高中生物现代生物技术在育种中的应用综合题

开两性花的二倍体陆地棉易得黄萎病，研究人员已从海岛棉分离出抗黄萎病基因(StVe，简称基因S)，发现整合到陆地棉的2号染色体和线粒体上的基因S能表达出等效的抗性，但线粒体上的基因 S 表达的抗性会逐代减弱。请回答下列问题：
（1）符合长期种植要求的种子（幼苗） 是下列图示中的             。

(2)为了快速地获得更多的符合生产要求的种子，将上述6种幼苗全部种植，逐步进行如下操作：
①将所有具有抗性的植株自交得到自交系一代，同时还将这些具有抗性的植株作为父本（其精子内的线粒体不会进入卵细胞）与表现型为              的植株杂交得到杂交系一代，将杂交系一代种子全部种植，检测其抗性。若同一株系的植株全部表现为              ，则其对应的自交系一代就是符合要求的种子。
②让所有有抗性的杂交系一代植株自交，得到自交系二代种子，这些种子类型是              （种子类型用上图中的序号表示），对应的比例是              。
（3）某种群陆地棉，基因型为AA、Aa的植株分别为90%、9%，它们能够正常繁殖，但基因型为aa植株不能产生卵细胞，能产生花粉。问该种群自由交配一代后，具有正常繁殖能力的植株占              。

现有两个小麦品种，一个纯种麦性状是高杆(D)，抗锈病(T)；另一个纯种麦的性状是矮杆(d)，易染锈病(t)。两对基因独立遗传。育种专家提出了如下图所示Ⅰ、Ⅱ两种育种方法以获得小麦新品种。问：

⑴要缩短育种年限，应选择的方法是   ，依据的变异原理是     ；另一种方法的育种原理是_________。
⑵图中①和④基因组成分别为_______和______。
⑶(二)过程中，D和d的分离发生在_______；(三)过程采用的方法称为_________；(四)过程常用的化学药剂是________。
⑷(五)过程产生的抗倒伏抗锈病植株中的纯合体占         。

单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。镰刀型细胞贫血症是一种在地中海地区发病率较高的单基因遗传病,已知红细胞正常个体的基因型为BB、Bb,镰刀型细胞贫血症患者的基因型为bb。有一对夫妇被检测出均为该致病基因的携带者,为了能生下健康的孩子,每次妊娠早期都进行产前诊断。下图为其产前核酸分子杂交诊断和结果示意图。

(1)从图中可见,该基因突变是由于   引起的。正常基因该区域上有3个酶切位点,突变基因上只有2个酶切位点,酶切后,凝胶电泳分离酶切片段,与探针杂交后可显示出不同的带谱,正常基因显示   条,突变基因显示   条。 
(2)DNA或RNA分子探针要用       等标记。利用核酸分子杂交原理,根据图中突变基因的核苷酸序列(—ACGTGTT—),写出用作探针的核糖核苷酸序列                            。
(3)根据凝胶电泳带谱分析可以确定胎儿是否会患有镰刀型细胞贫血症。这对夫妇4次妊娠的胎儿Ⅱ1~Ⅱ4中需要停止妊娠的是   ,Ⅱ4的基因型为   。
(4)正常人群中镰刀型细胞贫血症基因携带者占1/10 000,Ⅰ2若与一正常女性再婚,生出患病儿子的概率为   。

鸡的性别决定方式属ZW型,芦花与非芦花是一对相对性状,芦花(B)对非芦花(b)为显性,基因位于Z染色体上。研究表明,某些原因会造成染色体区段连带基因丢失的现象。若B、b中的一个丢失会造成个体生活力下降但能存活,若一对基因都丢失则个体无法存活。现有一芦花母鸡Z^BW与非芦花公鸡Z^bZ^b杂交,子代出现了一只非芦花公鸡。请采用两种不同的方法判断这只非芦花公鸡的出现是由染色体缺失引起的,还是由于基因突变造成的?
方法一 显微镜观察法:取该非芦花公鸡的部分精巢细胞用   酶处理,然后按解离、   、   、制片等步骤制成临时装片,置于显微镜下,找到       时期的细胞进行观察,观察染色体是否出现“拱形”结构。如果有,则是由   引起的,反之则是由   造成的。
方法二 杂交实验法:将该非芦花公鸡与多只   (填“芦花”、“非芦花”或“芦花和非芦花均可”)母鸡进行交配。简要阐述你的理由:                                                       
                                                                                       。

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                                                                     。

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。

某校生物兴趣小组的同学对某家族进行一种人类遗传病的调查,情况如下:
☆父亲李有皮肤病,母亲梅皮肤正常。
☆李和梅的第一个孩子是女孩吉玛,她和父亲一样患有皮肤病。
☆梅的姐姐也有皮肤病,但梅的父母没有。
☆李有个哥哥的皮肤是正常的,但有个姐姐也患有皮肤病。
☆李的妈妈有皮肤病,而李的爸爸没有皮肤病。
请回答以下问题:
(1)画出李一家三代与皮肤病相关的遗传系谱图(要求标出每一个成员)。(图式:□正常男性、○正常女性、男患者、女患者)
(2)该皮肤病致病基因位于   染色体上,是   性遗传。李哥与梅具有相同基因组成的几率是                                          。
(3)如有一对表现型正常的表兄妹婚配,生了一个既有该皮肤病又患色盲的小孩,他们再生一个小孩只患一种病的几率是   。
(4)人类的红细胞膜上不同的糖蛋白分子构成红细胞的不同血型。假设Xg血型遗传是由一对等位基因控制,在人群中的表现型有Xg阳性和Xg阴性两种。为了研究Xg血型的遗传方式,设计如下一张Xg血型调查的统计表。(调查对象只有上、下代)

	Xg阳性与Xg阳性婚配	Xg阴性与Xg阴性婚配
女	男	女	男
亲代
子代

如果你认为此表格存在缺陷,请指出不足之处                                      。

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。

如图1表示某果蝇体细胞染色体组成，图2表示该果蝇所产生的一个异常生殖细胞，依图回答下列问题：

（1）该精原细胞进行正常的减数分裂时，在次级精母细胞（中期）中性染色体组成为_______，一个初级精母细胞X染色体上的两个W基因在_______期发生分离。
（2）若一个精原细胞的一条染色体上的B基因在复制时一条脱氧核苷酸链中一个A替换成T，则由该精原细胞产生的精细胞携带该突变基因的概率________。
（3）图2所示是一个异常精细胞，造成这种异常的原因是在该精细胞形成过程中_______ 。
（4）果蝇中点状染色体(4号染色体)缺失一条也可以存活，而且能够繁殖后代。已知R、r位于常染色体上，分别控制长翅和残翅这相对性状(残翅为隐性性状)，欲判断残翅果蝇基因是否位于4号染色体上。
实验步骤是：
先利用_______果蝇与纯合长翅且4号染色体缺失的果蝇交配，统计子代的性状表现。
实验结果预测及结论：
①若子代中出现长翅果蝇和残翅果蝇且比例为_______，则说明残翅基因位于4号染色体上；
②_______，则说明残翅基因不位于4号染色体上。

下图表示小麦的三个品系的部分染色体及基因组成：I、II表示染色体，D为矮杆基因，T为抗白粉病基因，R为抗矮黄病基因，均为显性，d为高杆基因。乙品系是通过基因工程获得的品系，丙品系由普通小麦与近缘种偃麦草（二倍体）杂交后，经多代选育而来（图中黑色部分是来自偃麦草的染色体片段）。

（1）普通小麦为六倍体，染色体数是42条，丙品系体细胞中染色体数为56条，若每个染色体组包含的染色体数相同，则丙品系的一个染色体组含有    条染色体。
（2）培育乙品系过程中需用到的工具酶有                                。
（3）甲和丙杂交得到F1，若F1减数分裂中I甲与I丙因差异较大不能正常配对，将随机移向细胞的任何一极，F1产生的配子中DdR占      (用分数表示）。
（4）甲和乙杂交，得到的F1中矮杆抗白粉病植株再与丙杂交，后代基因型有   种(只考虑图中的有关基因）。
（5）若把甲和乙杂交得到的 F1基因型看作DdTt，请用遗传图解和必要的文字表示F1经单倍体育种得到矮杆抗白粉病纯合子的过程。

如图为具有两对相对性状的某自花传粉的植物种群中甲植物(纯种)的一个A基因和乙植物(纯种)的一个B基因发生突变的过程(已知A基因和B基因是独立遗传的)。请分析该过程，回答下列问题：

(1)上述两个基因突变是由于        引起的。
(2)右图为甲植株发生了基因突变的细胞，它的基因型为   ，表现型是   ，请在图中标明基因与染色体的关系。

(3)甲、乙发生基因突变后，植株及其子代均不能表现突变性状，为什么？可用什么方法让其后代表现出突变性状？
(4)a基因和b基因分别控制两种优良性状。请利用已表现出突变性状的植株为实验材料，设计实验，培育出同时具有两种优良性状的植株。(用文字简要描述)

下图为水稻的几种不同育种方法示意图，据图回答：

(1)B常用的方法是_________________________________________________，
C、F过程常用的药剂是       _______________________________ 。
(2)打破物种界限的育种方法是    (用图中的字母表示)，该方法所运用的原理是_________________________________________________________。
(3)假设你想培育一个稳定遗传的水稻品种，它的性状都是由隐性基因控制的，最简单的育种方法是     (用图中的字母表示)；如果都是由显性基因控制的，为缩短育种时间常采用的方法是         (用图中的字母表示)。
(4)现有三个水稻品种，①的基因型为aaBBDD，②的基因型为AAbbDD，③的基因型为AABBdd，三对等位基因分别位于三对同源染色体上。如果每年只繁殖一代，若要获得aabbdd植株，至少需要    年的时间。

优质彩棉是通过多次杂交获得的品种，其自交后代常出现色彩、纤维长短等性状遗传不稳定的问题。请分析回答：
(1)欲解决彩棉性状遗传不稳定的问题，理论上可直接培养   ，通过_______   育种方式，快速获得纯合子。但此技术在彩棉育种中尚未成功。
(2)为获得能稳定遗传的优质彩棉品种，研究人员以白色棉品种57-4作母本，棕色彩棉作父本杂交，授粉后存在精子与卵细胞不融合但母本仍可产生种子的现象。这样的种子萌发后，会出现少量的父本单倍体植株、母本单倍体植株及由父本和母本单倍体细胞组成的嵌合体植株。
①欲获得纯合子彩棉，应选择   植株，用秋水仙素处理   ，使其体细胞染色体数目加倍。
②下图是研究人员在诱导染色体数目加倍时的实验处理和结果，本实验的目的是探究 _____________________________________________________________
_________________________________________________________________ ，
实验效果最好的处理是 _______________________________________________
_________________________________________________________________ 。

③欲鉴定枝条中染色体数目是否加倍，可以通过直接测量___________________
                ，并与单倍体枝条进行比较作出判断。
(3)欲检测染色体数目已加倍的植株是否为纯合子，在实践中应采用__________
的方法，依据后代是否出现       作出判断。

四倍体大蒜的产量比二倍体大蒜高许多，为探究诱导大蒜染色体数目加倍的最佳低温，特设计如下实验。
(1)实验主要材料：大蒜、培养皿、恒温箱、卡诺氏液、体积分数为95%的酒精溶液、显微镜、改良苯酚品红染液。
(2)实验步骤：
①取五个培养皿，编号并分别加入纱布和适量的水。
②将培养皿分别放入-4℃、0℃、   、     、   的恒温箱中1 h。
③ _______________________________________________________________。
④分别取根尖   cm，放入   中固定0.5 h～1 h，然后用___________
       冲洗2次。
⑤制作装片：解离→   →   →制片。
⑥低倍镜检测，________________________________________，并记录结果。
(3)实验结果：染色体加倍率最高的一组为最佳低温。
(4)实验分析：
①设置实验步骤②的目的是 ___________________________________________
_________________________________________________________________ 。
②对染色体染色还可以用     、       等。
③除低温外，   也可以诱导染色体数目加倍，原理是 _______________
_________________________________________________________________ 。

下图表示某植物细胞内色素的合成途径(字母表示控制相应酶的基因)。红色素和蓝色素混合使花瓣表现为紫色，蓝色素和黄色素混合使花瓣表现为绿色，白色表示该化合物不是色素。若两纯合亲本杂交得F₁，F₁自交得到的F₂中紫色：绿色：蓝色=9：3：4。

请回答：
(1)亲本的基因型可能是____________________。图示过程所体现的基因控制生物性状的方式是通过控制_________________，进而控制生物性状。
(2)若F₂中的绿色植株自交，其子一代中杂合子所占的比例为_______。F₂中紫色个体与白色个体杂交，其子代________(能／不能)出现白色个体，理由是______________。
(3)在重复上述实验过程中，研究人员发现了一株发生“性状分离”的F₁植株(部分枝条上开出了蓝色花)，该变异是细胞分裂过程中出现________或________的结果。
(4)根据上述F₂的表现型及比例只能证明其中的两对等位基因______分别位于两对同源染色体上，不足以做出上述三对等位基因分别位于三对同源染色体上的判断，若要进一步验证，实验设计思路：让________________杂交得到F₁，F₁自交，统计F₂的性状表现及比例并据此做出判断。若上述三对等位基因分别位于三对同源染色体上，则F₂的基因型应为_________种。