第3讲　变异、育种与进化
一、生物的可遗传变异
1．(2012·海南卷T24)玉米糯性与非糯性、甜粒与非甜粒为两对相对性状。一般情况下用纯合非糯非甜粒与糯性甜粒两种亲本进行杂交时，F1表现为非糯非甜粒，F2有4种表现型，其数量比为9∶3∶3∶1。若重复该杂交实验时，偶然发现一个杂交组合，其F1仍表现为非糯非甜粒，但某一F1植株自交，产生的F2只有非糯非甜粒和糯性甜粒2种表现型。对这一杂交结果的解释，理论上最合理的是(　　)
A．发生了染色体易位
B．染色体组数目整倍增加
C．基因中碱基对发生了替换
D．基因中碱基对发生了增添
【解析】　具有两对(或更多对)相对性状的亲本进行杂交，在F1产生配子时，在等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因表现为自由组合。如果两对(或更多对)非等位基因位于一对非同源染色体上就不会表现出自由组合。从题目可知，发生突变的植株不能进行基因的自由组合，原因最可能是发生染色体易位，使原来位于非同源染色体上的基因位于一对同源染色体上了。
【答案】　A
2．(2012·上海卷T8)下图为细胞内染色体状态示意图。这种染色体状态表示已发生(　　)

A．染色体易位　　　　B．基因重组
C．染色体倒位 D．姐妹染色单体之间的交换
【解析】　据图可看出，此现象发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，即交叉互换，属于基因重组。
【答案】　B
二、遗传与育种
3．(2012·天津卷T2)芥酸会降低菜籽油的品质。油菜有两对独立遗传的等位基因(H和h，G和g)控制菜籽的芥酸含量，下图是获得低芥酸油菜新品种(HHGG)的技术路线。已知油菜单个花药由花药壁(2n)及大量花粉(n)等组分组成，这些组分的细胞都具有全能性。

据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．①、②两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化
B．与④过程相比，③过程可能会产生二倍体再生植株
C．图中三种途径中，利用花粉培养筛选低芥酸植株(HHGG)的效率最高
D．F1减数分裂时，H基因所在染色体会与G基因所在染色体发生联会
【解析】　通过分析比较三种不同育种过程的本质快速解答。①②过程均为植物组织培养中的脱分化，均需要利用植物激素来诱导，A项正确。两亲本杂交使H基因和G基因集中到一个生物个体中，可通过杂交育种的方法获得双显性性状个体，但要获得HHGG纯合子需要H_G_个体连续多年自交，育种效率不高；根据自由组合定律推知：F1产生的花粉有HG、Hg、hG、hg四种，花药离体培养获得的再生单倍体植株也是四种，使用秋水仙素处理后可根据性状直接筛选获得纯合的HHGG植株，其效率最高；F1花药离体培养所得的再生植株中，除HG、Hg、hG、hg四种单倍体植株外，还可能有花药壁细胞经组织培养获得的HhGg二倍体植株，因而其育种效率较花粉离体培养低，B、C两项正确。分析题干得出：H基因和G基因位于两对同源染色体上，减数分裂时非同源染色体不发生联会，D项错误。
【答案】　D
4．(2012·海南卷T29)无子西瓜是由二倍体(2n＝22)与同源四倍体杂交后形成的三倍体。回答下列问题：
(1)杂交时选用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植株的________上，授粉后套袋。四倍体植株上产生的雌配子含有________条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合，形成含有________条染色体的合子。
(2)上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。该植株会产生无子果实，该果实无子的原因是三倍体的细胞不能进行正常的________分裂。
(3)为了在短期内大量繁殖三倍体植株，理论上可以采用______________的方法。
【解析】　(1)利用多倍体育种技术培育无子西瓜时，在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理得到四倍体植株，以其作母本，用二倍体植株作父本，两者杂交，把得到的种子种下去会长出三倍体植株，由于三倍体植物在减数分裂时联会紊乱，无法形成正常配子，所以在其开花后用二倍体的花粉涂抹其雌蕊或柱头，即可利用花粉产生的生长素刺激子房发育成果实，由于没有受精，所以果实里没有种子，即为无子西瓜。四倍体植株由二倍体植株经染色体加倍而来，体细胞中含有22×2＝44条染色体，减数分裂产生的雌配子所含的染色体数目为体细胞的一半(44/2＝22)，二倍体植株产生的雄配子含22/2＝11条染色体，两者结合形成含有33条染色体的受精卵。
(2)三倍体植物体细胞中的染色体含有三个染色体组，减数分裂时会发生联会的紊乱而无法形成正常的配子。
(3)利用植物组织培养技术可以快速、大量繁殖植物植株。
【答案】　(1)雌蕊(或柱头)　22　33 (2)减数
(3)组织培养(其他合理答案也可)
三、生物进化
5．(2012·江苏卷T5)下列关于生物进化的叙述，错误的是(　　)
A．生物的种间竞争是一种选择过程
B．化石是研究生物进化的重要依据
C．外来物种入侵能改变生物进化的速度和方向
D．突变的可遗传性阻碍生物进化
【解析】　生物的种间竞争可能导致处于劣势的一方被淘汰，故种间竞争是生物之间相互选择的过程，A项正确；化石是了解生物进化历程的重要依据，B项正确；外来物种入侵也会对当地群落的演替产生影响，使得某些种群的基因频率发生改变，故外来物种入侵能改变生物进化的速度和方向，C项正确；突变包括基因突变和染色体变异，属于可遗传的变异，为生物进化提供了原材料，D项错误。
【答案】　D
6．(2011·重庆卷T4)2008年 ，在重庆武隆某地下洞穴的水体中发现了一种数量少、眼睛退化的“盲鱼”。下列有关叙述，正确的是(　　)
A．盲鱼眼睛的退化是黑暗诱导基因突变的结果
B．种群密度是限制盲鱼种群增长的关键生态因素
C．洞内水体中溶解氧增加将提高盲鱼种群的K值
D．盲鱼作为进化研究的材料体现生物多样性的间接使用价值
【解析】　盲鱼眼睛的退化是自然选择的结果；限制盲鱼种群增长的关键生态因素是水体中的溶氧量等环境条件，而非种群密度(盲鱼数量少)；K值是环境容纳量，环境条件改善可以提高种群的K值；盲鱼作为进化研究的材料体现了生物多样性的直接使用价值。
【答案】　C
1.基因突变
(1)基因突变的原因、特点等(见下图)
(2)基因突变与生物性状的关系
①基因突变对性状的影响：突变间接引起密码子改变，决定的氨基酸可能改变，最终表现为蛋白质功能可能改变，影响生物性状。
②基因片段上碱基对的种类发生改变不一定会导致生物性状的改变，原因可能有三个：
a．突变部位可能在非编码部位(内含子和非编码区)。
b．基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸。
c．基因突变若为隐性突变，如AA→Aa，也不会导致性状的改变。
③基因突变对后代性状的影响：
a．基因突变发生在体细胞有丝分裂过程中，突变可通过无性生殖传给后代，但不会通过有性生殖传给后代。
b．基因突变发生在精子或卵细胞形成的减数分裂过程中，则突变可能通过有性生殖传给后代。
c．生殖细胞的突变率一般比体细胞的突变率高，这是因为生殖细胞在减数分裂时对外界环境变化更加敏感。
2．基因重组与进化的关系(见下图)
(2)易位与交叉互换的区别
①易位属于染色体结构变异，发生在非同源染色体之间，是指染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上。
②交叉互换属于基因重组，发生在同源染色体的非姐妹染色单体之间，如下图所示：
(2012·江苏卷)科学家将培育的异源多倍体的抗叶锈病基因转移到普通小麦中，育成了抗叶锈病的小麦，育种过程见下图。图中A、B、C、D表示4个不同的染色体组，每组有7条染色体，C染色体组中含携带抗病基因的染色体。请回答下列问题。
(1)异源多倍体是由两种植物AABB与CC远缘杂交形成的后代，经___________方法培育而成，还可用植物细胞工程中______________方法进行培育。
(2)杂交后代①染色体组的组成为________，进行减数分裂时形成________个四分体，体细胞中含有________条染色体。
(3)杂交后代②中C组的染色体减数分裂时易丢失，这是因为减数分裂时这些染色体________。
(4)为使杂交后代③的抗病基因稳定遗传，常用射线照射花粉，使含抗病基因的染色体片段转接到小麦染色体上，这种变异称为________________。
【解析】　(1)植物AABB和CC远缘杂交得到的F1植株ABC是高度不育的，需经秋水仙素处理，诱导其染色体数目加倍，得到AABBCC的异源多倍体可育植株。另外，也可利用植物细胞工程中的植物体细胞杂交技术，用AABB和CC的体细胞进行融合形成杂种细胞后再经植物组织培养得到AABBCC的可育植株。(2)杂交后代①是基因型为AABBCC和AABBDD的植株经有性杂交得到的，其染色体组的组成为AABBCD，因每个染色体组中含7条染色体，故进行减数分裂时AA和BB能分别形成7个四分体，而C和D不能形成四分体。AABBCD为6个染色体组，共含42条染色体。(3)在减数分裂中不能进行正常联会(同源染色体配对)的染色体很容易丢失。(4)抗病基因在C组的染色体上，而普通小麦的染色体中不含C组染色体，故染色体片段是在非同源染色体之间的移接，应属于染色体结构变异中的易位。
【答案】　(1)秋水仙素诱导染色体数目加倍　植物体细胞杂交　(2)AABBCD　14　42　(3)无同源染色体配对
(4)染色体结构变异
1．(2011·安徽卷)人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄碘能力。临床上常用小剂量的放射性同位素131I治疗某些甲状腺疾病，但大剂量的131I对人体会产生有害影响。积聚在细胞内的131I可能直接(　　)
A．插入DNA分子引起插入点后的碱基序列改变
B．替换DNA分子中的某一碱基引起基因突变
C．造成染色体断裂、缺失或易位等染色体结构变异
D．诱发甲状腺滤泡上皮细胞基因突变并遗传给下一代
【解析】　DNA分子的组成元素为C、H、O、N、P，不含碘元素，故碘不能插入DNA分子中或替换某一碱基；大剂量的放射性同位素131I积聚在甲状腺滤泡上皮细胞可诱发其发生基因突变，但基因突变发生在体细胞而不是生殖细胞，故不能遗传给下一代；大剂量131I可能造成染色体断裂、缺失或易位等染色体结构变异，故C项正确。
【答案】　C
2．(2012·江苏卷)某植株的一条染色体发生缺失突变，获得该缺失染色体的花粉不育，缺失染色体上具有红色显性基因B，正常染色体上具有白色隐性基因b(见下图)。如以该植株为父本，测交后代中部分表现为红色性状。下列解释最合理的是(　　)
A．减数分裂时染色单体1或2上的基因b突变为B
B．减数第二次分裂时姐妹染色单体3与4自由分离
C．减数第二次分裂时非姐妹染色单体之间自由组合
D．减数第一次分裂时非姐妹染色单体之间交叉互换
【解析】　由于“缺失染色体的花粉不育”，若以该植株为父本，测交后代理论上应该全部表现为白色。若出现部分红色性状，可能是图示染色单体1或2上的基因b突变为B，但这种可能性很小，故A项不是最合理的；减数第二次分裂时，即使姐妹染色单体3与4分离，由于其缺失突变，产生的花粉也不育，因而B项不合理；减数第二次分裂时姐妹染色单体分开成为染色体，分别移向细胞两极，不发生自由组合，因而C项也不合理；最可能的原因是减数第一次分裂的四分体时期，由于四分体中的非姐妹染色单体之间发生了交叉互换，基因B转移到染色单体1或2上，D项最合理。
【答案】　D
1.四种常见育种方式的比较
2.关于育种方案的“选取”
(1)在所有育种方法中，最简捷、最常规的育种方法——杂交育种。
(2)根据不同育种需求选择不同的育种方法
①将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。
②要求快速育种，则运用单倍体育种。
③要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。
④要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。
⑤若实现“定向”改变性状，则用基因工程。
(3)杂交育种选育的时间是从F2代开始，原因是从F2开始发生性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。
(2012·浙江卷)玉米的抗病和不抗病(基因为A、a)、高秆和矮秆(基因为B、b)是两对独立遗传的相对性状。现有不抗病矮秆玉米种子(甲)，研究人员欲培育抗病高秆玉米，进行以下实验。
取适量的甲，用合适剂量的γ射线照射后种植，在后代中观察到白化苗4株、抗病矮秆1株(乙)和不抗病高秆1株(丙)。将乙与丙杂交，F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗病矮秆。选取F1中抗病高秆植株上的花药进行离体培养获得幼苗，经秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株(丁)。
另一实验表明，以甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高秆。
请回答：
(1)对上述1株白化苗的研究发现，控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA，因此该基因不能正常__________ ，功能丧失，无法合成叶绿素，表明该白化苗的变异具有________的特点，该变异类型属于________。
(2)上述培育抗病高秆玉米的实验运用了________、单倍体育种和杂交育种技术，其中杂交育种技术依据的原理是________。花药离体培养中，可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株，也可通过诱导分化成________获得再生植株。
(3)从基因组成看，乙与丙植株杂交的F1中抗病高秆植株能产生________种配子。
(4)请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到F1的过程。
【解析】　(1)DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或替换而引起的基因结构改变属于基因突变。由此可以判断，控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA属于基因突变，突变后的基因不能正常表达而影响细胞正常的生理功能。基因突变具有低频性、不定向性、多害少利性等特点。
(2)取适量甲种子，用合适剂量的γ射线照射，属于诱变育种的方法；杂交育种的原理为基因重组；单倍体育种常采用花药离体培养技术，在该过程中，可通过诱导其脱分化形成愈伤组织，再分化出芽、根获得再生植株，也可以通过诱导分化成胚状体获得再生植株。
(3)根据甲与丁杂交的结果可判断抗病对不抗病为显性、高秆对矮秆为显性。因为乙为抗病矮秆，其基因型为A_bb，丙为不抗病高秆，其基因型为aaB_，再根据乙与丙杂交的结果，可判断乙的基因型为Aabb，丙的基因型为aaBb。乙与丙杂交，F1中抗病高秆的基因型为AaBb，根据基因自由组合定律可知，它能产生AB、Ab、aB、ab四种数目相等的配子。
(4)根据乙、丙的基因型，写出遗传图解如下：
【答案】　(1)表达　有害性　基因突变　(2)诱变育种　基因重组　胚状体　(3)4
(4)
3．(2012·太原高三调研)下图表示基因型为AaBb的水稻的单倍体育种过程，下列说法中错误的是(　　)

A．图中②过程可以发生染色体畸变和基因突变
B．①过程细胞的形态和数目均发生变化
C．培养出的二倍体水稻其体细胞的基因组成均为AABB
D．图中培养出的试管苗高度不育
【解析】　②过程是再分化过程，该过程伴随细胞的分裂和分化，可以发生染色体畸变和基因突变，A项正确；①过程是脱分化过程，指花药细胞经过分裂或不分裂逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生状态，形成无组织结构的细胞团或愈伤组织的过程，B项正确；未经秋水仙素处理前，细胞的基因型为AB，进行分裂的细胞经秋水仙素处理后，细胞基因型为AABB，培养出的二倍体水稻的基因型不全为AABB，C项错误；AaBb的水稻花药离体培养的试管苗细胞只含一组染色体组，表现出高度不育，D项正确。
【答案】　C
4．(2012·河南省级示范高中高三联考)下图表示用AAbb和aaBB两个品种的某种农作物培育出AABB品种的过程，相关叙述不正确的是(　　)
A．基因重组可发生在图中的①②③④步骤
B．经步骤⑥(人工诱变)处理获得的品种的基因型不一定是AABB
C．①和②所采用的方法分别是杂交和测交
D．若该植物是两年生植物(第一年秋冬季播种，第二年春夏季开花、结果)，则通过“①→④→⑤”途径获得基因型为AABB的植株至少需要3年
【解析】　图中涉及的育种方法有杂交育种(①→②→③)，单倍体育种(④→⑤)、诱变育种(⑥)。基因重组主要发生在减数分裂的过程中，而图中①②③④步均要发生减数分裂，A项正确；因诱变育种的原理是基因突变，而基因突变具有不定向性，所以获得的品种基因型不一定是AABB，B项正确；图中①过程为杂交，②过程为自交，C项错误；若该植物是两年生植物(第一年秋冬季播种，第二年春夏季开花、结果)，则①→④→⑤要经过第一年播种、第二年收获种子及播种、第三年收获种子及播种即可得AABB的幼苗，D项正确。
【答案】　C
5．(2012·石家庄高三质检)以二倍体植物甲(2N＝10)和二倍体植物乙(2n＝10)进行有性杂交，得到的F1不育。以物理撞击的方法使F1在第一次减数分裂时整套的染色体分配到同一个次级细胞中，第二次减数分裂正常，再让这样的雌雄配子结合，产生F2。下列有关叙述正确的是(　　)
A．植物甲和乙能进行有性杂交，说明它们属于同种生物
B．F1为四倍体，具有的染色体数目为N＝10、n＝10
C．若用适宜浓度的秋水仙素处理F1幼苗，则长成的植株是可育的
D．物理撞击的方法导致配子中染色体数目加倍，产生的F2为二倍体
【解析】　甲和乙有性杂交产生的F1是不育的，说明二者之间存在生殖隔离，它们属于不同的物种；F1含有2个染色体组，共10条染色体，其中5条来自甲，5条来自乙；F1幼苗经秋水仙素处理后，染色体数目加倍，长成的植株是可育的；利用物理撞击的方法使配子中染色体数目加倍，产生的F2为四倍体。
【答案】　C
1.现代生物进化理论图解
2．现代生物进化理论的主要内容
(1)种群是生物进化的基本单位，生物进化的过程实质上是种群基因频率发生变化的过程。
(2)突变和基因重组是产生生物进化的原材料。
(3)自然选择决定生物进化的方向。
(4)隔离是物种形成的必要条件。
3．物种形成的方式
(3)人工创造新物种
通过植物体细胞杂交(如番茄—马铃薯)、多倍体远缘杂交(如甘蔗—萝卜)、多倍体育种(如八倍体小黑麦)等方式也可以创造新物种。
4．生物进化与物种形成的关系
(1)区别：生物进化的实质是种群基因频率的改变，因此，可以认为种群的基因频率发生改变就意味着生物进化了。而物种的形成是基因频率改变到一定的程度，直到新类群与原种群不能实现基因交流为止(产生了生殖隔离)。可见，二者是量变和质变的关系。
(2)联系：生物发生进化，并不一定形成新物种，但是新物种的形成要经过生物进化，即生物进化是物种形成的基础。
(3)判断依据：判断生物进化的依据是看种群基因频率是否发生改变，只要种群基因频率发生了改变，种群就发生了进化；而判断物种形成的依据是看是否产生生殖隔离。
5．生物进化与生物多样性
(1)生物多样性主要包括：基因、物种、生态系统的多样性。
(2)生物进化与生物多样性的关系：生物多样性的形成是生物进化的结果，生物多样性的产生又加速了生物的进化。
(2012·海南卷)关于现代生物进化理论的叙述，错误的是(　　)
A．基因的自发突变率虽然很低，但对进化非常重要
B．不同基因型的个体对环境的适应性可相同，也可不同
C．环境发生变化时，种群的基因频率可能改变，也可能不变
D．同一群落中的种群相互影响，因此进化的基本单位是群落
【解析】　基因突变率虽然低，却是生物变异的根本来源，是生物进化的原材料，A项正确；生物的表现型是基因型与环境共同作用的结果，基因型不同，表现型相同，对环境的适应性相同，也可能表现型不同，对环境的适应性也不同，B项正确；环境发生的变化如果影响到某些基因型，由于环境的选择作用，就会使种群的基因频率改变；如果环境发生的变化不影响种群中各基因型的适应性，也可能不起选择作用，使基因频率不变，C项正确；种群内个体之间才有基因交流，所以生物进化的基本单位是种群而非群落，D项错误。
【答案】　D
6．(2012·上海卷)研究证实，杂草解毒能力增强是杂草对除草剂产生抗性的主要机制之一。从种群水平分析，这是因为(　　)
A．种群内的基因突变加快
B．种群内的基因频率发生了变化
C．种群内形成了生殖隔离
D．种群内的基因突变朝着抗药性发展
【解析】　除草剂对杂草进行选择，使能抗除草剂的杂草大量繁殖，相应的抗除草剂基因频率增加， B项正确。
【答案】　B
7．(2012·广东卷)科学家用人工合成的染色体片段，成功替代了酵母菌的第6号和第9号染色体的部分片段，得到的重组酵母菌能存活，未见明显异常。关于该重组酵母菌的叙述，错误的是(　　)
A．还可能发生变异
B．表现型仍受环境的影响
C．增加了酵母菌的遗传多样性
D．改变了酵母菌的进化方向
【解析】　因酵母菌中替换的是第6号和第9号染色体的部分片段，这种变异属染色体结构变异，这样的重组酵母菌还有可能再发生基因突变等可遗传的变异，A项正确；生物的表现型是基因型与环境条件共同作用的结果，B项正确；替代的人工合成的染色体片段中含有原酵母菌所没有的基因，故增加了酵母菌的遗传多样性，C项正确；生物的进化方向是由定向的自然选择决定的，D项错误。
【答案】　D
8．(2011·江苏卷)根据现代生物进化理论，下列说法正确的是(　　)
A．自然选择决定了生物变异和进化的方向
B．生物进化的实质是种群基因型频率的改变
C．种群内基因频率的改变在世代间具有连续性
D．种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小
【解析】　根据现代生物进化理论可知，生物变异的方向是不定向的，而自然选择是定向的，故自然选择决定了生物进化的方向；生物进化的实质是种群基因频率的改变，而不是基因型频率的改变；种群内基因频率改变的偶然性是随着种群数量下降而增大的；种群内基因频率的改变在世代间具有连续性，故C项正确。
【答案】　C
预计2013年高考，生物的变异及其在育种方面的应用仍将是考查的重点。从考查形式上，会把生物的变异与遗传病、育种或进化结合进行综合考查。选择题方面，侧重于可遗传的变异(基因突变、基因重组等)、染色体组、基因(或基因型)频率等概念的理解及遗传方式的判断；非选择题方面，常以遗传系谱图来考查生物的变异，或以某一作物育种为背景，综合考查育种原理、育种方法的区别与联系。试题难度在0.45左右。
下图为某家族两种遗传病的系谱图，已知甲病(由A或a基因控制)和乙病(由B或b基因控制)其中一种病为伴性遗传。请回答下列有关问题。
(1)甲病的遗传方式属于________遗传方式，可由________个体的表现判断。
(2)写出Ⅰ1的基因型________，她的一个初级卵母细胞产生的卵细胞类型有________种。
(3)若Ⅲ8与Ⅲ11结婚，生育一个只患一种病的子女的概率为__ 。
(4)人的X染色体和Y染色体大小、形态不完全相同，但存在着同源区(Ⅱ)和非同源区(Ⅰ、Ⅲ)(如下图所示)。由此可以推测
Ⅱ片段上某基因(用D字母表示)控制的遗传病，患病率与性别________(填“有”或“无”)关，例如________基因型的亲本组合产生的子女患病率一定不同。
【研析】　本题主要考查遗传系谱图分析及XY染色体上基因控制的性状遗传。解题过程如下：
【答案】　(1)常染色体隐性　5、6、9
(2)AaXBXb　1
(3)3/8
(4)有　XdXd×XdYD