生物育種方法的應(yīng)用類試題研究

田奇林，生物特級(jí)教師，全國(guó)中小學(xué)名師，國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)名師工作室核心組成員，教育部基礎(chǔ)教育教研優(yōu)秀論文終評(píng)專家，奧林匹克競(jìng)賽命題專家，“百家講堂”主講專家。

生物育種方法的運(yùn)用是體現(xiàn)高考生物試題難度、區(qū)分度的良好命題素材。近年來(lái)高考對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的考查發(fā)生了較大的變化。從命題的理念看，由傳統(tǒng)的雜交育種轉(zhuǎn)向太空育種（誘變育種）和生物工程（基因工程和細(xì)胞工程）育種；從命題素材看，由對(duì)某種方法的單一考查轉(zhuǎn)向?qū)Χ喾N育種方法的綜合考查；從能力要求看，由理解能力轉(zhuǎn)向綜合運(yùn)用和實(shí)驗(yàn)探究能力的考查。現(xiàn)就如何根據(jù)育種的目的，選擇不同需求的育種方法及規(guī)范作答等作一探討。

一、根據(jù)目的，選擇育種方法

育種的根本目的是培育具有優(yōu)良性狀（抗逆性好、生命力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良）的新品種，以便更好地為人類服務(wù)。從基因組成上看，目標(biāo)基因型可能是純合體，可防止后代發(fā)生性狀分離，便于制種和推廣；也可能是雜合體，即利用雜種優(yōu)勢(shì)的原理，如雜交水稻的培育、玉米的制種等。

例1 糧食是人類生存的基本條件，提高單位面積糧食的產(chǎn)量、質(zhì)量是解決糧食問題的主要途徑之一。

（1）為提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，得到抗倒伏、抗銹病等優(yōu)良性狀，科學(xué)家往往采取多種育種方法來(lái)培育符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的新品種。根據(jù)下面提供的材料，設(shè)計(jì)育種方案，以便最快得到所需品種。非生物材料：可自選。生物材料有：

A.水稻的高稈（顯性）抗銹病（顯性）純種

B.水稻的矮稈（隱性）不抗銹病（隱性）純種

C.水稻的高稈（顯性）不抗銹病（隱性）純種

①要得到能直接應(yīng)用于生產(chǎn)的具有抗倒伏、抗銹病等優(yōu)良性狀的品種，該品種應(yīng)是 。

②所選擇的生物材料： （填寫代表生物材料的字母）。

③育種過程中運(yùn)用的最常見的方法是 。

④預(yù)期產(chǎn)生這種結(jié)果（所需性狀類型）的概率是 。如果從播種到獲得種子需要一年，則獲得該品種植株至少需要 年。

（2）隨著科技的發(fā)展，許多新的育種方法已經(jīng)出現(xiàn)并投入使用。

①用普通小麥和黑麥培育的八倍體小黑麥的原理是 。

②航天育種是目前的一個(gè)熱門話題，如“神七”就搭載了萌發(fā)著的植物種子。那么利用這種方法是否一定能獲得人們所期望的理想性狀？為什么？ 。

③螟蟲是危害水稻的主要害蟲之一。科學(xué)家為了減少農(nóng)藥的使用，希望培育出具有抗螟蟲性狀的水稻新品種，最適合的育種方法是 ，其原理是 。

【解析】（1）①能直接應(yīng)用于生產(chǎn)的品種要保持優(yōu)良性狀，其自交后代不發(fā)生性狀分離，一般為純合子。②雜交育種的原理是基因重組，將兩個(gè)品種的優(yōu)良性狀（抗倒伏、抗銹病）組合到一起，選擇A、B兩個(gè)親本可以達(dá)到這一目的。③最快的育種方法是單倍體育種，常用技術(shù)有雜交、花藥離體培養(yǎng)、人工誘導(dǎo)染色體加倍等。④親本雜交后的子代花藥離體培養(yǎng)、人工誘導(dǎo)染色體加倍后得到4種純合子，比例相同，因此抗倒伏抗銹病性狀的概率為1/4。親本雜交得到種子（子代）需要1年，子代花藥離體培養(yǎng)、人工誘導(dǎo)染色體加倍后，得到純合子需要1年。

（2） ①普通小麥為六倍體，黑麥為二倍體，兩者雜交得到的個(gè)體有4個(gè)染色體組，人工誘導(dǎo)染色體加倍后為八倍體，屬于染色體變異。②“神七”搭載萌發(fā)著的植物種子的主要目的是借助太空的紫外線誘導(dǎo)基因突變，由于基因突變是不定向的，所以不一定能獲得人們所期望的理想性狀。③抗蟲性狀的基因一般來(lái)自原核生物，運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將抗蟲基因移接到植物體，屬于基因重組。

【答案】（1）①純合子（純種） ②A、B ③單倍體育種 ④1/4 2

（2）①染色體變異 ②不一定；因?yàn)榛蛲蛔兪遣欢ㄏ虻?③基因工程育種 基因重組

【方法規(guī)律】在解答“育種”類試題時(shí)，需要根據(jù)提供的材料選擇合適的親本及育種方法，分析育種過程中出現(xiàn)的問題，推測(cè)育種結(jié)果，并得出相關(guān)結(jié)論。

育種方法的選用要求：一般作物育種可以選用雜交育種和單倍體育種。如果檢測(cè)純合子，則用測(cè)交或自交；若既要檢測(cè)純合子又要分離純合子時(shí)，如果優(yōu)良性狀是顯性性狀則用連續(xù)自交，如果優(yōu)良性狀是隱性性狀則直接分離；已知多對(duì)性狀要獲得純合子，首選單倍體育種，然后才是自交。為了得到特殊性狀，可以選擇誘變育種或多倍體育種，如果將不同物種的性狀組合在一起，可以選用基因工程等。方法小結(jié)：

（1）若要培育隱性性狀個(gè)體，則可用自交或雜交，只要出現(xiàn)該性狀即可。

（2）有些植物如小麥、水稻等，雜交實(shí)驗(yàn)較難操作，則選擇自交方法最簡(jiǎn)便。

（3）若要快速獲得純種，則用單倍體育種方法。

（4）若實(shí)驗(yàn)植物為營(yíng)養(yǎng)繁殖類如土豆、地瓜等，則只要出現(xiàn)所需性狀即可，不需要培育出純種。

（5）若要培育之前沒有的性狀，則可用誘變育種。

（6）提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量可運(yùn)用多倍體育種。

（7）將兩個(gè)親本的不同優(yōu)良性狀集中在一起，可利用雜交育種（含植物細(xì)胞的雜交）。

（8）若要定向地改造生物性狀，則可用基因工程育種。

（9）在實(shí)際育種過程中，并非單一地運(yùn)用某種育種方式，而是根據(jù)需要選擇多種育種方式綜合運(yùn)用。

二、掌握策略，設(shè)計(jì)育種實(shí)驗(yàn)

例2 如圖所示，科研小組用60Co照射棉花種子，誘變當(dāng)代獲得棕色（纖維顏色）新性狀，誘變1代獲得低酚（棉酚含量）新性狀。已知棉花的纖維顏色由一對(duì)基因（A、a）控制，棉酚含量由另一對(duì)基因（B、b）控制，兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳。

（1）兩個(gè)新性狀中，棕色是 性狀，低酚是 性狀。

（2）誘變當(dāng)代中，棕色、高酚的棉花植株基因型是 ，白色、高酚的棉花植株基因型是 。

（3）棕色棉抗蟲能力強(qiáng)，低酚棉產(chǎn)量高。為獲得抗蟲高產(chǎn)棉花新品種，研究人員將誘變1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代種植在一個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，從 的區(qū)域中得到純合棕色、高酚植株。請(qǐng)你利用該純合體作為一個(gè)親本，再?gòu)恼T變1代中選擇另一個(gè)親本，設(shè)計(jì)一方案，盡快選育出抗蟲高產(chǎn)（棕色、低酚）的純合棉花新品種（用遺傳圖解和必要的文字表示）。

【解析】棕色、高酚自交后代是棕色、高酚和白色、高酚，因此棕色是顯性，親代白色、高酚自交后代是白色、低酚和白色、高酚，因此低酚是隱性。誘變當(dāng)代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是AaBB，白色高酚的棉花植株基因型是aaBb，純合體后代不發(fā)生性狀分離，因此應(yīng)從不發(fā)生性狀分離（或全為棕色棉或沒有出現(xiàn)白色棉）的區(qū)域中選擇出純合棕色、高酚植株。育種時(shí)間短應(yīng)選擇單倍體育種方案。

【答案】（1）顯性 隱性 （2）AaBB aaBb （3）不發(fā)生性狀分離或全為棕色棉或沒有出現(xiàn)白色棉

【思維拓展】設(shè)計(jì)育種方案時(shí)，應(yīng)該注意是“動(dòng)物育種”還是“植物育種”。植物育種時(shí)，可以用連續(xù)自交的方法獲得純合子，這是由于植物中雌雄同體的物種較多。動(dòng)物只能選相同性狀的個(gè)體相互交配，待性狀分離后篩選，然后用測(cè)交方法檢測(cè)純合子，這是由于動(dòng)物大多是雌雄異體，不能“自交”。

育種年限的要求及計(jì)算方法：若需要獲得植株，則比獲得種子多一年，因?yàn)楂@得種子后，第二年才能獲得植株。若需要獲得跨年度的植物（如小麥），則比不跨年度的植物（如豌豆）要多一年。

生物工程技術(shù)育種的組合及其遺傳性：

（1）轉(zhuǎn)基因植物培育：基因工程+植物組織培養(yǎng)，具有兩親本的遺傳性。

（2）轉(zhuǎn)基因動(dòng)物培育：基因工程+動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。

（3）核移植（克隆）動(dòng)物培育：核移植+動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。

（4）胚胎移植：有性生殖+動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。

（5）植物體細(xì)胞雜交：酶工程+體細(xì)胞融合+植物組織培養(yǎng)，具有兩親本的遺傳性。

（6）試管嬰兒：體外受精+動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。

注：異源多倍體具有兩親本的遺傳性；胚胎分割產(chǎn)生的后代遺傳性相同，相當(dāng)于無(wú)性繁殖。

例3 家蠶是二倍體生物，含56條染色體，ZZ為雄性，ZW為雌性。幼蠶體色中的有斑紋和無(wú)斑紋性狀分別由Ⅱ號(hào)染色體上的A和a基因控制。雄蠶由于吐絲多，絲的質(zhì)量好，更受蠶農(nóng)青睞，但在幼蠶階段，雌雄不易區(qū)分。于是，科學(xué)家采用下圖所示的方法培育出了“限性斑紋雌蠶”來(lái)解決這個(gè)問題。請(qǐng)回答：

（1）家蠶的一個(gè)染色體組含有 條染色體。

（2）圖中變異家蠶的“變異類型”屬于染色體變異中的 。由變異家蠶培育出限性斑紋雌蠶所采用的育種方法是 。圖中的限性斑紋雌蠶的基因型為 。

（3）在生產(chǎn)中，可利用限性斑紋雌蠶和無(wú)斑紋雄蠶培育出根據(jù)體色辨別幼蠶性別的后代。請(qǐng)用遺傳圖解和適當(dāng)?shù)奈淖郑枋鲞x育雄蠶的過程。

【解析】（1）家蠶是二倍體生物，其體細(xì)胞含56條染色體的二倍體生物，其生殖細(xì)胞含有28條染色體，因此一個(gè)染色體組有28條染色體。（2）由圖可知，該家蠶的變異屬于非同源染色體之間的易位，應(yīng)屬于染色體結(jié)構(gòu)變異。由變異家蠶培育出限性斑紋雌蠶所采用的育種方法為雜交育種。限性斑紋雌蠶的Ⅱ號(hào)染色體有2個(gè)a基因，W性染色體上有1個(gè)A基因，故基因型為aaZWA。（3）用限性斑紋雌蠶和無(wú)斑紋雄蠶雜交，其后代中無(wú)斑紋的都是雄蠶，有斑紋的都是雌蠶。

【答案】（1）28 （2）結(jié)構(gòu)變異 雜交育種 aaZWA （3）如圖所示

（文字說(shuō)明：后代中有斑紋的均為雌蠶，應(yīng)淘汰；無(wú)斑紋的均為雄蠶，應(yīng)該保留）

【應(yīng)對(duì)策略】不同的育種方法所依據(jù)的原理不同，其適用的條件會(huì)有一定的差別。解答此類試題時(shí)，一定要認(rèn)真審題，明確試題要求，結(jié)合各種育種方法的特點(diǎn)及其適用條件進(jìn)行合理選擇。如：

（1）集中不同親本的優(yōu)良性狀選用雜交育種，集中優(yōu)良性狀且縮短育種年限選用單倍體育種。

（2）獲得較大果實(shí)或大型植株或提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量選用多倍體育種。

（3）提高變異頻率，改良或直接改變現(xiàn)有性狀，獲得當(dāng)前不存在的基因（性狀）選擇誘變育種。

（4）實(shí)現(xiàn)定向改變現(xiàn)有性狀選用基因工程育種。

三、規(guī)范審題，精準(zhǔn)解答育種類試題

例4 假設(shè)A、b代表玉米的優(yōu)良基因，這兩種基因是自由組合的。現(xiàn)有AABB，aabb兩個(gè)品種，為培育出優(yōu)良品種Aabb，可采用的方法如圖所示。有關(guān)敘述不正確的是（ ）

A.由品種AABB、aabb經(jīng)過①、②、③過程培育出新品種的育種方式稱為雜交育種

B.基因型為Aabb的植株經(jīng)過過程③，子代中AAbb與aabb的數(shù)量比是1：1

C.與過程“①②③”的育種方法相比，過程⑤⑥的優(yōu)勢(shì)是明顯縮短了育種年限

D.過程④在完成目的基因和運(yùn)載體結(jié)合時(shí)，必須用到的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和運(yùn)載體

【解析】首先規(guī)范審題，審出關(guān)鍵詞或關(guān)鍵語(yǔ)句。如本題題干中包含如下信息：兩種基因遺傳遵循自由組合定律；將不同品種優(yōu)良性狀集中到一個(gè)個(gè)體上，應(yīng)用雜交手段，育種方式為雜交育種（①②③過程）；⑤⑥利用花粉培育新品種，為單倍體育種；利用物理因素獲取新品種（⑦過程）為誘變育種；利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲取新品種（④過程）為基因工程育種。

依據(jù)審出的信息，作出精準(zhǔn)判斷。選項(xiàng)A，對(duì)雜交育種本質(zhì)不理解會(huì)錯(cuò)選A項(xiàng)。選項(xiàng)B，題干確定親本基因型為Aabb，其自交（③過程）的后代基因型及比例為AAbb∶Aabb∶aabb=1∶2∶1，即AAbb∶aabb=1∶1。選項(xiàng)C，該選項(xiàng)是“⑤⑥”單倍體育種與“①②③”雜交育種相比較，單倍體育種大大縮短了育種年限，若不了解單倍體育種的優(yōu)勢(shì)會(huì)錯(cuò)選C項(xiàng)。選項(xiàng)D，運(yùn)載體不是酶，而是一種運(yùn)輸工具，所以D選項(xiàng)敘述錯(cuò)誤。

【答案】D

作物育種方式包括雜交、誘變、單倍體育種、多倍體育種以及基因工程等生物工程育種，育種的最終目的就是改變?cè)衅贩N的遺傳物質(zhì)，培育出符合人類需求的新品種。解題時(shí)還要加強(qiáng)對(duì)諸如絕大多數(shù)生物為二倍體，其單倍體應(yīng)高度不育，但部分多倍體的配子發(fā)育成的個(gè)體則有可能可育等特殊問題的研究。同時(shí)，還要注意幾種育種方法的處理時(shí)間，如利用基因突變育種時(shí)，處理時(shí)間是細(xì)胞分裂的間期，利用染色體變異育種時(shí)，處理時(shí)間是萌發(fā)的種子或幼苗等。在具體解題中，要正確區(qū)分不同育種方式的特點(diǎn)，恰當(dāng)使用育種程序步驟綜合分析，尋找解題突破口。