备课素材：抗线虫品种的选育-高二下学期生物人教版选择性必修3.docx

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1、抗线虫品种的选育先看一道试题：利用相关工程技术可以获得抗线虫病的杂种萝卜-油菜植株，已知萝卜具有抗线虫病基因，而油菜容易被胞囊线虫侵染造成减产。科研人员以萝卜和油菜为亲本进行体细胞杂交，以获得抗线虫病的杂种植株，具体操作流程如图所示。请回答下列问题：（1）过程细胞融合的基本原理是 ，融合结束形成杂种细胞的标志是 。（2）原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的 ，维持原生质体完整性。图中过程将愈伤组织接种到含有 的培养基上，就可以诱导其 ，并进而发育成杂种植株。（3）过程后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的 存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。对杂种植株进行 接种实验，

2、可筛选出具有高抗性的杂种植株。（4）利用此项技术进行育种的最大优点是 。该技术可能不会按照人们的意愿表达出双亲的优良性状，其原因可能是 。（5）若油菜和萝卜都是二倍体，则杂种植株为 倍体，从理论上讲，杂种植株的育性为 （填“可育”或“不育”）。答案：（1）细胞膜的流动性 形成新的细胞壁（2）渗透压 特定激素（细胞分裂素和生长素） 再分化（3）叶绿体 胞囊线虫（4）克服了有性杂交远缘不亲和的障碍，扩大了亲本组合的范围 不同物种的基因在表达时相互干扰，从而不能有序表达（5）四 可育解析：分析题图：图示为采用植物体细胞杂交技术获得抗病杂种植株的流程图，其中表示采用酶解法（纤维素酶和果胶酶）去除细胞壁

3、的过程；表示诱导原生质体融合的过程；之后再采用植物组织培养技术即可得到杂种植株，其中表示脱分化，表示再分化。（1）过程细胞融合的基本原理是细胞膜的流动性，融合结束形成杂种细胞的标志是形成新的细胞壁。（2）原生质体没有细胞壁的保护，需要加入适宜浓度的甘露醇以保证渗透压的稳定，以避免原生质体吸水或失水破坏原生质体的完整性。图中过程表示再分化，即将愈伤组织接种到含有特定激素（细胞分裂素和生长素）的培养基上，就可以诱导其再分化，并进而发育成杂种植株。（3）用于融合的两个细胞，一个是抗病的萝卜的幼叶，一个是易感病油菜的幼根细胞，其中叶片细胞特有的结构是叶绿体，因此可通过观察叶绿体的有无作为初步筛选杂种细

4、胞的标志。根据题干信息，“已知萝卜具有抗线虫病基因”，则对杂种植株进行胞囊线虫接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。（4）利用植物体细胞杂交技术进行育种，最大优点是克服了有性杂交远缘不亲和的障碍，扩大了亲本组合的范围。该技术可能不会按照人们的意愿表达出双亲的优良性状，其原因可能是不同物种的基因在表达时相互干扰，从而不能有序表达。（5）若油菜和萝卜都是二倍体，则杂种植株为四倍体，从理论上讲，杂种植株含有同源染色体，育性为可育。这道试题以抗线虫培育为情景考查植物细胞工程。寄生线虫是农业生产中常见的病原物，其中胞囊线虫和根结线虫造成的危害最为严重。早期是通过远缘杂交获得某些植物的抗线虫能力，目前在

5、植物中已经克隆了一些与孢囊线虫和根结线虫抗性相关的基因，对其中部分基因作用机制的研究揭示了植物对病原物防卫反应的新机制。传统的植物获取抗线虫的能力可以通过远缘杂交（异源多倍体），目前已经可以通过生物工程育种获取抗线虫能力。 线虫是以2000多种行栽作物、蔬菜、水果和观赏植物为食的微小线虫动物。多种寄生线虫物种感染作物植物，包括根结线虫、胞囊形成线虫和禾口病变形成线虫。植物寄生线虫的取食策略各不相同，外寄生线虫如毛刺线虫主要寄生在植物的根皮细胞，而内寄生线虫如胞囊线虫在植物根部建立永久性的取食位点后，线虫便从中吸取营养进行生长发育。例如，根结线虫破坏了根组织的正常分化和生理活动，水分和养料的运输

6、受到阻碍，光合作用下降，果实常发生畸形或着色不均匀，造成产量下降，品质降低。胞囊线虫在无寄生的条件下仍可在土壤中存活长达10年以上。这使得通过轮作来防治线虫也无济于事。防治植物内寄生线虫的化学措施包括利用一些非特异性的和极其有毒的杀线虫剂。由于化学药剂对环境造成污染和受政府的严格控制，这一方法在实际生产中受到严重制约。因此，抗线虫品种的选育显得越来越重要，最重要的是研究抗性基因及其内在的抗性机理。其实，许多植物有抗线虫基因，如甜菜、马铃薯、番茄、大豆和辣椒等都有抗线虫基因。传统的办法就是萝卜具有优良的抗线虫病基因，通过远缘杂交的方法将萝卜的优良基因导入其他作物中，无疑对当前作物育种具有重要的意

7、义。目前在植物中已经克隆了一些与胞囊线虫和根结线虫抗性相关的基因，通过转基因技术转入某些植物中获得抗线虫性状，并且对其中部分基因作用机制的研究揭示了植物对病原物防卫反应的新机制。例1、油菜容易被胞囊线虫侵染造成减产，萝卜具有抗线虫病基因，科研人员以萝卜和油菜为亲本杂交，通过下图所示途径获得抗线虫病油菜。（1）自然状态下，油菜和萝卜的杂交后代不可育，存在 。这是由于F1 植株细胞中存在 组不同的染色体，这些染色体在减数分裂形成配子时不能 ，无法产生可育配子。（2）秋水仙素是应用最广泛的多倍体诱导剂，可抑制细胞分裂过程中 的形成，使染色体数目 ，这种变异类型属于 。（3）将异源多倍体与亲本油菜杂交

8、（回交），获得BC1。BC1细胞中的染色体组成为 （用字母表示）。用BC1与油菜再一次杂交，获得的BC2植株个体间存在胞囊线虫抗性的个体差异，这是由于不同个体获得的来自染色体组 （填图中字母）的染色体不同。（4）从BC2植株中筛选到胞囊线虫抗性强的个体后，与亲本油菜经过多次 ， 可使抗性基因稳定转移到油菜染色体中并尽快排除萝卜染色体，获得抗线虫病的油菜。答案：（1）生殖隔离 两 联会（2）纺锤体 加倍（3）染色体数目 AACCR R（4）回交解析：题意分析，F1植株属于萝卜AACC和油菜RR为亲本的杂交种，其染色体组成为ACR，由于该品种没有同源染色体，高度不育，因此用秋水仙素处理使染色体形成

9、异源多倍体AACCRR。异源多倍体AACCRR形成的配子为ACR与亲本油菜AACC形成的配子为AC杂交（回交），获得BC1，染色体组组成为AACCR。（1）自然界中油菜与萝卜是两个物种，存在生殖隔离，由图示分析可知，F1植株属于萝卜AACC和油菜RR为亲本的杂交种，其染色体组成为ACR，由于该品中含有的两套染色体组来源不同，故在减数第一次分裂时染色体不能联会，无法产生可育配子。（2）秋水仙素可抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，使染色体数目加倍，这种变异类型属于染色体（数目）变异。（3）将异源多倍体AACCRR形成的配子为ACR与亲本油菜AACC形成的配子为AC杂交（回交），获得BC1的染色体组为

10、AACCR。BC1减数分裂时同源染色体分离，因此产生的配子中均含有AC，但是由于染色体组R只有一个，因此这个染色体组中的染色体在减数分裂过程中不发生联会，减数分裂时也会随机分配到配子中，因此导致不同配子中来自染色体组R中的染色体不同，则不同植株获得的R的染色体不同，因此获得的BC2植株个体间存在胞囊线虫抗性的个体差异。（4）从BC2植株中筛选到胞囊线虫抗性强的个体后，使其抗性基因稳定转移到油菜染色体中并尽快排除萝卜染色体的方法是与亲代油菜多次回交。例2、萝卜（2n=18）常具有抗线虫病的性状，而在白菜（2n=38）中却没有发现该性状。科学家为了培育抗线虫白菜，用抗虫萝卜和白菜杂交，并用秋水仙素

11、处理子代幼苗。之后，用杂种植株连续多代与白菜杂交，筛选抗虫植株。请说明实验中杂种植株的染色体组成变化。答案：萝卜的染色体组成可表示为2n=18=AA，白菜的染色体组成可表示为2n=38=BB，二者杂交后得到杂种植株染色体组成可表示为2n=28=AB，这是一种异源二倍体，因染色体无法配对而不育。经过秋水仙素加倍后可得到2n=56=AABB的异源四倍体植株，与白菜进行杂交后，得到3n=47=ABB的异源三倍体植株。该植株因存在BB组同源染色体，可以通过减数分裂产生配子，但A组染色体不能配对而随机分配给配子，因此会丢失一部分萝卜的遗传物质。在多代回交过程中，筛选仍然具有抗虫性状的子代，可以获得具有萝卜抗虫基因的白菜植株。 学科网（北京）股份有限公司