高中生物知识点总结：杂交育种与诱变育种

高中生物知识点总结：杂交育种与诱变育种

高中生物知识点总结：杂交育种与诱变育种 篇1

高中生物知识点总结：杂交育种与诱变育种

一、杂交育种

1.概念：是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。

2.原理：基因重组。通过基因重组产生新的基因型，从而产生新的优良性状。

3.优点：可以将两个或多个优良性状集中在一起。

4.缺点：不会产生新基因，且杂交后代会出现性状分离，育种过程缓慢，过程复杂。

二、诱变育种

1.概念：指利用物理或化学因素来处理生物，使生物产生基因突变，利用这些变异育成新品种的方法。

2.诱变原理：基因突变

3.诱变因素：(1)物理：X射线，紫外线，γ射线(2)化学：亚硝酸，硫酸二乙酯等。

4.优点：可以在较短时间内获得更多的优良性状。

《杂交育种与诱变育种》教学设计 篇2

知识与技能:了解杂交育种方法的优缺点以及诱变育种在生产中的应用;总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种的异同点;通过育种方法的设计,培养学生多层次、多角度分析思考问题的能力。

过程与方法:通过讨论、分析、比较等方法,鼓励学生尝试运用遗传和变异原理,解决生产和生活实际中的问题。

情感态度与价值观:体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步方面的巨大作用;关注我国育种技术的发展,认识到育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性。

教学重点和难点

重点:遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用。

难点:杂交育种和诱变育种的优点和局限性。

课前准备

教师指导学生搜集我国在育种实践方面取得成功的事例,分析其中包含的遗传学规律,体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。

教学过程

一、创设情境

教师向学生展示古人驯化狗、马、牛、猪、鸡以及培育玉米、小麦、水稻、各种蔬菜、水果的过程,出示已经形成的家畜、粮食、蔬菜、水果等各种优良品种的图片,以引起学生的兴趣。

二、引导探究

(一)杂交育种

1.教师提出问题:已知小麦的高秆(A)对矮秆(a)为显性,抗锈病(B)对易染锈病(b)为显性,两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。请联系已经学过的遗传学原理,思考一下用什么方法既能把两个品种的优良性状结合在一起,又能摒弃双方的缺点?将你的设想用遗传图解表示出来。

学生分组讨论,各小组把设想用遗传图解在实物投影仪上展示出来。然后师生交流研讨:学生分析各组的方案是否科学规范,教师对方案进行评价总结。

2.教师引导学生进一步分析:杂交育种蕴含着哪些遗传学规律?如何推测杂交育种可能的选育过程和结果?如何判断培育出的新品种是否符合预期要求?如果我们需要的性状是显性或隐性该如何选育?如果又有显性又有隐性该如何选育?选出的新品种应该是纯合子还是杂合子?

学生讨论。

教师点拨:杂交育种依据的遗传学原理是基因的自由组合规律,即通过杂交把生物不同品种间的基因重新组合,以便使不同亲本的优良基因组合到一起,从而创造出对人类有益的新品种。教师帮助学生归纳总结育种流程,向学生强调指出:从杂种第二代就可以选出我们需要的品种,选育出的新品种必须是纯合子,否则其后代就会因为发生性状分离而失去优势。如果我们需要的性状是显性性状,育种时就用亲本的杂交后代连续自交,逐步淘汰,直到不再发生性状分离为止。如果我们需要的性状是隐性性状,育种时就从杂种二代中直接选用。

如图:

PAABB(高杆抗病) Xaabb(矮杆不抗)

↓↓

配子 ABab

↓↓

F1AaBb(高杆抗病)

F2基因型 1/16AABB1/16aaBB1/16AAbb1/16aabb

2/16AaBB2/16aaBb2/16Aabb

2/16AABb

4/16AaBb

表现型 高杆抗病矮杆抗病高杆不抗矮杆不抗

3.学生汇报课前搜集的资料,如我国在杂交育种方面的成就、袁隆平的杂交水稻、中国荷斯坦牛等。教师引导学生总结杂交育种的优缺点。

(二)诱变育种

1.导入:杂交育种只能利用已有基因的重组,按需选择,并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象,育种进程缓缦(一般需5至7年),过程繁琐。有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢?这就涉及到我们下面要学到的知识——诱变育种。

2.让学生从具体实例入手感知诱变育种,举例:用辐射方法处理大豆,可以培育优良的大豆品种“黑农五号”;利用返回式卫星和高空气球搭载农作物种子,使种子在空间条件下发生基因突变,进行农作物遗传性状的改良,可以培育出卫星“87-2”青椒、“航育1号”水稻、“豫麦13号”小麦;对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理,能够培育了高产菌株。

3.教师小结诱变育种的概念以及诱变的方法和原理。

4.学生思考问题:与杂交育种相比,诱变育种有什么优点?联系基因突变的特点,谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性,可以采取什么办法?

师生小结:诱变育种的优点是能够提高突变率,在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握,突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性,可以扩大诱变后代的群体,增加选择的机会。

三、列表总结

引导学生列表比较:杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种在方法、原理、优缺点方面的异同点。帮助学生对所学知识进行归纳,并由学生总结本节课的收获和存在的疑惑,然后师生共同解疑释惑。

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一、教学目标

1．知识目标：

(1)简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种方法的优点和不足。

（2）举例说出诱变育种在生产中的应用。

（3）讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。

（4）总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种异同点。2．能力目标：

(1)尝试将你获得信息用图表、图解的形式表达出来。(2)运用遗传和变异原理,解决生产和生活实际中的问题。3．情感、态度和价值观目标：

(1)讨论从杂交育种到基因工程这一科技发展历程中，科学、技术和社会的相互作用。(2)通过对我国杂交育种和诱变育种成果的了解，关注我国的育种技术的发展及在国际上的竞争能力，认同育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性。

(3)体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。

二、教学重点难点

重点：遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用。难点：杂交育种和诱变育种的优点和局限性。

三、教学方法

1．方法：讲授法、探究法等

2．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习

四、课前准备

1．学生的学习准备：完成预习学案，初步把握杂交育种与诱变育种的原理、方法、优点、缺点及应用。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。

五、课时安排：1课时

六、教学过程

(一)预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标。

教师展示课前收集的古人驯化野生动物、栽培植物的图片资料制成的课件，按课件图片的顺序，先向学生展示古人驯化狗、马、牛、猪、鸡，培育玉米、小麦、水稻、各种蔬菜、水果的过程；再向学生展示现在的家禽、家畜、粮食、蔬菜、水果的各种优良品种的图片，引起学生的兴趣。

（三）合作探究、精讲点拨。教师；这些优良的品种，都是人们利用生物的变异，通过长期的选择，汰劣留良，培育出来的优良品种。但是这种选择育种的方法周期长，可选择的范围又有限，有些品种只在某一方面优势，而另一方面却不良等，不能满足日益增长的人们的需要，在实践中，人们逐渐摸索出许多优秀的育种方法。

1.杂交育种

请同学们阅读课本的“问题探讨”并进行讨论。

学生：分组讨论。各小组选派代表上台陈述自己的具体设想，并把设想用遗传图解在实物投影仪上表示出来。听课的同学对各小组的方案进行评价。教师：从上述同学们的汇报交流中，我们发现大家使用的方法都是――杂交育种，看来你们已经尝试从理论上探索杂交育种的方法了。现在我们来分析各组的方案是否科学规范。（再次出示各小组的遗传图解）由同学们指出其优点和不足，以及自己的疑问。多媒体展示探究思考题。

（1）杂交育种蕴含着哪些遗传学规律？（2）.如何判断显隐性?（3）.若要选择的品种是双隐性、一隐一显、双显性的，如何选择得到纯合子？ 学生：分组讨论，发言。

教师：点拨、解答同学们的问题：

杂交育种依据的遗传学原理就是：基因的自由组合规律，即通过杂交，把生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起、从而创造出对人类有益的新品种。

思考：

已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对易染锈病（t）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。你用什么方法能把两个品种的优良性状结合在一起，又能把双方的缺点都去掉？将你的设想用遗传图解表示出来。动物的杂交育种

学生：每人都在作业本上尝试书写，请两位同学在黑板上书写。教师: 点评，并示范书写过程如下：

P DDTT X ddtt ↓

↓

配子 DT dt

↓ F１ DdTt ↓

F２

基因型 1/16 DDTT 1/16 ddTT 1/16 DDtt 1/16 ddtt 2/16 DdTT 2/16 ddTt 2/16 Ddtt 2/16 DDTt 4/16 DdTt 表现型 9/16高秆抗病 3/16矮秆抗病3/16高秆不抗病 1/16矮秆不抗病

根据自由组合定律，在F２

中矮秆抗病（一显一隐）品种占总数的3／16。

思考:我们得到的这种具有杂种优势的品种可以代代遗传吗？

学生:不可以，因为其中有2/16的植株是杂合体，它的下一代会出现性状分离。

教师：那么，如何能得到可以代代遗传的优势品种？

学生：要想得到可以代代遗传的优势品种，就必须对在F２

中所得到表现型为高产抗病（一显一隐）的植株连续自交和育种，逐步淘汰不符合要求的植株，直到不再发生性状分离，就是我们要选育的能够稳定遗传的纯合子新品种――AAbb。

教师：通过上述分析，请给杂交育种下一个合理的定义。

学生：杂交育种就是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，就得到新品种的方法。

练习：假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）

教师：请举出我国在杂交育种方面成就。学生：袁隆平的杂交水稻，中国荷斯坦牛等

教师：综上所述杂交育种的优点是很明显的，但是在实际操作中，会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的类型，以及育种时间等方面，分析杂交育种方法的不足。

学生:分组讨论，各小组选派代表回答。

教师:杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦（一般需5至7年），过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢？ 总结杂交育种的概念、原理、方法、优点、缺点。概念： 原理： 方法： 优点： 缺点： 2.诱变育种

学生：分组讨论： 与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性

（四）反思总结，当堂检测。

教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。

设计意图：引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。（见学案）

（五）发导学案、布置预习。

七、板书设计

第6章 从杂交育种到基因工程

第1节 杂交育种和诱变育种

一、选择育种：利用自然条件下的生物变异，汰劣留良，长期选择，培育优良品种。

二、杂交育种

三、诱变育种

八、教学反思

由于很多内容学生已经学习过如基因的自由组合定律、基因突变以前都学过，所以我采用采用温故知新—杂交育种的技术方法—诱变育种的技术方法—知识扩展—总结的方法来讲授新知识。本节课的设计也能把理论与实践充分地结合在一起，例如在杂交育种技术的学习中，教师举例：利用高抗和矮感的小麦来设计如何出矮抗的小麦。通过学生的动手操作，使知识更能贴近生活，学以致用。课程改革的目标要求教师应具备对知识体系熟练，应对课堂教学要自如，教学中注重学生的差异性。在教学中教师能注重学生的差异性，例如在杂交育种的设计实验中，大部分同学不太理解最后得到矮抗的比例，教师能放慢教学一步步解释。同时，该教师教态自然、随和，给学生以亲近的感觉。

本节课有很多相似、相关知识点，学生易混淆。我提出问题引导学生对其进行比较。如 “四种育种方式的区别”。

高中生物知识点总结：杂交育种与诱变育种 篇4

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知识点11 生物的变异及育种 1.(2015·福建高考·T5)绿色荧光标记的X染色体DNA探针(X探针),仅能与细胞内的X染色体DNA的一段特定序列杂交,并使该处呈现绿色荧光亮点。同理,红色荧光标记的Y染色体DNA探针(Y探针)可使Y染色体呈现一个红色荧光亮点。同时用这两种探针检测体细胞,可诊断性染色体数目是否存在异常。医院对某夫妇及其流产胎儿的体细胞进行检测,结果如图所示。下列分析正确的是()A.X染色体DNA上必定有一段与X探针相同的碱基序列 B.据图分析可知妻子患X染色体伴性遗传病 C.妻子的父母至少有一方患有性染色体数目异常疾病 D.该夫妇选择生女儿可避免性染色体数目异常疾病的发生 【解题指南】(1)关键知识:DNA分子杂交技术的原理、减数分裂的过程、伴性遗传病、染色体数目变异。

(2)图示信息:某夫妇及其流产胎儿的体细胞中性染色体组成分别是XY、XXX、XXY。

【解析】选A。本题主要考查DNA分子杂交、减数分裂以及伴性遗传、染色体变异知识。A项中,DNA探针应用于DNA分子杂交技术,采用与待测DNA上一段相同的碱基序列荧光标记而成的原理,故正确。B项中,据图分析可知,妻子体细胞中性染色体组成为XXX,属于染色体异常遗传病,不是伴性遗传病,故错误。C项中,妻子多出的一条X性染色体只能来自其父亲或母亲,父母双方中只可能有一方患有多一条X性染色体的染色体数目异常疾病,故错误。D项中,该夫妇的子代中可能出现的性染色体组成类型有四种:XY、XX、XXX(女)、XXY(男),其中后两种为患者,即该夫妇的子代中男女都有可能患病,故错误。

2.(2015·全国卷Ⅱ·T6)下列关于人类猫叫综合征的叙述,正确的是()A.该病是由于特定的染色体片段缺失造成的 B.该病是由于特定染色体的数目增加造成的 C.该病是由于染色体组数目成倍增加造成的 D.该病是由于染色体中增加某一片段引起的 【解题指南】(1)题目关键信息:“缺失”“数目增加”“数目成倍增加”“增加某一片段”。

(2)关键知识:染色体“增加某一片段”及“缺失”是染色体结构变异,而染色体“数目增加”或“数目成倍增加”是染色体数目变异。

【解析】选A。本题考查人类遗传病的类型及原因。猫叫综合征是患者第5号染色体部分缺失引起的,属于染色体结构变异,因婴儿时有猫叫样啼哭而得名,故A正确,B、C、D错误。

3.(2015·江苏高考·T10)甲、乙为两种果蝇(2n),下图为这两种果蝇的各一个染色体组,下列叙述正确的是() A.甲、乙杂交产生的F1减数分裂都正常 B.甲发生染色体交叉互换形成了乙 C.甲、乙1号染色体上的基因排列顺序相同 D.图示染色体结构变异可为生物进化提供原材料 【解析】选D。本题主要考查对染色体变异原理的理解及图形识别能力。从图中可以看出,甲的1号染色体正常,乙为倒位,属于染色体结构变异,故B项错误;甲和乙的1号染色体上的基因排列顺序不同,故C项错误。甲、乙杂交产生的F1,由于1号染色体的形态不同,不能通过正常减数分裂产生配子,故A项错误;染色体变异属于可遗传变异,可为生物进化提供原材料,故D项正确。

4.(2015·广东高考·T5)用秋水仙素处理某二倍体植物的愈伤组织,从获得的再生植株中筛选四倍体植株。预实验结果如下表,正式实验时秋水仙素浓度设计最合理的是()秋水仙素浓度(g/L)再生植株(棵)四倍体植株(棵)0 48 0 2 44 4 4 37 8 6 28 11 8 18 5 10 9 2 A.0、2、3、4、5、6 B.0、4、5、6、7、8 C.0、5、7、8、9、10 D.0、3、6、9、12、15 【解题指南】(1)题干关键词:秋水仙素、愈伤组织、预实验。

(2)图表信息:秋水仙素的浓度为6g/L时,四倍体植株数量最多。

【解析】选B。本题主要考查了染色体变异以及预实验在实际中的应用。秋水仙素的作用是诱导多倍体的形成,处理二倍体愈伤组织是为了获得四倍体植株。从表中数据可判断,秋水仙素在浓度为4～8g/L范围内,诱变效率比较高,四倍体植株数量较多,所以进行实验时应在这个范围内设置浓度梯度,还要有空白对照实验,因此B项正确。

5.(2015·江苏高考·T15)经X射线照射的紫花香豌豆品种,其后代中出现了几株开白花植株,下列叙述错误的是()A.白花植株的出现是对环境主动适应的结果,有利于香豌豆的生存 B.X射线不仅可引起基因突变,也会引起染色体变异 C.通过杂交实验,可以确定是显性突变还是隐性突变 D.观察白花植株自交后代的性状,可确定是否是可遗传变异 【解析】选A。本题主要考查基因突变及显隐性性状的判断方法。白花植株的出现是由于X射线照射引起的基因突变,不一定有利于生存,故A项错误;X射线可引起基因突变和染色体变异,故B项正确;通过杂交实验,观察其后代的表现型及比例,可以确定是显性突变还是隐性突变,故C项正确;白花植株自交后代中出现白花个体,可确定为可遗传变异,否则为不可遗传变异,故D项正确。

6.(2015·海南高考·T19)关于等位基因B和b发生突变的叙述,错误的是()A.等位基因B和b都可以突变成为不同的等位基因 B.X射线的照射不会影响基因B和基因b的突变率 C.基因B中的碱基对G-C被碱基对A-T替换可导致基因突变 D.在基因b的ATGCC序列中插入碱基C可导致基因b的突变 【解题指南】(1)题干关键词:“基因”“突变”。

(2)关键知识:基因突变的实质、特点和影响因素。

【解析】选B。本题考查基因突变的有关知识。基因突变具有不定向性,等位基因B和b都可以突变成为不同的等位基因,A项正确;X射线属于物理诱变因素,其照射会影响基因B和基因b的突变率,B项错误;基因突变的实质是碱基对的增添、缺失和替换,使基因的结构发生变化,C项和D项均正确。

7.(2015·海南高考·T21)关于基因突变和染色体结构变异的叙述,正确的是 ()A.基因突变都会导致染色体结构变异 B.基因突变与染色体结构变异都导致个体表现型改变 C.基因突变与染色体结构变异都导致碱基序列的改变 D.基因突变与染色体结构变异通常都用光学显微镜观察 【解题指南】(1)题干关键词:“基因突变”“染色体结构变异”。

(2)关键知识:基因突变与染色体结构变异的异同。

【解析】选C。本题考查基因突变和染色体结构变异的有关知识。基因突变是基因内部结构发生变化,不会导致染色体结构变异,A项错误;基因突变不一定改变个体的表现型,染色体结构变异往往导致个体表现型改变,B项错误;基因突变导致基因内部碱基序列发生改变,染色体结构变异中因片段的重复、缺失、易位或倒位,均可使DNA的碱基序列发生改变,C项正确;基因突变在光学显微镜下观察不到,染色体结构变异可用光学显微镜观察到,D项错误。

8.(2015·江苏高考·T29)中国水仙(Narcissus tazetta var.chinensis)是传统观赏花卉,由于其高度不育,只能进行无性繁殖,因而品种稀少。为了探究中国水仙只开花不结实的原因,有研究者开展了染色体核型分析实验,先制作了临时装片进行镜检、拍照,再对照片中的染色体进行计数、归类、排列,主要步骤如下: 剪取新生的根尖 卡诺固定液固定 1 mol·L-1HCl解离 清水漂洗 卡宝品红染色 制片压片 镜检拍照 核型分析 请回答下列问题:(1)选取新生根尖作为实验材料的主要原因是。

(2)实验过程中用1 mol·L-1HCl解离的目的是。

(3)该实验采用卡宝品红作为染色剂,与卡宝品红具有相似作用的试剂有(填序号)。

①双缩脲试剂②醋酸洋红(溶)液③龙胆紫溶液④秋水仙素溶液(4)镜检时,应不断移动装片,以寻找处于期且染色体　的细胞进行拍照。

(5)由上图核型分析结果,得出推论:中国水仙只开花不结实的原因是。

(6)为了进一步验证上述推论,可以优先选用(填序号)作为实验材料进行显微观察。

①花萼②花瓣③雌蕊④花药⑤花芽 【解析】本题主要考查水仙根尖细胞的有丝分裂观察实验和染色体变异。(1)由于根尖分生区细胞分裂旺盛,利于观察到有丝分裂的过程。(2)HCl解离的目的是使根尖细胞相互分离开来,以便于观察。(3)醋酸洋红溶液和龙胆紫溶液都可作为染色体的染色剂。(4)有丝分裂中期,染色体形态固定,数目清晰,是观察染色体形态和数目的最佳时期,所以该实验需寻找中期染色体分散良好的细胞。

(5)由核型图可知,中国水仙是三倍体,减数分裂时同源染色体联会紊乱,不能产生正常生殖细胞。(6)选用花药为实验材料显微观察减数分裂过程中的染色体行为,可确定联会是否紊乱。

答案:(1)新生根尖分生区细胞分裂旺盛(2)使组织细胞相互分离(3)②③(4)中　分散良好(5)中国水仙是三倍体,减数分裂时同源染色体联会紊乱,不能产生正常生殖细胞(6)④ 9.(2015·浙江高考·T32)某自花且闭花授粉植物,抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。抗病和感病由基因R和r控制,抗病为显性;茎的高度由两对独立遗传的基因(D、d,E、e)控制,同时含有D和E表现为矮茎,只含有D或E表现为中茎,其他表现为高茎。现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子,欲培育纯合的抗病矮茎品种。

请回答:(1)自然状态下该植物一般都是合子。

(2)若采用诱变育种,在γ射线处理时,需要处理大量种子,其原因是基因突变具有　和有害性这三个特点。

(3)若采用杂交育种,可通过将上述两个亲本杂交,在F2等分离世代中　 抗病矮茎个体,再经连续自交等手段,最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种。据此推测,一般情况下,控制性状的基因数越多,其育种过程所需的。若只考虑茎的高度,亲本杂交所得的F1在自然状态下繁殖,则理论上,F2的表现型及其比例为。

(4)若采用单倍体育种,该过程涉及的原理有。请用遗传图解表示其过程(说明:选育结果只需写出所选育品种的基因型、表现型及其比例)。

【解题指南】(1)关键信息:同时含D、E表现为矮茎,只含有D或E表现为中茎,其他为高茎。

(2)隐含信息:矮茎的基因型为D_E_;中茎的基因型为ddE_、D_ee;高茎的基因型为ddee。

【解析】本题考查基因的自由组合定律、基因突变的特征以及育种的方法。

(1)该植物为自花且闭花授粉植物,一般情况下其植株大多为纯合子。(2)诱变育种时用γ射线处理利用的原理是基因突变,由于基因突变具有多方向性、稀有性以及有害性三个特点,故需要处理大量种子,以获得所需品种。(3)如采用杂交育种的方式,将上述两个亲本杂交,即rrDDEE×RRddee→F1(RrDdEe),在F1自交所得的F2中选出抗病矮茎个体(R_D_E_),再通过连续自交及逐代淘汰的手段,最终获得能稳定遗传的抗病矮茎品种(RRDDEE)。一般情况下,控制性状的基因数越多,需进行多次的自交和筛选操作才能得到所需的纯合品种。若只考虑茎的高度,F1(DdEe)在自然状态下繁殖即自交后,F2中表现型及比例为9矮茎(9D_E_)∶6中茎(3D_ee、3ddE_)∶1高茎(1ddee)。(4)若采用单倍体育种的方式获得所需品种,首先需要将花药进行离体培养,得到单倍体,然后使用秋水仙素对其进行处理使其染色体数目加倍,该过程涉及的原理有基因重组和染色体畸变。

答案:(1)纯(2)多方向性、稀有性(3)选择　纯合化　年限越长 矮茎∶中茎∶高茎=9∶6∶1(4)基因重组和染色体畸变 遗传图解如下: 10.(2015·海南高考·T29)回答下列关于遗传和变异的问题:(1)高等动物在产生精子或卵细胞的过程中,位于非同源染色体上的基因之间会发生　,同源染色体的非姐妹染色单体之间可能会发生　,这两种情况都有可能导致基因重组,从而产生基因组成不同的配子。

(2)假设某物种的染色体数目为2n,在其减数分裂过程中,会出现不同的细胞,甲、乙2个模式图仅表示出了Aa、Bb基因所在的常染色体,那么,图甲表示的是(填“初级精母细胞”“次级精母细胞”或“精细胞”),图乙表示的是(填“初级精母细胞”“次级精母细胞”或“精细胞”)。

(3)某植物的染色体数目为2n,其产生的花粉经培养可得到单倍体植株。单倍体是指。

【解题指南】(1)题干关键信息:“基因重组”“染色体数目为2n”“单倍体”。

(2)关键知识:基因重组的类型、细胞分裂图像的识别。

(3)图示信息:甲图含同源染色体且每条染色体含两条染色单体,乙图不含染色单体。

【解析】本题考查变异和细胞分裂图像识别的有关知识。

(1)基因重组主要发生在高等动物配子形成过程中。精子或卵细胞的形成过程中,在减数第一次分裂后期,位于非同源染色体上的基因会发生自由组合;在减数第一次分裂前期,同源染色体的非姐妹染色单体之间可能会发生交换(交叉互换),这两种情况都可能导致基因重组,从而产生基因组成不同的配子。

(2)根据题意,该物种染色体数目为2n,图甲细胞内染色体数目为2n且存在同源染色体,并含有姐妹染色单体,故可判断图甲表示初级精母细胞;而图乙中没有同源染色体,也无染色单体,表示精细胞。

(3)单倍体是指体细胞内含有本物种配子染色体数目的个体。

高中生物知识点总结：杂交育种与诱变育种 篇5

摘 要 综述EMS诱变的原理和关键技术，简述一些EMS诱变技术在水稻育种中的应用。EMS对水稻成熟胚的愈伤组织的诱变、对水稻种子的诱变、对水稻幼穗的突变等；总结了EMS诱变育种技术存在缺点和不足；提出了今后EMS诱变技术应用在水稻育种方面的展望和发展方向。

关键词 EMS诱变；水稻；育种

中图分类号：S336 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）06--03

EMS（Ethy Methan Sulfonate）属于一种烷化试剂，是目前公认的一种最为有效且应用比较多的化学诱变试剂。EMS诱变水稻所产生的突变体，后代分离的基因数量很少，且稳定性较好，但不同的株系之间产生的突变类型比较丰富[1]。当前，水稻种质资源库新的基因极其缺乏、遗传资源日益枯竭的状态，采用EMS诱变水稻技术、创造有用目基因有重要意义。对水稻分子育种提供理论基础。

1 EMS诱变的原理

EMS诱变技术改变DNA的一些结构，通常它带有一个或者多个活性烷基，此烷基可以转移到电子密度高的碱基上，发生烷化反应，置换出氢原子，进而改变氢键的能力，使DNA结构改变。其诱导表现为嘌呤和嘧啶的转换，DNA的N-7位置的H离子被活性烷基取代后，成为一个带正电荷的集团，易发生转变型突变和置换型突变两种遗传效应。EMS诱变原理见图1。

图1 EMS诱变原理

1.1 转变型突变

烷化了的鸟嘌呤（G）不再与胞嘧啶（C）配对，从而造成G≡C碱基对变成T=A碱基对，EMS诱变大部分表现为转换型突变。

1.2 置换型突变

活化的鸟嘌呤（G）由于糖苷键发生断裂，造成了脱嘌呤，而原来鸟嘌呤的位置成了一个空位，当DNA分子在下一步复制的时候，4种碱基都有可能进入到其互补位置，造成突变，但是这种现象的可能性较小。

2 EMS诱变的关键技术

EMS具有操作比较简单、突变频率较高、突变专一及多效等优点，其诱变成败的关键技术如下。

2.1 适当的诱变剂量

处理材料时，用适当的EMS剂量以便于产生较多的变异，减少植株的不必要损伤。诱变过程中对材料造成半致死效应的剂量通常作为诱变的最适剂量，或者设置诱变剂的浓度梯度及时间梯度来筛选最适诱变剂量。

2.2 适当的筛选

表型筛选鉴定、生物技术、生理生化检测、遗传学分析等方法筛选出产生的突变体。

2.3 突变性状的遗传分析及基因定位

根据突变后代F2、F3表现性状，分析为主效基因或者是微效基因，然后采用两点测验或者三点测验的方法进行基因定位。微效基因定位一般采用标记分析、区间作图以及复杂区间作图等。

3 EMS誘变技术在水稻育种中的应用

3.1 EMS对水稻成熟胚的愈伤组织的诱导

在一定范围内，随着诱变剂量或者浓度增加，诱变频率也会随之增加，如果超过一定的剂量范围，植株死亡和细胞受损就会极大增加，因而被筛选掉的有利变异也会增加，进而使育种效率降低。

朴铁夫、原亚萍[2]等在离体培养条件下，EMS处理水稻成熟胚诱导的愈伤组织，观察处理后愈伤组织的生长变化、细胞染色体畸变和株体的分化情况。设定EMS的浓度梯度且每个梯度设置5次重复后取平均值。结果显示，低浓度EMS处理水稻成熟胚的愈伤组织有刺激生长的作用，而高浓度EMS处理对水稻成熟胚愈伤组织生长则有抑制作用，这种抑制作用随着EMS浓度的增高而加强；伴随着EMS浓度的增高，愈伤组织细胞染色体具有微核细胞数明显增加；从愈伤组织分化出来幼苗的情况看，低浓度EMS处理的愈伤组织分化出来的绿苗明显比对照多，分化率较高，高浓度的EMS处理分化出来的绿苗明显比对照少。其中最高浓度EMS处理的分化率最低。此试验表明，低浓度的EMS处理对水稻成熟胚愈伤组织的生长和分化有促进作用，而高浓度的EMS有抑制作用。低浓度的EMS对细胞呼吸强度及细胞色素氧化酶活性有刺激作用，高浓度EMS则表现为抑制作用。

刘丕庆[3]从水稻品种中丹二号的花药和幼穗中分别诱导出二倍体、四倍体的愈伤组织，并利用EMS处理愈伤组织，调查处理的愈伤组织耐盐细胞频率的变化试说明耐盐变异体筛选过程中使用诱变剂的重要。实验经过培养基配制、诱变处理、愈伤组织的筛选、相对生长量、耐盐细胞频率和细胞的计算等方法，测定EMS对愈伤组织生长的抑制作用和EMS处理后愈伤组织耐盐细胞频率的变化。EMS在较低浓度下，愈伤组织生长和对照相差比较少。EMS浓度达到一定浓度，愈伤组织生长会受到抑制，有些愈伤组织变褐死亡且相对生长量约是对照的40%。当EMS浓度达到一定量时，直到接种约20 d才有愈伤块，很多愈伤块已死亡。当EMS浓度达到最大时，所有的愈伤块都死亡。而经EMS处理后的愈伤组织的耐盐细胞频率表没有显著高于或低于对照。此实验说明EMS诱导水稻愈伤组织，可以刺激或者抑制水稻愈伤组织的生长，但是对愈伤组织耐盐细胞频率的变化几乎没有影响。

张小玲、王元辉[4]采用EMS处理水稻体细胞愈伤组织，诱导其产生变异。采用浸渍法及滴加法处理水稻体细胞愈伤组织，确定半致死质量浓度。经过与对照比较，确定再生植株株系的图变频率。试验配制3种培养基（诱导愈伤组织培养基，继代培养基，分化再生植株培养基），诱导愈伤组织，EMS处理，最后将再生植株D1代移栽到温室，成熟后单株收货构成D2代，D2代田间种植，以原品种为对照，生育期间观察记录变异情况。结果显示浸渍法处理水稻愈伤组织，EMS对水稻愈伤组织的半致死量为1～5 g/L；滴加法处理，水稻愈伤组织的半致死量为50 g/L。从实验结果来看，浸渍法的有点是愈伤组织各部分能与EMS充分作用，愈伤组织吸收EMS比较均匀，但是在浸渍和清洗过程中愈伤组织表面分生能力强的细胞容易脱落，提高愈伤组织的死亡率；而滴加法的优点是愈伤组织经过一段时间的恢复生长后，进一步处理时的存活率比较高，其缺点是愈伤组织与EMS作用不均匀，EMS长期留在培养基中会产生一些分解物质，对愈伤组织和绿苗有毒害作用。

试验上看，高浓度的处理得不到再生植株。另外，从有关EMS处理的报道中获悉，EMS处理并不是浓度越高变异频率就越高，较低的EMS浓度反而有较高的变异频率。

3.2 EMS对水稻种子的诱导

EMS对水稻种子胚的诱变伤害稍轻，不像物理诱变的抑制或损伤效果那么强烈，物理诱变如电离辐射，其穿透力较强且容易被染色体组吸收，对染色体结构的破坏性很大，强烈抑制水稻种子的萌发和根、芽的生长。

李学宝、杨学荣[5]等通过研究EMS对水稻萌发种子呼吸强度及多种酶活性影响，分析呼吸代谢、种子发芽率、幼苗生长高度和根系活力等之间的关系。选取饱满的水稻品种籼稻“广陆矮4号”预浸泡后用不同濃度的EMS震荡处理。用TTC法、微量检压法、3，5-二硝基水杨酸比色法及愈创木酚法等对种子的发芽率、发芽势、呼吸强度、细胞色素氧化酶活性以及α-淀粉酶活性等进行测定。结果显示EMS对水稻种子的发芽势、发芽率和幼苗生长高度等的影响随处理浓度的高低而异。低浓度的EMS提高幼苗的根系活力，根尖还原TTC的量明显高于对照组；当浓度进一步增加时，根系活力受到抑制并下降，最高浓度处理的TTCH含量达不到对照组的60%。较高浓度EMS的处理，根生长速度降低并且根长和根数明显少于对照组。EMS对水稻萌发种子呼吸的影响、α-淀粉酶活性的影响均存在某一“临界剂量”，在该剂量之下表现为促进作用；超过此剂量后，变为抑制作用，EMS作用的变化符合诱变剂作用的“剂量曲线”。但是EMS对氧化物酶活性的影响比较特殊：低浓度的EMS对过氧化物酶活性的影响不大；高于此剂量时，则该酶活性下降。该研究不仅研究了水稻种子萌发生长初期形态学上的效应，还对植物体内发生的生理生化变化进行了研究，为水稻EMS诱变育种提供了有力的科学依据。

陈灿，徐庆国[6]等采用不同种类的化学诱变剂（EMS、NaN3和MNU）处理水稻种子，研究其萌发和生长状况。测定发芽势，统计发芽率：稻种的胚根长度以与种子长度相等为标准，胚芽长度约以种子长的1/2为标准。计算发芽率的同时还要测量水稻的根长和芽长。

发芽指数=∑Gt/Dt（GT为t时间内的发芽数，Dt为相应的发芽天数）

活力指数=发芽指数×苗长度

诱变处理的水稻种子萌发对3种不同的化学诱变剂刺激的反应基本相同，部分低剂量的诱变剂对水稻种子发芽刺激作用，但总的情况是随着3种诱变剂浓度的增加，稻种的发芽势、发芽率呈明显下降的趋势。低浓度的化学诱变剂对稻种发芽影响表现不大，高浓度的化学诱变剂如EMS和NaN3处理严重降低稻种的发芽率和发芽势。

3.3 EMS对水稻幼穗的诱导

李学宝[7]用不同的EMS处理水稻离体幼穗，测定培养初期的呼吸强度、细胞色素氧化酶和同工酶及苹果酸脱氢酶同工酶。采取幼穗，用含不同浓度EMS的液体培养基振荡处理后将幼穗切成段，接种在固体培养基上。

低剂量的EMS对诱导率和分化率有一定的促进作用；随着EMS剂量逐渐加大，幼穗体细胞愈伤组织的诱导与分化均受到抑制，诱导效率和分化效率都表现明显降低，处理组和对照组间差异显著；高浓度的EMS延长幼穗体细胞愈伤组织的产生，未处理和低浓度处理的幼穗培养到8～10 d，即可见有愈伤组织产生，高浓度处理需13～15 d才能看见有愈伤组织产生，比对照延迟了5～7 d，且愈伤组织生长缓慢。低浓度的EMS对幼穗呼吸有一定促进作用，在EMS较高浓度时，呼吸强度与EMS浓度呈负相关；EMS对培养幼穗具有持续的生理效应；EMS对细胞色素氧化酶和对苹果酸脱氢酶同工酶的影响与EMS对愈伤组织的影响相同。

3.4 EMS对水稻的其他诱导

EMS诱导水稻不单单表现在愈伤组织、种子、幼穗等，EMS对水稻右边育种还有其他的应用。

顾佳清、张智奇[8]等用化学诱变剂EMS对粳稻进行诱变处理，来构建突变体库。结果显示出0.5%浓度的EMS溶液处理水稻种子，再经过0.5%和0.7%EMS溶液复合处理，发生突变的频率12.4%，复合处理优于一次性处理的效果。EMS诱变产生的突变体后代分离的基因数量较少且稳定性比较好，不同株系产生的突变类型比较丰富。

陈忠明、王秀娥[9]等利用EMS对籼型水稻进行诱变处理，以构建基因突变群体。M1代单本移栽并单株收取。M2代播种了5 000个家系，根据各个生育期的表现，鉴别筛选出了发生突变的411个家系，且收获271个家系。M3代对M2代收获材料按照系谱法进行跟踪观察。表明形态性状的突变率是8.22%，一些突变体具有的优良性状，可能在以后的育种中得到充分利用。

4 EMS诱变在水稻育种中应用的展望

EMS的突变频率相对比较高、能诱发出各种有用的突变基，能够在原有遗传背景基本不变的情况下，分子水平上使植物体出现有用表现性状的变异。EMS对水稻诱变产生的突变主要有：穗部形态突变、籽粒形态突变、茎秆形态突变、叶片形态突变、育性突变及熟期突变等。在植物种质资源创造、功能基因组学研究等方面发挥了重要作用。EMS在水稻育种中应用的研究广泛，在诱导水稻成熟胚的愈伤组织中，确定EMS的最适诱变浓度和最大突变率；诱导水稻种子，研究EMS对水稻种子一些生理生化指标的变化；EMS诱导水稻幼穗，分析水稻呼吸强度、细胞色素氧化酶及苹果酸脱氢酶同工酶等指标的变化。此外，利用EMS诱变处理水稻，构建基因突变群体，试图得到新的基因类型，对新型水稻育种途径提供理论依据。但由于EMS本身有毒性、对诱变材料有损伤、突变的随机性大等特点，导致要求诱变群体的数量大，后期检测工作量多。所以，有必要加强EMS诱变的深度研究，来控制变异的方向和性质，进一步加强高通量突变筛选技术的研究，提高诱变效率。

参考文献

[1]崔清志.刘晓虹，陈惠明.EMS诱变技术研究进展[J].湖南农业科学，2013（5）.

[2]朴铁生，原亚萍，郭筑英，等.EMS对水稻成熟胚愈伤组织生长和植株分化率的影响[J].核农学通报，1995，16（2）.

[3]刘丕庆.EMS和5-氮胞苷处理的水稻愈伤组织对耐盐细胞频率的影响[J].核农学通报，1999，13（3）.

[4]张小玲，林恭松，王元辉.烷化剂EMS处理水稻愈伤组织诱导突变的方法初探[J].安徽农业科学，1999（12）.

[5]李学宝，杨学荣.EMS对水稻种子萌发生长初期的影响[J].湖北农业科学，1989（3）.

[6]陈灿，徐庆国，彭波，等.不同化学诱变剂对水稻种子萌发和生长的影响[J].种子，2008，27（3）.

[7]李学宝.甲基磺酸乙酯对水稻萌发种子的生理效应[J].武汉植物学研究，1991（10）.

[8]顾佳清.张智奇，周音，等.EMS诱导水稻中花11突变体的筛选和鉴定[J].上海农业学报，2005（1）.

[9]陈忠明，王秀娥，赵彦，等.水稻93-11EMS诱导突变体的分离与鉴定[J].分子植物育种，2004（3）.