【备考2025】高考生物二轮复习考点突破专题六 生物的变异与进化 课件(共50张PPT)

(共50张PPT)
专题六　生物的变异与进化
热点归纳：育种是高考的热点，以育种为情境命制的高考是常见的考查形式，与育种有关的信息呈现形式多样，命题联系生产、生活实际，考查考生解决问题的能力。
命题热点六　雄性不育与育种
角度一　杂交育种的不同类型
种类 育种过程
培育显性纯合子品种 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
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
角度二　雄性不育与三系法杂交水稻
1.三系杂交稻的原理：三系杂交稻是我国研究应用最早的杂交水稻之一，由不育系、保持系、恢复系三种水稻组成。
(1)不育系：花粉不育，这种雄性不育由细胞质基因(ms)控制，不育系为生产大量杂交种子提供了可能性。
(2)保持系：能保持不育系的细胞质雄性不育性，其细胞质基因(Ms)正常可育，能够自交结实，借助保持系来繁殖不育系。
(3)恢复系：含有能恢复细胞质雄性不育性的核基因——恢复基因(Rf)，与不育系杂交产生的三系杂交稻正常可育且具有杂种优势，即用恢复系给不育系传粉来生产雄性恢复育性且有优势的杂交稻。
2.三系法杂交水稻系统(如图)：
1. (2024·张家口模拟)白菜(2n＝20，染色体组为AA)和野甘蓝(2n＝18，染色体组为BB)均为十字花科。研究人员发现，野甘蓝具有抗虫性状，且抗虫基因可以转移到其他物种的染色体上，所以利用如图所示流程来培育具有抗虫性状的白菜。已知培育过程中，子代植株减数分裂时，无法联会配对的染色体会随机移向细胞两极，产生可育配子；每代筛选出的抗性植株和白菜(AA)杂交，直到培育出具有抗虫性状的白菜(Fn)；子代植株染色体数目可通过显微镜观察进行筛选。下列叙述正确的是(　　)
A．F1的体细胞有29条染色体，从F1到Fn的染色体数目逐渐减少
B．野甘蓝的抗虫基因通过互换的方式转移到白菜的染色体上
C．F2和F3中具有抗虫性状的植株都是已完成抗虫基因转移的植株
D．Fn是具有抗虫性状的纯种白菜，不需要自交就可直接用于推广
【答案】　A
【解析】　F1的体细胞含有的染色体组为AAB，其中A染色体组中含有10条染色体，B染色体组中含有9条染色体，因此F1的体细胞有29条染色体，从F1到Fn，由于B染色体组中的染色体无法联会配对，其染色体会随机移向细胞两极，且抗虫基因可以转移到其他物种的染色体上，经过每代筛选，获得的抗性植株中B染色体组中的染色体数目都会减少，最终到Fn的染色体组为AA，故从F1到Fn的染色体数目逐渐减少，A正确；野甘蓝具有抗虫性状，且抗虫基因可以转移到其他物种的染色体上，即转移到非同源染色体上，属于染色体结构变异中的易位，B错误；由题述分析可知，每代筛选出的抗性植株内B染色体组中染色体数
目会逐代减少，筛选出F2和F3中具有抗虫性状的植株，其野甘蓝的抗虫基因也有可能没有转移到白菜染色体上，而是含有野甘蓝的部分染色体，也表现出具有抗虫性状的特点，C错误；Fn是具有抗虫性状的纯种白菜，若一对抗虫基因位于一对非同源染色体上，其自交后代也会发生性状分离，所以需要自交检验才能用于推广，D错误。
2. (2024·长沙模拟)某水稻品种雄性不育与TMS5和Ub基因有关，TMS5基因编码正常的核酸酶RNaseZS1，tms5基因编码的RNaseZS1无活性。Ub基因编码Ub蛋白(其等位基因无此功能)，25 ℃以上高温能诱导Ub基因过度表达出Ub蛋白导致花粉败育，机理如图。下列说法正确的是(　　)
A．Ub基因过度转录是导致雄性不育的直接原因
B．由图可知，雄性不育只受环境影响
C．利用雄性不育水稻作父本进行杂交育种，具有不需要去雄的优势
D．若水稻为tms5基因纯合且温度在25 ℃以上，则表现为雄性不育
【答案】　D
【解析】　25 ℃以上高温是导致雄性不育的直接原因，A错误；由图可知，雄性不育除了受环境影响，还受基因控制，B错误；利用雄性不育水稻作母本进行杂交育种，具有不需要去雄的优势，C错误；若水稻为tms5基因纯合，且温度在25 ℃以上，转录出过多的mRNA不能被失活的RNaseZS1分解，细胞内Ub蛋白处于较高水平，则表现为雄性不育，D正确。
3. (2024·扬州模拟)某植物雄蕊的育性由核DNA上1个位点的3个复等位基因控制，E1为育性恢复基因，E为雄性不育基因，e为隐性可育基因。已知杂交组合E1E×Ee的子代中雄性不育占50%。下列相关叙述错误的是(　　)
A．三者之间的显隐关系为E>E1>e
B．E1、E、e由基因不定向突变产生
C．E1与E的本质区别是基因的碱基序列不同
D．E1E×E1e的子代雄性不育占25%
【答案】　A
【解析】　由题可知，三者之间的显隐关系为E1>E>e，A错误；复等位基因是基因不定向突变产生的，B正确；等位基因最根本的区别是基因中碱基排列顺序的不同，C正确；E1E×E1e的子代基因型是E1E1、E1E、E1e、Ee，根据显隐性关系E1>E>e和E为雄性不育基因，e为隐性可育基因可知，雄性不育占25%，D正确。
4. (2024·开封模拟)某二倍体(2n＝14)自花传粉植物的雄蕊小，导致人工育种时去雄困难，培育获得的6号染色体三体品系及其6号染色体上的基因如图所示，雄性可育(M)对雄性不育(m)为显性，种子椭圆粒(R)对种子长粒(r)为显性。该三体植株在减数分裂Ⅰ后期，染色体Ⅰ和Ⅱ分离，染色体Ⅲ随机移向一极，含染色体Ⅲ的花粉无授粉能力。下列相关说法正确的是(　　)
A．可用隐性植株与该植株杂交验证这两对基因的遗传遵循自由组合定律
B．该三体植株会产生4种基因型的雌配子，其中染色体正常的比例为1/4
C．该三体植株产生的雄配子中，具有正常授粉能力的比例约为1/3
D．该三体植株自交产生的F1中长粒种子种植后可用来作杂交育种的母本
【答案】　D
【解析】　图中两对基因位于一对同源染色体上，其遗传不遵循自由组合定律，A错误；该三体植株在减数分裂Ⅰ后期，染色体Ⅰ和Ⅱ分离，染色体Ⅲ随机移向一极，可产生基因型为mr、MmRr的雌配子或雄配子，且各基因型之比为1∶1，即该三体植株会产生2种基因型的雌配子，其中染色体正常的比例为1/2，B错误；该三体植株可产生基因型为mr、MmRr的雄配子，且各基因型之比为1∶1，由于含有染色体Ⅲ的花粉无授粉能力，故具有正常授粉能力的比例约为1/2，C错误；该三体植株自交，由于含染色体Ⅲ的花粉无授粉能力，只有mr的雄配子可参与授粉，故子代基因型为mmrr、MmmRrr，其中长粒种子mmrr由于雄性不育，杂交时无须去雄，即可作为杂交育种的母本，D正确。
5. (2024·徐州模拟)随着对植物性别的深入认识，人们现在已经知道植物也存在性别表型多样性，且性别和性别决定基因、性染色体存在密不可分的关系，回答下列问题：
(1)二倍体植物白麦瓶草的性别决定方式为XY型，其Y染色体上具有雄性活化基因、雌性抑制基因和雄性可育基因，X染色体上缺乏上述基因，但有雌性特异性基因(与植株的雌性性别形成有关)，雌性抑制基因可抑制雌性特异性基因的表达，如图1所示。
①白麦瓶草的三倍体植株XYY的性别表现为__________________。
②某染色体组成为XY的植株由于发生染色体结构变异，产生了功能正常的两性花，则该两性花产生的原因是________________________
________________________________。
(2)黄瓜有雄花、雌花和两性花之分，其性别由位于非同源染色体上的F和M基因决定，且受植物激素乙烯的影响，F和M基因的作用机制如图2所示。
①根据F和M基因的作用机制分析，基因型为FFMM的植株开________花，某雄花植株施加一定的外源乙烯后开雌花，则该雄花植株的基因型可能为______________。
②现有若干基因型为FfMm的植株，若让群体能繁衍后代，可用________________(填“乙烯利”或“乙烯抑制剂”)处理部分植株，再让被处理的这些植株作为________(填“父本”或“母本”)和未被处理的植株杂交，杂交后代的性别表型及其比例为______________________
___________________________。
【答案】　(1)①雄株　②该植株Y染色体上的雌性抑制基因所在的染色体片段缺失
(2)①雌　ffMm或ffMM　②乙烯抑制剂　父本　雌花∶两性花∶雄花＝9∶3∶4
【解析】　(1)①根据题意分析，由于Y染色体上的雌性抑制基因会抑制雌性特异性基因的表达，因此只要存在Y染色体，植株性别就表现为雄株。②XY的植株发生染色体结构变异，导致其产生功能正常的两性花，原因可能是该植株Y染色体上的雌性抑制基因所在的染色体片段缺失，从而失去对雌性特异性基因的抑制作用。(2)①根据F和M 基因的作用机制可知，基因型为F_ M_的植株开雌花，基因型为F_ mm 的植株开两性花，基因型为ff_ _的植株开雄花；雄花植株施加一定的外源乙烯后开雌花，即乙烯能抑制雄蕊的发育，因此必然存在M基因，因此基因型可能是ffMM 或ffMm。②基因型为FfMm 的植株为雌蕊植株，喷施乙烯抑制剂后可发育为雄蕊植株并可作为父本进行杂交；父本和母本的基因型均为FfMm。杂交后代基因型及比例为F_ M_∶F_ mm∶ff_ _＝9∶3∶4，即雌花∶两性花∶雄花＝9∶3∶4。
生物科技的重要进展与突破已经在解决有关健康、医药、材料、能源、环境、气候变化和人口增长等全球问题方面展现了巨大前景，关键性、前沿性、交叉性、颠覆性技术发展引起各国高度关注，积极布局新一代基因组技术、合成生物技术、微生物组技术、生物成像技术研发。尤其是基因组学技术不断突破，引领基因组研究从“读取”进入到“编辑”和“编写”时代。近几年的诺贝尔奖多次涉及基因表达或基因编辑的相关内容。
命题新情境六　基因研究从“读取”进入“编辑”和“编写”时代
角度一　诱导多能干细胞
诱导性多能干细胞，把Oct3/4、Sox2、C－myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，iPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学的问题。利用iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞，所以不会有免疫排斥的问题。
角度一　诱导多能干细胞
诱导性多能干细胞，把Oct3/4、Sox2、C－myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，iPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学的问题。利用iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞，所以不会有免疫排斥的问题。
角度二　基因打靶
基因打靶是一种利用同源重组方法改变生物体某一内源基因的遗传学技术。这一技术可以用于删除某一基因、去除外显子或导入点突变，从而可以对此基因的功能进行研究。
角度三　基因编辑
基因编辑技术指能够让人类对目标基因进行定点“编辑”，实现对特定DNA片段的修饰。基因编辑依赖于经过基因工程改造的核酸酶，也称“分子剪刀”，在基因组中特定位置产生位点特异性双链断裂(DSB)，诱导生物体通过非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)来修复DSB，因为这个修复过程容易出错，从而导致靶向突变。这种靶向突变就是基因编辑。基因编辑以其能够高效率地进行定点基因组编辑， 在基因研究、基因治疗和遗传改良等方面展示出了巨大的潜力。植物基因
的靶向修饰是基因编辑应用最广泛的领域。首先可以通过修饰内源基因来帮助设计所需的植物性状，基因编辑技术还被应用于改良农产品质量。单细胞基因表达分析已经解决了人类发育的转录路线图，从中发现了关键候选基因用于功能研究。使用全基因组转录组学数据指导实验，基于CRISPR的基因组编辑工具使得干扰或删除关键基因以阐明其功能成为可能。
1. (2024·郑州质检)科学家将Oct3、Sox2、C－myc和Klf4等基因导入高度分化的体细胞中，使高度分化的成熟体细胞重新编程为可发育成身体组织的非成熟细胞，这种细胞与人类胚胎干细胞极其相似，称为诱导多能干细胞(iPS细胞)，iPS细胞能被诱导分化为肝细胞、神经细胞等人身上几乎所有的细胞类型，被誉为再生医疗的王牌。下列相关叙述错误的是(　　)
A．iPS细胞能分化成不同种类细胞的实质是基因的选择性表达
B．iPS细胞与成熟体细胞相比，细胞内的遗传物质未发生变化
C．利用iPS细胞的分化能力，有望成功治愈心脏类疾病
D．iPS细胞有丝分裂后期的染色体数目和核DNA分子数目相同
【答案】　B
【解析】　iPS细胞能分化成不同种类细胞是细胞分化的结果，细胞分化的实质是基因的选择性表达，A正确；根据题意“iPS细胞是通过向成熟体细胞导入特定的基因，诱导其转变为干细胞”可知，iPS细胞与成熟体细胞相比，细胞内的遗传物质发生了变化，B错误；iPS能被诱导分化为肝细胞、神经细胞等人身上几乎所有的细胞类型，因此利用iPS细胞的分化能力，有望成功治愈心脏类疾病，C正确；有丝分裂后期着丝粒分裂，一条染色体上只含有一个DNA分子，故iPS细胞有丝分裂后期的染色体数目和核DNA分子数目相同，D正确。
2. (2024·武汉模拟)细菌抵御噬菌体的机理如图所示：当某些细菌第一次被特定的噬菌体感染后，细菌Cas2基因开始表达出Cas2(一种限制酶)，Cas2会随机低效切断入侵的噬菌体DNA，并将切下的DNA片段插入CRISPR位点。当再次遭到同种噬菌体入侵时，细菌转录产生的crRNA便会将另一种限制酶(如Cas9)准确带到入侵者DNA处，并将之切断。下列叙述错误的是(　　)
A．Cas2切下1个DNA片段的过程中，需破坏4个磷酸二酯键
B．Cas9借助crRNA识别外来噬菌体身份最可能是依靠碱基互补配对来实现的
C．切下的DNA片段插入CRISPR位点后，会随着细菌DNA的复制而复制
D．上图中crRNA的模板链最初来源于噬菌体DNA，其翻译的产物是Cas9
【答案】　D
【解析】　Cas2切下1个DNA片段的过程中，需要切割DNA片段的两侧，而DNA是双链结构，共破坏4个磷酸二酯键，A正确；由图可知，当细菌再次遭到同种噬菌体入侵时，由CRISPR位点转录产生的crRNA便会将另一种限制酶准确带到入侵者DNA处，涉及RNA与DNA的结合，和mRNA与DNA模板链的结合的机理类似，利用的是碱基互补配对的原则，B正确；切下的DNA片段插入CRISPR位点，相当于基因重组，会随着细菌DNA的复制而复制，C正确；对比两图可知，crRNA是由切下的噬菌体DNA片段插入CRISPR位点后转录形成的，其模板链最初来源于噬菌体DNA，但其翻译产物不是Cas9，Cas9是由细菌基因组中Cas9基因转录翻译形成的，D错误。
3. (2024·锦州模拟)TALEN是一种靶向基因操作技术，该技术利用了TAL靶向识别单元对靶向基因的识别作用和FokⅠ蛋白对靶向基因的切割作用，实现了对特定靶向基因的敲除。TAL靶向识别单元为间隔32个氨基酸的双连氨基酸(即两个相连的氨基酸)序列。不同的双连氨基酸分别与靶向基因中的A、T、C、G有恒定的对应关系，根据靶向基因的碱基序列可以设计出双连氨基酸序列。下列说法错误的是(　　)
A．该技术应该先推测出信使RNA序列，再推测出目的基因的核苷酸序列
B．在构建的基因表达载体中，启动子应位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位
C．TALEN是一种靶向基因操作技术，其中FokⅠ蛋白实质上是一种限制酶
D．双连氨基酸能够与含氮碱基A、T、C、G之间发生碱基互补配对
【答案】　D
【解析】　已知TAL靶向识别单元中双连氨基酸序列和FokⅠ蛋白的氨基酸序列，可先推测出信使RNA序列，再推测出目的基因的核苷酸序列，利用化学法以单个核苷酸为原料合成目的基因，再通过PCR技术进行扩增，A正确；在构建的基因表达载体中，有启动子、终止子、目的基因、标记基因等，其中启动子位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，B正确；由题中“FokⅠ蛋白对靶向基因的切割作用”可知，FokⅠ蛋白实质上是一种限制酶，C正确；只有含氮碱基之间能发生碱基互补配对，而双连氨基酸不含有含氮碱基，D错误。
4. (2024·烟台模拟)Cre－loxP系统能实现特定基因的敲除(如图1)。把几种荧光蛋白基因和Cre酶能识别并切割的序列(loxP1和loxP2)串在一起，构建基因表达载体T(如图2)。部分荧光蛋白基因会被Cre酶随机“剪掉”，且两个loxP1之间或两个loxP2之间的基因，最多会被Cre酶敲除一次，剩下的部分得以表达，随机呈现不同的颜色。下列叙述正确的是(　　)
A．构建基因表达载体T需用到限制酶和DNA聚合酶
B．若小鼠细胞含一个基因表达载体T(不含Cre酶)，其肌肉组织细胞呈红色
C．若小鼠细胞含一个基因表达载体T(含Cre酶)，其脑组织细胞呈红色或黄色
D．若小鼠细胞含两个基因表达载体T(含Cre酶)，其脑组织细胞可能出现两种颜色
【答案】　D
【解析】　基因表达载体构建过程中需要限制酶、DNA连接酶，两种工具酶处理，A错误；据题图可知，该过程在脑组织中特异性发生，在其他组织中不发生，B错误；小鼠有编码红、黄、蓝荧光蛋白的基因，loxP1、loxP2位置如图2所示，两个loxP1和两个loxP2之间的基因最多会被Cre酶敲除一次，将含Cre酶的病毒注入小鼠体内，Cre酶表达情况不同，识别的loxP不同，则有可能不敲除荧光蛋白基因，此时为红色；也有可能敲除两个loxP1之间的红色荧光蛋白基因，此时为黄色；
有可能敲除两个loxP2之间的红色和黄色荧光蛋白基因，此时为蓝色，因而不同脑细胞会差异表达红色、黄色或蓝色荧光蛋白基因，C错误；若小鼠脑组织细胞内有两个相同的基因表达载体T(含Cre酶)，Cre酶对每个DNA片段随机剪切，则细胞的颜色可知由细胞内两种荧光蛋白的颜色叠加形成，故其脑组织细胞可能出现两种颜色，D正确。
5. (2024·荆州模拟)科学家利用病毒将原癌基因(C－myc)、抑癌基因(Klf4)、Sox2和Oct 4等转入高度分化的小鼠成纤维细胞中，获得iPS细胞。在探索肌萎缩侧索硬化(ALS，俗称“渐冻症”)的治疗中，科研人员利用iPS细胞诱导分化成异常的运动神经元建立ALS疾病模型，用于进行大规模药物筛选及药效机制研究。在Ⅰ型糖尿病的治疗中，iPS细胞定向分化为胰岛B细胞，将其输入患者体内，替代被破坏的胰岛B细胞，显著改善了患者的血糖控制。2022年3月，我国科学家通过两个关键因子诱导DNA去甲基化，将人类多能性干细胞转化为8细胞阶段全能性胚胎样细胞(简称8CL细胞)。这是目前全球通过无转基因、快速和可
控的方法获得的体外培养的“最年轻”的人类细胞。相比于诱导多能干细胞(简称iPS细胞)，这些细胞不仅能分化成胎盘组织，还有潜力发育成更成熟的器官。从ES细胞到iPS细胞，再到8CL细胞的技术突破，都为早期胚胎发育的基础研究提供了一种新的体外研究系统，有助于我们了解早期胚胎发育和疾病发生之间的关系，以及研究和治疗出生缺陷和各种发育疾病，也使个体化器官再生最终有可能成为现实。请回答下列问题：
(1)ES细胞和8CL细胞具有________性，其分化过程从分子水平上看是____________________的结果。
(2)利用成纤维细胞获得iPS细胞的过程中，转入C－myc、Klf4、Sox2和Oct4等的作用是__________________________________________
______________。
(3)结合文中信息，下列可以应用iPS细胞实现的有________(多选)。
A．利用iPS细胞研究完整的哺乳动物胚胎发育过程
B．利用iPS细胞分化获得神经元，用于治疗阿尔茨海默病
C．利用iPS细胞诱导形成疾病模型细胞，对药物的安全性和有效性进行检测
D．诱导iPS细胞形成囊胚并植入子宫，使其进一步发育成新个体
(4)与异体器官移植相比，自体器官移植的优势是_______________
_________________________________________。
(5)相较于ES细胞和iPS细胞，我国科学家研究获得的8CL细胞的优势是__________________________________________________________
______________________________________________________________________________________。
【答案】　(1)全能　基因选择性表达　(2)诱导已分化细胞转变为未分化细胞　(3)BC　(4)可避免免疫排斥　(5)8CL细胞比ES细胞和iPS细胞的全能性更高(或8CL细胞比ES细胞和iPS细胞“更年轻”或8CL细胞来源更多，可以规避伦理问题)
【解析】　(2)iPS细胞是经成纤维细胞诱导分化得到的，成纤维细胞属于已分化的细胞，故利用成纤维细胞获得iPS细胞的过程中，转入C－myc、Klf 4、Sox2和Oct4等的作用是诱导已分化细胞转变为未分化细胞。(3)由“使个体化器官再生最终有可能成为现实”可知，目前的水平还未将iPS细胞成功培育为个体，故不能用于研究完整的哺乳动物胚胎发育过程，诱导iPS细胞形成囊胚并植入子宫，使其进一步发育成新个体，会对人类现有的伦理道德观念造成冲击，A、D错误；由“科研人员利用iPS细胞诱导分化成异常的运动神经元建立ALS疾病模型”可知，可利用iPS细胞分化获得神经元，用于治疗阿尔茨海默病，也可利用iPS细胞诱导形成疾病模型细胞，对药物的安全性和有效性进行检测，B、C正确。