高中生物现代生物技术在育种中的应用综合题

某植物种子的子叶有黄色和绿色两种，由两对基因控制，现有两个绿色子叶的种子X、Y，种植后分别与纯合的黄色子叶植株进行杂交获得大量种子（F₁），子叶全部为黄色，然后再进行如下实验：（相关基因用M、m和N、n表示）
I：X的F₁全部与基因型为mmnn的个体相交，所得后代性状及比例为：黄色：绿色=3：5
II.Y的F₁全部自花传粉，所得后代性状及比例为：黄色：绿色=9：7
请回答下列问题：
（1）实验I中，花粉成熟前需对母本做的人工操作有_________________。
（2）Y的基因型为_____________，X的基因型为______________          。
（3）纯合的绿色子叶个体的基因型有__________种；若让Y的F₁与基因型为mmnn的个体相交，其后代的性状及比例为_______________。
（4）遗传学家在研究该植物减数分裂时，发现处于某一时期的细胞（仅研究两对染色体），大多数如图1所示，少数出现了如图2所示的“十字形”图像。（注：图中每条染色体只表示了一条染色单体）

①图1所示细胞处于_________            期，图2中发生的变异是___________     。
②图1所示细胞能产生的配子基因型___________                                 。研究发现，该植物配子中出现基因缺失时不能存活，若不考虑交叉互换，则图2所示细胞产生的配子基因型有___________种。

甲磺酸乙酯(EMS)能使鸟嘌呤(G)的N位置上带有乙基而成为7乙基鸟嘌呤，这种鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对，从而使DNA序列中G—C对转换成A—T对。育种专家为获得更多的变异水稻亲本类型，常先将水稻种子用EMS溶液浸泡，再在大田种植，通过选育可获得株高、穗形、叶色等性状变异的多种植株。请回答下列问题：
(1)用EMS浸泡种子是为了提高         ，某一性状出现多种变异类型，说明变异具有           。EMS诱导水稻细胞的DNA发生变化，而染色体的           不变。
(2)下图表示水稻一个基因片段的部分碱基序列。若用EMS溶液浸泡处理水稻种子后，该DNA序列中所有鸟嘌呤(G)的N位置上均带有了乙基而成为7乙基鸟嘌呤。请绘出经过一次DNA复制后所形成的两个DNA分子(片段)的碱基序列。
ATCCCGTAATAGGGCATT     EMS溶液浸泡处理后DNA复制
(3)水稻矮秆是一种优良性状。某纯种高秆水稻种子经EMS溶液浸泡处理后仍表现为高秆，但其自交后代中出现了一定数量的矮秆植株。请简述该矮秆植株形成的过程。
________________________________________________________________________。
（4)某水稻品种经处理后光反应酶的活性显著提高，这可能与相关基因突变有关。在叶肉细胞内控制光反应酶的相关基因可能分布于____________(填细胞结构名称)中。
(5)已知水稻的穗形受两对等位基因(Sd₁和sd₁、Sd₂和sd₂)共同控制，两对基因独立遗传，并表现为基因互作的累加效应，即：基因型为Sd₁__Sd₂__的植株表现为大穗，基因型为sd₁sd₁Sd₂__、Sd₁__sd₂sd₂的植株均表现为中穗，而基因型为sd₁sd₁sd₂sd₂的植株则表现为小穗。某小穗水稻种子经EMS处理后，表现为大穗。为了获得稳定遗传的大穗品种，下一步应该采取的方法可以是____________________________________________________。
(6)实验表明，某些水稻种子经甲磺酸乙酯(EMS)处理后，DNA序列中部分G—C碱基对转换成A—T碱基对，但性状没有发生改变，其可能的原因有__________________(至少答对两点)

下图①～⑤列举了五种育种方法，请回答相关问题：

(1)①属于________育种。水稻某一优良性状(A)对不良性状(a)为显性，如用第①种方法育种，杂合子Aa逐代自交3次，后代中纯合子的比例是________。
(2)第④种育种方法的原理是________，红色种皮的花生种子第④种育种方法培育获得了一株紫色种皮的变异植株，其自交后代中有些结出了红色种皮的种子，其原因是__________________。
(3)三倍体无子西瓜的培育采用的是方法______，能体现细胞具全能性的是方法______(选填①～⑤)。与方法①相比方法②的优点是_________                    _。
(4)通过育种方法⑤培育抗虫棉属基因工程育种，此操作过程中抗虫基因表达时的遗传信息传递方向是____________________。

(11分)粮食是人类生存的基本条件，随着人口增加、耕地面积减少，提高单位面积粮食的产量、质量自然就成了人们解决粮食问题的主要途径。
(1)为了提高农作物的单产量，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要求的新品种，根据以下提供的材料，设计最佳育种方案，在最短时间内得到所需品种。
生物材料：
A．小麦的高秆(显性)抗锈病(显性)纯种     B．小麦的矮秆(隐性)不抗锈病(隐性)纯种
C．小麦的高秆(显性)不抗锈病(隐性)纯种
非生物材料：自选
①育种名称：_____       ___育种。
②所选择的生物材料：__________   __。(填写字母)
③该育种方案最常用的方法是__________________________________________
______________________。
④希望得到的是能应用于生产的__________________（纯合/杂合）的，具有抗倒伏、抗锈病等优良性状的品种。
⑤预期产生这种结果(所需性状类型)的概率是_____________________________。
(2)随着科技的发展，许多新的育种方法已经出现并投入应用，如：①培育三倍体西瓜的方法是_       ___ ____，常用的化学药剂是_____          ___。②通过基因工程培育抗虫棉，其育种原理是________________________。
(3)目前通过卫星搭载种子育成了太空椒，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？
_______，_________________________________________________________________。

I．玉米籽粒黄色和白色是一对相对性状，发现黄色基因T与白色基因t是位于9号染色体上的一对等位基因，已知无正常9号染色体的花粉不能参与受精作用。现有基因型为Tt的黄色籽粒植株A，其细胞中9号染色体如下图所示。

（1）为了确定植株A的T基因位于正常染色体还是异常染色体上，让其进行自交产生F₁。如果F₁表现型及比例为              ，则说明T基因位于异常染色体上。
（2）以植株A为父本，正常的白色籽粒植株为母本杂交产生的F₁中，发现了一株黄色籽粒植株B，其染色体及基因组成如上面右图所示。该植株的出现可能是由于亲本中的         本减数分裂过程中          未分离造成的。
II．下图是一个尿黑酸症（D对d显性）家族系谱图，请回答：

（3）该致病基因在      染色体上       遗传，Ⅲ₁₁的基因型是       ，如果Ⅱ₄已经怀孕，为了判断胎儿是否患病，可采取的有效手段是        （遗传咨询、B超检查、基因检测）。

21三体综合征又称先天愚型或唐氏综合症，患者智能低下、体格发育迟缓面容特殊，是人类染色体病中最常见的一种，发生率约1/700，母亲年龄愈大，后代本病的发病率愈高。人21号染色体上特有的短串联重复序列（一段核苷酸序列）可作为遗传标记对21三体综合征做出快速的基因诊断（遗传标记可理解为等位基因，三条染色体共有三个控制相对性状的基因）。现有一21三体综合征患儿，其遗传标记的基因型记为NNn，其父亲该遗传标记的基因型为nn，母亲该遗传标记的基因型为Nn。

（1）若该21三体综合征患儿为男孩，其体细胞的染色体组成是          ，从变异类型分析，此变异属于            。出现此情况是双亲中____________的第21号染色体在减数第____________次分裂中未正常分离，其减数分裂过程如右图，在右图所示细胞中，不正常的细胞有            。
（2）21三体综合征、镰刀型细胞贫血症都能用光学显微镜检出，检测材料分别是人体的_________________和________________。
（3）21三体综合征患者很常见，而20、19、18等染色体三体综合征却很少见，你认为可能原因是                                                          。
（4）研究人员发现，21三体综合征男性患者多不育，女性患者可产生后代，早期干预基本能正常生活，问某女性21三体综合征患者（遗传标记的基因型为NNn，减数分裂时三条染色体两条配对，一条成单）减数分裂理论上可产生的配子种类及比例为____________________________________，与正常个体婚配，后代患三体综合征的比例为______________，基于很高的患病比例，所以要做好产前诊断。

图A和图B分别表示甲、乙果蝇某染色体上的部分基因 （果蝇甲和果蝇乙是亲子代关系）。请据图回答：

（1）与图A相比，图B发生了               变异。
（2）图A染色体上控制白眼性状基因与控制棒眼性状基因的根本区别在于                       _。
（3）一个自然繁殖、表现型正常的果蝇种群，性别比例偏离较大，经研究发现该种群的基因库中存在致死基因，它能引起某种基因型的个体死亡。从该种群中选取一对雌雄果蝇相互交配，F₁中有202个雌性个体和98个雄性个体。请回答：
①导致上述结果的致死基因具有         性致死效应，位于     染色体上。让F₁中雌雄果蝇相互交配，F₂中出现致死的几率为             。
②从该种群中任选一只雌果蝇，如何鉴别它是纯合子还是杂合子？
                                                                            。
（4）二倍体动物缺失一条染色体称为单体。假如某等位基因Rr位于果蝇Ⅳ号染色体上，我们可用带荧光标记的R、r共有的序列作探针，与某果蝇（Ⅳ号染色体缺失的单体）各细胞内染色体上R、r基因杂交，观察处于有丝分裂后期的细胞，细胞中有            个荧光点。

人类第7号染色体和第9号染色体之间可能发生如甲图所示变异，变异后细胞内基因结构和种类未发生变化。后代若出现9号染色体“部分三体”(细胞中9号染色体的某一片断有三份)，表现为痴呆；出现9号染色体“部分单体”(细胞中9号染色体的某一片断只有一份)，胚胎早期流产。乙图为由于第7号、9号染色体变异而导致的流产、痴呆系谱图。已知系谱各成员细胞染色体数均为46条，I—l、II—1、III—2染色体正常；I—2、II—2表现正常，但均为7号、9号染色体变异携带者(细胞中7号和9号染色体组成为AA+BB-)；发生变异的7号、9号染色体能与正常7号、9号染色体联会，形成配子。请回答。

(1)甲图所示，9号染色体上的片段移接到7号染色体上，这种变异属于     变异。变异的7号或9号染色体上基因的           发生了改变。
(2)个体III—1的7号和9号染色体组成为         (用甲图中的字母表示)。
(3)9号染色体“部分单体”的后代早期流产，胎儿不能成活，则成活的III—3个体为7号、9号染色体变异携带者的概率是         。
(4)III—3婚配，为避免生出染色体异常的患儿，妊娠期间须进行              ，如羊水检查。将胎儿脱落的细胞从羊水中分离并通过           技术增殖细胞，适时加入秋水酰胺(与秋水仙素功能相似)，通过抑制分裂细胞内          ，使染色体不能移向细胞两极。选取有丝分裂      期的细胞进行观察，从面诊断出胎儿染色体是否异常。

玉米（2N＝20）是重要的粮食作物之一。已知玉米的高秆（A）对矮秆（a）为显性，抗病（B）对易感病（b）为显性，控制上述两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。现有两个纯合的玉米品种甲（AABB）和乙（aabb），据此培养aaBB品种。根据材料回答下列问题：

（1）图1中，经过a、b、c过程培育出新品种的育种方式称为，F₂的高秆抗病玉米中纯合子占；将F₁与另一玉米品种丙杂交，后代的表现型及其比例如图2所示，则丙的基因型为。
（2）过程e常采用方法来获得aB个体。与过程a、b、c的育种方法相比，过程a、e、f育种的优势是。与过程g的育种方式相比，过程d育种的优势是___。
（3）欲使玉米中含有某种动物蛋白成分可采用过程d育种方法，其原理是，若现有玉米均为晚熟品种，欲培育早熟品种可采用过程[]育种方法

(10分)西兰花不仅是营养丰富的蔬菜，更是一种保健蔬菜。在美国《时代》杂志推荐的十大健康食品中名列第四；美国公众利益科学中心把西兰花列为十种超优食物之一。古代西方人还将西兰花推崇为“天赐的良药”和“穷人的医生!”黄瓜更是家喻户晓。
有人说黄瓜和西兰花轮作（即第一季种黄瓜，第二季种西兰花）有利于提高产量，也有人说套种（即在一茬地里两种农作物间行种植）更能提高产量，根据材料结合所学知识回答问题
（1）农业上常采用_________________处理，从而获得无子黄瓜，这种变异属于_______________（可遗传变异，不可遗传变异）.
（2）黄瓜属于雌雄同株异花的植物，用一定浓度的乙烯利喷洒黄瓜幼苗可以改变雌花与雄花的比例，由此得出，生物的性状是______________和____________共同作用的结果
（3）假设黄瓜果实长形（A）和短形（a ）是一对相对性状，表面有刺（B）对表面光滑（b）是另一对相对性状.现用长形表面有刺和短形表面光滑两个纯种品系杂交，希望培育出长形表面光滑品种，可从F₂中选择表现型为长形表面光滑的个体进行____________________，逐代剔除不满足性状要求的个体，七八年后可作为纯种推广，这种育种的缺点是_______________________________.
（4）现已证明轮作更有利于提高黄瓜产量，有人从土壤微生物的角度得出，轮作可能改变了土壤的微生物组成，某些微生物可能产生某种物质从而促进了黄瓜的生长发育，也可能是因为微生物自生促进了黄瓜的生长发育，某校生物兴趣小组就此问题设计实验探究其原因设计了以下实验，请根据实验目的，补充实验步骤
①从栽种过西兰花的土壤中提取土壤浸出液得到微生物并培养，形成菌落保留部分微生物待用，然后去除剩下的微生物得到培养过微生物的培养基待用。
②用水培法培养黄瓜，取___________黄瓜若干分成三组，编号1、2、3.
③第1组只用完全培养液培养，第2组在培养液中加入一定量的上述微生物，第3组加入___________
④将三组黄瓜在相同且适宜的条件下培养，待黄瓜成熟后摘取，称量。
⑤预测结果:若1，3组相差不大，2组较重则____________________________
若2，3组相差不大，但是明显比1组重则_{_________________________________________________}

某同学在做“低温诱导植物染色体数目的变化”实验时，将大蒜根尖随机分为12组，实验处理和结果如下表所示，请回答有关问题。

组别	实验处理及处理时间	染色体数目加倍的细胞所占的百分比(%)
组1	0 ℃	36小时	0
组2	72小时	0
组3	96小时	0
组4	2 ℃	36小时	5
组5	72小时	20
组6	96小时	24
组7	4 ℃	36小时	12
组8	72小时	30
组9	96小时	43
组10	6 ℃	36小时	0
组11	72小时	0
组12	96小时	0

（1）低温诱导植物染色体数目加倍的原理是低温会使细胞分裂过程中________的形成受阻，从而使细胞分裂过程中染色体数目加倍而细胞不分裂。低温处理与秋水仙素处理相比，具有________________________等优点。
（2）实验中选择大蒜根尖________区细胞进行观察，效果最佳，原因是此处的细胞分裂比较________，在显微镜下观察，此处细胞的特点表现为________________。
（3）实验过程中需要用__________________对大蒜根尖细胞的染色体进行染色。
（4）由实验结果可知，__________________的条件下，加倍效果最为明显。

小麦是一种重要的粮食作物，改善小麦的遗传性状是广大科学工作者不断努力的目标，如图是遗传育种的一些途径。请回答下列问题：

（1）以矮秆易感病（ddrr）和高秆抗病（DDRR）小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种过程中，F1自交产生F2，其中杂合矮秆抗病类型出现的比例高达           ，选F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至                  。
（2）若要在较短时间内获得上述（抗矮秆病）品种小麦，可选图中           （填字母）途径所用的方法。其中的F环节是                 。
（3）科学工作者欲使小麦获得燕麦抗锈病的性状，应该选择图中       （填字母）表示的技术手段最为合理可行，该技术手段属于：           水平上的育种工作。
（4）小麦与玉米杂交，受精卵发育初期出现玉米染色体在细胞分裂时全部丢失的现象，将种子中的胚取出进行组织培养，得到的是小麦            植株。
（5）图中的遗传育种途径，         （填字母）所表示的方法具有典型的不定向性。

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，科学家采用如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可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。

回答下列有关遗传与变异的问题：
右图是科学家对某女性患者一对常染色体上部分基因的测序结果。请据图回答：

（1）与图l相比，图2发生了  ▲   。
（2）据图分析，基因C、c和基因D、d两对基因在形成配子时，是否遵循基因的自由组合定律？ ▲ ；为什么？ ▲ 。
（3）在果蝇的X染色体上存在控制眼色的基因，红眼对白眼为显性，这种眼色基因可能会因为染色体片段的缺失而丢失（X⁰）
若雌、雄果蝇体内的X染色体上都没有眼色基因，则它们均无法存活，现有一红眼雄果蝇（X^WY）与一只白眼雌果蝇（X^wX^w）杂交，子代中出现了一只白眼雌果蝇。现欲利用一次杂交来判断这只果蝇的出现是由染色体缺失造成的还是基因突变造成的，可以用这只白眼雌果蝇与  ▲  （白眼、红眼、两种眼色均可）的雄果蝇交配，如果  ▲   ，则是基因突变造成的，如果 ▲ ，
则是染色体缺失造成的。

分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。请分析回答下列问题。
(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做母本，棕色彩棉做父本杂交，受粉后存在着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，用秋水仙素处理植株的________，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___________________________________________________________________________，实验效果最好的实验处理是________________。

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体，在实践中应采用________的方法，依据后代是否出现________作出判断。