新人教生物一轮复习学案：第21讲 染色体变异与应用（教师版）
文档属性
| 名称 | 新人教生物一轮复习学案：第21讲 染色体变异与应用（教师版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-10 23:27:46 | ||
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文档简介
新人教生物一轮复习学案
第21讲 染色体变异与应用
【素养目标】 1.通过染色体变异基本原理及其在生物学中意义的理解，建立起进化与适应的观点。(生命观念) 2.通过三种可遗传变异的比较及育种方法的比较，培养归纳与概括的能力。(科学思维) 3.通过低温诱导植物染色体数目的变化、生物变异类型的判断与实验探究以及育种方案的选择与设计，培养实验设计及结果分析的能力以及学以致用的思想意识。(科学探究、社会责任)
考点一 染色体变异
1．染色体数目的变异
(1)染色体数目变异的类型
①细胞内个别染色体的增加或减少。
②细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。
(2)染色体组：在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
(3)单倍体、二倍体和多倍体
项目 单倍体 二倍体 多倍体
概念 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体 体细胞中含有两个染色体组的个体 体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
发育起点 配子 受精卵(通常是) 受精卵(通常是)
植株特点 ①植株弱小； ②高度不育 正常可育 ①茎秆粗壮； ②叶片、果实和种子较大； ③营养物质含量都有所增加
体细胞染色体组数 ≥1 2 ≥3
三倍体和四倍 体形成过程
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)
人工诱导 花药离体培养 秋水仙素处理单倍体幼苗 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
举例 蜜蜂的雄蜂 几乎全部的动物和过半数的高等植物 香蕉(三倍体)；马铃薯(四倍体)；八倍体小黑麦
【拾遗补缺】 源于P88“相关信息”
(1)被子植物中，约有33%的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等都是多倍体。
(2)秋水仙素(C22H25O6N)是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取出来的一种植物碱。它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
2．低温诱导植物染色体数目的变化
(1)实验原理：低温处理植物分生组织细胞，能够抑制 纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目加倍。
(2)实验步骤
(3)实验现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
【拾遗补缺】 源于必修2 P89“探究·实践”：秋水仙素和低温诱导染色体数目加倍的原理有什么相似之处？
提示 两者诱导染色体数目加倍的原理相同，都是抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起染色体数目加倍。
3．染色体结构变异
(1)类型
图解 变化 名称 举例
染色体b片段缺失 缺失 果蝇缺刻 翅的形成
染色体b片段增加 重复 果蝇棒状 眼的形成
染色体的某一片段(d、g)移接到另一条非同源染色体上 易位 果蝇花斑 眼的形成
同一条染色体上某一片段(a、b)位置颠倒 倒位 果蝇卷翅 的形成
(2)结果：染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。
(3)对生物体的影响：大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。
(1)DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异( )
(2)染色体易位或倒位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响( )
(3)体细胞中含有两个染色体组的个体是二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体( )
(4)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体( )
(5)单倍体含有的染色体组数都是奇数( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
1．染色体组数目的判定
(1)根据染色体形态判定：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
(2)根据基因型判定：在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因(包括同一字母的大、小写)出现几次，则含有几个染色体组。
2．低温诱导植物染色体数目变化实验中的试剂及其作用
3．三种可遗传变异的辨析
(1)染色体结构变异与基因突变的区别
(2)易位与互换的区别
项目 易位 互换
图解
区别 位置 发生于非同源染色体之间 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间
原理 染色体结构变异 基因重组
观察 可在显微镜下观察到 在光学显微镜下观察不到
【提醒】 关于变异的“质”和“量”问题：基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量，但转基因技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。
[典例剖析]
(多选)(2022·江苏卷，18)科研人员开展了芥菜和埃塞俄比亚芥杂交实验，杂种经多代自花传粉选育，后代育性达到了亲本相当的水平。下图中L、M、N表示3个不同的染色体组。下列相关叙述正确的有( )
A．两亲本和F1都为多倍体
B．F1减数第一次分裂中期形成13个四分体
C．F1减数第二次分裂后产生的配子类型为LM和MN
D．F1两个M染色体组能稳定遗传给后代
AD [由题意可知，L、M、N表示3个不同的染色体组，故两亲本和F1都含有四个染色体组，且由受精卵发育而来，为异源四倍体，A正确；四分体形成于减数第一次分裂前期同源染色体联会，B错误；由图中选育产生的后代基因型推知，F1可能产生M、LM、LN、MN、LMN等配子，C错误；根据C选项配子类型的分析，已经图中选育产生的后代可知，后代一定会获得两个M染色体，D正确。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：多代自花传粉选育＋题图
信息2：染色体组
信息转化 1.连续自交
2.受精卵发育而来的个体，体内含有几个染色体组，就是几倍体
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：建构模型能力
【角度转换】 提升语言表达能力
体细胞含四个染色体组的生物不一定为四倍体，原因是确认是四倍体还是单倍体，必须先看发育起点。若由配子发育而来，则为单倍体；若由受精卵发育而来，则为四倍体。
考向一 染色体变异类型的判断
1．(2022·湖南卷，9)大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上。某个体测交后代表现型(表型)及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化＝1∶1∶1∶1。该个体最可能发生了下列哪种染色体结构变异( )
C [分析题意可知：大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上，两对等位基因为连锁关系，正常情况下，测交结果只能出现两种表现型(表型)，但题干中某个体测交后代表现型(表型)及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化＝1∶1∶1∶1，类似于基因自由组合定律的结果，推测该个体可产生四种数目相等的配子，且控制两对性状的基因遵循自由组合定律，即两对等位基因被易位到两条非同源染色体上，C正确。]
2．(2022·惠州高三检测)养蚕业中，雄蚕的吐丝量比雌蚕高且蚕丝质量好，但大规模鉴别雌雄是非常困难的。科学研究发现，家蚕染色体上的基因B使蚕卵呈黑色，不含基因B的蚕卵呈白色。遗传学家利用X射线处理雌蚕甲，最终获得突变体丁，流程如图所示(染色体未按实际大小比例画出)，由此实现多养雄蚕的目的。下列有关叙述，错误的是( )
A．X射线处理，既可以引起基因突变也可以引起染色体结构变异
B．使用光学显微镜观察细胞中染色体形态，可区分乙、丙个体
C．③过程中，丙与bbZZ的雄蚕杂交，子代中有1/2为bbZWB
D．将突变体丁与bbZZ的雄蚕杂交，可实现对子代大规模的性别鉴定
C [由题图分析可知，X射线处理，既可以引起基因突变也可以引起染色体结构变异，A正确；乙与丙的区别在于B基因所在片段的位置，染色体的形态结构有所差异，使用光学显微镜观察细胞中染色体形态，可区分乙、丙个体，B正确；丙的基因型为bOZWB，与bbZZ的雄蚕杂交，子代为bbZWB的概率1/2×1/2＝1/4，C错误；将突变体丁(bbZWB)与bbZZ的雄蚕杂交，子代雄性全为蚕卵呈白色，雌性全为蚕卵呈黑色，因此可实现对子代大规模的性别鉴定，D正确。]
考向二 低温诱导植物染色体数目的变化
3．(2022·深圳高三检测)多倍体植物常出现在高寒地区。某生物兴趣小组探究低温对洋葱根尖细胞染色体数目加倍的影响，如图是显微镜下观察的两个视野照片。下列相关叙述正确的是( )
A．使用卡诺氏液是对细胞中的染色体进行染色
B．统计发现处于有丝分裂中期的细胞数目最多
C．a细胞是较典型的染色体数加倍的细胞图像
D．b细胞的形成是低温处理在纺锤体形成之前
C [使用卡诺氏液是对细胞进行固定，A错误；由于间期时间最长，因此视野中处于有丝分裂间期的细胞数目最多，B错误；a细胞中着丝粒已经分裂，细胞中没有纺锤体，说明低温抑制了纺锤体的形成，是较典型的染色体数目加倍的细胞图像，C正确；低温可抑制纺锤体的形成，b细胞内含有纺锤体，说明b细胞是在低温处理纺锤体形成之后进行的，D错误。]
4．(2022·重庆高三检测)洋葱是生物学实验中常用的材料，根尖可用于“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”(实验1)和“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”(实验2)。下列关于上述实验的说法，正确的是( )
A．实验1、2都用到体积分数为95%的酒精，且作用完全相同
B．实验1、2中解离的作用是使组织细胞分散开来，有利于观察
C．取材时间会影响实验1的观察效果，对实验2没有影响
D．观察实验2的结果时，可能会找到实验1预期观察的分裂象
D [实验2中的酒精还可用于漂洗，洗去多余的卡诺氏液，A错误；两实验解离的作用是溶解细胞之间的间质，分离细胞，不是分散，B错误；两实验的取材时间一般在上午10点到下午2点，处于分裂期的细胞较多，C错误；实验2中部分细胞没有完成染色体数目的加倍，则可能观察到实验1中的正常染色体数目的细胞图像，D正确。]
考向三 辨析三种可遗传变异
5．(2022·滁州高三检测)生物的某些变异可通过细胞分裂某一时期染色体的行为来识别。下图甲、乙两模式图分别表示细胞分裂过程中出现的“环形圈”“十字型结构”现象，图中字母表示染色体上的基因。图丙是细胞分裂过程中染色体在某一时期所呈现的形态。下列有关叙述正确的是( )
A．甲、乙两种变异类型分别属于染色体结构变异、基因重组
B．图甲是由于个别碱基对的增添或缺失，导致染色体上基因数目改变的结果
C．图乙是由于四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换的结果
D．甲、乙、丙三图均发生在减数分裂过程中
D [甲是染色体结构变异的重复或缺失，乙图中，非同源染色体上出现了同源区段，发生了联会现象，该种变异应属于染色体结构变异中的易位，A错误；个别碱基对的增添或缺失属于基因突变，甲图中部分基因发生了增添或缺失，导致染色体上的基因数目改变，属于染色体变异，B错误；四分体时期同源染色体非姐妹染色单体之间发生交叉互换属于基因重组，而乙图的易位现象，只能发生在非同源染色体之间，C错误；甲和乙都发生联会现象，发生在减数第一次分裂前期，丙图同源染色体的非姐妹染色单体之间进行了互换，也发生于减数第一次分裂前期，D正确。]
6．(2022·朔州高三模拟)棉花的长绒和短绒由A/a基因控制，白色和红色由B/b基因控制。育种专家对长绒深红棉植株M的萌发种子进行电离辐射处理，得到了长绒浅红棉植株M1，M1自交后代出现了新型白色棉。据图分析，下列说法错误的是( )
A．人类猫叫综合征和M1的变异类型相同
B．电离辐射使M萌发的种子发生基因重组
C．M1突变株自交后代中长绒浅红棉植株占3/8
D．M1突变株自交后代中白色棉体细胞不含b基因
B [据图可知，电离辐射使植株M形成植株M1，属于染色体部分缺失，与人类猫叫综合征的变异类型相同，A正确；基因重组发生在有性生殖的减数分裂过程中，萌发的种子进行有丝分裂，电离辐射处理M萌发的种子不会发生基因重组，B错误；M1的基因型为AabO(O表示片段缺失的染色体)，其自交后，产生的长绒浅红棉植株(A_bO)占3/4×1/2＝3/8，C正确；M1自交后代产生的新型白色棉(A_OO或aaOO)体细胞中不含b基因，D正确。]
【归纳总结】 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”：DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加)，属于染色体结构变异；DNA分子上若干碱基的缺失或增添(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异，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变异，在光学显微镜下可以观察到。
考点二 生物变异在育种上的应用
1．单倍体育种
(1)原理：染色体(数目)变异。
(2)过程
(3)优点：明显缩短育种年限。
(4)缺点：技术复杂。
2．多倍体育种
(1)方法：用秋水仙素或低温处理。
(2)处理材料：萌发的种子或幼苗。
(3)原理：染色体(数目)变异。
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育
①两次传粉
②用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数不变。
③三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
3．杂交育种
(1)原理：基因重组。
(2)过程
①培育杂合子品种
选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。
②培育隐性纯合子品种
选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。
③培育显性纯合子品种
a．植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，连续自交至不发生性状分离为止。
b.动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。
(3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。
(4)缺点：一般获得新品种的周期长。
4．诱变育种
(1)原理：基因突变。
(2)过程
(3)优点
①可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
②大幅度地改良某些性状。
(4)缺点：有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。
(1)抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组可获得抗虫矮秆小麦( )
(2)通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种( )
(3)单倍体育种中，通过花药离体培养所得的植株均为纯合的二倍体( )
(4)诱变育种可通过改变基因的结构达到育种目的( )
(5)用二倍体西瓜给四倍体西瓜受粉，则四倍体植株上会结出三倍体无子西瓜( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
[典例剖析]
(2021·广东卷，16)白菜型油菜(2n＝20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)，为了培育高产新品种，科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是( )
A．Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组
B．将Bc作为育种材料，能缩短育种年限
C．秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株
D．自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育
A [本题以培育白菜型油菜的新品种为载体，主要考查育种和染色体组。根据题干信息可知，白菜型油菜是二倍体，有两个染色体组，Bc是由该油菜未受精的卵细胞发育形成的，只有一个染色体组，A错误；以Bc为材料通过诱导(秋水仙素或低温)使其染色体加倍，从而培育出纯合的符合要求的二倍体白菜型油菜，与杂交育种相比，该方法能明显缩短育种时间，B、C正确；Bc是单倍体，只有一个染色体组，不能进行减数分裂，不能产生配子，因此Bc高度不育，D正确。]
【名师点拨】 提升信息转化能力
信息提取 信息1：白菜型油菜(2n＝20)
信息2：未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc
信息转化 1.油菜是二倍体
2.未受精的卵细胞发育成的是单倍体
素养考查 生命观念：结构与功能观 社会责任：解决问题能力
【角度转换】 提升长句应答能力
某生物体细胞中含两个染色体组，但不一定是二倍体，原因是该生物不一定由受精卵发育而来，若由配子发育而来就是单倍体。
考向一 分析单倍体育种与多倍体育种的应用
7．(2022·盐城高三模拟预测)用多培体育种获无子西瓜和用生长素处理获无子番茄，下列有关叙述正确的是( )
A．无子西瓜属于单倍体植株
B．三倍体西瓜无子的变异属于不能遗传的变异
C．生长素处理获得番茄无子的变异属于不能遗传的变异
D．无子番茄植株扦插后长出的植株仍结无子果实
C [无子西瓜属于三倍体植株，A错误；三倍体西瓜无子的变异是染色体数目变异，属于可遗传的变异，B错误；无子番茄是利用生长素能促进子房发育成果实的功能制成，而生长素不会改变番茄的遗传物质，所以不能遗传，C正确；无子番茄植株遗传物质没有发生改变，扦插后长出的植株不能结无子果实，D错误。]
8．(2022·龙岩高三模拟)人工栽培的马铃薯(四倍体)难以出现新品种，而野生型品种的引入极大地丰富了马铃薯的育种资源。如图表示马铃薯新品种丙(四倍体)的培育过程。下列相关叙述正确的是( )
马铃薯(4N)甲×野生品种(2N)→乙马铃薯新品种(丙)
A．过程①一定是秋水仙素处理
B．甲品种是纯合的二倍体植株
C．培育马铃薯新品种丙的原理是多倍体育种
D．与甲相比，丙马铃薯淀粉含量可能有所增加
D [丙为四倍体，过程①除秋水仙素处理外，还可低温处理，A错误；四倍体马铃薯花药离体培养获得的甲是单倍体，不能称为二倍体，B错误；培育马铃薯新品种丙的原理是染色体数目变异，C错误；一般来说，与单倍体相比，多倍体的优点是茎秆粗壮、叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加，所以与单倍体马铃薯甲相比，丙为四倍体马铃薯，淀粉含量可能有所增加，D正确。]
考向二 生物育种的综合判断
9．(2023·湖北腾云联盟高三联考)油菜中基因G和g控制菜籽的芥酸含量，而芥酸会降低菜籽油的品质。研究人员拟利用高芥酸油菜品种(gg)和水稻抗病基因R培育低芥酸抗病油菜新品种(GGRR)，育种过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
高芥酸(gg)低芥酸低芥酸抗病新品种
A．过程①发生基因突变，基因g的碱基排列序列发生改变
B．过程②需要用限制酶、DNA连接酶等基因工程的工具
C．过程③的原理是基因重组，需要较长时间的选择和培育
D．过程③还可用单倍体育种，需用秋水仙素处理萌发的种子
D [过程①诱发基因突变，使g基因碱基对发生序列的增添、缺少或替换，导致基因g的碱基序列改变，进而油菜性状发生改变，A正确；过程②是将R基因导入到油菜细胞中的过程，采用的是基因工程技术，需要限制酶、DNA连接酶和载体等基因工程的工具，B正确；过程③的原理是基因重组，经过多代自交筛选出新品种，需要较长时间的选择和培育，C正确；过程③还可用单倍体育种，需用秋水仙素处理幼苗获得纯种，D错误。]
【易错警示】 有关育种的4点易错提醒
(1)诱变育种与杂交育种相比，前者能产生新基因，创造变异新类型，后者只是实现原有基因的重新组合。
(2)育种中“最简便”与“最快速”的差异：“最简便”着重于技术含量应为“易操作”，如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作；“最快速”则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高。
(3)“单倍体育种”≠“花药离体培养”：单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程；花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。
(4)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，前者操作对象是幼苗期的单倍体植株；后者操作对象为萌发期的种子或幼苗期的正常植株。
10．(2022·河北卷，20)蓝粒小麦是小麦(2n＝42)与其近缘种长穗偃麦草杂交得到的。其细胞中来自长穗偃麦草的一对4号染色体(均带有蓝色素基因E)代换了小麦的一对4号染色体。小麦5号染色体上的h基因纯合后，可诱导来自小麦的和来自长穗偃麦草的4号染色体配对并发生交叉互换。某雄性不育小麦的不育基因T与等位可育基因t位于4号染色体上。为培育蓝粒和不育两性状不分离的小麦，研究人员设计了如下图所示的杂交实验。回答下列问题：
(1)亲本不育小麦的基因型是________，F1中可育株和不育株的比例是________。
(2)F2与小麦(hh)杂交的目的是_______________________________________________。
(3)F2蓝粒不育株在减数分裂时理论上能形成________个正常的四分体。如果减数分裂过程中同源染色体正常分离，来自小麦和长穗偃麦草的4号染色体随机分配，最终能产生________种配子(仅考虑T/t、E基因)。F3中基因型为hh的蓝粒不育株占比是________。
(4)F3蓝粒不育株体细胞中有________条染色体，属于染色体变异中的________变异。
(5)F4蓝粒不育株和小麦(HH)杂交后单株留种形成一个株系。若株系中出现：
①蓝粒可育∶蓝粒不育∶非蓝粒可育∶非蓝粒不育＝1∶1∶1∶1。说明：________________________________________________________________________；
②蓝粒不育∶非蓝粒可育＝1∶1。说明_______________________________。符合育种要求的是________(填“①”或“②”)。
答案 (1)TtHH 1∶1 (2)获得h基因纯合(hh)的蓝粒不育株，诱导小麦和长穗偃麦草的4号染色体配对并发生交叉互换，从而使T基因与E基因交换到一条姐妹染色单体上，以获得蓝粒和不育性状不分离的小麦 (3)20 4 1/16 (4)43 数目
(5)F4蓝色不育株体细胞中T基因和E基因位于不同染色体上 F4蓝色不育株体细胞中T基因和E基因位于同一条染色体上 ②
解析 (1)分析题意可知，亲本雄性不育小麦(HH)的不育基因T与等位可育基因t位于4号染色体上，所以其基因型为TtHH，亲本小麦( hh )的基因型为tthh，故F1中可育株(TtHh)∶不育株(ttHh)＝1∶1。
(2)F2中的蓝粒不育株的基因型及比例为1/2TEHH、1/2TEHh，其中T基因和E基因分别来自小麦的和长穗偃麦的4号染色体，而h基因纯合后，可诱导来自小麦的和来自长穗偃麦草的4号染色体配对并发生交叉互换，使得T和E基因可以位于同一条姐妹染色单体上，从而获得蓝粒和不育两性状不分离的个体。
(3)分析题意可知，蓝粒小麦的染色体条数是42，而F2中的蓝粒不育株的4号染色体一条来自小麦，一条来自长穗偃麦草，其余染色体(42－1－1＝40)均来自小麦，为同源染色体，故其减数分裂时理论上能形成20个正常的四分体；不同来源的4号染色体在减数分裂中随机分配，仅考虑T/t、E基因，若两条4号染色体移向一极，则同时产生基因型为TE和О(两基因均没有)的两种配子，若两条4号染色体移向两极，则产生基因型为T和E的两种配子，则F2中的蓝粒不育株共产生4种配子；F3中的蓝粒不育株产生TE配子的概率为1/4，产生h配子的概率是1/4，则F3中基因型为hh的蓝粒不育株占比是1/4×1/4＝1/16。
(4)由F2中的蓝粒不育株产生的配子种类，可以确定形成F3中的蓝粒不育株的卵细胞中应含有两条4号染色体，且小麦染色体组成为2n＝42，故F3蓝粒不育株体细胞中有43条染色体，多了一条4号染色体，属于染色体数目变异。
(5)F3中的蓝粒不育株基因型为TEtHh 和TEthh，含 hh基因的个体可形成T和E交换到同一条染色体上的卵细胞，与小麦(ttHH)杂交，F4中的蓝粒不育株基因型为TEtHh，其中T基因和E基因连锁，位于同一条染色体上，t基因位于另一条染色体上，与小麦(ttHH)杂交，后代表现型(表型)及比例为蓝粒不育∶非蓝粒可育＝1∶1，即F4蓝粒不育株体细胞中的T基因和E基因位于同一条染色体上；而F3中关于h的基因型为Hh 的个体与小麦(ttHH)杂交产生的F4中的蓝粒不育株含3个4号染色体，分别携带T基因、E基因及t基因，与小麦(ttHH)杂交，母本在减数第一次分裂前期联会时，携带T基因的染色体和携带t基因的染色体联会，携带E基因的染色体随机分配到细胞的一极，产生的配子基因型及比例为T∶TE∶ t∶ tE＝1∶1∶1∶1，与小麦(ttHH)杂交，子代表现型(表型)及比例为蓝粒可育∶蓝粒不育∶非蓝粒可育∶非蓝粒不育＝1∶1∶1∶1，即F4中蓝粒不育植株体细胞中的T基因和E基因位于不同染色体上；本实验要培育蓝粒和不育两性状不分离的小麦，故②符合育种要求。
【归纳总结】 根据不同育种目标选择不同育种方案
育种目标 育种方案
集中双亲优良性状 单倍体育种(明显缩短育种年限)
杂交育种(耗时较长，但简便易行)
对原品系实施“定向”改造 基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种
让原品系产生新性状(无中生有) 诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)
使原品系营养器官“增大”或“加强” 多倍体育种
高分突破培优(六) 利用“假说—演绎法”解决生物变异实验探究题
某科研小组对野生纯合小鼠进行X射线处理，得到一只雄性突变型小鼠。对该小鼠研究发现，突变性状是由位于一条染色体上的某基因突变产生的。该小组想知道突变基因的显隐性及其在染色体上的位置，设计了如下杂交实验方案，假设你是其中一员，请将下列方案补充完整。(注：除要求外，不考虑性染色体的同源区段。相应基因用D、d表示)
(1)杂交方法：_____________________________________________________________。
(2)观察统计：将子代雌雄小鼠中野生型和突变型的数量填入下表。
项目 野生型 突变型 突变型/(野生型＋突变型)
雄性小鼠 A
雌性小鼠 B
(3)结果分析与结论：
①如果A＝1，B＝0，说明突变基因位于______________。
②如果A＝0，B＝1，说明突变基因为_______(填“显性”或“隐性”)，且位于___________。
③如果A＝0，B＝__________，说明突变基因为隐性，且位于X染色体上。
④如果A＝B＝，说明突变基因为________(填“显性”或“隐性”)，且位于_____________。
(4)拓展分析：
如果基因位于X、Y染色体的同源区段，且突变后性状发生改变，则突变性状为________(填“显性性状”或“隐性性状”)，该个体的基因型为____________________。
【审题关键】
由题干可知，对野生纯合小鼠进行X射线处理，得到一只雄性突变型小鼠，突变性状是由位于一条染色体上的某基因突变产生的。则：
(1)若突变基因位于Y染色体上，则该突变型雄鼠与多只野生型雌鼠交配的子代中雄性全为突变型小鼠。
(2)若突变基因位于X染色体上，且为显性，则该突变型雄鼠与野生型雌鼠的基因型分别为XDY和XdXd，二者杂交所得子代中雄性全为野生型小鼠，雌性全为突变型小鼠。
(3)若突变基因位于X染色体上，且为隐性，则该突变型雄鼠与野生型雌鼠的基因型分别为XdY和XDXD，二者杂交所得子代中雄性和雌性全为野生型小鼠。
(4)若突变基因位于常染色体上，且为显性，则该突变型雄鼠与野生型雌鼠的基因型分别为Dd和dd，二者杂交所得子代中雌雄性小鼠中都有突变型和野生型。
(5)若突变基因位于X、Y染色体的同源区段，突变后性状发生改变，说明突变性状为显性性状，该个体的基因型为XDYd或XdYD。
答案 (1)让突变型雄鼠与多只野生型雌鼠交配
(3)①Y染色体上 ②显性 X染色体上 ③0
④显性 常染色体上 (4)显性性状 XDYd或XdYD
假说—演绎法
“假说—演绎法”是指在观察和分析的基础上提出问题以后，通过推理和想像提出解释问题的假说，然后根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符合，就证明假说是正确的；反之，则说明假说是错误的。孟德尔发现分离定律和自由组合定律的过程就是“假说—演绎法”的充分体现。高考复习中，通过挖掘“假说—演绎法”的内涵，运用它解答遗传设计题时分解为3步：提出假说，正向演绎推理(结论→结果)，逆向答题(结果→结论)，取得了良好的效果。
1．(2023·郑州高三检测)石刀板是一种二倍体名贵蔬菜，雌、雄异株植物。野生型石刀板叶窄，产量低。在某野生种群中，发现生长着少数几株阔叶石刀板(突变型)，雌株、雄株均有。
(1)有人认为阔叶突变型株是由于基因突变或具有多倍体的特点的缘故。请你设计一个简单实验来鉴定突变型的出现是基因突变所致，还是染色体组加倍所致？__________________________ _________________________________________________________________________________(要求写出实验方案和预期结果及结论)。
(2)若已证实阔叶为基因突变所致，有两种可能：一是显性突变。二是隐性突变，请你设计杂交实验方案加以判定____________________________________________________(要求写出杂交组合，预期结果及结论)。
(3)若已证实阔叶是显性突变，获得高产的纯种阔叶石刀板最快的方法是____________。
答案 (1)实验方案：取根尖分生区细胞制成装片，显微观察有丝分裂中期细胞内的染色体数目
预期结果与结论：若观察到染色体增倍，则是染色体组加倍所致；否则为基因突变所致
(2)实验方案一：选用多株阔叶突变型石刀板雌、雄相交，统计子代性状表现。
预期结果与结论：若杂交后代出现了野生型(窄叶)，则为显性突变所致；若杂交后代仅出现突变型(阔叶)，则为隐性突变所致
实验方案二： 选用突变型(阔叶)与野生型(窄叶)植株杂交，统计子代性状表现。
预期结果与结论：若杂交后代出现了突变型(阔叶)，则为显性突变所致；若杂交后代全为野生型(窄叶)，则为隐性突变所致
(3)单倍体育种
解析 (1)染色体数目变异在显微镜下可以观察到，因此可借助显微镜来检验阔叶型石刀板是否由于染色体数目加倍导致，即分别取窄叶型与阔叶型石刀板的根尖分生区制成装片，镜检比较有丝分裂中期(此时染色体形态稳定、数目清晰，是观察染色体形态和数目的最佳时期)细胞染色体数目。若观察到染色体增倍，则是染色体组加倍所致；否则为基因突变所致。
(2)基因突变有显性突变和隐性突变两种情况，因此可选用多株阔叶突变型石刀板雌、雄相交，统计子代性状表现。若为显性突变，则杂交后代会出现野生型；若为隐性突变，则阔叶突变型石刀板均为隐性纯合子，杂交后代仅出现突变型。也可选用突变型(阔叶)与野生型(窄叶)植株杂交，统计子代性状表现。若为显性突变，则杂交后代会出现突变型(阔叶)植株。若为隐性突变，则由于野生型均为显性纯合子，杂交子代只有野生型。
(3)单倍体育种可明显缩短育种年限，因此若已证实阔叶是显性突变，获得高产的纯种阔叶石刀板最快的方法是单倍体育种，即选择突变型的花粉进行花药离体培养，并用秋水仙素处理幼苗，子代中的阔叶石刀板即为所需。
2．(2022·石家庄高三检测)黑腹果蝇为生物实验常用材料，进一步研究发现果蝇的性别与染色体组成有关，如下表，其中XXY个体能够产生正常配子。
染色体组成 XY XYY XX XXY XXX YY
性别 雄性 雌性 不发育
果蝇的长翅(B)对残翅(b)为显性，基因位于常染色体上；红眼(R)对白眼(r)是显性，基因位于X染色体C区域中(如图)，该区域缺失的X染色体记为X－，其中XX－为可育雌果蝇，X－Y因缺少相应基因而死亡。用长翅红眼雄果蝇(BbXRY)与长翅白眼雌果蝇(BbXrXr)杂交得到F1，发现残翅中有一只例外白眼雌果蝇(记为W)。现将W与正常红眼雄果蝇杂交产生F2。
(1)根据F2性状判断产生W的原因(只考虑眼色的性状)
①若子代 ________________________________________，则是由于亲代配子基因突变所致；
②若子代 ________________________________________，则是由X染色体C区段缺失所致；
③若子代 ________________________________________，则是由性染色体数目变异所致。
(2)如果结论③成立，则W的基因型是_________，其产生的配子类型及比例为___________，F2中的果蝇有________种基因型。
答案 (1)雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比值为1∶1 雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比值为2∶1 雌雄个体中均有红眼和白眼两种性状
(2)XrXrY Xr∶Y∶XrXr∶XrY＝2∶1∶1∶2 6
解析 (1)①若是由于亲代配子基因突变所致，则W的基因型为XrXr，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，子代雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，且雌雄个体比值为1∶1。②若是由X染色体C区段缺失所致，则W的基因型为X－Xr，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，由于XX－为可育雌果蝇，X－Y因缺少相应基因而死亡，则子代雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比值为2∶1。③若是由性染色体数目变异所致，则W的基因型为XrXrY，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，则子代雌雄个体中均有红眼和白眼两种性状。
(2)如果结论③成立，则W的基因型是XrXrY，其能产生四种配子：XrXr、Y、XrY、Xr，比例为1∶1∶2∶2，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，由于XXX和YY不能发育，因此F2中果蝇的基因型种类有6种(4×2－2＝6)。
3．(2023·邢台高三检测)普通小麦有6个染色体组(AABBDD)，来自三个不同的物种。小麦既能自花传粉也能异花传粉，其在减数分裂过程中仅来自同一物种的同源染色体才会发生联会。我国科学家将异源多倍体的抗叶锈病基因转移到普通小麦中，育成了抗叶锈病小麦，育种过程如图所示。图中A、B、C、D表示4个不同的染色体组，每组都有7条染色体，其中C染色体组中含携带抗病基因的染色体。请据图回答下列问题：
(1)图中杂交后代①染色体组的组成为____________(用字母表示)，其体细胞中含有________条染色体。该植株进行减数分裂时能形成________个四分体。
(2)研究发现杂交后代③中C组的染色体数目较杂交后代②减少，这是因为减数第一次分裂时这些染色体无法______________________，造成其会被随机分配到不同次级性母细胞中去。
(3)为使杂交后代③的抗病基因稳定遗传，常用射线照射花粉，使含抗病基因的染色体片段转接到普通小麦染色体上，这种变异为______________________________。若选择后的小麦细胞内只含有一个显性抗叶锈病基因(Lr19)，则可通过__________________________________方式获得能稳定遗传的抗叶锈病品种。
(4)由于小麦花很小，人工杂交操作十分困难。科学家从太谷核不育小麦(一种普通小麦)中精准定位了雄性不育基因PG5，该基因相对于可育基因为显性，将导致含有该基因的花粉不育。现有纯合不抗叶锈病雄性不育小麦(含两个PG5基因)和纯合抗叶锈病可育小麦若干(含两个Lr19基因)。请设计实验探究抗叶锈病基因Lr19与雄性不育基因PG5是否位于同一对染色体上，写出最优的实验思路并预测实验结果及结论。(注：实验中不发生突变和互换)
①实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②实验结果及结论：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)AABBCD 42 14 (2)与同源染色体联会配对/联会 (3)染色体结构变异/染色体易位 连续自交多代并每代都淘汰不抗叶锈病的个体 (4)用纯合不抗叶锈病雄性不育小麦做母本与纯合抗叶锈病可育小麦做父本杂交，获得F1。用F1自交获得F2，统计F2的性状类型及比例 若F2中抗叶锈病雄性不育∶不抗叶锈病雄性不育∶抗叶锈病雄性可育∶不抗叶锈病雄性可育＝3∶1∶3∶1，则基因Lr19和基因PG5位于两对非同源染色体上；若F2中不育抗叶锈病∶可育抗叶锈病＝1∶1，则基因Lr19和基因PG5位于同一对染色体上
解析 (1)异源多倍体产生的配子为ABC，普通小麦产生的配子为ABD，结合后产生的受精卵为AABBCD，因此图中杂交后代①染色体组的组成为AABBCD。后代①体细胞内含有6个染色体组，每个染色体组都有7条染色体，故含有42条染色体。四分体是同源染色体在减数第一次分裂时联会形成的，一个四分体是一对配对的同源染色体，根据题意可知小麦减数分裂过程中仅来自同一物种的同源染色体联会。所以AABBCD的六个染色体组中只有A与A，B与B中的各7条染色体联会，总共形成14个四分体。
(2)C染色体组只有一个，细胞减数分裂时没有联会配对现象，导致分裂时被随机分配到次级性母细胞中去，最终形成的配子中C组染色体数量较之前减少。
(3)抗病基因位于C组染色体上，其通过射线照射后转移到其他染色体上(A、B、D组的染色体上)，该种变异称为染色体结构变异(易位)。若变异的小麦品种只含有一个显性抗病基因，可通过连续多代自交并淘汰隐性个体的方式，来获得显性纯合子。
(4)小麦花很小，人工杂交操作十分困难，所以在设计实验方案时尽量用自交的方法。Lr19简写为L，不抗叶锈病基因为l，PG5基因简写为P，雄性可育基因为p，首先用纯合不抗叶锈病雄性不育小麦和纯合抗叶锈病可育小麦进行杂交，获得杂合的抗叶锈病雄性不育小麦F1(基因型LlPp)，由于F1自交时含有P基因的花粉不育，故父本只能产生Lp和lp两种配子，母本则能产生LP、Lp、lP、lp四种配子。假如两对等位基因位于两对非同源染色体上，则自交获得的F2后代中不育抗叶锈病∶不育不抗叶锈病∶可育抗叶锈病∶可育不抗叶锈病＝3∶1∶3∶1；若两对等位基因位于同一对染色体上，F1中l与P位于同一条染色体上，L与p位于同一条染色体上，由于F1自交时含有P基因的花粉不育，故父本只能产生Lp一种配子，母本则能产生lP和Lp两种配子，结合后产生的F2中不育抗叶锈病∶可育抗叶锈病＝1∶1。
4．(2023·沈阳高三检测)果蝇体内的Ⅳ号染色体多一条(三体)或少一条(单体)均可以存活并能够繁殖，没有Ⅳ号染色体的个体不能存活。果蝇正常眼(E)和无眼(e)是一对相对性状，基因E、e位于常染色体上。回答下列问题：
(1)现有染色体正常的纯合正常眼、纯合无眼和Ⅳ号染色体单体的纯合正常眼果蝇可供选择，若要通过一次杂交实验确定E、e这对等位基因是否位于Ⅳ号染色体上，请写出实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
并预测实验结果：
①若__________________________________，则E、e基因位于Ⅳ号染色体上。
②若__________________________________，则E、e基因不位于Ⅳ号染色体上。
(2)现已证明E、e基因位于Ⅳ号染色体上，若将基因型为EEe的Ⅳ号染色体三体的果蝇与染色体正常的无眼果蝇杂交，则理论上子代的表型比例为____________，子代正常眼中Ⅳ号染色体正常的果蝇占________。
(3)果蝇眼的红色(R)和白色(r)由等位基因R、r控制，现将一只染色体正常无眼雌果蝇和一只染色体正常红眼雄果蝇交配，发现F1中雌果蝇全为红眼，雄果蝇全为白眼。据此推测，雄性亲本的基因型为________；F1雌雄果蝇交配，F2正常眼雌果蝇中纯合子所占的比例为________。
答案 (1)让染色体正常的无眼果蝇与Ⅳ号染色体单体的纯合正常眼果蝇杂交，观察并统计子代表型及比例 子代表型及比例为正常眼∶无眼＝1∶1 子代全为正常眼
(2)1∶5/5∶1 2/5 (3)EEXRY 1/6
解析 (1)将染色体正常的无眼果蝇与Ⅳ号染色体单体的纯合野生正常眼果蝇杂交，观察子代的表型及比例；若F1表型及比例为正常眼∶无眼＝1∶1，则E、e基因位于Ⅳ号染色体上；若F1全为正常眼，则E、e基因不在Ⅳ号染色体上。
(2)E、e基因位于Ⅳ号染色体上，基因型为EEe的Ⅳ号染色体三体的果蝇产生4种配子：E、Ee、EE、e，它们的比例为2∶2∶1∶1，与无眼果蝇ee交配，子二代基因型为2Ee∶2Eee∶EEe∶ee，只有ee表现型为无眼，故子二代现象是野生∶无眼＝5∶1，子代正常眼中Ⅳ号染色体正常的果蝇占2/5。
(3)果蝇的眼的红色(R)和白色(r)由等位基因R、r控制，将染色体正常无眼雌果蝇和染色体正常红眼雄果蝇交配，发现F1中雌果蝇全为红眼，雄果蝇全为白眼，据此推测，控制眼色的基因R、r位于X染色体上，雄性亲本的基因型为EEXRY，雌性亲本的基因型为eeXrXr，F1代雄果蝇(EeXrY)和雌果蝇(EeXRXr)交配，F2正常眼雌果蝇中纯合子(EEXrXr)所占的比例为1/2×1/3＝1/6。
(二十一)罗氏易位
1．概念：又称罗伯逊易位或着丝粒融合，是一种特殊类型的染色体易位。两条近端着丝粒染色体都在长短臂之间发生断裂，它们的短臂和短臂相互结合(短臂构成的小染色体往往在第二次减数分裂时丢失)，长臂和长臂相互结合，这种易位就被称为罗氏易位。
2．发生范围：进行有性生殖的所有生物都可能发生罗伯逊易位，但是概率并不是很高。
3．主要影响：①对罗氏易位携带者本人几乎没有影响。
②对罗氏易位携带者生育的下一代有影响。罗氏易位携带者通过减数分裂会产生6种类型的配子与另一方提供的正常配子结合，会产生6种胚胎染色体组成。
a．完全正常胚胎：正常妊娠，后代无罗氏易位携带风险。
b．罗氏易位携带胚胎：正常妊娠，后代同样面临流产、反复流产或先天缺陷患儿出生风险。
c．染色体不平衡胚胎：流产、反复流产或先天缺陷患儿出生。
[对点训练]
1．(2022·绍兴高三模拟)果蝇的正常翅基因B与截翅基因b位于2号染色体上，该染色体上某些基因表达产物是生命活动所必需的。在某正常翅果蝇群体中偶然发现一只截翅果蝇。导致该现象的原因最不可能是( )
A．环境改变引起的不遗传变异
B．B基因发生隐性突变
C．2号染色体发生片段缺失
D．两条2号染色体均丢失
D [生物性状受到环境的影响，所以截翅果蝇的出现可能是环境改变引起的不遗传变异，A不符合题意；如果B基因突变为b，该果蝇的基因型可以是bb，表现为截翅，B不符合题意；如果2号染色体上B基因的片段发生缺失，则只有b基因存在，表现为截翅，C不符合题意；如果两条2号染色体都丢失，根据题干信息“染色体上某些基因表达产物是生命活动所必需的”，所以该果蝇会死亡，不会表现为截翅，D符合题意。]
2．(多选)(2022·保定高三模拟)某对夫妇经染色体核型检测发现，妻子染色体正常，而丈夫的13、14号染色体发生了“罗伯逊易位”，即13、14号染色体部分融合在一起，其余部分丢失。13、14号“罗伯逊易位”染色体与正常染色体联会情况如图所示，联会的染色体任意两条分离、另一条随机移动，缺少一条染色体的胎儿流产，含有13、14号“罗伯逊易位”染色体的个体表型正常。下列叙述错误的是( )
A．图示染色体的行为可发生在有丝分裂过程中
B．“罗伯逊易位”引起的变异只是染色体结构变异
C．13、14号罗伯逊易位染色体上的端粒最多有2个
D．该对夫妇生育染色体正常的孩子的概率为1/6
ABC [图示染色体的行为是染色体的联会，发生在减数分裂过程中，A错误；分析可知，“罗伯逊易位”既引起染色体片段缺失(染色体结构变异)，又使染色体数目减少一条(染色体数目变异)，B错误；端粒分布在染色体的两端，13、14号“罗伯逊易位”染色体复制后含有两条染色单体，故最多可以有4个端粒，C错误；该丈夫减数分裂产生配子时联会的染色体任意两条分离、另一条随机移动，则可能存在14号染色体与13、14号“罗伯逊易位”染色体分离，13号染色体随机移动；或者13号染色体与13、14号“罗伯逊易位”染色体分离，14号染色体随机移动的情况，因此产生的配子含有的染色体情况有六种(13、14号罗伯逊易位染色体；13、14号罗伯逊易位染色体＋14号染色体；13号染色体＋14号染色体；13号染色体；14号染色体；13、14号罗伯逊易位染色体＋13号染色体)，每种配子各占1/6，其中同时含有正常13号染色体和14号染色体的精子与卵细胞结合形成的受精卵染色体正常，而该种精子出现的概率为1/6，故该对夫妇生育染色体正常的孩子的概率为1/6，D正确。]
1．(2022·湖北卷，20)为了分析某21三体综合征患儿的病因，对该患儿及其父母的21号染色体上的A基因(A1～A4)进行PCR扩增，经凝胶电泳后，结果如图所示。关于该患儿致病的原因叙述错误的是( )
A．考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常
B．考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常
C．不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常
D．不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常
D
2．(2021·辽宁卷，9)被子植物的无融合生殖是指卵细胞、助细胞和珠心细胞等直接发育成胚的现象。助细胞与卵细胞染色体组成相同，珠心细胞是植物的体细胞。下列有关某二倍体被子植物无融合生殖的叙述，错误的是( )
A．由无融合生殖产生的植株有的是高度不育的
B．由卵细胞直接发育成完整个体体现了植物细胞的全能性
C．由助细胞无融合生殖产生的个体保持了亲本的全部遗传特性
D．由珠心细胞无融合生殖产生的植株体细胞中有两个染色体组
C [根据题意可知，卵细胞、助细胞可以直接发育成胚，二者的染色体数目只有体细胞(二倍体)的一半，所以由无融合生殖产生的植株有的是高度不育的，A正确；细胞的全能性指的是细胞分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性，所以卵细胞直接发育成完整个体可以体现植物细胞的全能性，B正确；助细胞和卵细胞都只含有母本细胞核遗传物质的一半，所以由助细胞无融合生殖产生的个体不能保持亲本的全部遗传特性，C错误；该被子植物是二倍体，珠心细胞是植物的体细胞，所以由珠心细胞无融合生殖产生的植株体细胞中有两个染色体组，D正确。]
3．(2021·江苏卷，10)分析黑斑蛙的核型，需制备染色体标本，流程如下。相关叙述正确的是( )
―→―→―→
A．可用蛙红细胞替代骨髓细胞制备染色体标本
B．秋水仙素处理的目的是诱导染色体数加倍
C．低渗处理的目的是防止细胞过度失水而死亡
D．染色时常选用易使染色体着色的碱性染料
D [蛙红细胞只能进行无丝分裂，染色质没有高度螺旋化形成染色体，无法制备染色体标本，A错误；该实验的目的是分析黑斑蛙的核型，加秋水仙素的目的是抑制染色体移向两极，让大量细胞处于有丝分裂中期，便于观察核型，B错误；等渗溶液是为了防止细胞过度失水而死亡，低渗处理的目的是使组织细胞充分吸水膨胀，染色体分散，C错误；染色时常选用易使染色体着色的碱性染料，如甲紫染液，D正确。]
4．(2021·福建卷，19)某一年生植物甲和乙是具有不同优良性状的品种，单个品种种植时均正常生长。欲获得兼具甲乙优良性状的品种，科研人员进行杂交实验，发现部分F1植株在幼苗期死亡。已知该植物致死性状由非同源染色体上的两对等位基因(A/a和B/b)控制，品种甲基因型为aaBB，品种乙基因型为_ _bb。回答下列问题：
(1)品种甲和乙杂交，获得优良性状F1的育种原理是__________。
(2)为研究部分F1植株致死的原因，科研人员随机选择10株乙，在自交留种的同时，单株作为父本分别与甲杂交，统计每个杂交组合所产生的F1表型，只出现两种情况，如下表所示。
甲(母本) 乙(父本) F1
aaBB 乙－1 幼苗期全部死亡
乙－2 幼苗死亡∶成活＝1∶1
①该植物的花是两性花，上述杂交实验，在受粉前需要对甲采取的操作是__________、__________。
②根据实验结果推测，部分F1植株死亡的原因有两种可能性：其一，基因型为A_B_的植株致死；其二，基因型为__________的植株致死。
③进一步研究确认，基因型为A_B_的植株致死，则乙－1的基因型为__________________。
(3)要获得全部成活且兼具甲乙优良性状的F1杂种，可选择亲本组合为：品种甲(aaBB)和基因型为__________的品种乙，该品种乙选育过程如下：
第一步：种植品种甲作为亲本；
第二步：将乙－2自交收获的种子种植后作为亲本，然后__________________统计每个杂交组合所产生的F1表型。
选育结果：若某个杂交组合产生的F2全部成活，则__________的种子符合选育要求。
答案 (1)基因重组 (2)①去雄 套袋 ②aaBb ③AAbb
(3)aabb 用这些植株自交留种的同时，单株作为父本分别与母本甲杂交 对应父本乙自交收获
解析 (1)品种甲和乙杂交，可以集合两个亲本的优良性状，属于杂交育种，原理是基因重组。
(2)①该植物的花是两性花，为避免自花授粉和其他花粉干扰，上述杂交实验，在授粉前需要对甲采取的操作是去雄和套袋处理。②据题意可知，品种甲基因型为aaBB，品种乙基因型为__bb，又因为单个品种种植时均正常生长，品种乙基因型可能为AAbb、Aabb、aabb，则与aaBB杂交后F1基因型为AaBb或aaBb，进一步可推测部分F1植株致死的基因型为AaBb或aaBb。③若进一步研究确认致死基因型为A_B_，则乙－1基因型应为AAbb，子代AaBb全部死亡。
(3)由于A_B_的个体全部死亡，故不能选择AAbb类型与甲杂交，要获得全部成活且兼具甲乙优良性状的F1杂种，可选择亲本组合为：品种甲(aaBB)和基因型为aabb的纯合品种乙杂交，具体过程如下：
第一步：种植品种甲(aaBB)作为亲本；
第二步：将乙－2(Aabb)自交收获的种子种植后作为亲本，然后用这些植株自交留种(保留aabb种子)的同时，单株作为父本分别与母本甲杂交，统计每个杂交组合所产生的F1表型。
选育结果：若某个杂交组合产生的F2全部成活，则证明该父本基因型为aabb，对应父本乙自交收获的种子符合要求，可保留制种。
5．(2021·山东卷，22)番茄是雌雄同花植物，可自花受粉也可异花受粉。M、m基因位于2号染色体上，基因型为mm的植株只产生可育雌配子，表现为小花、雄性不育。基因型为MM、Mm的植株表现为大花、可育。R、r基因位于5号染色体上，基因型为RR、Rr、rr的植株表型分别为：正常成熟红果、晚熟红果、晚熟黄果。细菌中的H基因控制某种酶的合成，导入H基因的转基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。不考虑基因突变和交叉互换。
(1)基因型为Mm的植株连续自交两代，F2中雄性不育植株所占比例为____________。雄性不育植株与野生型植株杂交所得可育晚熟红果杂交种的基因型为________，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机受粉，则F2中可育晚熟红果植株所占比例为______________。
(2)已知H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞并获得转基因植株甲和乙，植株甲和乙分别与雄性不育植株杂交，在形成配子时喷施NAM，F1均表现为雄性不育。若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因，则以上所得F1的体细胞中含有________个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因，则H基因插入了________所在的染色体上。若植株乙的体细胞中含n个H基因，则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是________________________________________，植株乙与雄性不育植株杂交，若不喷施NAM，则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为___________________。
(3)若植株甲的细胞中仅含一个H基因，在不喷施NAM的情况下，利用植株甲及非转基因植株通过一次杂交即可选育出与植株甲基因型相同的植株。
请写出选育方案
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)1/6 MmRr 5/12
(2)0 M基因 必须有1个H基因位于M所在染色体上，且2条同源染色体上不能同时存在H基因 1/2n
(3)以雄性不育植株为母本、植株甲为父本进行杂交，子代中大花植株即为所需植株(或：利用雄性不育植株与植株甲杂交，子代中大花植株即为所需植株)
解析 (1)基因型为Mm的植株自交，F1中MM∶Mm∶mm＝1∶2∶1，其中MM、Mm的植株表现为大花、可育，mm的植株只产生可育雌配子，故只有1/3MM和2/3Mm能够自交，则F2中雄性不育植株mm所占的比例为2/3×1/4＝1/6。雄性不育植株mm与野生型植株杂交所得可育(Mm)晚熟红果(Rr)杂交种的基因型为MmRr，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机授粉，即自由交配，两对等位基因自由组合，产生的配子有MR、Mr、mR、mr，比例为1∶1∶1∶1，则F1中有9种基因型，分别为：1MMRR、2MMRr、1MMrr、2MmRR、4MmRr、2Mmrr、1mmRR、2mmRr、1mmrr，雌配子种类及比例为：MR∶Mr∶mR∶mr＝1∶1∶1∶1，雄配子种类及比例为：MR∶Mr∶mR∶mr＝2∶2∶1∶1，则F2中可育晚熟红果植株(基因型为M－Rr)所占比例为1/4×3/6＋1/4×3/6＋1/4×2/6＋1/4×2/6＝10/24，即5/12。
(2)已知细菌中的H基因控制某种酶的合成，导入H基因的转基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞，并获得转基因植株甲和乙，则H基因的可能位置有：插入了M基因所在的染色体上、插入了m基因所在的染色体上、插入了2号染色体以外的染色体上，植株甲和乙分别与雄性不育植株mm杂交，在形成配子时喷施NAM，则含H基因的雄配子死亡，F1均表现为雄性不育mm，说明含有M基因的雄配子死亡，即有H基因插入了M基因所在的染色体上。若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因，以上所得F1均表现为雄性不育，说明F1的体细胞中含有0个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因，则H基因插入了M基因所在的染色体上，即H与M基因连锁。若植株乙的体细胞中含n个H基因，则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是必须有1个H基因位于M所在染色体上，且2条同源染色体上不能同时存在H基因，植株乙与雄性不育植株杂交，若不喷施NAM，则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为1/2n。
(3)若植株甲的细胞中仅含一个H基因，且H基因插入了M基因所在的染色体上，在不喷施NAM的情况下，以雄性不育植株mm为母本、植株甲HMm为父本进行杂交，雌配子种类为m，雄配子为HM、m，则子代中大花植株(基因型为HMm)即为与植株甲基因型相同的植株(或：利用雄性不育植株与植株甲杂交，子代中大花植株即为所需植株)。
第21讲 染色体变异与应用
【素养目标】 1.通过染色体变异基本原理及其在生物学中意义的理解，建立起进化与适应的观点。(生命观念) 2.通过三种可遗传变异的比较及育种方法的比较，培养归纳与概括的能力。(科学思维) 3.通过低温诱导植物染色体数目的变化、生物变异类型的判断与实验探究以及育种方案的选择与设计，培养实验设计及结果分析的能力以及学以致用的思想意识。(科学探究、社会责任)
考点一 染色体变异
1．染色体数目的变异
(1)染色体数目变异的类型
①细胞内个别染色体的增加或减少。
②细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地增加或成套地减少。
(2)染色体组：在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。
(3)单倍体、二倍体和多倍体
项目 单倍体 二倍体 多倍体
概念 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体 体细胞中含有两个染色体组的个体 体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
发育起点 配子 受精卵(通常是) 受精卵(通常是)
植株特点 ①植株弱小； ②高度不育 正常可育 ①茎秆粗壮； ②叶片、果实和种子较大； ③营养物质含量都有所增加
体细胞染色体组数 ≥1 2 ≥3
三倍体和四倍 体形成过程
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)
人工诱导 花药离体培养 秋水仙素处理单倍体幼苗 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
举例 蜜蜂的雄蜂 几乎全部的动物和过半数的高等植物 香蕉(三倍体)；马铃薯(四倍体)；八倍体小黑麦
【拾遗补缺】 源于P88“相关信息”
(1)被子植物中，约有33%的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等都是多倍体。
(2)秋水仙素(C22H25O6N)是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取出来的一种植物碱。它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
2．低温诱导植物染色体数目的变化
(1)实验原理：低温处理植物分生组织细胞，能够抑制 纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞染色体数目加倍。
(2)实验步骤
(3)实验现象：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。
【拾遗补缺】 源于必修2 P89“探究·实践”：秋水仙素和低温诱导染色体数目加倍的原理有什么相似之处？
提示 两者诱导染色体数目加倍的原理相同，都是抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起染色体数目加倍。
3．染色体结构变异
(1)类型
图解 变化 名称 举例
染色体b片段缺失 缺失 果蝇缺刻 翅的形成
染色体b片段增加 重复 果蝇棒状 眼的形成
染色体的某一片段(d、g)移接到另一条非同源染色体上 易位 果蝇花斑 眼的形成
同一条染色体上某一片段(a、b)位置颠倒 倒位 果蝇卷翅 的形成
(2)结果：染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异。
(3)对生物体的影响：大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。
(1)DNA分子中发生三个碱基对的缺失导致染色体结构变异( )
(2)染色体易位或倒位不改变基因数量，对个体性状不会产生影响( )
(3)体细胞中含有两个染色体组的个体是二倍体，含有三个或三个以上染色体组的个体是多倍体( )
(4)用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是二倍体( )
(5)单倍体含有的染色体组数都是奇数( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
1．染色体组数目的判定
(1)根据染色体形态判定：细胞内形态相同的染色体有几条，则含有几个染色体组。
(2)根据基因型判定：在细胞或生物体的基因型中，控制同一性状的基因(包括同一字母的大、小写)出现几次，则含有几个染色体组。
2．低温诱导植物染色体数目变化实验中的试剂及其作用
3．三种可遗传变异的辨析
(1)染色体结构变异与基因突变的区别
(2)易位与互换的区别
项目 易位 互换
图解
区别 位置 发生于非同源染色体之间 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间
原理 染色体结构变异 基因重组
观察 可在显微镜下观察到 在光学显微镜下观察不到
【提醒】 关于变异的“质”和“量”问题：基因突变改变基因的质，不改变基因的量；基因重组不改变基因的质，一般也不改变基因的量，但转基因技术会改变基因的量；染色体变异不改变基因的质，但会改变基因的量或改变基因的排列顺序。
[典例剖析]
(多选)(2022·江苏卷，18)科研人员开展了芥菜和埃塞俄比亚芥杂交实验，杂种经多代自花传粉选育，后代育性达到了亲本相当的水平。下图中L、M、N表示3个不同的染色体组。下列相关叙述正确的有( )
A．两亲本和F1都为多倍体
B．F1减数第一次分裂中期形成13个四分体
C．F1减数第二次分裂后产生的配子类型为LM和MN
D．F1两个M染色体组能稳定遗传给后代
AD [由题意可知，L、M、N表示3个不同的染色体组，故两亲本和F1都含有四个染色体组，且由受精卵发育而来，为异源四倍体，A正确；四分体形成于减数第一次分裂前期同源染色体联会，B错误；由图中选育产生的后代基因型推知，F1可能产生M、LM、LN、MN、LMN等配子，C错误；根据C选项配子类型的分析，已经图中选育产生的后代可知，后代一定会获得两个M染色体，D正确。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：多代自花传粉选育＋题图
信息2：染色体组
信息转化 1.连续自交
2.受精卵发育而来的个体，体内含有几个染色体组，就是几倍体
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：建构模型能力
【角度转换】 提升语言表达能力
体细胞含四个染色体组的生物不一定为四倍体，原因是确认是四倍体还是单倍体，必须先看发育起点。若由配子发育而来，则为单倍体；若由受精卵发育而来，则为四倍体。
考向一 染色体变异类型的判断
1．(2022·湖南卷，9)大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上。某个体测交后代表现型(表型)及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化＝1∶1∶1∶1。该个体最可能发生了下列哪种染色体结构变异( )
C [分析题意可知：大鼠控制黑眼/红眼的基因和控制黑毛/白化的基因位于同一条染色体上，两对等位基因为连锁关系，正常情况下，测交结果只能出现两种表现型(表型)，但题干中某个体测交后代表现型(表型)及比例为黑眼黑毛∶黑眼白化∶红眼黑毛∶红眼白化＝1∶1∶1∶1，类似于基因自由组合定律的结果，推测该个体可产生四种数目相等的配子，且控制两对性状的基因遵循自由组合定律，即两对等位基因被易位到两条非同源染色体上，C正确。]
2．(2022·惠州高三检测)养蚕业中，雄蚕的吐丝量比雌蚕高且蚕丝质量好，但大规模鉴别雌雄是非常困难的。科学研究发现，家蚕染色体上的基因B使蚕卵呈黑色，不含基因B的蚕卵呈白色。遗传学家利用X射线处理雌蚕甲，最终获得突变体丁，流程如图所示(染色体未按实际大小比例画出)，由此实现多养雄蚕的目的。下列有关叙述，错误的是( )
A．X射线处理，既可以引起基因突变也可以引起染色体结构变异
B．使用光学显微镜观察细胞中染色体形态，可区分乙、丙个体
C．③过程中，丙与bbZZ的雄蚕杂交，子代中有1/2为bbZWB
D．将突变体丁与bbZZ的雄蚕杂交，可实现对子代大规模的性别鉴定
C [由题图分析可知，X射线处理，既可以引起基因突变也可以引起染色体结构变异，A正确；乙与丙的区别在于B基因所在片段的位置，染色体的形态结构有所差异，使用光学显微镜观察细胞中染色体形态，可区分乙、丙个体，B正确；丙的基因型为bOZWB，与bbZZ的雄蚕杂交，子代为bbZWB的概率1/2×1/2＝1/4，C错误；将突变体丁(bbZWB)与bbZZ的雄蚕杂交，子代雄性全为蚕卵呈白色，雌性全为蚕卵呈黑色，因此可实现对子代大规模的性别鉴定，D正确。]
考向二 低温诱导植物染色体数目的变化
3．(2022·深圳高三检测)多倍体植物常出现在高寒地区。某生物兴趣小组探究低温对洋葱根尖细胞染色体数目加倍的影响，如图是显微镜下观察的两个视野照片。下列相关叙述正确的是( )
A．使用卡诺氏液是对细胞中的染色体进行染色
B．统计发现处于有丝分裂中期的细胞数目最多
C．a细胞是较典型的染色体数加倍的细胞图像
D．b细胞的形成是低温处理在纺锤体形成之前
C [使用卡诺氏液是对细胞进行固定，A错误；由于间期时间最长，因此视野中处于有丝分裂间期的细胞数目最多，B错误；a细胞中着丝粒已经分裂，细胞中没有纺锤体，说明低温抑制了纺锤体的形成，是较典型的染色体数目加倍的细胞图像，C正确；低温可抑制纺锤体的形成，b细胞内含有纺锤体，说明b细胞是在低温处理纺锤体形成之后进行的，D错误。]
4．(2022·重庆高三检测)洋葱是生物学实验中常用的材料，根尖可用于“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”(实验1)和“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”(实验2)。下列关于上述实验的说法，正确的是( )
A．实验1、2都用到体积分数为95%的酒精，且作用完全相同
B．实验1、2中解离的作用是使组织细胞分散开来，有利于观察
C．取材时间会影响实验1的观察效果，对实验2没有影响
D．观察实验2的结果时，可能会找到实验1预期观察的分裂象
D [实验2中的酒精还可用于漂洗，洗去多余的卡诺氏液，A错误；两实验解离的作用是溶解细胞之间的间质，分离细胞，不是分散，B错误；两实验的取材时间一般在上午10点到下午2点，处于分裂期的细胞较多，C错误；实验2中部分细胞没有完成染色体数目的加倍，则可能观察到实验1中的正常染色体数目的细胞图像，D正确。]
考向三 辨析三种可遗传变异
5．(2022·滁州高三检测)生物的某些变异可通过细胞分裂某一时期染色体的行为来识别。下图甲、乙两模式图分别表示细胞分裂过程中出现的“环形圈”“十字型结构”现象，图中字母表示染色体上的基因。图丙是细胞分裂过程中染色体在某一时期所呈现的形态。下列有关叙述正确的是( )
A．甲、乙两种变异类型分别属于染色体结构变异、基因重组
B．图甲是由于个别碱基对的增添或缺失，导致染色体上基因数目改变的结果
C．图乙是由于四分体时期同源染色体的非姐妹染色单体之间发生互换的结果
D．甲、乙、丙三图均发生在减数分裂过程中
D [甲是染色体结构变异的重复或缺失，乙图中，非同源染色体上出现了同源区段，发生了联会现象，该种变异应属于染色体结构变异中的易位，A错误；个别碱基对的增添或缺失属于基因突变，甲图中部分基因发生了增添或缺失，导致染色体上的基因数目改变，属于染色体变异，B错误；四分体时期同源染色体非姐妹染色单体之间发生交叉互换属于基因重组，而乙图的易位现象，只能发生在非同源染色体之间，C错误；甲和乙都发生联会现象，发生在减数第一次分裂前期，丙图同源染色体的非姐妹染色单体之间进行了互换，也发生于减数第一次分裂前期，D正确。]
6．(2022·朔州高三模拟)棉花的长绒和短绒由A/a基因控制，白色和红色由B/b基因控制。育种专家对长绒深红棉植株M的萌发种子进行电离辐射处理，得到了长绒浅红棉植株M1，M1自交后代出现了新型白色棉。据图分析，下列说法错误的是( )
A．人类猫叫综合征和M1的变异类型相同
B．电离辐射使M萌发的种子发生基因重组
C．M1突变株自交后代中长绒浅红棉植株占3/8
D．M1突变株自交后代中白色棉体细胞不含b基因
B [据图可知，电离辐射使植株M形成植株M1，属于染色体部分缺失，与人类猫叫综合征的变异类型相同，A正确；基因重组发生在有性生殖的减数分裂过程中，萌发的种子进行有丝分裂，电离辐射处理M萌发的种子不会发生基因重组，B错误；M1的基因型为AabO(O表示片段缺失的染色体)，其自交后，产生的长绒浅红棉植株(A_bO)占3/4×1/2＝3/8，C正确；M1自交后代产生的新型白色棉(A_OO或aaOO)体细胞中不含b基因，D正确。]
【归纳总结】 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”：DNA分子上若干基因的缺失或重复(增加)，属于染色体结构变异；DNA分子上若干碱基的缺失或增添(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异，在光学显微镜下观察不到；染色体变异属于细胞水平的变异，在光学显微镜下可以观察到。
考点二 生物变异在育种上的应用
1．单倍体育种
(1)原理：染色体(数目)变异。
(2)过程
(3)优点：明显缩短育种年限。
(4)缺点：技术复杂。
2．多倍体育种
(1)方法：用秋水仙素或低温处理。
(2)处理材料：萌发的种子或幼苗。
(3)原理：染色体(数目)变异。
(4)实例：三倍体无子西瓜的培育
①两次传粉
②用秋水仙素处理幼苗后，分生组织分裂产生的茎、叶、花染色体数目加倍，而未经处理部分(如根部细胞)的染色体数不变。
③三倍体西瓜无子的原因：三倍体西瓜植株在减数分裂过程中，由于染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
3．杂交育种
(1)原理：基因重组。
(2)过程
①培育杂合子品种
选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)。
②培育隐性纯合子品种
选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1F2→选出表型符合要求的个体种植并推广。
③培育显性纯合子品种
a．植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，连续自交至不发生性状分离为止。
b.动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。
(3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。
(4)缺点：一般获得新品种的周期长。
4．诱变育种
(1)原理：基因突变。
(2)过程
(3)优点
①可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
②大幅度地改良某些性状。
(4)缺点：有利变异个体往往不多，需要处理大量材料。
(1)抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组可获得抗虫矮秆小麦( )
(2)通过花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种( )
(3)单倍体育种中，通过花药离体培养所得的植株均为纯合的二倍体( )
(4)诱变育种可通过改变基因的结构达到育种目的( )
(5)用二倍体西瓜给四倍体西瓜受粉，则四倍体植株上会结出三倍体无子西瓜( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
[典例剖析]
(2021·广东卷，16)白菜型油菜(2n＝20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)，为了培育高产新品种，科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是( )
A．Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组
B．将Bc作为育种材料，能缩短育种年限
C．秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株
D．自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育
A [本题以培育白菜型油菜的新品种为载体，主要考查育种和染色体组。根据题干信息可知，白菜型油菜是二倍体，有两个染色体组，Bc是由该油菜未受精的卵细胞发育形成的，只有一个染色体组，A错误；以Bc为材料通过诱导(秋水仙素或低温)使其染色体加倍，从而培育出纯合的符合要求的二倍体白菜型油菜，与杂交育种相比，该方法能明显缩短育种时间，B、C正确；Bc是单倍体，只有一个染色体组，不能进行减数分裂，不能产生配子，因此Bc高度不育，D正确。]
【名师点拨】 提升信息转化能力
信息提取 信息1：白菜型油菜(2n＝20)
信息2：未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc
信息转化 1.油菜是二倍体
2.未受精的卵细胞发育成的是单倍体
素养考查 生命观念：结构与功能观 社会责任：解决问题能力
【角度转换】 提升长句应答能力
某生物体细胞中含两个染色体组，但不一定是二倍体，原因是该生物不一定由受精卵发育而来，若由配子发育而来就是单倍体。
考向一 分析单倍体育种与多倍体育种的应用
7．(2022·盐城高三模拟预测)用多培体育种获无子西瓜和用生长素处理获无子番茄，下列有关叙述正确的是( )
A．无子西瓜属于单倍体植株
B．三倍体西瓜无子的变异属于不能遗传的变异
C．生长素处理获得番茄无子的变异属于不能遗传的变异
D．无子番茄植株扦插后长出的植株仍结无子果实
C [无子西瓜属于三倍体植株，A错误；三倍体西瓜无子的变异是染色体数目变异，属于可遗传的变异，B错误；无子番茄是利用生长素能促进子房发育成果实的功能制成，而生长素不会改变番茄的遗传物质，所以不能遗传，C正确；无子番茄植株遗传物质没有发生改变，扦插后长出的植株不能结无子果实，D错误。]
8．(2022·龙岩高三模拟)人工栽培的马铃薯(四倍体)难以出现新品种，而野生型品种的引入极大地丰富了马铃薯的育种资源。如图表示马铃薯新品种丙(四倍体)的培育过程。下列相关叙述正确的是( )
马铃薯(4N)甲×野生品种(2N)→乙马铃薯新品种(丙)
A．过程①一定是秋水仙素处理
B．甲品种是纯合的二倍体植株
C．培育马铃薯新品种丙的原理是多倍体育种
D．与甲相比，丙马铃薯淀粉含量可能有所增加
D [丙为四倍体，过程①除秋水仙素处理外，还可低温处理，A错误；四倍体马铃薯花药离体培养获得的甲是单倍体，不能称为二倍体，B错误；培育马铃薯新品种丙的原理是染色体数目变异，C错误；一般来说，与单倍体相比，多倍体的优点是茎秆粗壮、叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加，所以与单倍体马铃薯甲相比，丙为四倍体马铃薯，淀粉含量可能有所增加，D正确。]
考向二 生物育种的综合判断
9．(2023·湖北腾云联盟高三联考)油菜中基因G和g控制菜籽的芥酸含量，而芥酸会降低菜籽油的品质。研究人员拟利用高芥酸油菜品种(gg)和水稻抗病基因R培育低芥酸抗病油菜新品种(GGRR)，育种过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
高芥酸(gg)低芥酸低芥酸抗病新品种
A．过程①发生基因突变，基因g的碱基排列序列发生改变
B．过程②需要用限制酶、DNA连接酶等基因工程的工具
C．过程③的原理是基因重组，需要较长时间的选择和培育
D．过程③还可用单倍体育种，需用秋水仙素处理萌发的种子
D [过程①诱发基因突变，使g基因碱基对发生序列的增添、缺少或替换，导致基因g的碱基序列改变，进而油菜性状发生改变，A正确；过程②是将R基因导入到油菜细胞中的过程，采用的是基因工程技术，需要限制酶、DNA连接酶和载体等基因工程的工具，B正确；过程③的原理是基因重组，经过多代自交筛选出新品种，需要较长时间的选择和培育，C正确；过程③还可用单倍体育种，需用秋水仙素处理幼苗获得纯种，D错误。]
【易错警示】 有关育种的4点易错提醒
(1)诱变育种与杂交育种相比，前者能产生新基因，创造变异新类型，后者只是实现原有基因的重新组合。
(2)育种中“最简便”与“最快速”的差异：“最简便”着重于技术含量应为“易操作”，如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作；“最快速”则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高。
(3)“单倍体育种”≠“花药离体培养”：单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程；花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。
(4)单倍体育种和多倍体育种都需用秋水仙素处理，前者操作对象是幼苗期的单倍体植株；后者操作对象为萌发期的种子或幼苗期的正常植株。
10．(2022·河北卷，20)蓝粒小麦是小麦(2n＝42)与其近缘种长穗偃麦草杂交得到的。其细胞中来自长穗偃麦草的一对4号染色体(均带有蓝色素基因E)代换了小麦的一对4号染色体。小麦5号染色体上的h基因纯合后，可诱导来自小麦的和来自长穗偃麦草的4号染色体配对并发生交叉互换。某雄性不育小麦的不育基因T与等位可育基因t位于4号染色体上。为培育蓝粒和不育两性状不分离的小麦，研究人员设计了如下图所示的杂交实验。回答下列问题：
(1)亲本不育小麦的基因型是________，F1中可育株和不育株的比例是________。
(2)F2与小麦(hh)杂交的目的是_______________________________________________。
(3)F2蓝粒不育株在减数分裂时理论上能形成________个正常的四分体。如果减数分裂过程中同源染色体正常分离，来自小麦和长穗偃麦草的4号染色体随机分配，最终能产生________种配子(仅考虑T/t、E基因)。F3中基因型为hh的蓝粒不育株占比是________。
(4)F3蓝粒不育株体细胞中有________条染色体，属于染色体变异中的________变异。
(5)F4蓝粒不育株和小麦(HH)杂交后单株留种形成一个株系。若株系中出现：
①蓝粒可育∶蓝粒不育∶非蓝粒可育∶非蓝粒不育＝1∶1∶1∶1。说明：________________________________________________________________________；
②蓝粒不育∶非蓝粒可育＝1∶1。说明_______________________________。符合育种要求的是________(填“①”或“②”)。
答案 (1)TtHH 1∶1 (2)获得h基因纯合(hh)的蓝粒不育株，诱导小麦和长穗偃麦草的4号染色体配对并发生交叉互换，从而使T基因与E基因交换到一条姐妹染色单体上，以获得蓝粒和不育性状不分离的小麦 (3)20 4 1/16 (4)43 数目
(5)F4蓝色不育株体细胞中T基因和E基因位于不同染色体上 F4蓝色不育株体细胞中T基因和E基因位于同一条染色体上 ②
解析 (1)分析题意可知，亲本雄性不育小麦(HH)的不育基因T与等位可育基因t位于4号染色体上，所以其基因型为TtHH，亲本小麦( hh )的基因型为tthh，故F1中可育株(TtHh)∶不育株(ttHh)＝1∶1。
(2)F2中的蓝粒不育株的基因型及比例为1/2TEHH、1/2TEHh，其中T基因和E基因分别来自小麦的和长穗偃麦的4号染色体，而h基因纯合后，可诱导来自小麦的和来自长穗偃麦草的4号染色体配对并发生交叉互换，使得T和E基因可以位于同一条姐妹染色单体上，从而获得蓝粒和不育两性状不分离的个体。
(3)分析题意可知，蓝粒小麦的染色体条数是42，而F2中的蓝粒不育株的4号染色体一条来自小麦，一条来自长穗偃麦草，其余染色体(42－1－1＝40)均来自小麦，为同源染色体，故其减数分裂时理论上能形成20个正常的四分体；不同来源的4号染色体在减数分裂中随机分配，仅考虑T/t、E基因，若两条4号染色体移向一极，则同时产生基因型为TE和О(两基因均没有)的两种配子，若两条4号染色体移向两极，则产生基因型为T和E的两种配子，则F2中的蓝粒不育株共产生4种配子；F3中的蓝粒不育株产生TE配子的概率为1/4，产生h配子的概率是1/4，则F3中基因型为hh的蓝粒不育株占比是1/4×1/4＝1/16。
(4)由F2中的蓝粒不育株产生的配子种类，可以确定形成F3中的蓝粒不育株的卵细胞中应含有两条4号染色体，且小麦染色体组成为2n＝42，故F3蓝粒不育株体细胞中有43条染色体，多了一条4号染色体，属于染色体数目变异。
(5)F3中的蓝粒不育株基因型为TEtHh 和TEthh，含 hh基因的个体可形成T和E交换到同一条染色体上的卵细胞，与小麦(ttHH)杂交，F4中的蓝粒不育株基因型为TEtHh，其中T基因和E基因连锁，位于同一条染色体上，t基因位于另一条染色体上，与小麦(ttHH)杂交，后代表现型(表型)及比例为蓝粒不育∶非蓝粒可育＝1∶1，即F4蓝粒不育株体细胞中的T基因和E基因位于同一条染色体上；而F3中关于h的基因型为Hh 的个体与小麦(ttHH)杂交产生的F4中的蓝粒不育株含3个4号染色体，分别携带T基因、E基因及t基因，与小麦(ttHH)杂交，母本在减数第一次分裂前期联会时，携带T基因的染色体和携带t基因的染色体联会，携带E基因的染色体随机分配到细胞的一极，产生的配子基因型及比例为T∶TE∶ t∶ tE＝1∶1∶1∶1，与小麦(ttHH)杂交，子代表现型(表型)及比例为蓝粒可育∶蓝粒不育∶非蓝粒可育∶非蓝粒不育＝1∶1∶1∶1，即F4中蓝粒不育植株体细胞中的T基因和E基因位于不同染色体上；本实验要培育蓝粒和不育两性状不分离的小麦，故②符合育种要求。
【归纳总结】 根据不同育种目标选择不同育种方案
育种目标 育种方案
集中双亲优良性状 单倍体育种(明显缩短育种年限)
杂交育种(耗时较长，但简便易行)
对原品系实施“定向”改造 基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种
让原品系产生新性状(无中生有) 诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状)
使原品系营养器官“增大”或“加强” 多倍体育种
高分突破培优(六) 利用“假说—演绎法”解决生物变异实验探究题
某科研小组对野生纯合小鼠进行X射线处理，得到一只雄性突变型小鼠。对该小鼠研究发现，突变性状是由位于一条染色体上的某基因突变产生的。该小组想知道突变基因的显隐性及其在染色体上的位置，设计了如下杂交实验方案，假设你是其中一员，请将下列方案补充完整。(注：除要求外，不考虑性染色体的同源区段。相应基因用D、d表示)
(1)杂交方法：_____________________________________________________________。
(2)观察统计：将子代雌雄小鼠中野生型和突变型的数量填入下表。
项目 野生型 突变型 突变型/(野生型＋突变型)
雄性小鼠 A
雌性小鼠 B
(3)结果分析与结论：
①如果A＝1，B＝0，说明突变基因位于______________。
②如果A＝0，B＝1，说明突变基因为_______(填“显性”或“隐性”)，且位于___________。
③如果A＝0，B＝__________，说明突变基因为隐性，且位于X染色体上。
④如果A＝B＝，说明突变基因为________(填“显性”或“隐性”)，且位于_____________。
(4)拓展分析：
如果基因位于X、Y染色体的同源区段，且突变后性状发生改变，则突变性状为________(填“显性性状”或“隐性性状”)，该个体的基因型为____________________。
【审题关键】
由题干可知，对野生纯合小鼠进行X射线处理，得到一只雄性突变型小鼠，突变性状是由位于一条染色体上的某基因突变产生的。则：
(1)若突变基因位于Y染色体上，则该突变型雄鼠与多只野生型雌鼠交配的子代中雄性全为突变型小鼠。
(2)若突变基因位于X染色体上，且为显性，则该突变型雄鼠与野生型雌鼠的基因型分别为XDY和XdXd，二者杂交所得子代中雄性全为野生型小鼠，雌性全为突变型小鼠。
(3)若突变基因位于X染色体上，且为隐性，则该突变型雄鼠与野生型雌鼠的基因型分别为XdY和XDXD，二者杂交所得子代中雄性和雌性全为野生型小鼠。
(4)若突变基因位于常染色体上，且为显性，则该突变型雄鼠与野生型雌鼠的基因型分别为Dd和dd，二者杂交所得子代中雌雄性小鼠中都有突变型和野生型。
(5)若突变基因位于X、Y染色体的同源区段，突变后性状发生改变，说明突变性状为显性性状，该个体的基因型为XDYd或XdYD。
答案 (1)让突变型雄鼠与多只野生型雌鼠交配
(3)①Y染色体上 ②显性 X染色体上 ③0
④显性 常染色体上 (4)显性性状 XDYd或XdYD
假说—演绎法
“假说—演绎法”是指在观察和分析的基础上提出问题以后，通过推理和想像提出解释问题的假说，然后根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符合，就证明假说是正确的；反之，则说明假说是错误的。孟德尔发现分离定律和自由组合定律的过程就是“假说—演绎法”的充分体现。高考复习中，通过挖掘“假说—演绎法”的内涵，运用它解答遗传设计题时分解为3步：提出假说，正向演绎推理(结论→结果)，逆向答题(结果→结论)，取得了良好的效果。
1．(2023·郑州高三检测)石刀板是一种二倍体名贵蔬菜，雌、雄异株植物。野生型石刀板叶窄，产量低。在某野生种群中，发现生长着少数几株阔叶石刀板(突变型)，雌株、雄株均有。
(1)有人认为阔叶突变型株是由于基因突变或具有多倍体的特点的缘故。请你设计一个简单实验来鉴定突变型的出现是基因突变所致，还是染色体组加倍所致？__________________________ _________________________________________________________________________________(要求写出实验方案和预期结果及结论)。
(2)若已证实阔叶为基因突变所致，有两种可能：一是显性突变。二是隐性突变，请你设计杂交实验方案加以判定____________________________________________________(要求写出杂交组合，预期结果及结论)。
(3)若已证实阔叶是显性突变，获得高产的纯种阔叶石刀板最快的方法是____________。
答案 (1)实验方案：取根尖分生区细胞制成装片，显微观察有丝分裂中期细胞内的染色体数目
预期结果与结论：若观察到染色体增倍，则是染色体组加倍所致；否则为基因突变所致
(2)实验方案一：选用多株阔叶突变型石刀板雌、雄相交，统计子代性状表现。
预期结果与结论：若杂交后代出现了野生型(窄叶)，则为显性突变所致；若杂交后代仅出现突变型(阔叶)，则为隐性突变所致
实验方案二： 选用突变型(阔叶)与野生型(窄叶)植株杂交，统计子代性状表现。
预期结果与结论：若杂交后代出现了突变型(阔叶)，则为显性突变所致；若杂交后代全为野生型(窄叶)，则为隐性突变所致
(3)单倍体育种
解析 (1)染色体数目变异在显微镜下可以观察到，因此可借助显微镜来检验阔叶型石刀板是否由于染色体数目加倍导致，即分别取窄叶型与阔叶型石刀板的根尖分生区制成装片，镜检比较有丝分裂中期(此时染色体形态稳定、数目清晰，是观察染色体形态和数目的最佳时期)细胞染色体数目。若观察到染色体增倍，则是染色体组加倍所致；否则为基因突变所致。
(2)基因突变有显性突变和隐性突变两种情况，因此可选用多株阔叶突变型石刀板雌、雄相交，统计子代性状表现。若为显性突变，则杂交后代会出现野生型；若为隐性突变，则阔叶突变型石刀板均为隐性纯合子，杂交后代仅出现突变型。也可选用突变型(阔叶)与野生型(窄叶)植株杂交，统计子代性状表现。若为显性突变，则杂交后代会出现突变型(阔叶)植株。若为隐性突变，则由于野生型均为显性纯合子，杂交子代只有野生型。
(3)单倍体育种可明显缩短育种年限，因此若已证实阔叶是显性突变，获得高产的纯种阔叶石刀板最快的方法是单倍体育种，即选择突变型的花粉进行花药离体培养，并用秋水仙素处理幼苗，子代中的阔叶石刀板即为所需。
2．(2022·石家庄高三检测)黑腹果蝇为生物实验常用材料，进一步研究发现果蝇的性别与染色体组成有关，如下表，其中XXY个体能够产生正常配子。
染色体组成 XY XYY XX XXY XXX YY
性别 雄性 雌性 不发育
果蝇的长翅(B)对残翅(b)为显性，基因位于常染色体上；红眼(R)对白眼(r)是显性，基因位于X染色体C区域中(如图)，该区域缺失的X染色体记为X－，其中XX－为可育雌果蝇，X－Y因缺少相应基因而死亡。用长翅红眼雄果蝇(BbXRY)与长翅白眼雌果蝇(BbXrXr)杂交得到F1，发现残翅中有一只例外白眼雌果蝇(记为W)。现将W与正常红眼雄果蝇杂交产生F2。
(1)根据F2性状判断产生W的原因(只考虑眼色的性状)
①若子代 ________________________________________，则是由于亲代配子基因突变所致；
②若子代 ________________________________________，则是由X染色体C区段缺失所致；
③若子代 ________________________________________，则是由性染色体数目变异所致。
(2)如果结论③成立，则W的基因型是_________，其产生的配子类型及比例为___________，F2中的果蝇有________种基因型。
答案 (1)雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比值为1∶1 雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比值为2∶1 雌雄个体中均有红眼和白眼两种性状
(2)XrXrY Xr∶Y∶XrXr∶XrY＝2∶1∶1∶2 6
解析 (1)①若是由于亲代配子基因突变所致，则W的基因型为XrXr，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，子代雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，且雌雄个体比值为1∶1。②若是由X染色体C区段缺失所致，则W的基因型为X－Xr，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，由于XX－为可育雌果蝇，X－Y因缺少相应基因而死亡，则子代雄果蝇全为白眼，雌果蝇全为红眼，雌雄个体比值为2∶1。③若是由性染色体数目变异所致，则W的基因型为XrXrY，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，则子代雌雄个体中均有红眼和白眼两种性状。
(2)如果结论③成立，则W的基因型是XrXrY，其能产生四种配子：XrXr、Y、XrY、Xr，比例为1∶1∶2∶2，其与正常红眼雄果蝇(XRY)杂交，由于XXX和YY不能发育，因此F2中果蝇的基因型种类有6种(4×2－2＝6)。
3．(2023·邢台高三检测)普通小麦有6个染色体组(AABBDD)，来自三个不同的物种。小麦既能自花传粉也能异花传粉，其在减数分裂过程中仅来自同一物种的同源染色体才会发生联会。我国科学家将异源多倍体的抗叶锈病基因转移到普通小麦中，育成了抗叶锈病小麦，育种过程如图所示。图中A、B、C、D表示4个不同的染色体组，每组都有7条染色体，其中C染色体组中含携带抗病基因的染色体。请据图回答下列问题：
(1)图中杂交后代①染色体组的组成为____________(用字母表示)，其体细胞中含有________条染色体。该植株进行减数分裂时能形成________个四分体。
(2)研究发现杂交后代③中C组的染色体数目较杂交后代②减少，这是因为减数第一次分裂时这些染色体无法______________________，造成其会被随机分配到不同次级性母细胞中去。
(3)为使杂交后代③的抗病基因稳定遗传，常用射线照射花粉，使含抗病基因的染色体片段转接到普通小麦染色体上，这种变异为______________________________。若选择后的小麦细胞内只含有一个显性抗叶锈病基因(Lr19)，则可通过__________________________________方式获得能稳定遗传的抗叶锈病品种。
(4)由于小麦花很小，人工杂交操作十分困难。科学家从太谷核不育小麦(一种普通小麦)中精准定位了雄性不育基因PG5，该基因相对于可育基因为显性，将导致含有该基因的花粉不育。现有纯合不抗叶锈病雄性不育小麦(含两个PG5基因)和纯合抗叶锈病可育小麦若干(含两个Lr19基因)。请设计实验探究抗叶锈病基因Lr19与雄性不育基因PG5是否位于同一对染色体上，写出最优的实验思路并预测实验结果及结论。(注：实验中不发生突变和互换)
①实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②实验结果及结论：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)AABBCD 42 14 (2)与同源染色体联会配对/联会 (3)染色体结构变异/染色体易位 连续自交多代并每代都淘汰不抗叶锈病的个体 (4)用纯合不抗叶锈病雄性不育小麦做母本与纯合抗叶锈病可育小麦做父本杂交，获得F1。用F1自交获得F2，统计F2的性状类型及比例 若F2中抗叶锈病雄性不育∶不抗叶锈病雄性不育∶抗叶锈病雄性可育∶不抗叶锈病雄性可育＝3∶1∶3∶1，则基因Lr19和基因PG5位于两对非同源染色体上；若F2中不育抗叶锈病∶可育抗叶锈病＝1∶1，则基因Lr19和基因PG5位于同一对染色体上
解析 (1)异源多倍体产生的配子为ABC，普通小麦产生的配子为ABD，结合后产生的受精卵为AABBCD，因此图中杂交后代①染色体组的组成为AABBCD。后代①体细胞内含有6个染色体组，每个染色体组都有7条染色体，故含有42条染色体。四分体是同源染色体在减数第一次分裂时联会形成的，一个四分体是一对配对的同源染色体，根据题意可知小麦减数分裂过程中仅来自同一物种的同源染色体联会。所以AABBCD的六个染色体组中只有A与A，B与B中的各7条染色体联会，总共形成14个四分体。
(2)C染色体组只有一个，细胞减数分裂时没有联会配对现象，导致分裂时被随机分配到次级性母细胞中去，最终形成的配子中C组染色体数量较之前减少。
(3)抗病基因位于C组染色体上，其通过射线照射后转移到其他染色体上(A、B、D组的染色体上)，该种变异称为染色体结构变异(易位)。若变异的小麦品种只含有一个显性抗病基因，可通过连续多代自交并淘汰隐性个体的方式，来获得显性纯合子。
(4)小麦花很小，人工杂交操作十分困难，所以在设计实验方案时尽量用自交的方法。Lr19简写为L，不抗叶锈病基因为l，PG5基因简写为P，雄性可育基因为p，首先用纯合不抗叶锈病雄性不育小麦和纯合抗叶锈病可育小麦进行杂交，获得杂合的抗叶锈病雄性不育小麦F1(基因型LlPp)，由于F1自交时含有P基因的花粉不育，故父本只能产生Lp和lp两种配子，母本则能产生LP、Lp、lP、lp四种配子。假如两对等位基因位于两对非同源染色体上，则自交获得的F2后代中不育抗叶锈病∶不育不抗叶锈病∶可育抗叶锈病∶可育不抗叶锈病＝3∶1∶3∶1；若两对等位基因位于同一对染色体上，F1中l与P位于同一条染色体上，L与p位于同一条染色体上，由于F1自交时含有P基因的花粉不育，故父本只能产生Lp一种配子，母本则能产生lP和Lp两种配子，结合后产生的F2中不育抗叶锈病∶可育抗叶锈病＝1∶1。
4．(2023·沈阳高三检测)果蝇体内的Ⅳ号染色体多一条(三体)或少一条(单体)均可以存活并能够繁殖，没有Ⅳ号染色体的个体不能存活。果蝇正常眼(E)和无眼(e)是一对相对性状，基因E、e位于常染色体上。回答下列问题：
(1)现有染色体正常的纯合正常眼、纯合无眼和Ⅳ号染色体单体的纯合正常眼果蝇可供选择，若要通过一次杂交实验确定E、e这对等位基因是否位于Ⅳ号染色体上，请写出实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
并预测实验结果：
①若__________________________________，则E、e基因位于Ⅳ号染色体上。
②若__________________________________，则E、e基因不位于Ⅳ号染色体上。
(2)现已证明E、e基因位于Ⅳ号染色体上，若将基因型为EEe的Ⅳ号染色体三体的果蝇与染色体正常的无眼果蝇杂交，则理论上子代的表型比例为____________，子代正常眼中Ⅳ号染色体正常的果蝇占________。
(3)果蝇眼的红色(R)和白色(r)由等位基因R、r控制，现将一只染色体正常无眼雌果蝇和一只染色体正常红眼雄果蝇交配，发现F1中雌果蝇全为红眼，雄果蝇全为白眼。据此推测，雄性亲本的基因型为________；F1雌雄果蝇交配，F2正常眼雌果蝇中纯合子所占的比例为________。
答案 (1)让染色体正常的无眼果蝇与Ⅳ号染色体单体的纯合正常眼果蝇杂交，观察并统计子代表型及比例 子代表型及比例为正常眼∶无眼＝1∶1 子代全为正常眼
(2)1∶5/5∶1 2/5 (3)EEXRY 1/6
解析 (1)将染色体正常的无眼果蝇与Ⅳ号染色体单体的纯合野生正常眼果蝇杂交，观察子代的表型及比例；若F1表型及比例为正常眼∶无眼＝1∶1，则E、e基因位于Ⅳ号染色体上；若F1全为正常眼，则E、e基因不在Ⅳ号染色体上。
(2)E、e基因位于Ⅳ号染色体上，基因型为EEe的Ⅳ号染色体三体的果蝇产生4种配子：E、Ee、EE、e，它们的比例为2∶2∶1∶1，与无眼果蝇ee交配，子二代基因型为2Ee∶2Eee∶EEe∶ee，只有ee表现型为无眼，故子二代现象是野生∶无眼＝5∶1，子代正常眼中Ⅳ号染色体正常的果蝇占2/5。
(3)果蝇的眼的红色(R)和白色(r)由等位基因R、r控制，将染色体正常无眼雌果蝇和染色体正常红眼雄果蝇交配，发现F1中雌果蝇全为红眼，雄果蝇全为白眼，据此推测，控制眼色的基因R、r位于X染色体上，雄性亲本的基因型为EEXRY，雌性亲本的基因型为eeXrXr，F1代雄果蝇(EeXrY)和雌果蝇(EeXRXr)交配，F2正常眼雌果蝇中纯合子(EEXrXr)所占的比例为1/2×1/3＝1/6。
(二十一)罗氏易位
1．概念：又称罗伯逊易位或着丝粒融合，是一种特殊类型的染色体易位。两条近端着丝粒染色体都在长短臂之间发生断裂，它们的短臂和短臂相互结合(短臂构成的小染色体往往在第二次减数分裂时丢失)，长臂和长臂相互结合，这种易位就被称为罗氏易位。
2．发生范围：进行有性生殖的所有生物都可能发生罗伯逊易位，但是概率并不是很高。
3．主要影响：①对罗氏易位携带者本人几乎没有影响。
②对罗氏易位携带者生育的下一代有影响。罗氏易位携带者通过减数分裂会产生6种类型的配子与另一方提供的正常配子结合，会产生6种胚胎染色体组成。
a．完全正常胚胎：正常妊娠，后代无罗氏易位携带风险。
b．罗氏易位携带胚胎：正常妊娠，后代同样面临流产、反复流产或先天缺陷患儿出生风险。
c．染色体不平衡胚胎：流产、反复流产或先天缺陷患儿出生。
[对点训练]
1．(2022·绍兴高三模拟)果蝇的正常翅基因B与截翅基因b位于2号染色体上，该染色体上某些基因表达产物是生命活动所必需的。在某正常翅果蝇群体中偶然发现一只截翅果蝇。导致该现象的原因最不可能是( )
A．环境改变引起的不遗传变异
B．B基因发生隐性突变
C．2号染色体发生片段缺失
D．两条2号染色体均丢失
D [生物性状受到环境的影响，所以截翅果蝇的出现可能是环境改变引起的不遗传变异，A不符合题意；如果B基因突变为b，该果蝇的基因型可以是bb，表现为截翅，B不符合题意；如果2号染色体上B基因的片段发生缺失，则只有b基因存在，表现为截翅，C不符合题意；如果两条2号染色体都丢失，根据题干信息“染色体上某些基因表达产物是生命活动所必需的”，所以该果蝇会死亡，不会表现为截翅，D符合题意。]
2．(多选)(2022·保定高三模拟)某对夫妇经染色体核型检测发现，妻子染色体正常，而丈夫的13、14号染色体发生了“罗伯逊易位”，即13、14号染色体部分融合在一起，其余部分丢失。13、14号“罗伯逊易位”染色体与正常染色体联会情况如图所示，联会的染色体任意两条分离、另一条随机移动，缺少一条染色体的胎儿流产，含有13、14号“罗伯逊易位”染色体的个体表型正常。下列叙述错误的是( )
A．图示染色体的行为可发生在有丝分裂过程中
B．“罗伯逊易位”引起的变异只是染色体结构变异
C．13、14号罗伯逊易位染色体上的端粒最多有2个
D．该对夫妇生育染色体正常的孩子的概率为1/6
ABC [图示染色体的行为是染色体的联会，发生在减数分裂过程中，A错误；分析可知，“罗伯逊易位”既引起染色体片段缺失(染色体结构变异)，又使染色体数目减少一条(染色体数目变异)，B错误；端粒分布在染色体的两端，13、14号“罗伯逊易位”染色体复制后含有两条染色单体，故最多可以有4个端粒，C错误；该丈夫减数分裂产生配子时联会的染色体任意两条分离、另一条随机移动，则可能存在14号染色体与13、14号“罗伯逊易位”染色体分离，13号染色体随机移动；或者13号染色体与13、14号“罗伯逊易位”染色体分离，14号染色体随机移动的情况，因此产生的配子含有的染色体情况有六种(13、14号罗伯逊易位染色体；13、14号罗伯逊易位染色体＋14号染色体；13号染色体＋14号染色体；13号染色体；14号染色体；13、14号罗伯逊易位染色体＋13号染色体)，每种配子各占1/6，其中同时含有正常13号染色体和14号染色体的精子与卵细胞结合形成的受精卵染色体正常，而该种精子出现的概率为1/6，故该对夫妇生育染色体正常的孩子的概率为1/6，D正确。]
1．(2022·湖北卷，20)为了分析某21三体综合征患儿的病因，对该患儿及其父母的21号染色体上的A基因(A1～A4)进行PCR扩增，经凝胶电泳后，结果如图所示。关于该患儿致病的原因叙述错误的是( )
A．考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常
B．考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常
C．不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第一次分裂21号染色体分离异常
D．不考虑同源染色体交叉互换，可能是卵原细胞减数第二次分裂21号染色体分离异常
D
2．(2021·辽宁卷，9)被子植物的无融合生殖是指卵细胞、助细胞和珠心细胞等直接发育成胚的现象。助细胞与卵细胞染色体组成相同，珠心细胞是植物的体细胞。下列有关某二倍体被子植物无融合生殖的叙述，错误的是( )
A．由无融合生殖产生的植株有的是高度不育的
B．由卵细胞直接发育成完整个体体现了植物细胞的全能性
C．由助细胞无融合生殖产生的个体保持了亲本的全部遗传特性
D．由珠心细胞无融合生殖产生的植株体细胞中有两个染色体组
C [根据题意可知，卵细胞、助细胞可以直接发育成胚，二者的染色体数目只有体细胞(二倍体)的一半，所以由无融合生殖产生的植株有的是高度不育的，A正确；细胞的全能性指的是细胞分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性，所以卵细胞直接发育成完整个体可以体现植物细胞的全能性，B正确；助细胞和卵细胞都只含有母本细胞核遗传物质的一半，所以由助细胞无融合生殖产生的个体不能保持亲本的全部遗传特性，C错误；该被子植物是二倍体，珠心细胞是植物的体细胞，所以由珠心细胞无融合生殖产生的植株体细胞中有两个染色体组，D正确。]
3．(2021·江苏卷，10)分析黑斑蛙的核型，需制备染色体标本，流程如下。相关叙述正确的是( )
―→―→―→
A．可用蛙红细胞替代骨髓细胞制备染色体标本
B．秋水仙素处理的目的是诱导染色体数加倍
C．低渗处理的目的是防止细胞过度失水而死亡
D．染色时常选用易使染色体着色的碱性染料
D [蛙红细胞只能进行无丝分裂，染色质没有高度螺旋化形成染色体，无法制备染色体标本，A错误；该实验的目的是分析黑斑蛙的核型，加秋水仙素的目的是抑制染色体移向两极，让大量细胞处于有丝分裂中期，便于观察核型，B错误；等渗溶液是为了防止细胞过度失水而死亡，低渗处理的目的是使组织细胞充分吸水膨胀，染色体分散，C错误；染色时常选用易使染色体着色的碱性染料，如甲紫染液，D正确。]
4．(2021·福建卷，19)某一年生植物甲和乙是具有不同优良性状的品种，单个品种种植时均正常生长。欲获得兼具甲乙优良性状的品种，科研人员进行杂交实验，发现部分F1植株在幼苗期死亡。已知该植物致死性状由非同源染色体上的两对等位基因(A/a和B/b)控制，品种甲基因型为aaBB，品种乙基因型为_ _bb。回答下列问题：
(1)品种甲和乙杂交，获得优良性状F1的育种原理是__________。
(2)为研究部分F1植株致死的原因，科研人员随机选择10株乙，在自交留种的同时，单株作为父本分别与甲杂交，统计每个杂交组合所产生的F1表型，只出现两种情况，如下表所示。
甲(母本) 乙(父本) F1
aaBB 乙－1 幼苗期全部死亡
乙－2 幼苗死亡∶成活＝1∶1
①该植物的花是两性花，上述杂交实验，在受粉前需要对甲采取的操作是__________、__________。
②根据实验结果推测，部分F1植株死亡的原因有两种可能性：其一，基因型为A_B_的植株致死；其二，基因型为__________的植株致死。
③进一步研究确认，基因型为A_B_的植株致死，则乙－1的基因型为__________________。
(3)要获得全部成活且兼具甲乙优良性状的F1杂种，可选择亲本组合为：品种甲(aaBB)和基因型为__________的品种乙，该品种乙选育过程如下：
第一步：种植品种甲作为亲本；
第二步：将乙－2自交收获的种子种植后作为亲本，然后__________________统计每个杂交组合所产生的F1表型。
选育结果：若某个杂交组合产生的F2全部成活，则__________的种子符合选育要求。
答案 (1)基因重组 (2)①去雄 套袋 ②aaBb ③AAbb
(3)aabb 用这些植株自交留种的同时，单株作为父本分别与母本甲杂交 对应父本乙自交收获
解析 (1)品种甲和乙杂交，可以集合两个亲本的优良性状，属于杂交育种，原理是基因重组。
(2)①该植物的花是两性花，为避免自花授粉和其他花粉干扰，上述杂交实验，在授粉前需要对甲采取的操作是去雄和套袋处理。②据题意可知，品种甲基因型为aaBB，品种乙基因型为__bb，又因为单个品种种植时均正常生长，品种乙基因型可能为AAbb、Aabb、aabb，则与aaBB杂交后F1基因型为AaBb或aaBb，进一步可推测部分F1植株致死的基因型为AaBb或aaBb。③若进一步研究确认致死基因型为A_B_，则乙－1基因型应为AAbb，子代AaBb全部死亡。
(3)由于A_B_的个体全部死亡，故不能选择AAbb类型与甲杂交，要获得全部成活且兼具甲乙优良性状的F1杂种，可选择亲本组合为：品种甲(aaBB)和基因型为aabb的纯合品种乙杂交，具体过程如下：
第一步：种植品种甲(aaBB)作为亲本；
第二步：将乙－2(Aabb)自交收获的种子种植后作为亲本，然后用这些植株自交留种(保留aabb种子)的同时，单株作为父本分别与母本甲杂交，统计每个杂交组合所产生的F1表型。
选育结果：若某个杂交组合产生的F2全部成活，则证明该父本基因型为aabb，对应父本乙自交收获的种子符合要求，可保留制种。
5．(2021·山东卷，22)番茄是雌雄同花植物，可自花受粉也可异花受粉。M、m基因位于2号染色体上，基因型为mm的植株只产生可育雌配子，表现为小花、雄性不育。基因型为MM、Mm的植株表现为大花、可育。R、r基因位于5号染色体上，基因型为RR、Rr、rr的植株表型分别为：正常成熟红果、晚熟红果、晚熟黄果。细菌中的H基因控制某种酶的合成，导入H基因的转基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。不考虑基因突变和交叉互换。
(1)基因型为Mm的植株连续自交两代，F2中雄性不育植株所占比例为____________。雄性不育植株与野生型植株杂交所得可育晚熟红果杂交种的基因型为________，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机受粉，则F2中可育晚熟红果植株所占比例为______________。
(2)已知H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞并获得转基因植株甲和乙，植株甲和乙分别与雄性不育植株杂交，在形成配子时喷施NAM，F1均表现为雄性不育。若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因，则以上所得F1的体细胞中含有________个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因，则H基因插入了________所在的染色体上。若植株乙的体细胞中含n个H基因，则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是________________________________________，植株乙与雄性不育植株杂交，若不喷施NAM，则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为___________________。
(3)若植株甲的细胞中仅含一个H基因，在不喷施NAM的情况下，利用植株甲及非转基因植株通过一次杂交即可选育出与植株甲基因型相同的植株。
请写出选育方案
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)1/6 MmRr 5/12
(2)0 M基因 必须有1个H基因位于M所在染色体上，且2条同源染色体上不能同时存在H基因 1/2n
(3)以雄性不育植株为母本、植株甲为父本进行杂交，子代中大花植株即为所需植株(或：利用雄性不育植株与植株甲杂交，子代中大花植株即为所需植株)
解析 (1)基因型为Mm的植株自交，F1中MM∶Mm∶mm＝1∶2∶1，其中MM、Mm的植株表现为大花、可育，mm的植株只产生可育雌配子，故只有1/3MM和2/3Mm能够自交，则F2中雄性不育植株mm所占的比例为2/3×1/4＝1/6。雄性不育植株mm与野生型植株杂交所得可育(Mm)晚熟红果(Rr)杂交种的基因型为MmRr，以该杂交种为亲本连续种植，若每代均随机授粉，即自由交配，两对等位基因自由组合，产生的配子有MR、Mr、mR、mr，比例为1∶1∶1∶1，则F1中有9种基因型，分别为：1MMRR、2MMRr、1MMrr、2MmRR、4MmRr、2Mmrr、1mmRR、2mmRr、1mmrr，雌配子种类及比例为：MR∶Mr∶mR∶mr＝1∶1∶1∶1，雄配子种类及比例为：MR∶Mr∶mR∶mr＝2∶2∶1∶1，则F2中可育晚熟红果植株(基因型为M－Rr)所占比例为1/4×3/6＋1/4×3/6＋1/4×2/6＋1/4×2/6＝10/24，即5/12。
(2)已知细菌中的H基因控制某种酶的合成，导入H基因的转基因番茄植株中，H基因只在雄配子中表达，喷施萘乙酰胺(NAM)后含H基因的雄配子死亡。H基因在每条染色体上最多插入1个且不影响其他基因。将H基因导入基因型为Mm的细胞，并获得转基因植株甲和乙，则H基因的可能位置有：插入了M基因所在的染色体上、插入了m基因所在的染色体上、插入了2号染色体以外的染色体上，植株甲和乙分别与雄性不育植株mm杂交，在形成配子时喷施NAM，则含H基因的雄配子死亡，F1均表现为雄性不育mm，说明含有M基因的雄配子死亡，即有H基因插入了M基因所在的染色体上。若植株甲和乙的体细胞中含1个或多个H基因，以上所得F1均表现为雄性不育，说明F1的体细胞中含有0个H基因。若植株甲的体细胞中仅含1个H基因，则H基因插入了M基因所在的染色体上，即H与M基因连锁。若植株乙的体细胞中含n个H基因，则H基因在染色体上的分布必须满足的条件是必须有1个H基因位于M所在染色体上，且2条同源染色体上不能同时存在H基因，植株乙与雄性不育植株杂交，若不喷施NAM，则子一代中不含H基因的雄性不育植株所占比例为1/2n。
(3)若植株甲的细胞中仅含一个H基因，且H基因插入了M基因所在的染色体上，在不喷施NAM的情况下，以雄性不育植株mm为母本、植株甲HMm为父本进行杂交，雌配子种类为m，雄配子为HM、m，则子代中大花植株(基因型为HMm)即为与植株甲基因型相同的植株(或：利用雄性不育植株与植株甲杂交，子代中大花植株即为所需植株)。
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