生物育种方法的应用类试题研究

田奇林，生物特级教师，全国中小学名师，国家实验教学名师工作室核心组成员，教育部基础教育教研优秀论文终评专家，奥林匹克竞赛命题专家，“百家讲堂”主讲专家。

生物育种方法的运用是体现高考生物试题难度、区分度的良好命题素材。近年来高考对该知识点的考查发生了较大的变化。从命题的理念看，由传统的杂交育种转向太空育种（诱变育种）和生物工程（基因工程和细胞工程）育种；从命题素材看，由对某种方法的单一考查转向对多种育种方法的综合考查；从能力要求看，由理解能力转向综合运用和实验探究能力的考查。现就如何根据育种的目的，选择不同需求的育种方法及规范作答等作一探讨。

一、根据目的，选择育种方法

育种的根本目的是培育具有优良性状（抗逆性好、生命力强、产量高、品质优良）的新品种，以便更好地为人类服务。从基因组成上看，目标基因型可能是纯合体，可防止后代发生性状分离，便于制种和推广；也可能是杂合体，即利用杂种优势的原理，如杂交水稻的培育、玉米的制种等。

例1 粮食是人类生存的基本条件，提高单位面积粮食的产量、质量是解决粮食问题的主要途径之一。

（1）为提高农作物的产量，得到抗倒伏、抗锈病等优良性状，科学家往往采取多种育种方法来培育符合农业生产要求的新品种。根据下面提供的材料，设计育种方案，以便最快得到所需品种。非生物材料：可自选。生物材料有：

A.水稻的高秆（显性）抗锈病（显性）纯种

B.水稻的矮秆（隐性）不抗锈病（隐性）纯种

C.水稻的高秆（显性）不抗锈病（隐性）纯种

①要得到能直接应用于生产的具有抗倒伏、抗锈病等优良性状的品种，该品种应是 。

②所选择的生物材料： （填写代表生物材料的字母）。

③育种过程中运用的最常见的方法是 。

④预期产生这种结果（所需性状类型）的概率是 。如果从播种到获得种子需要一年，则获得该品种植株至少需要 年。

（2）随着科技的发展，许多新的育种方法已经出现并投入使用。

①用普通小麦和黑麦培育的八倍体小黑麦的原理是 。

②航天育种是目前的一个热门话题，如“神七”就搭载了萌发着的植物种子。那么利用这种方法是否一定能获得人们所期望的理想性状？为什么？ 。

③螟虫是危害水稻的主要害虫之一。科学家为了减少农药的使用，希望培育出具有抗螟虫性状的水稻新品种，最适合的育种方法是 ，其原理是 。

【解析】（1）①能直接应用于生产的品种要保持优良性状，其自交后代不发生性状分离，一般为纯合子。②杂交育种的原理是基因重组，将两个品种的优良性状（抗倒伏、抗锈病）组合到一起，选择A、B两个亲本可以达到这一目的。③最快的育种方法是单倍体育种，常用技术有杂交、花药离体培养、人工诱导染色体加倍等。④亲本杂交后的子代花药离体培养、人工诱导染色体加倍后得到4种纯合子，比例相同，因此抗倒伏抗锈病性状的概率为1/4。亲本杂交得到种子（子代）需要1年，子代花药离体培养、人工诱导染色体加倍后，得到纯合子需要1年。

（2） ①普通小麦为六倍体，黑麦为二倍体，两者杂交得到的个体有4个染色体组，人工诱导染色体加倍后为八倍体，属于染色体变异。②“神七”搭载萌发着的植物种子的主要目的是借助太空的紫外线诱导基因突变，由于基因突变是不定向的，所以不一定能获得人们所期望的理想性状。③抗虫性状的基因一般来自原核生物，运用转基因技术将抗虫基因移接到植物体，属于基因重组。

【答案】（1）①纯合子（纯种） ②A、B ③单倍体育种 ④1/4 2

（2）①染色体变异 ②不一定；因为基因突变是不定向的 ③基因工程育种 基因重组

【方法规律】在解答“育种”类试题时，需要根据提供的材料选择合适的亲本及育种方法，分析育种过程中出现的问题，推测育种结果，并得出相关结论。

育种方法的选用要求：一般作物育种可以选用杂交育种和单倍体育种。如果检测纯合子，则用测交或自交；若既要检测纯合子又要分离纯合子时，如果优良性状是显性性状则用连续自交，如果优良性状是隐性性状则直接分离；已知多对性状要获得纯合子，首选单倍体育种，然后才是自交。为了得到特殊性状，可以选择诱变育种或多倍体育种，如果将不同物种的性状组合在一起，可以选用基因工程等。方法小结：

（1）若要培育隐性性状个体，则可用自交或杂交，只要出现该性状即可。

（2）有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，则选择自交方法最简便。

（3）若要快速获得纯种，则用单倍体育种方法。

（4）若实验植物为营养繁殖类如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。

（5）若要培育之前没有的性状，则可用诱变育种。

（6）提高营养物质含量可运用多倍体育种。

（7）将两个亲本的不同优良性状集中在一起，可利用杂交育种（含植物细胞的杂交）。

（8）若要定向地改造生物性状，则可用基因工程育种。

（9）在实际育种过程中，并非单一地运用某种育种方式，而是根据需要选择多种育种方式综合运用。

二、掌握策略，设计育种实验

例2 如图所示，科研小组用60Co照射棉花种子，诱变当代获得棕色（纤维颜色）新性状，诱变1代获得低酚（棉酚含量）新性状。已知棉花的纤维颜色由一对基因（A、a）控制，棉酚含量由另一对基因（B、b）控制，两对基因独立遗传。

（1）两个新性状中，棕色是 性状，低酚是 性状。

（2）诱变当代中，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）棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从 的区域中得到纯合棕色、高酚植株。请你利用该纯合体作为一个亲本，再从诱变1代中选择另一个亲本，设计一方案，尽快选育出抗虫高产（棕色、低酚）的纯合棉花新品种（用遗传图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，因此棕色是显性，亲代白色、高酚自交后代是白色、低酚和白色、高酚，因此低酚是隐性。诱变当代中，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，纯合体后代不发生性状分离，因此应从不发生性状分离（或全为棕色棉或没有出现白色棉）的区域中选择出纯合棕色、高酚植株。育种时间短应选择单倍体育种方案。

【答案】（1）显性 隐性 （2）AaBB aaBb （3）不发生性状分离或全为棕色棉或没有出现白色棉

【思维拓展】设计育种方案时，应该注意是“动物育种”还是“植物育种”。植物育种时，可以用连续自交的方法获得纯合子，这是由于植物中雌雄同体的物种较多。动物只能选相同性状的个体相互交配，待性状分离后筛选，然后用测交方法检测纯合子，这是由于动物大多是雌雄异体，不能“自交”。

育种年限的要求及计算方法：若需要获得植株，则比获得种子多一年，因为获得种子后，第二年才能获得植株。若需要获得跨年度的植物（如小麦），则比不跨年度的植物（如豌豆）要多一年。

生物工程技术育种的组合及其遗传性：

（1）转基因植物培育：基因工程+植物组织培养，具有两亲本的遗传性。

（2）转基因动物培育：基因工程+动物细胞培养+胚胎移植，具有两亲本的遗传性。

（3）核移植（克隆）动物培育：核移植+动物细胞培养+胚胎移植，具有两亲本的遗传性。

（4）胚胎移植：有性生殖+动物细胞培养+胚胎移植，具有两亲本的遗传性。

（5）植物体细胞杂交：酶工程+体细胞融合+植物组织培养，具有两亲本的遗传性。

（6）试管婴儿：体外受精+动物细胞培养+胚胎移植，具有两亲本的遗传性。

注：异源多倍体具有两亲本的遗传性；胚胎分割产生的后代遗传性相同，相当于无性繁殖。

例3 家蚕是二倍体生物，含56条染色体，ZZ为雄性，ZW为雌性。幼蚕体色中的有斑纹和无斑纹性状分别由Ⅱ号染色体上的A和a基因控制。雄蚕由于吐丝多，丝的质量好，更受蚕农青睐，但在幼蚕阶段，雌雄不易区分。于是，科学家采用下图所示的方法培育出了“限性斑纹雌蚕”来解决这个问题。请回答：

（1）家蚕的一个染色体组含有 条染色体。

（2）图中变异家蚕的“变异类型”属于染色体变异中的 。由变异家蚕培育出限性斑纹雌蚕所采用的育种方法是 。图中的限性斑纹雌蚕的基因型为 。

（3）在生产中，可利用限性斑纹雌蚕和无斑纹雄蚕培育出根据体色辨别幼蚕性别的后代。请用遗传图解和适当的文字，描述选育雄蚕的过程。

【解析】（1）家蚕是二倍体生物，其体细胞含56条染色体的二倍体生物，其生殖细胞含有28条染色体，因此一个染色体组有28条染色体。（2）由图可知，该家蚕的变异属于非同源染色体之间的易位，应属于染色体结构变异。由变异家蚕培育出限性斑纹雌蚕所采用的育种方法为杂交育种。限性斑纹雌蚕的Ⅱ号染色体有2个a基因，W性染色体上有1个A基因，故基因型为aaZWA。（3）用限性斑纹雌蚕和无斑纹雄蚕杂交，其后代中无斑纹的都是雄蚕，有斑纹的都是雌蚕。

【答案】（1）28 （2）结构变异 杂交育种 aaZWA （3）如图所示

（文字说明：后代中有斑纹的均为雌蚕，应淘汰；无斑纹的均为雄蚕，应该保留）

【应对策略】不同的育种方法所依据的原理不同，其适用的条件会有一定的差别。解答此类试题时，一定要认真审题，明确试题要求，结合各种育种方法的特点及其适用条件进行合理选择。如：

（1）集中不同亲本的优良性状选用杂交育种，集中优良性状且缩短育种年限选用单倍体育种。

（2）获得较大果实或大型植株或提高营养物质含量选用多倍体育种。

（3）提高变异频率，改良或直接改变现有性状，获得当前不存在的基因（性状）选择诱变育种。

（4）实现定向改变现有性状选用基因工程育种。

三、规范审题，精准解答育种类试题

例4 假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB，aabb两个品种，为培育出优良品种Aabb，可采用的方法如图所示。有关叙述不正确的是（ ）

A.由品种AABB、aabb经过①、②、③过程培育出新品种的育种方式称为杂交育种

B.基因型为Aabb的植株经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是1：1

C.与过程“①②③”的育种方法相比，过程⑤⑥的优势是明显缩短了育种年限

D.过程④在完成目的基因和运载体结合时，必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体

【解析】首先规范审题，审出关键词或关键语句。如本题题干中包含如下信息：两种基因遗传遵循自由组合定律；将不同品种优良性状集中到一个个体上，应用杂交手段，育种方式为杂交育种（①②③过程）；⑤⑥利用花粉培育新品种，为单倍体育种；利用物理因素获取新品种（⑦过程）为诱变育种；利用转基因技术获取新品种（④过程）为基因工程育种。

依据审出的信息，作出精准判断。选项A，对杂交育种本质不理解会错选A项。选项B，题干确定亲本基因型为Aabb，其自交（③过程）的后代基因型及比例为AAbb∶Aabb∶aabb=1∶2∶1，即AAbb∶aabb=1∶1。选项C，该选项是“⑤⑥”单倍体育种与“①②③”杂交育种相比较，单倍体育种大大缩短了育种年限，若不了解单倍体育种的优势会错选C项。选项D，运载体不是酶，而是一种运输工具，所以D选项叙述错误。

【答案】D

作物育种方式包括杂交、诱变、单倍体育种、多倍体育种以及基因工程等生物工程育种，育种的最终目的就是改变原有品种的遗传物质，培育出符合人类需求的新品种。解题时还要加强对诸如绝大多数生物为二倍体，其单倍体应高度不育，但部分多倍体的配子发育成的个体则有可能可育等特殊问题的研究。同时，还要注意几种育种方法的处理时间，如利用基因突变育种时，处理时间是细胞分裂的间期，利用染色体变异育种时，处理时间是萌发的种子或幼苗等。在具体解题中，要正确区分不同育种方式的特点，恰当使用育种程序步骤综合分析，寻找解题突破口。