微专题4 变异在农业生产中的应用
例1 B [解析] 由题图可知,芥菜的染色体组为AABB,A染色体组含10条染色体,B染色体组含8条染色体,所以芥菜体细胞中染色体数目为(10+8)×2=36;花椰菜的染色体组为CC,C染色体组含9条染色体,花椰菜体细胞中染色体数目为9×2 = 18,A错误。黑芥(BB)与芜菁(AA)通过自然杂交形成AB,再经过染色体数目加倍形成芥菜(AABB),杂交过程中发生了基因重组,染色体数目加倍过程中发生了染色体变异,B正确。油菜(AACC)产生的配子为AC,黑芥(BB)产生的配子为B,两者杂交产生的子代体细胞染色体组为ABC,无同源染色体,C错误。埃塞俄比亚芥染色体组为BBCC,B染色体组含8条染色体,C染色体组含9条染色体,在减数第一次分裂时,同源染色体配对形成四分体,BB有8对同源染色体,CC有9对同源染色体,最多会形成 8+9=17(个)四分体,D错误。
例2 (1)提高突变率 随机性和不定向性
(2)弱簇生稻∶非簇生稻=1∶1
(3)在稻穗发育阶段,BRD3蛋白使花梗中油菜素甾醇含量降低,导致簇生表型形成 杂合子具有部分正常的BRD3蛋白,使其花梗中的油菜素甾醇含量介于簇生稻和非簇生稻之间,导致弱簇生表型出现
(4)用该簇生稻与其他水稻品系进行杂交育种,将簇生表型引入其他品系
[解析] (1)用NaN3处理簇生稻种子的目的是提高突变率,M2的突变株中仅筛选出2个非簇生稻突变体株系,说明基因突变具有随机性和不定向性的特点。(2)F1自交获得F2,F2中弱簇生稻∶非簇生稻∶簇生稻=2∶1∶1,说明弱簇生稻为杂合子,若将F1弱簇生稻与非簇生稻杂交,后代的表型及比例是弱簇生稻∶非簇生稻=1∶1。(3)在稻穗发育阶段,非簇生稻突变株花梗中的油菜素甾醇含量显著高于簇生稻,则BRD3蛋白在水稻簇生表型形成中的作用机制是在稻穗发育阶段,BRD3蛋白使花梗中油菜素甾醇含量降低,导致簇生表型形成。杂合子具有部分正常的BRD3蛋白,使其花梗中的油菜素甾醇含量介于簇生稻和非簇生稻之间,导致弱簇生表型出现,因此F2性状分离比是1∶2∶1,而不是3∶1。(4)簇生稻穗粒数增多,但粒重与非簇生稻基本相同,利用该簇生稻提高其他品系水稻产量的思路为用该簇生稻与其他水稻品系进行杂交育种,将簇生表型引入其他品系。
例3 (1)集合亲本优良性状 去雄
(2)①母本 S(Rr) 雄性可育∶雄性不育=3∶1 ②不同条件下,基因的选择性表达情况不同
(3)
[解析] (1)一般水稻杂交需经过去雄→套袋→受粉→套袋等步骤,与自交相比,杂交育种子代为杂合子,具有集合亲本优良性状的优势,但因水稻的雄蕊多而小,使杂交水稻实验中的去雄步骤成为很难完成的任务。(2)①由图可知,雄性不育系A与保持系B杂交,子代全为S(rr),说明雄性不育系A作为母本,子代细胞质基因几乎全部来自于母本。三系F1杂交种由S(rr)作为母本,与恢复系N(RR)或S(RR)作为父本杂交获得,F1为S(Rr),其自交后代表型及比例为雄性可育S(R_)∶雄性不育S(rr)=3∶1。②两系杂交中光温敏(对光照、温度敏感)水稻在不同条件下育性不同的根本原因是不同条件下,基因的选择性表达情况不同。(3)由题意可知,R系(基因型为AAbb)为感温型雄性不育系,说明其在杂交过程中作为母本,则S系(基因型为aaBB)作为父本,其子代为AaBb,具有米质优、抗性强的特点,其遗传图解见答案。微专题4 变异在农业生产中的应用
一、不同育种方法的比较
1.不同育种方法的操作过程比较
2.不同育种方法的原理及优缺点比较
育种方法 原理 优势 缺点
单倍体 育种 染色体 数目变异 明显缩短育种年限,所得均为纯合子 技术复杂,需与杂交育种配合
多倍体 育种 染色体 数目变异 培育出的植株茎秆粗壮,叶片、果实和种子都比较大,营养成分高 发育延迟,结实率低
杂交 育种 基因重组 ①使不同个体的优良性状集中在一个个体上; ②操作简便 ①育种时间长; ②局限于同种或亲缘关系较近的个体之间; ③无新基因、新性状产生
诱变 育种 基因突变 ①产生新基因、新性状; ②提高变异频率,大幅度改良某些性状 盲目性高,有利变异少,需处理大量实验材料,工作量大
基因工 程育种 基因重组 ①定向地改造生物的遗传性状; ②克服远缘杂交不亲和的障碍 技术复杂,生物安全问题较多
典型例题
例1[2025·江苏苏州模拟]三种常见的十字花科植物,自然相互杂交及杂种后代染色体数目加倍形成异源四倍体,关系如图(图中A、B、C分别代表不同的染色体组,数字代表染色体组中的染色体数目)。下列相关叙述正确的是( )
A.图中芥菜和花椰菜体细胞中含有的染色体数目分别为18、9
B.黑芥与芜菁培育芥菜的过程中发生了染色体变异和基因重组
C.若油菜与黑芥杂交,产生的子代体细胞中可能含同源染色体
D.埃塞俄比亚芥在减数第一次分裂时最多会形成34个四分体
例2[2024·福建卷]簇生稻具有多稻粒着生成簇的特点。为确定调控簇生表型的基因,我国科研人员用叠氮化钠(NaN3)处理簇生稻(三粒一簇)种子,获得大量诱变株(M1),并从M1自交后代M2中筛选出2个非簇生稻突变体株系开展相关研究,最终确定BRD3基因参与调控簇生表型,部分流程如图所示。
回答下列问题:
(1)用NaN3处理簇生稻种子的目的是 。M2的突变株中仅筛选出2个非簇生稻突变体株系,说明基因突变具有 特点。
(2)将筛选出的非簇生稻和簇生稻杂交,获得F1均为弱簇生稻(两粒一簇),F1自交获得F2。若将F2弱簇生稻与非簇生稻杂交,后代的表型及比例是 。
(3)已知花梗中的油菜素甾醇含量调控稻粒着生性状的形成。非簇生稻突变株中,BRD3蛋白失活。在稻穗发育阶段,非簇生稻突变株花梗中的油菜素甾醇含量显著高于簇生稻。推测BRD3蛋白在水稻簇生表型形成中的作用机制是 。结合该机制分析F2性状分离比是1∶2∶1,而不是3∶1的原因是 。
(4)一般情况下水稻穗粒数和粒重之间呈负相关。本研究发现簇生稻穗粒数增多,但粒重与非簇生稻基本相同。综合上述信息,提出一种利用该簇生稻提高其他品系水稻产量的思路: 。
二、三系法获得杂交水稻
“三系”的基因型及功能
名称 基因型 功能
不育系 S(rr) 雄蕊不育,雌蕊正常,只用作母本
保持系 N(rr) 与不育系(母本)杂交,子代仍为不育系S(rr),因此称为雄性不育保持系
恢复系 N(RR) 与不育系(母本)杂交,子代为S(Rr),恢复育性,因此称为雄性不育恢复系
注:雄性不育性状受细胞核基因(R/r,R—可育,r—不育)和细胞质基因(N/S,N—可育,S—不育)共同控制,只有基因型为S(rr)表现为雄性不育,其余均表现为可育。
三系杂交水稻育种流程图
典型例题
例3[2025·广东潮州二模]党的二十大提出,要加快建设农业强国,全方位夯实粮食安全根基,确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中。水稻作为我国的主要粮食作物之一,育种工作极为重要。请回答下列有关问题:
(1)水稻是自花传粉植物,自然状态下一般是纯种。与自交相比,杂交育种具有 的优势,但因水稻的雄蕊多而小,使杂交水稻实验中的 步骤成为很难完成的任务。
(2)我国科研工作者开创了三系杂交水稻、两系杂交水稻等水稻育种方法,解决了世界性粮食问题。以下是不同杂交水稻的育种过程图。
注:雄性不育性状受细胞核基因R/r(R控制可育,r控制不育)和细胞质基因N/S(N控制可育,S控制不育)共同控制,只有基因型为S(rr)表现为雄性不育,其余均为雄性可育
①在三系法育种过程中,雄性不育系A作为 (填“父本”或“母本”)。三系F1杂交种的基因型是 ,F1自交,后代表型及比例是 。
②两系杂交中光温敏(对光照、温度敏感)水稻在不同条件下育性不同的根本原因是 。
(3)目前广东省推广的杂交水稻品种主要存在米质差、抗性弱等问题。研究人员以R系和S系为亲本杂交制种,R系(基因型为AAbb)为感温型雄性不育系,具有米质优、抗性弱的特点,S系(基因型为aaBB)具有米质差、抗性强的特点,控制米质的基因A/a与控制抗性的基因B/b位于不同对的染色体上。请画出该杂交实验的遗传图解。(共29张PPT)
微专题4
变异在农业生产中的应用
一、不同育种方法的比较
1.不同育种方法的操作过程比较
2.不同育种方法的原理及优缺点比较
育种 方法 原理 优势 缺点
单倍体 育种 染色体数 目变异 明显缩短育种年限，所得均 为纯合子 技术复杂，需与杂
交育种配合
多倍体 育种 染色体数 目变异 培育出的植株茎秆粗壮，叶 片、果实和种子都比较大， 营养成分高 发育延迟，结实
率低
育种 方法 原理 优势 缺点
杂交 育种 基因 重组 ①使不同个体的优良性状集 中在一个个体上； ②操作简便 ①育种时间长；
②局限于同种或亲
缘关系较近的个体
之间；
③无新基因、新性
状产生
续表
育种 方法 原理 优势 缺点
诱变 育种 基因 突变 ①产生新基因、新性状； ②提高变异频率，大幅度改 良某些性状 盲目性高，有利变
异少，需处理大量
实验材料，工作
量大
基因工 程育种 基因 重组 ①定向地改造生物的遗传性状； ②克服远缘杂交不亲和的障碍 技术复杂，生物安
全问题较多
续表
典型例题
例1 [2025·江苏苏州模拟]三种常见的十字花
科植物，自然相互杂交及杂种后代染色体数
目加倍形成异源四倍体，关系如图
(图中A、B、C分别代表不同的染色体组，
数字代表染色体组中的染色体数目)。下列
相关叙述正确的是( )
A.图中芥菜和花椰菜体细胞中含有的染色体数目分别为18、9
B.黑芥与芜菁培育芥菜的过程中发生了染色体变异和基因重组
C.若油菜与黑芥杂交，产生的子代体细胞中可能含同源染色体
D.埃塞俄比亚芥在减数第一次分裂时最多会形成34个四分体
√
[解析] 由题图可知，芥菜的染色体组为
，A染色体组含10条染色体，B染色
体组含8条染色体，所以芥菜体细胞中染色
体数目为 ；花椰菜的染
色体组为 ，C染色体组含9条染色体，花
椰菜体细胞中染色体数目为 ，
A错误。黑芥与芜菁通过自然杂交形成 ，再经过染色体
数目加倍形成芥菜 ，杂交过程中发生了基因重组，染色体数
目加倍过程中发生了染色体变异，B正确。油菜 产生的配子
为，黑芥 产生的配子为B，两者杂
交产生的子代体细胞染色体组为 ，无
同源染色体，C错误。埃塞俄比亚芥染色
体组为 ，B染色体组含8条染色体，C
染色体组含9条染色体，在减数第一次分裂
时，同源染色体配对形成四分体， 有8
对同源染色体， 有9对同源染色体，最
多会形成 (个)四分体，D错误。
例2 [2024·福建卷] 簇生稻具有多稻粒着生成簇的特点。为确定调控
簇生表型的基因，我国科研人员用叠氮化钠 处理簇生稻
(三粒一簇)种子，获得大量诱变株，并从自交后代 中筛选出
2个非簇生稻突变体株系开展相关研究，最终确定 基因参与调控
簇生表型，部分流程如图所示。
回答下列问题：
(1)用处理簇生稻种子的目的是____________。 的突变株中仅
筛选出2个非簇生稻突变体株系，说明基因突变具有_______________
___特点。
提高突变率
随机性和不定向性
[解析] 用处理簇生稻种子的目的是提高突变率， 的突变株
中仅筛选出2个非簇生稻突变体株系，说明基因突变具有随机性和不
定向性的特点。
(2)将筛选出的非簇生稻和簇生稻杂交，获得 均为弱簇生稻
(两粒一簇)，自交获得。若将 弱簇生稻与非簇生稻杂交，后代
的表型及比例是_______________________。
弱簇生稻∶非簇生稻
[解析] 自交获得，中弱簇生稻∶非簇生稻∶簇生稻 ，说明弱簇生稻为杂合子，若将 弱簇生稻与非簇生稻杂交，后代的表型及比例是弱簇生稻∶非簇生稻 。
(3)已知花梗中的油菜素甾醇含量调控稻粒着生性状的形成。非簇生稻
突变株中， 蛋白失活。在稻穗发育阶段，非簇生稻突变株花梗
中的油菜素甾醇含量显著高于簇生稻。推测 蛋白在水稻簇生表
型形成中的作用机制是________________________________________
_______________________________。结合该机制分析 性状分离比
是，而不是 的原因是__________________________________
____________________________________________________________
___________。
在稻穗发育阶段，蛋白使花梗中油菜素
甾醇含量降低，导致簇生表型形成
杂合子具有部分正常的蛋白，
使其花梗中的油菜素甾醇含量介于簇生稻和非簇生稻之间，导致弱簇
生表型出现
[解析] 在稻穗发育阶段，非簇生稻突变株花梗中的油菜素甾醇含量
显著高于簇生稻，则 蛋白在水稻簇生表型形成中的作用机制是
在稻穗发育阶段， 蛋白使花梗中油菜素甾醇含量降低，导致簇
生表型形成。杂合子具有部分正常的 蛋白，使其花梗中的油菜
素甾醇含量介于簇生稻和非簇生稻之间，导致弱簇生表型出现，因
此性状分离比是，而不是 。
(4)一般情况下水稻穗粒数和粒重之间呈负相关。本研究发现簇生稻穗
粒数增多，但粒重与非簇生稻基本相同。综合上述信息，提出一种利
用该簇生稻提高其他品系水稻产量的思路：______________________
_________________________________________。
用该簇生稻与其他水稻
品系进行杂交育种，将簇生表型引入其他品系
[解析] 簇生稻穗粒数增多，但粒重与非簇生稻基本相同，利用该簇
生稻提高其他品系水稻产量的思路为用该簇生稻与其他水稻品系进
行杂交育种，将簇生表型引入其他品系。
二、三系法获得杂交水稻
“三系”的基因型及功能
名称 基因型 功能
不育系 雄蕊不育，雌蕊正常，只用作母本
保持系 与不育系(母本)杂交，子代仍为不育系
，因此称为雄性不育保持系
恢复系 与不育系(母本)杂交，子代为 ，恢复育
性，因此称为雄性不育恢复系
注:雄性不育性状受细胞核基因(,可育, 不育)和细胞质基因
,可育,不育共同控制,只有基因型为 表现为雄性不育,
其余均表现为可育。
三系杂交水稻育种流程图
典型例题
例3 [2025·广东潮州二模] 党的二十大提出,要加快建设农业强国,全方
位夯实粮食安全根基,确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中。水稻作为
我国的主要粮食作物之一,育种工作极为重要。请回答下列有关问题:
(1)水稻是自花传粉植物,自然状态下一般是纯种。与自交相比,杂交育
种具有__________________的优势,但因水稻的雄蕊多而小,使杂交水
稻实验中的______步骤成为很难完成的任务。
集合亲本优良性状
去雄
[解析] 一般水稻杂交需经过去雄 套袋 受粉 套袋等步骤，与
自交相比，杂交育种子代为杂合子，具有集合亲本优良性状的优势，
但因水稻的雄蕊多而小，使杂交水稻实验中的去雄步骤成为很难完
成的任务。
(2)我国科研工作者开创了三系杂交水稻、两系杂交水稻等水稻育种方
法,解决了世界性粮食问题。以下是不同杂交水稻的育种过程图。
注:雄性不育性状受细胞核基因控制可育,控制不育 和细胞质基
因控制可育,控制不育共同控制,只有基因型为 表现为雄性
不育,其余均为雄性可育
①在三系法育种过程中,雄性不育系A作为______(填“父本”或“母本”)。
三系杂交种的基因型是______， 自交,后代表型及比例是________
________________。
母本
雄性可
育∶雄性不育
[解析] 由图可知，雄性不育系A与保持系B杂交，子代全为 ，说
明雄性不育系A作为母本，子代细胞质基因几乎全部来自于母本。三
系杂交种由作为母本，与恢复系或 作为父本杂交
获得，为，其自交后代表型及比例为雄性可育 雄性不
育 。
②两系杂交中光温敏(对光照、温度敏感)水稻在不同条件下育性不同
的根本原因是______________________________________。
不同条件下，基因的选择性表达情况不同
[解析] 两系杂交中光温敏(对光照、温度敏感)水稻在不同条件下育
性不同的根本原因是不同条件下，基因的选择性表达情况不同。
(3)目前广东省推广的杂交水稻品种主要存在米质差、抗性弱等问题。
研究人员以系和系为亲本杂交制种,系(基因型为 )为感温型雄
性不育系,具有米质优、抗性弱的特点,系(基因型为 )具有米质差、
抗性强的特点,控制米质的基因与控制抗性的基因 位于不同对
的染色体上。请画出该杂交实验的遗传图解。
[答案]
[解析] 由题意可知，系(基因型为 )为感温型雄性不育系，说
明其在杂交过程中作为母本，则系(基因型为 )作为父本，其子
代为 ，具有米质优、抗性强的特点，其遗传图解见答案。
