用 <m></m> __________（或 低温）处理 <m></m> _______ ___________ 提高营养物质含量 发育延 迟 三倍体无 子西瓜 染色体变异 秋水仙素 萌发的种子或幼苗 续表 育种方 法 常规流程 变异类 型 优点 缺点 实例 细胞工 程育种 白菜和甘蓝→植物体细 胞杂交→白菜—甘蓝 （异源四倍体） <m></m> ___ _______ __ 打破物种界限 （克服生殖隔 离），定向改造 生物的遗传性状 技术复 杂 白菜—甘 蓝 基因工 程育种 将某特定基因转移到另 一种生物的细胞中 <m></m> ___ _______ 转基因抗 虫棉 染色体变异 基因重组 续表 2.育种方法的选择 &5& （1）单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理两个过程。 （2）单倍体育种一般应用于二倍体植物，因为对于四倍体植物，通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。 （3）用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍，若操作对象是单倍体植株，属于单倍体育种；若操作对象为正常植株，叫多倍体育种。不能看到“染色体数目加倍”就认为是多倍体育种。 （4）单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，使染色体数目加倍。单倍体育种在幼苗期处理，多倍体育种在种子萌发期或幼苗期处理。 深度思考 1.培育二倍体植物时，为什么采用单倍体育种能够明显缩短育种年限？ 提示 因为用单倍体育种方法得到的植株不但能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合的，自交后代不发生性状分离。 2.在实施杂交育种时，一定要经过不断自交、筛选过程吗？ 提示 不一定。若要培育杂合子品种，可将杂种子一代作为种子直接使用，但种子 只能用一年；若要培育隐性纯合子品种，在 <m></m> 中选出表型符合要求的个体种植并推 广即可；若要培育显性纯合子，则需要经过不断自交、筛选。 3.多倍体都是可育的吗？ 提示 多倍体有的可育，有的不可育,需要依据具体情况进行判断，方法如下：一看染色体组的来源，如同源四倍体、同源八倍体都是可育的；异源四倍体有的不育，如普通小麦（六倍体）和黑麦（二倍体）杂交，得到的异源四倍体是不育的。二看染色体组的数量，若染色体组数是奇数，则是不育的。 变式1 诱变育种 1.[链接人教版必修2 P83相关信息]黑龙江省农业科学院用辐射方法处理大豆，培育出“黑农五号”等大豆品种，含油 量提高了，产量提高了 。下列说法正确的是( ) D A.相关基因突变都会使大豆的含油量有所改变 B.相关基因突变后会改变基因在染色体上的位置 C.相关基因突变的方向和辐射处理有明确的因果关系 D.经人工诱变选育出的含油量高的个体不一定是纯合子 【解析】密码子具有简并性，相关基因突变不一定会引起生物性状改变，A错误。相关基因突变后可产生等位基因，但不会改变基因在染色体上的位置，B错误。基因突变具有不定向性，相关基因突变的方向和辐射处理没有明确的因果关系，C错误。经人工诱变选育出的含油量高的个体不一定是纯合子，D正确。 教材素材变式 68 2.[链接人教版必修2 P80问题探讨]2023年2月23日，科研人员将洋紫荆幼苗从培养箱移植至大盆，标志着搭乘载人 飞船经历太空旅行的洋紫荆种子顺利出苗移植，这是航天育种的又一突破，未来有望利用此批幼苗选育获得更多 洋紫荆新品种。下列有关航天育种的叙述，正确的是( ) C A.洋紫荆种子经太空旅行后生活力会大大增强，利于选育新品种 B.太空微重力、高辐射环境能有效降低洋紫荆种子突变的频率 C.航天育种与其他育种方式相结合，能培育出更多的洋紫荆新品种 D.洋紫荆种子顺利出苗移植标志着新品种洋紫荆的培育取得成功 【解析】洋紫荆种子经太空旅行后可能会发生突变，突变具有不定向性，故经太空旅行后的洋紫荆种子的生活力不一定大大增强，A错误。太空微重力、高辐射环境能提高突变频率，B错误。航天育种属于诱变育种，选育出符合要求的品种后，可结合杂交育种、单倍体育种等方式，培育出更多的洋紫荆新品种，C正确。顺利出苗的洋紫荆可能未发生变异，故不一定能培育出新品种洋紫荆，D错误。 69 3.[链接人教版必修2 P83相关信息]甲基亚硝基脲 是一种化学物质，可用于诱变育种。研究发现 主要作用机理是对上的鸟嘌呤起烷化作用，使碱基对被替代。研究人员先用不同浓度的 溶液 处理某种燕麦种子 ，然后测定该批种子的发芽率及相对致死率，结果如表。下列叙述错误的是( ) 浓度（相对值） 发芽率/ 相对致死率/ 0.00 96.3 - 0.20 94.3 2.97 0.25 85.0 11.75 0.30 48.0 50.17 B A.该实验中 的浓度是自变量，处理时间是无关变量 B.使的替换为 ，定向诱导种子发生基因突变 C.实验中， 浓度越高，对燕麦种子萌发相关基因正常表达的影响可能越大 D.进行育种工作选用浓度时，需综合考虑 的诱变效果及其对植物的影响 试题分析 分析题表，随着浓度的提高，种子发芽率降低，相对致死率升高，可知该实验的自变量是 的浓度，因变 量是种子发芽率和相对致死率。 70 【解析】根据分析可知，该实验的自变量是 的浓度，因变量是种子发芽率和相对致死率，所以处理时间是无 关变量，应该保持相同且适宜，A正确。基因突变具有不定向性，B错误。根据分析，随着 浓度的提高，种子 发芽率降低，相对致死率升高，推测实验中 浓度越高，对燕麦种子萌发相关基因正常表达的影响可能越大，C 正确。进行育种工作选用浓度时，需综合考虑 的诱变效果及其对植物的影响，D正确。 71 变式2 单倍体育种 4.[链接人教版必修2 P89与社会的联系]如图为利用纯合高 秆（DD）抗病（EE）小麦和纯合矮秆染病 小麦快 速培育纯合矮秆抗病小麦 的示意图，下列关于该培 育过程的叙述，错误的是( ) C A.进行①过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起 B.②过程中发生了非同源染色体的自由组合 C.实施③过程依据的原理是细胞的增殖 D.④过程通常用一定浓度的秋水仙素处理 【解析】①是杂交过程，进行该过程的主要目的是让控制不同优良性状的基因组合到一起，A正确。②是减数分裂形成配子的过程，减数第一次分裂后期会发生非同源染色体的自由组合，B正确。③是花药离体培养的过程，依据的原理是细胞的全能性，C错误。④是人工诱导染色体数目加倍的过程，该过程通常用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗，D正确。 72 易错提醒 （1）单倍体育种主要包括花药（或花粉）离体培养、秋水仙素或低温处理和筛选过程,不能简单地认为花药（或花粉）离体培养就是单倍体育种的全部过程。筛选在最后一个环节,一般不会先筛选出合适的花药（或花粉）再进行培养,也不会先从单倍体中筛选出合适的类型再用秋水仙素处理。 （2）单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同,两种育种方式都出现了染色体组数量成倍变化的情况。单倍体育种的操作对象是单倍体幼苗,得到的植株一般是纯合子;多倍体育种的操作对象是正常萌发的种子或幼苗，得到的植株可能是纯合子，也可能是杂合子。 73 变式3 多倍体育种 5.[人教版必修2 P98非选择题T3变式]人们目前所食用的香蕉多为三倍体香蕉，三倍体香蕉的培育过程如图所示。 下列叙述正确的是( ) C A.自然界有子香蕉形成的原理是秋水仙素抑制纺锤体的形成 B.野生芭蕉和有子香蕉减数分裂产生的配子染色体组成相同 C.三倍体香蕉没有种子是因为在减数分裂过程中染色体联会紊乱 D.野生芭蕉和有子香蕉能杂交，它们之间不存在生殖隔离 74 【解析】有子香蕉为四倍体（多倍体），在自然界中其形成的原理通常是外界环境条件剧烈变化（如气温骤降）抑制了纺锤体的形成，A错误。二倍体野生芭蕉通过减数分裂产生的配子中含有一个染色体组，四倍体有子香蕉通过减数分裂产生的配子中含有两个染色体组，二者产生的配子染色体组成不相同，B错误。三倍体香蕉的原始生殖细胞中含有3个染色体组，在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，通常不能产生正常的配子，从而导致三倍体香蕉没有种子，C正确。野生芭蕉和有子香蕉能杂交，产生的后代是无子香蕉（三倍体），由于后代（无子香蕉）不可育，故野生芭蕉和有子香蕉之间存在生殖隔离，D错误。 75 变式4 基因工程育种 6.[链接人教版必修2 P76科学·技术·社会，2021天津卷改编]为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性，可采取基因策略 （包括提高杀虫基因的表达量、向棉花中转入多种杀虫基因等）。例如，早期种植的抗虫棉只转入了一种 毒蛋 白基因，抗虫机制比较单一；现在经常将两种或两种以上 基因同时转入棉花。关于上述基因策略，下列叙述错 误的是( ) C A.提高 基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度 B.转入棉花植株的两种 基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律 C.若两种基因插入同一个 并转入棉花植株，则两种基因互为等位基因 D.转入多种 基因能提高抗虫持久性，是因为棉铃虫基因突变频率低且不定向 76 【解析】提高 基因的表达量能增强抗虫棉的杀虫效果，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度，A项正确。若转 入棉花植株的两种 基因位于两对同源染色体上，则这两种基因的遗传遵循基因的自由组合定律；若转入棉花植 株的两种 基因位于一对同源染色体上，则这两种基因的遗传不遵循基因的自由组合定律，B项正确。等位基因是 指位于一对同源染色体相同位置上控制相对性状的一对基因，若两种基因插入同一个 并转入棉花植株， 则这两种 基因属于非等位基因，C项错误。在自然状态下，棉铃虫的基因突变频率很低且基因突变具有不定向性， 因此转入多种 基因能提高转基因抗虫棉的抗虫持久性，D项正确。 77 变式5 杂交育种 7.[链接苏教版必修2 P77图3-1-4、P78图3-1-6]利用基因型为的玉米植株甲和基因型为 的玉米植株乙培育 新品种 、植株丙和植株丁的实验流程如图所示。下列相关叙述错误的是( ) C A.若植株丙的基因型为，则可推测植株乙产生了含 的配子 B.植株丁为单倍体，其处于有丝分裂后期的细胞内有2个染色体组 C.不考虑突变，利用单倍体育种培育出新品种 ，花药应来自植株甲或乙 D.从花药 幼苗（单倍体）不能反映出植物的体细胞具有全能性 78 【解析】若植株丙的基因型为，则表明单倍体幼苗的基因型为，而植株乙的基因型是 ，说明植株乙 在产生配子的过程中发生了基因突变，产生了含 的配子，A正确。玉米是二倍体，因此植株丁是含1个染色体组 的单倍体，该单倍体在有丝分裂后期会发生着丝粒分裂，细胞内染色体数目加倍，此时细胞内有2个染色体组，B 正确。利用单倍体育种培育出新品种 ，在不考虑突变的情况下，花药应来自植株甲与乙杂交所得的子一代， C错误。从花药 幼苗（单倍体）可反映出植物的生殖细胞（【注意】并非体细胞。）具有全能性，D正确。 79 谢谢 $$