一、根据“变异的来源”原理进行育种
1．杂交育种：
（1）原理：基因重组（通过基因分离、自由组合或连锁交换，分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起）
（2）方法：杂交→F1→连续自交→筛选
①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1 ；
②让F1自交得F2 ；
③选F2中矮秆抗锈病小麦自交得F3；
④留F3中未出现性状分离的矮秆抗病个体，对于F3中出现性状分离的再重复③④步骤
在各种育种方法中，杂交是一种最基本的育种方法，在杂交育种上，对于个别的优良性状的培养，往往要筛选到纯合体，让其能够稳定遗传，才能达到育种的要求。如果需要的性状是隐性性状？
（3）特点 ①通过杂交能够把分散在不同品种中的优良性状集中到一个新的品种上；②可以预期出现的类型；③育种年限长，需连续自交不断择优汰劣才能选育出需要的类型。
（4）举例： 【例1】已知小麦的高秆对矮秆为显性，抗锈病对易染锈病为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、高秆易染锈病、矮秆易染病三个纯系品种，要求设计一个通过基因重组培育双抗新品种的步骤。
（1）依据_________原理，采取_________方法进行培育。
（2）所选择的新本类型是________，理由是_________。
（3）基本育种过程为：
A：_____________________________________
B：_____________________________________
C：_____________________________________
D：_____________________________________
（4）如何留种？_________________________________。
（5）检查是否抗锈病的方法是______________________。
【答案】（1）基因重组 杂交育种 （2）高秆抗锈病和矮秆易染病 两品种各含一个不同的优良性状 （3） 让两纯种杂交得F1 让F1自交得F2 选F2中矮秆抗锈病小麦自交得F3留F3中未出现性状分离的个体，再重复C步骤 （4）从F3中选出F2→F3未出现性状分离的和F3、F4等自交后代中不出现性状分离的作为推广的新品种。（5）在幼苗生长期用锈病菌感染。已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。
【说明】
①该方法常用于：
a．同一物种不同品种的个体间，如上例；
b．亲缘关系较近的不同物种个体间（为了使后代可育，应做染色体加倍处理，得到的个体即是异源多倍体），如八倍体小黑麦的培育、萝卜和甘蓝杂交。
②若该生物靠有性生殖繁殖后代，则必须选育出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离；若该生物靠无性生殖产生后代，那么只要得到该优良性状就可以了，纯种、杂种并不影响后代性状的表达。
2．诱变育种
（1）原理：基因突变
（2）方法：用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使其在细胞分裂间期DNA复制时发生差错，从而引起基因突变。
（3）举例：太空育种、青霉素高产菌株的获得
（4）特点：提高了突变率，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种，但由于突变的不定向性，因此该种育种方法具有盲目性。
（5）说明：该种方法常用于微生物育种、农作物诱变育种等
【例2】基因突变是指基因结构的改变，科学家们常常利用物理、化学方法来诱导生物发生基因突变，以便能获得大量基因类型，使人们能从生化的角度在分子水平上对它们进行遗传分析。其中α、β、γ等射线、紫外线、中子等为物理的诱变因素；亚硝酸胺、乙酸亚胺、乙二胺四乙酸等为化学诱变因素。
1．过量紫外线辐射对生物危害的主要机理是紫外线的
A 热作用和电离作用 B 穿透作用和物理化学作用
C 热作用和穿透作用 D 电离作用和物理化学作用
2．电离辐射诱导生物基因突变时，细胞中吸收辐射能量最多的化合物是
A 水 B 糖类 C 蛋白质 D脂肪
3．下列对基因突变叙述不正确的是
A 人们可以定向诱导突变性状，诱变育种能明显缩短育种年限
B 丰富了生物的“基因库”，是生物变异的主要来源
C 突变频率低、且突变性状一般有害，少数有利
D 它是生物进化的重要原因之一
【答案】1B 2A 3A
3．单倍体育种
（1）原理：染色体变异
（2）方法与优点：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。
优点 明显缩短育种年限，原因是纯合体自交后代不发生性状分离
（3）举例：
【例3】已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。
操作方法：
①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1 ；
②取F1的花药离体培养得到单倍体；
③用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，选取具有矮秆抗病性状的个体即为所需类型。
【例】设有两种纯种小麦，一为高秆(D．易倒状)、能抗锈病(T)，另一为矮秆(d．抗倒伏)、易染锈病(t)，这两对相对性状独立遗传。现分别用杂交育种法和单倍体育种法来培育矮秆抗锈病的新品种，请据下图分析回答：
(1)a过程为 ，b过程为 。 (2)F2理想的基因型是 ，在F2代中抗倒、抗锈病个体所占比例为 ，c过程为 ，理想的配子基因型为 。
(3)e过程是指 。
(4)g过程是指 ，对比上述两种育种方法，得出的结论是
【答案】(1)杂交 自交 (2) ddTT 3/16 减数分裂 Dt (3) 花药离体培养 (4)秋水仙素处理幼苗，使染色体数目加倍 单倍体育种能迅速获得纯合体（4）特点：由于得到的个体基因都是纯合的，自交后代不发生性状分离，所以相对于杂交育种来说，明显缩短了育种的年限。
（5）说明：
①该方法一般适用于植物。
②该种育种方法有时须与杂交育种配合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持。
4．多倍体育种：
（1）原理：染色体变异
（2）方法：最常用的是利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。秋水仙素能抑制有丝分裂时纺缍丝的形成，染色体不能移动，使得已经加倍的染色体无法平均分配，细胞也无法分裂。当秋水仙素的作用解除后，细胞又恢复正常的生长，然后再复制分裂，就能得到染色体数目加倍的细胞。如八倍体小黑麦的获得和无籽西瓜的培育成功都是多倍体育种取得的成就。
优点该种育种方法得到的植株茎秆粗壮，叶片、果实和种子较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加。 （3）举例：
①三倍体无子西瓜的培育（同源多倍体的培育）
过程图解：参见高二必修②教材第89页图解
说明：
a．三倍体西瓜种子种下去后，为什么要授以二倍体西瓜的花粉？
西瓜三倍体植株是由于减数分裂过程中联会紊乱，未形成正常生殖细胞，因而不能形成种子。但在三倍体植株上授以二倍体西瓜花粉后，花粉在柱头上萌发的过程中，将自身的色氨酸转变为吲哚乙酸的酶体系分泌到西瓜三倍体植株的子房中去，引起子房合成大量的生长素；其次，二倍体西瓜花粉本身的少量生长素，在授粉后也可扩散到子房中去，这两种来源的生长素均能使子房发育成果实（三倍体无籽西瓜）。
b．如果用二倍体西瓜作母本、四倍体西瓜作父本，即进行反交，则会使珠被发育形成的种皮厚硬，从而影响无子西瓜的品质。
【例】下面是三倍体无籽西瓜育种及原理的流程图：
①用秋水仙素处理 时，可诱导多倍体的产生，因为材料具有 的特点，秋水仙素的作用机理是 ，作用于 期。
②三倍体植株需授以二倍体的成熟花粉，这一操作的目的在于 。
③四倍体母本上结出的果实，其果肉细胞为 倍体，种子中的胚为 倍体。三倍体植株不能进行减数分裂的原因是 ，由此而获得三倍体无籽西瓜。
④三倍体西瓜高产、优质、无籽。这些事实说明染色体组倍增的意义在于 ，上述过程需要的时间周期为 年。
⑤如果用 处理 ，可获得无籽番茄。这一过程依据的原理是 ，这种变异属于
【答案】①萌发的种子或幼苗 分生组织分裂旺盛 抑制有丝分裂时纺锤体形成 前 ②刺激子房发育成果实 ③四 三 减数分裂时染色体联会紊乱 ④促进基因效应的增强 2年 ⑤适宜浓度的生长素 未授粉的番茄花蕾 长素促进果实发育 不可遗传的变异
②八倍体小黑麦的培育（异源多倍体的培育）：
普通小麦是六倍体（AABBDD），体细胞中含有42条染色体，属于小麦属；黑麦是二倍体（RR），体细胞中含有14条染色体，属于黑麦属。两个不同的属的物种一般是难以杂交的，但也有极少数的普通小麦品种含有可杂交基因，能接受黑麦的花粉。杂交后的子一代含有四个染色体组（ABDR），不可育，必须用人工方法进行染色体加倍才能产生后代，染色体加倍后的个体细胞中含有八个染色体组（AABBDDRR），而这些染色体来自不同属的物种，所以称它为异源八倍体小黑麦。
（4）特点：该种育种方法得到的植株茎秆粗壮，叶片、果实和种子较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加。
（5）说明：
①该种方法常用于植物育种；
②有时须与杂交育种配合。
【例4】在一稻田里突然发现一株营养器官有优良性状的显性突变植株，欲通过它培育出较大数量的该优良性状能稳定遗传的水稻品系，该怎么办？其中最快的方法是什么？如何操作？
【参考答案】稳定遗传的品种是指后代不发生性状分离的纯合体。水稻是自花传粉的作物。
可以用连续自交选育的方法，也可以用单倍体育种的方法等。最简便的是连续自交，而从时间上最快的是单倍体育种。因为是显性突变（设为A），所以该植株必为杂合体（ Aa），要得到自交后代不分离的植株需两代，要获得较大数量稳定品系需自交多代，才能获得。如将此植株的花药全部摘下，进行花粉组织培养，成幼苗后全部用秋水仙素处理，得到染色体加倍保留出现优良性状的植株（即为AA），让其自交结籽就能得到较大数量的纯合的所需的优良品种。
【例5】（2003高考全国卷、新课程卷·26）小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即为杂合体），生产上通常用块茎繁殖。现要选育黄肉（Yy）、抗病(Rr)的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序，以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的前三代即可）
解析：本题主要考查作物杂交育种的有关知识，同时考查了有关生殖方面的知识。就试题本身而言不难，但考生很容易出现以下几方面的问题：
①不能准确地绘制遗传图解。考生在绘制遗传图解时随意性太大，没有掌握遗传图解的绘制方法和规范。
②混淆了杂交育种与单倍体育种。部分考生在选育小麦时运用了单倍体育种的方法。
③题意理解出现偏差。对题干中“现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种”的理解不到位，使得部分考生难以确定育种中马铃薯亲本的基因型。
④在做题时没有考虑到利用种子繁殖和利用块茎进行繁殖对后代的影响。
答案： 小麦
第一代 AABB × aabb 亲本杂交（3分）
↓
第二代 F1 AaBb 种植F1代自交（2分）
↓自交
第三代 F2 A＿B＿，A＿bb，aaB＿，aabb 种植F2代，选矮杆、抗病（aaB_），继续自交，期望下代获得纯合体（2分）
（注：①A＿B＿，A＿bb，aaB＿，aabb表示F2出现的九种基因型和四种表现型。
②学生写出F2的九种基因型和四种表现型均给满分）
马铃薯
第一代 yyRr × Yyrr 亲本杂交（3分）
↓
第二代 YyRr，yyRr，Yyrr，yyrr 种植，选黄肉、抗病（YyRr）（3分）
第三代 YyRr 用块茎繁殖（2分）
二、依据“生物工程原理”进行育种
1．利用“基因工程”育种
（1）原理：DNA重组技术（属于基因重组范畴）
（2）方法：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。操作步骤包括：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达等。
（3）举例：能分泌人类胰岛素的大肠杆菌菌株的获得，抗虫棉，转基因动物等
（4）特点：目的性强，育种周期短。
（5）说明：对于微生物来说，该项技术须与发酵工程密切配合，才能获得人类所需要的产物。
2．利用“细胞工程”育种
原理
植物体细胞杂交
细胞核移植
方法
用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植物体的方法。操作步骤包括：用酶解法去掉细胞壁、用诱导剂诱导原生质体融合、将杂种细胞进行组织培养等。
是把一生物的细胞核移植到另一生物的去核卵细胞中，再把该细胞培育成一个新的生物个体。操作步骤包括：吸取细胞核、将移植到去核卵细胞中、培育（可能要使用胚胎移植技术）等。
举例
番茄马铃薯”杂种植株
鲤鲫移核鱼，克隆动物等
特点
可克服远缘杂交不亲合的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。
说明
该种方法须植物组织培养等技术手段的支持。
该种方法有时须胚胎移植等技术手段的支持。
（三）利用植物激素进行育种
1．原理：适宜浓度的生长素可以促进果实的发育
2．方法：在未受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素类似物溶液，子房就可以发育成无子果实。
3．举例：无子番茄的培育
4．特点：由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并不能导致植物的基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的。
5．说明：该种方法适用于植物。
【典型习题】
1.下图表示某种农作物①和②两个品种分别培育出④、⑤、⑥三个品种的过程。
根据上述过程，回答下列问题：
(1)用①和②培育⑤所采用的方法I和Ⅱ分别称 和 ，其培育出⑤所依据的原理是 。
(2)用③培育出④的常用方法Ⅲ是 ，其培育中首先应用细胞工程中的 技术；由④培育出⑤的方法V称 ，其优点是 。
(3)由③培育出⑥的常用方法Ⅳ是 ，其形成的⑥称 。
【答案】(1)杂交 自交 基因重组 (2)花药离体培养技术 组织培养 单倍体育种 明显的缩短育种年限） (3)用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 多倍体
2.（05全国卷Ⅲ）已知水稻抗病（R）对感病（r）为显性，有芒（B）对无芒为显性，两对基因自由组合，体细胞染色体数为24条。现用单倍体育种方法选育抗病、有芒水稻新品种。
（1）诱导单倍体所用的花药，应取自基因型为 的植株。
（2）为获得上述植株，应采用基因型为 和 的两亲本进行杂交。
（3）在培养过程中，单倍体有一部分能自然加倍成为二倍体植株，该二倍体植株花粉表现 （可能或不育），结实性为 （结实或不结实），体细胞染色体数为 。
（4）在培养过程中，一部分花药壁细胞能发育成植株，该二倍体植株花粉表现 （可能或不育），结实性为 （结实或不结实），体细胞染色体数为 。
（5）自然加倍植株和花药壁植株中都存在抗病、有芒的表现型。为获得稳定遗传的抗病、有芒新品种，本实验应选以上两种植株中的 植株，因为自然加倍植株 ，花药壁植株 。
（6）鉴别上述自然加倍植株与花药壁植株的方法是
【答案】（1）RrBb （2）RRbb rrBB （3）可育 结实 24 （4）可育 结实 24 （5）自然加倍 基因型纯合 基因型杂合 （6）将植物分别自交，子代性状表现一致的是自然加倍植株，子代性状分离的是花药壁植株。
3.（05江苏）在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体．把目的基因重组人Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。
(1)科学家在进行上述基因操作时，要用同一种 分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过 而黏合。
(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的 ，原因是 。
(3)种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导人叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是
【答案】(1)限制性内切酶 (2) 3/4 雌雄配子各有1／2含抗除草剂基因；受精时，雌雄配于随机结合。 (3) 叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递丽在下一代中显现出来。
