作物 M的F 1 基因杂合,具有优良性状。 F 1 自交形成自交胚的过程见途径 1(以两对同源染色体为例)。改造F 1 相关基因,获得具有与 F 1 优良性状一致的 N植株,该植株在形成配子时,有丝分裂替代减数分裂,其卵细胞不能受精,直接发育成克隆胚,过程见途径2。据图回答:
( 1)与途径1相比,途径2中N植株形成配子时由于有丝分裂替代减数分裂,不会发生由 __________ 和 _____________________________ 导致的基因重组,也不会发生染色体数目 ________________ 。
( 2)基因杂合是保持F 1 优良性状的必要条件。以 n对独立遗传的等位基因为例,理论上,自交胚与F 1 基因型一致的概率是 ________________ ,克隆胚与 N植株基因型一致的概率是 ____________ 。通过途径 ___________ 获得的后代可保持 F 1 的优良性状。
同源染色体非姐妹染色单体交叉互换 非同源染色体自由组合 减半 1/2 n 100% 2
【分析】
本题考查可遗传变异和育种的相关知识。由题意可知,可以通过两条途径获得 F 1 的优良性状,途径 1 为正常情况下 F 1 自交获得具有优良性状的子代,途径 2 中先对 M 植株进行基因改造,再诱导其进行有丝分裂而非减数分裂产生卵细胞,导致其卵细胞含有与 N 植株体细胞一样的遗传信息,再使得未受精的卵细胞发育成克隆胚,该个体与 N 植株的遗传信息一致。
【详解】
( 1 )途径 1 是通过减数分裂形成配子,而途径 2 中通过有丝分裂产生配子,有丝分裂过程中不发生基因重组,且子细胞中染色体数不减半,故与途径 1 相比,途径 2 中 N 植株形成配子时不会发生同源染色体非姐妹染色单体的交叉互换和非同源染色体的自由组合,也不会发生染色体数目减半。
( 2 )由题意可知,要保持 F 1 优良性状需要基因杂合,一对杂合基因的个体自交获得杂合子的概率是 1/2 ,若该植株有 n 对独立遗传的等位基因,根据自由组合定律,杂合子自交子代中每对基因均杂合的概率为 1/2 n ,故自交胚与 F 1 基因型(基因杂合)一致的概率为 1/2 n 。而克隆胚的形成相当于无性繁殖过程,子代和 N 植株遗传信息一致,故克隆胚与 N 植株基因型一致的概率是 100% 。
( 3 )途径 1 产生自交胚的过程存在基因重组, F 1 产生的配子具有多样性,经受精作用后的子代具有多样性,不可保持 F 1 的优良性状;而途径 2 产生克隆胚的过程不存在基因重组,子代和亲本的遗传信息一致,可以保持 F 1 的优良性状。
【点睛】
结合题意和图示分析获得具有优良性状的个体的两条途径是解题关键,途径 1 获得子代的本质为有性生殖,途径 2 获得子代的本质为无性生殖。
前期 | 中期 | 后期 | ||
有丝分裂 | 有同源染色体(染色体必定成对) | 不联会 |
着丝点排列在赤道板 |
着丝点分裂 |
减数第一次分裂 | 有同源染色体(染色体必定成对) | 联会 |
四分体排列在赤道板两侧 |
同源染色体分离,非同源染色体自由组合 |
减数第二次分裂 | 无同源染色体(染色体可以不成对) | 无同源染色体 |
着丝点排列在赤道板 |
着丝点分裂 |
项目 | 有丝分裂 | 减数分裂 | |
不同点 | 母细胞 | 体细胞或原始生殖细胞 | 原始生殖细胞 |
染色体复制 | 一次,有丝分裂间期 | 一次,减数第一次分裂前的间期 | |
细胞分裂次数 | 一次 | 两次 | |
同源染色体行为 | 有同源染色体,但无同源染色体的联会、四分体,不出现同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换及同源染色体的分离 | 有同源染色体的联会、四分体,出现同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换及同源染色体的分离 | |
子细胞的数目 | 2个 | 雄性4个,磁性为(1+3)个 | |
子细胞的类型 | 体细胞 | 生殖细胞(精细胞或卵细胞) | |
最终产生子细胞染色体数 | 与亲代细胞相同 | 比亲代细胞减少一半(发生在减数第一次分裂) | |
子细胞核的遗传物质组成 | 几乎相同 | 不一定相同(基因重组形成多种配子) | |
子细胞中可遗传变异的来源 | 基因突变、染色体变异 | 基因突变、基因重组、染色体变异 | |
染色体及DNA数量的变化 | |||
相同点 | 染色体都复制一次;出现纺锤体,均有子细胞产生,均有核膜、核仁的消失与重建过程;减数第二次分裂和有丝分裂相似,着丝点分裂,姐妹染色单体分开形成染色体 | ||
意义 | 使生物的亲代和子代之间保持了遗传特性的稳定性 | 减数分裂和受精作用维持了每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定 |
知识拓展:
1、AaBb(两对基因独立遗传)产生配子情况
产生的配子种类 | 说明 | |
一个精原细胞 | 4个,2种(AB、ab或Ab、aB) | 植物产生配子的结论,与动物大致相同(区别仅在于:一个花粉母细胞产生的精子数量是8个,比动物要多) |
一个雄性个体 | 4n个,4种(AB、ab、Ab、aB) | |
一个卵原细胞 | 1个,1种(AB或ab或Ab或aB) | |
一个雌性个体 | n个,4种(AB、ab、Ab、aB) |
分裂方式 | 变异类型 |
无丝分裂 | 基因突变 |
有丝分裂 | 基因突变、染色体变异 |
减数分裂 | 基因突变、基因重组、染色体变异 |
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