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        例析多倍體培育的若干途徑

        2016-11-02 01:22:15安徽省靈璧一中寧曉水吳浩
        青蘋果 2016年9期
        關(guān)鍵詞:卵細(xì)胞秋水仙素三倍體

        安徽省靈璧一中 寧曉水 吳浩

        例析多倍體培育的若干途徑

        安徽省靈璧一中 寧曉水 吳浩

        多倍體是指體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體。多倍體在生物界廣泛存在,常見于高等植物中。根據(jù)染色體組來源,多倍體可分為同源多倍體和異源多倍體兩種。獲取多倍體的途徑有很多,考題中常涉及以下幾種。

        一、秋水仙素處理

        秋水仙素的作用機(jī)理在于它能抑制細(xì)胞分裂時(shí)紡錘體的形成,染色單體分裂,但細(xì)胞質(zhì)不分離導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。如單倍體育種和多倍體育種借助秋水仙素均可獲得多倍體。

        例1二倍體植物甲(2N=10)和二倍體植物乙(2n=10)進(jìn)行有性雜交,得到的F1不育。以物理撞擊的方法使F1在減數(shù)分裂時(shí)整套的染色體分配至同一個(gè)配子中,再讓這樣的雌雄配子結(jié)合產(chǎn)生F2。下列有關(guān)敘述正確的是()。

        A.植物甲和植物乙能進(jìn)行有性雜交,說明它們屬于同種生物

        B.F1體細(xì)胞中含有四個(gè)染色體組,其染色體組成為2N+2n

        C.若用適宜濃度的秋水仙素處理F1幼苗,則長(zhǎng)成的植株是可育的

        D.物理撞擊的方法導(dǎo)致配子中染色體數(shù)目加倍,產(chǎn)生的F2為二倍體

        解析根據(jù)題意,植物甲和植物乙的雜交后代不育,說明兩者存在生殖隔離,不是同一物種。F1體細(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組,其染色體組成為N+n。若用適宜濃度的秋水仙素處理F1幼苗,則長(zhǎng)成的植株的染色體組成為2N+2n,即有同源染色體,可育。物理撞擊方法產(chǎn)生的F2為四倍體。

        答案C

        例2多倍體魚類較正常魚個(gè)體大、生長(zhǎng)快速、抗病性強(qiáng)。下面是采用低溫和秋水仙素處理,利用二倍體魚培育多倍體魚的示意圖。下列選項(xiàng)正確的是()。

        A.由a、b分別受精后發(fā)育成的①和②所含染色體組數(shù)目相同

        B.育種過程中可發(fā)生三種可遺傳的變異

        C.秋水仙素阻止染色單體分離導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍

        D.①中雌雄個(gè)體雜交產(chǎn)生的后代基因型可能不同

        解析圖中①是由含有兩個(gè)染色體組的卵細(xì)胞和一個(gè)染色體組的精子結(jié)合而成的,含有三個(gè)染色體組,②是由二倍體的受精卵在有絲分裂過程中經(jīng)秋水仙素處理發(fā)育而成的,含有四個(gè)染色體組。在減數(shù)第一次分裂間期、有絲分裂間期可能發(fā)生基因突變,產(chǎn)生配子的過程中可以發(fā)生基因重組,低溫和秋水仙素處理導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍為染色體變異。秋水仙素抑制紡錘體形成從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。個(gè)體①為三倍體,不能進(jìn)行有性生殖。

        答案B

        二、植物體細(xì)胞雜交

        例3下圖所示為細(xì)胞融合的簡(jiǎn)略過程,請(qǐng)據(jù)圖回答:

        (1)若A、B是植物細(xì)胞,則之前_______已用去除了細(xì)胞壁。常用來誘導(dǎo)細(xì)胞融合的化學(xué)試劑是_______。

        (2)若A是番茄原生質(zhì)體,B為馬鈴薯原生質(zhì)體,D需要再生出_______。通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)把D培養(yǎng)成雜種植株,D個(gè)體_______(選填“可育”或“不育”)。這種育種方式的優(yōu)點(diǎn)是_______________。利用上圖原理,育種工作者還可以進(jìn)行_______育種。

        解析(1)植物體細(xì)胞雜交過程中,需要用纖維素酶和果膠酶處理,得到原生質(zhì)體。在促融時(shí)常用聚乙二醇(PEG)。(2)原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁,植物體細(xì)胞雜交能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,得到的雜種植株是多倍體,體細(xì)胞內(nèi)有同源染色體,可以正常進(jìn)行減數(shù)分裂產(chǎn)生配子,是可育的。若用同種植物的細(xì)胞進(jìn)行融合,則可以進(jìn)行多倍體育種。

        答案(1)纖維素酶、果膠酶(酶解法)聚乙二醇(PEG)(2)細(xì)胞壁可育按照人們的意愿改變了生物的遺傳物質(zhì),克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙多倍體

        三、有性雜交

        如利用二倍體與四倍體雜交獲得三倍體,普通小麥由三種不同植物通過種間雜交形成。例4無子西瓜是由二倍體(2n=22)與同源四倍體雜交后形成的三倍體。回答下列問題:(1)雜交時(shí)選用四倍體植株作母本,用二倍體植株作父本,取其花粉涂在四倍體植株的_______

        上,授粉后套袋。四倍體植株產(chǎn)生的雌配子含有_______條染色體,該雌配子與二倍體植株產(chǎn)生的雄配子結(jié)合,形成含有_______條染色體的合子。

        (2)上述雜交獲得的種子可發(fā)育為三倍體植株。該植株會(huì)產(chǎn)生無子果實(shí),該果實(shí)無子的原因是三倍體的細(xì)胞不能進(jìn)行正常的_______分裂。

        (3)為了在短期內(nèi)大量繁殖三倍體植株,理論上可以采用的方法。

        解析(1)利用多倍體育種技術(shù)培育無子西瓜時(shí),在二倍體西瓜的幼苗期,用秋水仙素處理得到四倍體植株。以四倍體植株作母本,用二倍體植株作父本,把得到的種子種下去會(huì)長(zhǎng)出三倍體植株。由于三倍體植株在減數(shù)分裂時(shí)聯(lián)會(huì)紊亂,無法形成正常的配子,所以在其開花后用二倍體的花粉涂抹其雌蕊或柱頭,即可利用花粉產(chǎn)生的生長(zhǎng)素刺激子房發(fā)育成果實(shí)。由于沒有受精,所以果實(shí)里沒有種子,即為無子西瓜。四倍體植株由二倍體植株經(jīng)染色體數(shù)目加倍而來,體細(xì)胞中含有22×2=44條染色體,減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌配子所含的染色體數(shù)目為體細(xì)胞的一半(22條),二倍體植株產(chǎn)生的雄配子含有11條染色體,兩者結(jié)合形成含有33條染色體的受精卵。(2)三倍體植株體細(xì)胞中的染色體含有三個(gè)染色體組,減數(shù)分裂時(shí)會(huì)發(fā)生聯(lián)會(huì)紊亂而無法形成正常的配子。(3)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以快速、大量繁殖植物幼苗。

        答案(1)雌蕊(或柱頭)2233(2)減數(shù)(3)組織培養(yǎng)

        四、利用胚乳誘導(dǎo)

        例5某研究小組對(duì)秈稻開展了組織培養(yǎng)及相關(guān)研究。秈稻的胚乳(3n)由一個(gè)精子與兩個(gè)極核受精發(fā)育而成。若用秈稻種子的胚乳誘導(dǎo)愈傷組織,培育三倍體,需適時(shí)剔除胚,以免胚的存在影響愈傷組織細(xì)胞_______的,還可避免再生苗中有_______。

        解析利用胚乳誘導(dǎo)愈傷組織,由于胚中含有植物激素,會(huì)影響愈傷組織的增殖和分化,需適時(shí)剔除胚。因?yàn)榕呤怯墒芫寻l(fā)育而來的,是二倍體。剔除胚也可以避免再生苗中混有二倍體幼苗。

        答案增殖和分化二倍體幼苗

        五、利用卵細(xì)胞+極體+精子結(jié)合獲得

        例6為解決二倍體普通牡蠣在夏季因產(chǎn)卵而出現(xiàn)肉質(zhì)下降的問題,人們培育出三倍體牡蠣。利用普通牡蠣培育三倍體牡蠣合理的方法是()。

        A.利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂,然后培育形成新個(gè)體

        B.用被射線破壞了細(xì)胞核的精子刺激卵細(xì)胞,然后培育形成新個(gè)體

        C.將早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核植入去核卵細(xì)胞中,然后培育形成新個(gè)體

        D.用化學(xué)試劑阻止受精后的次級(jí)卵母細(xì)胞釋放極體,然后培育形成新個(gè)體

        解析利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂,使細(xì)胞中的染色體數(shù)目加倍,將發(fā)育成四倍體的個(gè)體。B項(xiàng)處理之后,新個(gè)體其實(shí)由卵細(xì)胞直接發(fā)育而來,因此新個(gè)體是含有一個(gè)染色體組的單倍體。利用胚胎細(xì)胞進(jìn)行克隆,獲得的個(gè)體依然是二倍體。受精后的次級(jí)卵母細(xì)胞中含有三個(gè)染色體組,一個(gè)來自精子,一個(gè)將分配到卵細(xì)胞中,一個(gè)將分配到極體中,若阻斷次級(jí)卵母細(xì)胞釋放極體,則三個(gè)染色體組共存于受精卵中,由受精卵發(fā)育為三倍體的新個(gè)體,D項(xiàng)正確。

        答案D

        例7鱒魚的眼球顏色和體表顏色分別由等位基因A、a和B、b控制?,F(xiàn)以紅眼黃體鱒魚和黑眼黑體鱒魚為親本,進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn),正交和反交結(jié)果相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

        三倍體黑眼黃體鱒魚具有優(yōu)良的品質(zhì)??蒲腥藛T以親本中的黑眼黑體鱒魚為父本,以親本中的紅眼黃體鱒魚為母本,進(jìn)行人工授精。用熱休克法抑制受精后的次級(jí)卵母細(xì)胞排出極體,受精卵最終發(fā)育成三倍體黑眼黃體鱒魚,其基因型是。由于三倍體鱒魚,導(dǎo)致其高度不育,因此每批次魚苗均需重新育種。

        解析父本為黑眼黑體,配子應(yīng)為ab或Ab,母本為紅眼黃體,熱休克法抑制次級(jí)卵母細(xì)胞分裂,即配子為aaBB,形成黑眼黃體,均是顯性性狀,所以三倍體魚的基因型為AaaBBb。三倍體在減數(shù)分裂時(shí)聯(lián)會(huì)紊亂,難以形成正常的配子,所以高度不育。

        答案AaaBBb不能進(jìn)行正常的減數(shù)分裂,難以產(chǎn)生正常的配子(或在減數(shù)分裂過程中,染色體聯(lián)會(huì)紊亂,難以產(chǎn)生正常的配子)

        六、利用加倍的卵細(xì)胞與精子結(jié)合

        例8低溫誘導(dǎo)可使二倍體草魚卵原細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂時(shí)不形成紡錘體,從而產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細(xì)胞,此卵細(xì)胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎。上述過程中產(chǎn)生下列四種細(xì)胞,下圖所示四種細(xì)胞的染色體行為(以二倍體草魚體細(xì)胞含有兩對(duì)同源染色體為例)可出現(xiàn)的是()。

        解析由于低溫誘導(dǎo)可使二倍體草魚卵原細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂時(shí)不形成紡錘體,所以初級(jí)卵母細(xì)胞不發(fā)生同源染色體分離,A項(xiàng)錯(cuò)誤。卵原細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂時(shí)不形成紡錘體,同源染色體沒有分離,所以次級(jí)卵母細(xì)胞中含有同源染色體,著絲點(diǎn)分裂后,移向細(xì)胞一極的染色體有同源染色體,B項(xiàng)正確。由于產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細(xì)胞,所以卵細(xì)胞中應(yīng)含有4條染色體,C項(xiàng)錯(cuò)誤。由于染色體數(shù)目加倍的卵細(xì)胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎,所以胚胎細(xì)胞中含有6條兩種形態(tài)的染色體,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

        答案B

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