人教生物重难强化训练：专题5 基因的本质与表达及生物的变异与进化（3） 遗传变异与育种（含解析）

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专题5 基因的本质与表达及生物的变异与进化
（三） 遗传变异与育种
一、选择题
1．西瓜的瓜皮颜色有深绿和浅绿两种，受一对等位基因A、a控制。现利用基因型为Aa的深绿皮西瓜培育无子西瓜。下列叙述错误的是(　 )
A．无子西瓜的培育过程中产生了新的物种
B．用秋水仙素处理萌发的幼苗可获得四倍体西瓜
C．经秋水仙素处理的亲本深绿皮西瓜可产生四种基因型的配子
D．上述经多倍体育种培育的无子西瓜中，深绿皮∶浅绿皮＝11∶1
解析：选C　无子西瓜的培育过程中产生四倍体西瓜，四倍体西瓜与二倍体西瓜存在生殖隔离，二者为不同的物种，A正确；用秋水仙素处理二倍体西瓜萌发的幼苗使染色体加倍，可获得四倍体西瓜，B正确；四倍体西瓜AAaa可产生AA、Aa、aa三种基因型的配子，比例为1∶4∶1，C错误；AAaa与Aa杂交，后代中浅绿皮西瓜占1/6×1/2＝1/12，因此培育的无子西瓜中深绿皮∶浅绿皮＝11∶1，D正确。
2．某优良栽培稻纯合品系H和野生稻纯合品系D中与花粉育性相关的基因分别是SH、SD，与某抗性相关的基因分别是TH、TD。科学家构建基因SD纯合品系甲和基因TD纯合品系乙的流程如图，甲、乙品系只有一对基因与品系H不同。甲、乙品系杂交后的F1自交得到的F2中SDSD、SDSH、SHSH数量分别为12、72和60，TDTD、TDTH、THTH数量分别为50、97和52。下列叙述正确的是(　 )
A．培育品系甲、乙的原理是染色体变异
B．TD/TH基因和SD/SH基因位于一对同源染色体上
C．分子检测筛选的目的是选出具有TH或SH基因的子代
D．甲、乙品系杂交F1产生的SD可育花粉∶SH可育花粉的比值为1∶5
解析：选D　由题意知，培育品系甲、乙运用了杂交育种的方法，其原理是基因重组，A错误；分析题意可知，F2中与花粉育性相关的基因型数量之比为1∶6∶5，与某抗性相关的基因型数量之比约为1∶2∶1，若两种基因在同一条染色体上，则二者的比例应该相同，因此两种基因不位于一对同源染色体上，B错误；最终构建的是基因SD和TD纯合的品系，所以分子检测筛选的目的应该是选出具有TD或SD基因的子代，C错误；由题意可知，F1中雌配子中SD∶SH为1∶1，设雄配子中SD∶SH＝x∶y，雌、雄配子随机结合后，F2中与花粉育性相关的基因型(SDSD∶SDSH∶SHSH)数量之比为x∶(x＋y)∶y＝1∶6∶5，所以SD可育花粉∶SH可育花粉的比值为1∶5，D正确。
3．(2023·枣庄二模)普通小麦是由一粒小麦、节节麦和山羊草等不同物种的二倍体野生植物杂交后，逐渐进化而来的，进化历程如下图所示。下列叙述错误的是(　 )
A．一粒小麦与节节麦存在生殖隔离，为两个物种
B．普通小麦的正常体细胞中含有6个染色体组
C．杂交种乙的体细胞内不存在同源染色体，高度不育，为单倍体
D．普通小麦进化过程说明新物种的形成并不一定需要经过地理隔离
解析：选C　由题意可知，一粒小麦与节节麦为两个物种，存在生殖隔离，A正确；由题图可知，杂交种甲含有2个染色体组，经过染色体加倍后，形成的二粒小麦含有4个染色体组，杂交种乙是由二粒小麦(四倍体)和山羊草(二倍体)经过杂交而来的，杂交种乙含有3个染色体组，其经过染色体加倍后，普通小麦的正常体细胞中含有6个染色体组，B正确；单倍体是由配子发育而成，而杂交种乙由受精卵发育而成，并不是单倍体，C错误；普通小麦是没有经过地理隔离就形成的新物种，因此，普通小麦进化过程说明新物种的形成并不一定需要经过地理隔离，D正确。
4．黑麦(二倍体)具有许多普通小麦(六倍体)不具有的优良基因。为改良小麦品种，研究人员将黑麦与普通小麦杂交获得F1，再将F1进行处理获得可育植株X。下列说法错误的是(　 )
A．黑麦和普通小麦存在生殖隔离，是不同物种
B．可育植株X的体细胞中可能含有8个染色体组
C．采用低温处理F1的幼苗可获得可育植株X
D．该育种方法利用的遗传学原理主要是基因重组
解析：选D　黑麦和普通小麦分别属于二倍体和六倍体，人工杂交后得到的F1为不可育的异源四倍体，说明二者存在生殖隔离，是不同物种，A正确；采用低温处理F1的幼苗(异源四倍体)，能使细胞内染色体数目加倍，可获得可育八倍体植株X，B、C正确；该育种方法利用的遗传学原理主要是染色体的数目变异，D错误。
5．某二倍体两性花植物的自交不亲和是由15个共显性的等位基因Sx(S1、S2、……、S15)控制的。该植物能产生正常的雌、雄配子，但当花粉与母本有相同的Sx基因时，就不能完成受精作用。下列叙述正确的是(　 )
A．该植物有15种基因型分别为S1S1、S2S2、……、S15S15的纯合个体
B．Sx复等位基因的出现说明突变具有普遍性和不定向性的特点
C．S1S2(父本)和S2S4(母本)杂交，F1的基因型有2种
D．可以通过杂交育种的方法获得各种基因型的植株
解析：选C　由题意可知，当花粉与母本有相同的Sx基因时，就不能完成受精作用，因此该植物不可能存在纯合子，A错误；突变的普遍性是指突变在自然界的生物中是普遍存在的，而题述Sx复等位基因的出现说明基因突变具有不定向性，不能说明具有普遍性，B错误；S1S2(父本)和S2S4(母本)杂交，花粉S2与母本有相同的S2基因，S2不能完成受精作用，只有S1花粉能完成受精作用，后代F1只有2种基因型，即S1S2、S1S4，C正确；当花粉与母本有相同的Sx基因时，就不能完成受精作用，故通过杂交育种的方式，不能获得纯合子，不可以获得各种基因型的植株，D错误。
6．染色体操作是现代遗传育种的重要技术，在提高水产动物育种效率方面有广阔的发展前景。如图是人工诱导多倍体贝类的原理示意图，其中甲组是正常发育的二倍体。以下说法错误的是(　 )
A．四组处理中与精子结合的细胞都是初级卵母细胞，此时细胞中的染色体已经复制
B．为检测培育出的品种是否符合要求，可借助显微镜观察处于有丝分裂中期的细胞
C．为抑制极体释放，可在丙组用秋水仙素处理初级卵母细胞获得三倍体
D．若灭活精子可以促进卵细胞发育成新个体,则丙组处理比乙组处理能更快获得纯合子
解析：选C　卵原细胞经过染色体复制形成初级卵母细胞，由题图可知，四组处理中与精子结合的细胞都是初级卵母细胞，且细胞中的染色体已经复制，A正确；多倍体育种是通过增加染色体组的数目来改造生物的遗传物质，从而培育出符合要求的优良品种，为检测培育出来的品种是否符合要求，可借助显微镜观察处于有丝分裂中期的细胞，B正确；在细胞分裂前期用秋水仙素处理初级卵母细胞或次级卵母细胞，可抑制纺锤体的形成，从而抑制极体的释放，故丙组是用秋水仙素处理次级卵母细胞获得的三倍体，C错误；由题图分析可知，乙组是通过抑制第一极体释放，获得三倍体，丙组是通过抑制第二极体释放，获得三倍体，故若灭活精子可以促进卵细胞发育成新个体，则丙组处理比乙组处理能更快获得纯合子，D正确。
7．某雌雄同株异花植物的籽粒颜色由两对基因控制，基因A控制籽粒为紫色，基因a控制籽粒为黄色，基因B只对基因型为Aa的个体有一定的抑制作用而使籽粒呈现白色。籽粒的颜色同时也受到环境的影响。某生物兴趣小组成员利用黄色籽粒和紫色籽粒长成的植株进行两次杂交实验，实验结果如下表所示。下列说法正确的是(　 )
组别 亲代 F1表型 F1自交，所得F2表型及比例
一 黄色×紫色 全为白色 紫色∶黄色∶白色＝6∶4∶6
二 全为紫色 紫色∶黄色∶白色＝10∶4∶2
A.亲本的基因型只能分别是aaBB、AAbb
B．让第一组F2中的紫色和黄色杂交，则子代黄色个体所占的比例为1/5
C．对F1植株产生的花药进行离体培养后，便可得到能稳定遗传的个体
D．从第二组结果来看，应是环境改变导致AaBb个体变成紫色
解析：选D　分析题意可知，紫色玉米的基因型为：AA__、Aabb；黄色玉米的基因型为：aa__；白色玉米的基因型为：AaB_。第一组的亲代表型为黄色×紫色，而F1表型全为白色，故其基因型为AaBb，可推知亲本的基因型可能分别是AAbb、aaBB或者AABB、aabb，A错误。第一组F2中的紫色籽粒个体为AA__∶Aabb＝2∶1，且AA__中AABB∶AABb∶AAbb＝1∶2∶1，黄色籽粒个体为aa__，其中aaBB∶aaBb∶aabb＝1∶2∶1，两者杂交时紫色中只有Aabb与黄色杂交时才可出现黄色，则子代黄色籽粒个体所占比例为1/3Aabb(紫色)×aa__(黄色)＝(1/3×1/2)aa__＝1/6aa__(黄色)，B错误。对F1植株产生的花药进行离体培养后得到单倍体幼苗，单倍体高度不育，不能稳定遗传，C错误。从第二组结果来看，由于籽粒的颜色同时也受到环境的影响，应是环境改变导致AaBb个体变成紫色，使表型及比例和第一组不同，D正确。
8．农作物的雄性不育(雄蕊异常，雌蕊正常)在育种方面发挥着重要作用。油菜的雄性不育与育性正常由3个复等位基因(A1、A2、a)决定，其显隐性关系是A1对A2、a为显性，A2对a为显性。利用油菜的雄性不育突变植株进行的杂交实验如图所示。下列分析不正确的是(　 )
A．雄性不育株、品系1、品系2的基因型分别为A2A2、A1A1、aa
B．杂交一和杂交二后代中的雄性不育个体的基因型不同
C．通过杂交二最终获得雄性不育个体，最终只有雄性不育株的一条完整染色体
D．若不考虑突变，杂交二的后代上下两代的雄性不育植株遗传物质的组成有可能相同
解析：选C　根据杂交一中的P和F1可知，品系1中的育性基因对雄性不育株中的基因为显性，又根据杂交二中的P和F1可知，雄性不育株中的基因对品系2中的基因为显性，且根据题意可知，显隐性关系是A1对A2、a为显性，A2对a为显性，即显隐性表达强度为A1＞A2＞a，因此可判断杂交一中的P为雄性不育株(A2A2)×品系1(A1A1)，杂交二的P为雄性不育株(A2A2)×品系2(aa)，A正确；分析题图可知，杂交一后代中的雄性不育个体基因型为A2A2，杂交二后代中的雄性不育个体基因型为A2a，B正确；由于减数分裂过程中，来自雄性不育株和品系2的同源染色体移向哪一极是随机的，因此杂交二最终获得雄性不育个体，可能不只有雄性不育株的一条完整染色体，C错误；由于减数分裂过程中，来自雄性不育和品系2的同源染色体移向哪一极是随机的，因此雄性不育个体产生的雌配子中可能只含有亲本雄性不育株的一套染色体，因此后代雄性不育个体的遗传物质为一个染色体组来自品系2，一个染色体组来自亲本雄性不育株，因此若不考虑突变，杂交二的后代上下两代的雄性不育植株遗传物质的组成有可能相同，D正确。
二、非选择题
9．水稻种植时需要先育苗再插秧。光温敏雄性不育系水稻被广泛用于杂交育种，相关培育过程如图1所示。回答下列问题。
(1)现有光温敏雄性不育植株M、N，M的雄性不育起始温度低于N，在制备杂交种子时，考虑到温度的日间波动，最好选用植株________(填字母)来制种，得到大量光温敏雄性不育植株的方法是________。
(2)图1中，杂合子F1表现出优于双亲的现象称为杂种优势，农业生产中一般不继续将F1自交留种，原因是____________________________________________________________
____________________________________________。
高温或长日照条件下，水稻光温敏雄性不育系有超5%的自交结实率。水稻叶鞘是其叶基部扩大包围着茎的部分，紫叶鞘对绿叶鞘完全显性，由一对等位基因控制，为保证插秧秧苗均能表现杂种优势，请从纯合紫叶鞘光温敏雄性不育株、纯合绿叶鞘光温敏雄性不育株、纯合紫叶鞘光温敏雄性可育株、纯合绿叶鞘光温敏雄性可育株中选择合适材料进行育种并选苗插秧。方案为_________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)科学家对高温导致水稻雄性不育的机制进行了探究，发现M中Os基因发生了突变，Os蛋白是一种激活E基因转录的因子，E基因的表达产物促进花粉发育。研究者检测了M与野生型水稻P中Os蛋白的表达量及E基因的转录量，结果如图2所示，据此推测Os基因突变导致雄性不育的原因是_____________________________________________________
___________________________________________________。
(4)为了进一步探究Os基因突变造成光温敏雄性不育的机理，研究者分别检测细胞核与细胞质中Os蛋白量，结果如图3、图4所示。
①据图3可知，低温条件下光温敏雄性不育植株M与野生型植株P相比______________
_______________________________________________________________________________。
②综合上述信息和图4，推测高温条件下M植株雄性不育的原因是_________________
______________________________________________________________________________。
解析：(1)雄性不育的起始温度越低，在日间温度波动的情况下雄性可育概率越低，所以选择M。由图1可知，欲得到大量光温敏雄性不育植株，可在低温且短日照条件下，让光温敏雄性不育水稻自交，留种即可。(2)杂合子不继续留种的原因有两个，一是子代出现性状分离，相当一部分会表现为隐性，纯合显性也不具备杂种优势，二是即使是杂合子，杂种优势的力度也会减弱。由题意分析可知，紫叶鞘对绿叶鞘完全显性，可选用纯合绿叶鞘光温敏雄性不育水稻作母本，与纯合紫叶鞘雄性可育水稻在高温或长日照条件下杂交，收获雄性不育水稻种子后育苗，插秧时去除绿叶鞘秧苗(由于高温或长日照条件下，水稻光温敏雄性不育系有超5%的自交结实率，可由纯合绿叶鞘光温敏雄性不育水稻自交所产生)，即可保证插秧秧苗(全为杂合子)均能表现杂种优势。(3)由图2可知，M较P而言Os蛋白表达量相对增加，但在高温条件下，E转录量明显下降，而E基因的表达产物促进花粉发育，所以导致M花粉不育。(4)由图3可知，在低温条件下，P植株细胞核含有Os蛋白，而细胞质中不含Os蛋白；M在细胞核和细胞质中均含有Os蛋白，在细胞核中含量稍多于细胞质中。由图3、4可知，高温条件下，Os蛋白进入细胞核受到抑制，从而使E的转录相对减弱，导致花粉不能正常发育。
答案：(1)M　在低温且短日照条件下，光温敏雄性不育水稻自交　(2)F1自交留种的后代会出现性状分离，杂种优势效应减弱　选用纯合绿叶鞘光温敏雄性不育水稻作母本，与纯合紫叶鞘雄性可育水稻在高温或长日照条件下杂交，收获雄性不育水稻种子后育苗，插秧时去除绿叶鞘秧苗　(3)M植株中Os蛋白的相对表达量增加，但在高温条件下，E基因的相对转录量下降，导致花粉不能正常发育　(4)①M植株中Os蛋白在细胞核中的分布大于在细胞质中的分布，P植株细胞质中无Os蛋白　②高温导致Os蛋白进入细胞核的量下降，基因E转录量降低，花粉不能正常发育
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