生物育種方法的應用類試題研究

田奇林，生物特級教師，全國中小學名師，國家實驗教學名師工作室核心組成員，教育部基礎教育教研優秀論文終評專家，奧林匹克競賽命題專家，“百家講堂”主講專家。

生物育種方法的運用是體現高考生物試題難度、區分度的良好命題素材。近年來高考對該知識點的考查發生了較大的變化。從命題的理念看，由傳統的雜交育種轉向太空育種（誘變育種）和生物工程（基因工程和細胞工程）育種；從命題素材看，由對某種方法的單一考查轉向對多種育種方法的綜合考查；從能力要求看，由理解能力轉向綜合運用和實驗探究能力的考查。現就如何根據育種的目的，選擇不同需求的育種方法及規范作答等作一探討。

一、根據目的，選擇育種方法

育種的根本目的是培育具有優良性狀（抗逆性好、生命力強、產量高、品質優良）的新品種，以便更好地為人類服務。從基因組成上看，目標基因型可能是純合體，可防止后代發生性狀分離，便于制種和推廣；也可能是雜合體，即利用雜種優勢的原理，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量、質量是解決糧食問題的主要途徑之一。

（1）為提高農作物的產量，得到抗倒伏、抗銹病等優良性狀，科學家往往采取多種育種方法來培育符合農業生產要求的新品種。根據下面提供的材料，設計育種方案，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要得到能直接應用于生產的具有抗倒伏、抗銹病等優良性狀的品種，該品種應是 。

②所選擇的生物材料： （填寫代表生物材料的字母）。

③育種過程中運用的最常見的方法是 。

④預期產生這種結果（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）隨著科技的發展，許多新的育種方法已經出現并投入使用。

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熱門話題，如“神七”就搭載了萌發著的植物種子。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。科學家為了減少農藥的使用，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能直接應用于生產的品種要保持優良性狀，其自交后代不發生性狀分離，一般為純合子。②雜交育種的原理是基因重組，將兩個品種的優良性狀（抗倒伏、抗銹病）組合到一起，選擇A、B兩個親本可以達到這一目的。③最快的育種方法是單倍體育種，常用技術有雜交、花藥離體培養、人工誘導染色體加倍等。④親本雜交后的子代花藥離體培養、人工誘導染色體加倍后得到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、人工誘導染色體加倍后，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，兩者雜交得到的個體有4個染色體組，人工誘導染色體加倍后為八倍體，屬于染色體變異。②“神七”搭載萌發著的植物種子的主要目的是借助太空的紫外線誘導基因突變，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自原核生物，運用轉基因技術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；因為基因突變是不定向的 ③基因工程育種 基因重組

【方法規律】在解答“育種”類試題時，需要根據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的問題，推測育種結果，并得出相關結論。

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。如果檢測純合子，則用測交或自交；若既要檢測純合子又要分離純合子時，如果優良性狀是顯性性狀則用連續自交，如果優良性狀是隱性性狀則直接分離；已知多對性狀要獲得純合子，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：

（1）若要培育隱性性狀個體，則可用自交或雜交，只要出現該性狀即可。

（2）有些植物如小麥、水稻等，雜交實驗較難操作，則選擇自交方法最簡便。

（3）若要快速獲得純種，則用單倍體育種方法。

（4）若實驗植物為營養繁殖類如土豆、地瓜等，則只要出現所需性狀即可，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）提高營養物質含量可運用多倍體育種。

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

（8）若要定向地改造生物性狀，則可用基因工程育種。

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

二、掌握策略，設計育種實驗

例2 如圖所示，科研小組用60Co照射棉花種子，誘變當代獲得棕色（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基因（A、a）控制，棉酚含量由另一對基因（B、b）控制，兩對基因獨立遺傳。

（1）兩個新性狀中，棕色是 性狀，低酚是 性狀。

（2）誘變當代中，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，低酚棉產量高。為獲得抗蟲高產棉花新品種，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單獨的區域，從 的區域中得到純合棕色、高酚植株。請你利用該純合體作為一個親本，再從誘變1代中選擇另一個親本，設計一方案，盡快選育出抗蟲高產（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，純合體后代不發生性狀分離，因此應從不發生性狀分離（或全為棕色棉或沒有出現白色棉）的區域中選擇出純合棕色、高酚植株。育種時間短應選擇單倍體育種方案。

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

【思維拓展】設計育種方案時，應該注意是“動物育種”還是“植物育種”。植物育種時，可以用連續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。動物只能選相同性狀的個體相互交配，待性狀分離后篩選，然后用測交方法檢測純合子，這是由于動物大多是雌雄異體，不能“自交”。

育種年限的要求及計算方法：若需要獲得植株，則比獲得種子多一年，因為獲得種子后，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。

生物工程技術育種的組合及其遺傳性：

（1）轉基因植物培育：基因工程+植物組織培養，具有兩親本的遺傳性。

（2）轉基因動物培育：基因工程+動物細胞培養+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。

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

（4）胚胎移植：有性生殖+動物細胞培養+胚胎移植，具有兩親本的遺傳性。

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

（6）試管嬰兒：體外受精+動物細胞培養+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；胚胎分割產生的后代遺傳性相同，相當于無性繁殖。

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斑紋性狀分別由Ⅱ號染色體上的A和a基因控制。雄蠶由于吐絲多，絲的質量好，更受蠶農青睞，但在幼蠶階段，雌雄不易區分。于是，科學家采用下圖所示的方法培育出了“限性斑紋雌蠶”來解決這個問題。請回答：

（1）家蠶的一個染色體組含有 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）在生產中，可利用限性斑紋雌蠶和無斑紋雄蠶培育出根據體色辨別幼蠶性別的后代。請用遺傳圖解和適當的文字，描述選育雄蠶的過程。

【解析】（1）家蠶是二倍體生物，其體細胞含56條染色體的二倍體生物，其生殖細胞含有28條染色體，因此一個染色體組有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，應屬于染色體結構變異。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號染色體有2個a基因，W性染色體上有1個A基因，故基因型為aaZWA。（3）用限性斑紋雌蠶和無斑紋雄蠶雜交，其后代中無斑紋的都是雄蠶，有斑紋的都是雌蠶。

【答案】（1）28 （2）結構變異 雜交育種 aaZWA （3）如圖所示

（文字說明：后代中有斑紋的均為雌蠶，應淘汰；無斑紋的均為雄蠶，應該保留）

【應對策略】不同的育種方法所依據的原理不同，其適用的條件會有一定的差別。解答此類試題時，一定要認真審題，明確試題要求，結合各種育種方法的特點及其適用條件進行合理選擇。如：

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

（2）獲得較大果實或大型植株或提高營養物質含量選用多倍體育種。

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

（4）實現定向改變現有性狀選用基因工程育種。

三、規范審題，精準解答育種類試題

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

A.由品種AABB、aabb經過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的植株經過過程③，子代中AAbb與aabb的數量比是1：1

C.與過程“①②③”的育種方法相比，過程⑤⑥的優勢是明顯縮短了育種年限

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

【解析】首先規范審題，審出關鍵詞或關鍵語句。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；將不同品種優良性狀集中到一個個體上，應用雜交手段，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；利用轉基因技術獲取新品種（④過程）為基因工程育種。

依據審出的信息，作出精準判斷。選項A，對雜交育種本質不理解會錯選A項。選項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C，該選項是“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勢會錯選C項。選項D，運載體不是酶，而是一種運輸工具，所以D選項敘述錯誤。

【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原有品種的遺傳物質，培育出符合人類需求的新品種。解題時還要加強對諸如絕大多數生物為二倍體，其單倍體應高度不育，但部分多倍體的配子發育成的個體則有可能可育等特殊問題的研究。同時，還要注意幾種育種方法的處理時間，如利用基因突變育種時，處理時間是細胞分裂的間期，利用染色體變異育種時，處理時間是萌發的種子或幼苗等。在具體解題中，要正確區分不同育種方式的特點，恰當使用育種程序步驟綜合分析，尋找解題突破口。