无性生殖生物的有性生殖复壮-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修二.pdfVIP

无性生殖生物的有性生殖复壮

先看一道试题：

马铃薯野生种具有抗病、抗逆等优良性状，马铃薯栽培种由于长

期无性繁殖致使种质退化。下图为利用马铃薯野生种改进马铃薯栽培

种的技术路径。下列说法正确的是（）

A．马铃薯栽培种和马铃薯野生种之间存在生殖隔离

B．新品种1的育种原理为基因重组和染色体变异

C．获得新品种2的育种方法可能是植物体细胞杂交

D．过程①用到植物组织培养技术，过程②可用秋水仙素处理

【答案】ABCD

【解析】分析图示：过程①为花药离体培养，过程②为可用秋水

仙素或低温处理，过程③为杂交育种，过程④需要用到秋水仙素或低

温处理使染色体加倍。

A、马铃薯栽培种（4n）和马铃薯野生种（2n）是两个不同的物

种，两者杂交之后后代是3n不育，故之间存在生殖隔离，A正确；B、

新品种1的育种过程是马铃薯栽培种4n和倍增马铃薯野生种4n通过

杂交育种产生，其原理是基因重组。而倍增马铃薯野生种4n又是经

秋水仙素处理后加倍而来，原理为染色体数目变异，B正确；C、获

得新品种2的育种方法可能是植物体细胞杂交，也可能是先杂交后进

行秋水仙素处理，C正确；D、过程①为花药离体培养，用到植物组

织培养技术，将花药细胞培养成单倍体。过程②可用秋水仙素或低温

处理使染色体数目加倍，D正确。故选ABCD。

这道试题马铃薯栽培无性繁殖种质退化及复壮。

马铃薯有关的知识在高中生物学多次出现，如体细胞杂交技术培

育薯蕃茄，四培体马铃薯，转基因马铃薯等。

马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物，全球有13亿人口以

马铃薯为主食。与谷物类粮食作物不同，栽培马铃薯是依靠薯块进行

无性繁殖的同源四倍体物种。由于四倍体遗传的复杂性，马铃薯的遗

传改良进程缓慢，一些上百年历史的马铃薯品种仍然在广泛种植。

1.马铃薯无性生殖的有害性

马铃薯利用块茎上的芽繁殖，没有经过两性生殖细胞的结合，而

是有母体直接产生的新个体，属于无性生殖，这样带来的问题是不仅

繁殖系数低，而且储运成本高、易携带病虫害。

为了彻底解决马铃薯产业面临的问题，中国农业科学院深圳农业

基因组研究所黄三文研究员联合云南师范大学等国内外优势单位发

起了“优薯计划”，运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交

马铃薯，用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子繁殖替代薯块

繁殖。

2.马铃薯有性生殖需要解决的难题

科学家发现，二倍体土豆在栽培品种中非常少见，他们只好到没

有经过驯化的野生土豆中寻找。好不容易找到一些二倍体土豆，又发

现它们杂交后根本不能产生种子。更可气的是，杂交种子的父母还会

发生严重的近交衰退，也就是说，如果让马铃薯进行自交，有2个“卡

脖子”问题：自交不亲和与自交衰退。

自交不亲和是指植物自花授粉后不会产生种子的现象。黄三文团

队通过基因组编辑技术敲除了控制马铃薯自交不亲和的基因，筛选到

了这一基因的天然突变体，并克隆了来自野生种的自交亲和基因，彻

底解决了自交不亲和的问题。第一步，首先解决了自花授粉后不会产

生种子的问题。

自交衰退是指生物在自交之后出现生理机能的衰退，表现为生活

力下降、抗性减弱、产量降低等。科学家表示，由于长期无性繁殖，

马铃薯累积了大量隐性有害突变。一旦自交后，这些突变就会显现出

来，导致“自交衰退”。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队用运用“基因

组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯，用马铃薯二倍体替代四

倍体育种，用杂交种子替代薯块繁殖，并发布了第一代高纯合度二倍

体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。

3.马铃薯有性生殖的环节

杂交马铃薯基因组设计育种流程，主要包括四个环节：

第一步是用于培育自交系的起始材料的选择，选择的标准是起始

材料的基因组杂合度较低和有害突变数目较少；

第二步是起始材料自交群体的遗传解析，主要是根据全基因组偏

分离分析和表型评价，确定大效应有害等位基因和优良等位基因在基

因组中的分布；

第三步是自交系的选育，根据前景和背景选择淘汰大效应的有害

突变，并聚合优良等位基因，尤其是要打破大效应有害突变和优良等

位基因之间的连锁；

第四步是杂交种的选育，根据基因组测序的结果，选择基因组互

补性