利用生产生活实践讲好高考遗传学中的育种问题

文| 肖 翠

一、新课标下的高考遗传题概况及学生答题出现的问题

纵观近两年新高考的遗传题目，以育种为背景的居多。主要考查了：

1.遗传的细胞学基础，主要形式为分析杂交实验结果，得出性状由几对基因控制，以及基因与染色体的位置关系。

2.遗传的分子基础，主要形式为分析亲代和子代的核酸和蛋白质电泳图，如图1（2022 福建），分析亲代和子代的基因型和表现型。

图1 2022 福建卷

2022 年福建卷：图1 是对F1和F2中四种蛋白质电泳分析的结果。其中Lox1、2、3 是三种脂氧酶，从图中可以看出F2中有7s 蛋白缺失和不缺失两种性状，有脂氧酶1 缺失，脂氧酶2、3 缺失，脂氧酶1、2、3都缺失和脂氧酶1、2、3 都不缺失四种性状。

3.考查育种流程，如2021 年福建卷对留种问题的考查，用乙植株自交留种的同时，单株作为父本分别与母本甲植株杂交，单株收获的种子种成株系，统计性状分离比，从而选择出符合要求的乙植株。2022年湖南卷对株系的分析判断：将杂交组合①的F2所有高轩植株自交，分别统计单株自交后代的表现型及比例，分为三种类型。其中单株自交后代的统计方法就是单株收获种子种成株系，分析株系的性状分离比。

4.学生答题情况。从近两年的学生答题情况看，学生在解决育种相关问题的时候，对于遗传的细胞学基础，也就是基因与染色体的位置关系的判断还是相对较熟练的。通过大量的训练，学生对电泳结果的分析也日渐娴熟。比较困难的，还是对育种流程中的一些细节的把握，如没有留种的意识、对株系概念理解不到位。这跟学生对育种相关知识的掌握只停留在理论层面，知识片段化，缺少与生产实践的结合，对育种相关知识缺乏系统性有关。

二、如何结合生产生活实践讲好高考遗传学中的育种问题

（一）帮助学生从自然变异和人工变异两个角度，梳理种质资源的来源

图2 中所呈现的就是种质资源的两种来源自然变异和人工变异，以及从选育到推广的育种流程。使学生对育种的过程有更加系统的理解。

图2 作物常规品种选育手续

（二）了解植物和动物的一些常用的真实育种流程

1.帮助学生整理如下植物育种的常用方法，抓住自交系、株系、杂交、回交、留种等关键词。

方法1：利用自然资源进行植物育种，如系统选择法。系统选择法是直接从自然变异中进行选择并通过比较试验选育新品种的途径。系统选择其实也是人工变异育种的基础，杂交育种、单倍体育种、多倍体育种和基因工程育种的最后一步都是选育。

教师可以给学生介绍两种基本的选择方法加深学生对株系和选育留种这两个重要概念的理解。单株选择法（图3）：从原始群体→选择优良单株→下一年种成株系→分别与标准品种比较。混合选择法（图4）：从混杂的原始群体中选取典型优良（或变异）单株→混合留种（脱粒）→下一代播种在混选区里，与标准品种（当地优良品种）和原始群体的小区相邻栽种，进行比较鉴定。

图3 单株选择法

图4 混合选择法

方法2：利用人工变异进行植物育种，杂交育种。系谱法（图5）杂交育种是快速获得植物种质资源的最常用方法。如图5 所示，A、B 两个品系有互补的优良性状，二者杂交得到F1，F1自交得到F2，从F2中选择有优良性状的单株，单株脱粒种成株系得到F3，从F3中的优良株系中选则优良单株再种成株系得到F4，直到达到育种目的。

图5 系谱法

玉米和水稻有明显的杂种优势，但需要年年制种。引导学生分析得出：玉米和水稻可以自交，因此需要培育雄性不育系作为母本，来获得杂种优势；雄性不育系不能自交，因此要通过培育保持系与雄性不育系杂交得到雄性不育系留种；将恢复系与雄性不育系杂交留种，即可得到杂交种。

其中恢复系的恢复性能要强，对不育系具有很强的恢复能力，其与不育系杂交产生的杂种一代在自然授粉情况下结实率应在90%以上，套袋自交结实一般也不应低于80%；配合力高，与常用不育系杂交能表现出强大的杂种优势；要有理想的农艺性状，主要性状要与不育系互补；雄蕊发育好，花粉量大，散粉能力强，单性花发达等。

方法3：回交育种，就是将一自交系存在的一个或两个方面的缺点，通过另外一个自交系把所需弥补的性状转育过来，又能保持原来系的配合力的一种方法。例如，某一自交系有多方面的优良性状，但不抗倒，这样可选择另外一个抗倒的自交系与之杂交，然后在其后代中选择抗病植株再与两个自交系中的其中一个进行回交，回交的代数主要看其后代是否已将需要弥补的抗倒性状结合过去，直到符合要求为止。这样经过若干代回交后，再自交一次，就可以选得优良而抗倒的改良自交系。

方法4：多倍体育种，在我国小麦的育种上有重要的应用，也是结合生产实践教学的很好素材。可以引导学生书写普通的六倍体小麦和八倍体小黑麦的育种过程。同时对异源二倍体、异源三倍体、异源四倍体不育的原因进行分析。

如普通小麦育种：一粒小麦（AA）与斯氏麦草（BB）杂交得到杂种1（AB），由于AB 是异源染色体组，减数分裂时不能正常联会，所以不育。杂种1 经染色体加倍得到拟二粒小麦（AABB），此时出现同源染色体组可正常联会，因此拟二粒小麦可育。拟二粒小麦（AABB）与滔氏麦草（DD）杂交，得到杂种2（ABD），由于是三组异源染色体，因此杂种2 也是不育的。杂种2 经染色体加倍后得到六倍体普通小麦（AABBDD），由于出现同源染色体组，因此恢复育性。接下来可以进一步引导学生写出六倍体普通小麦与黑麦（EE）杂交，培育八倍体小黑麦的育种流程。

方法5：基因工程育种，将现代生物技术手段应用到动植物育种中，是一个热门的领域，我国在这方面也有了飞跃性的进展。由于一个外源基因进入的时候会与已知等位基因存在几种位置关系：分别位于两对同源染色体上；位于一对同源染色体上，与显性基因连锁；位于一对同源染色体上，与隐性基因连锁；位于细胞质中。因此可以作为遗传的细胞学基础的训练素材，引导学生就外源基因的位置进行画图分析，并设计杂交实验进行验证。

2.帮助学生梳理如下动物育种常用方法，抓住本地系、近交系、杂交、封闭繁殖等关键词。

方法1：杂交育种，动物的纯系品种往往是通过封闭繁育获得的近交系。常用的方法有正反交反复选择法（图6）、三元杂交法、近交系双杂交法。正反交反复选择法：A 系与B 系都是通过封闭繁育得到的近交系。第一年将A 系的雄性与B 系的雌性进行正交，将A 系的雌性与B 系的雄性进行反交。从正反交子代中选择出高产品系。再用正交的高产子代中的A 系与反交的高产子代中的A 系进行杂交留种。同时再用正交的高产子代中的B 系与反交的高产子代中的B 系进行杂交留种。

图6 玉米高出籽率杂交种育种方案

方法2：鱼类的多倍体育种，通过杂交、物理学方法和化学方法，如静水压法、温度休克法和电休克法聚乙二醇（PEG）、6-二甲基氨基嘌呤（6-DMAP）、秋水仙素、咖啡因和N2O 等，抑制第二极体的释放或抑制第一次卵裂，而使染色体倍数增加，可以获得多倍体的鱼类。

（三）学生对育种方法的综合应用还需要进行有效的针对性训练

1.训练素材要结合生产实践，注重对育种过程的书写训练。

以玉米的育种为例：玉米的出籽率由基因B、b控制，现有一定数量的基因型为BB 和bb 的籽粒，农科所想每年都获得生产所需的杂交种，请用遗传图解和必要的文字说明表示其育种流程。

学生在书写育种流程时，基本上都可以将大田用的杂交种是如何获得的写清楚，但是没有自交留种的意识，也缺少必要的文字说明。如两个低出籽率的品种自交后获得的种子如何分配，哪些种子是符合生产要求的。

2.尽量使用整体情景，使学生对育种方法达到灵活综合运用。

以水稻的抗草甘膦除草剂品种育种过程为例，可以做如下设计：

提供资料：草甘膦除草剂是一种常用的农田、果园除草剂。抗草甘膦植物中EPSPS 基因拷贝数是敏感型植株的100 倍。假如你是育种工作者，为了培育抗草甘膦除草剂的水稻，请以现有的敏感型水稻纯系品种为材料，综合应用多种育种方法，设计育种方案。

方案1：利用自然变异选择育种

在生产大田中喷洒该除草剂，将抗除草剂植株通过多次单株选择法选育留种。

方案2：杂交育种

将敏感型水稻品系与野生型抗除草剂雄性不育品系杂交，选育留种，同时培育雄性不育保持系留种。

方案3：诱变育种

用γ 射线照射上述敏感型水稻幼苗，用该除草剂喷洒幼苗，将抗除草剂植株选育留种。

问题拓展：为了探究抗除草剂突变体的遗传机制，可以采用什么方法进行探究？

（1）将突变品系与敏感型品系进行杂交，F1进行自交，统计F2表现型和比例。（2）用电泳的方法分析亲本和F1F2植株的基因组成。（3）用电泳的方法对敏感型和突变品系的EPSPS 蛋白进行分析。（4）对敏感型和突变品系的抗除草剂基因进行基因测序，分析突变机制。

方案4：基因工程育种

将抗除草剂基因导入敏感型水稻的愈伤组织细胞，通过组织培养获得转基因的抗除草剂水稻，再通过自交，选育得到抗除草剂的纯和品系。

问题拓展：已知水稻的高杆和矮杆受一对等位基因Dd 控制，用农杆菌转化法导入的抗除草剂基因与Dd 的位置关系有几种情况，画图分析。

学生通过画图分析可知外源基因可以与已知基因位于非同源染色体上；也可与D 基因或d 基因连锁。可将抗除草剂转基因植株自交进行验证。

总之，如果在高考复习中能够将知识的复习结合生产生活实践，并进行有效的针对性训练，那么难度较高的遗传题也可以得到有效的突破。