专题10生物的变异及变异在育种中的应用

专题10 生物的变异及变异在育种中的应用

基因突变和基因重组

考1 结合实例考查基因突变或基因重组的概念,考查学生对概念的理解能力,题型多为选择题 向 扫2 以选择题形式考查基因突变或基因重组的变异类型、特点等,考查学生的信息获取能力和综合应用能力 描 命 题 对本知识点的考查可结合细胞和基因对性状的控制、育种、遗传病等知识,命题的角度有基因突变和基动因重组的原理、类型、特点等。题型以选择题为主 向

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1.(2011年安徽理综卷)人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄碘能力。临床上常用小剂量的放射性同位素I治疗某

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些甲状腺疾病,但大剂量的I对人体会产生有害影响。积累在细胞内的I可能直接( ) A.插入DNA分子引起插入点后的碱基序列改变 B.替换DNA分子中的某一碱基引起基因突变

C.造成染色体断裂、缺失或易位等染色体结构变异 D.诱发甲状腺滤泡上皮细胞基因突变并遗传给下一代

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解析:I具有放射性,可诱导基因突变和染色体结构变异,但I不能直接插入DNA分子中或替换DNA中的碱基;甲状腺滤泡上皮细胞是体细胞,其中发生基因突变的细胞不能遗传给下一代。 答案:C。

2.(2010年新课标全国卷)在白花豌豆品种栽培园中,偶然发现了一株开红花的豌豆植株,推测该红花表现型的出现是花色基因突变的结果。为了确定该推测是否正确,应检测和比较红花植株与白花植株中( ) A.花色基因的碱基组成 B.花色基因的DNA序列 C.细胞的DNA含量 D.细胞的RNA含量

解析:基因突变不改变花色基因中的碱基种类,花色基因均含有A、T、C、G四种碱基;基因突变不会改变细胞中DNA的分子数目;细胞中的RNA含量与细胞蛋白质合成功能强弱有关,与基因突变不相关;等位基因的产生是基因突变的结果,他们的差别在于碱基序列的不同。 答案:B。

本题考查基因的化学组成和基因突变的概念及细胞中DNA和RNA的作用。基因突变的关键是基因中碱基对

的增添、缺失或改变,从而改变了基因中的碱基序列。

3.(2010年福建理综卷)下图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。已知WNK4基因发生一种突变,导致1 169位赖氨酸变为谷氨酸。该基因发生的突变是( )

甘氨酸:GGG 赖氨酸:AAA AAG

谷氨酰胺:CAG CAA 谷氨酸:GAA GAG 丝氨酸:AGC 丙氨酸:GCA 天冬酰胺:AAU A.①处插入碱基对G-C

B.②处碱基对A-T替换为G-C C.③处缺失碱基对A-T

D.④处碱基对G-C替换为A-T

解析:本题主要考查基因突变、转录、翻译等方面的基础知识及突变对性状的影响。第一步先根据基因结构和氨基酸种类确定密码子的排列顺序,即mRNA上碱基排列顺序(„GGG AAG CAG„)。由于1 169位赖氨酸(AAG)变为谷氨酸(GAA GAG),结合题干意思即①②③④四处只有一处发生突变,可确定谷氨酸密码子是(GAG),从而推出是②处碱基对A-T替换为G-C。所以选B项。 答案:B。

4.(2012年北京理综卷,30,16分)在一个常规饲养的实验小鼠封闭种群中,偶然发现几只小鼠在出生第二周后开始脱毛,以后终生保持无毛状态。为了解该性状的遗传方式,研究者设置了6组小鼠交配组合,统计相同时间段内繁殖结果如下。

组合编号 交配组合 产仔次数 子代小 脱毛 鼠总数 有毛 (只) Ⅰ ●× 6 9 12 Ⅱ ×■ 6 20 27 Ⅲ × 17 29 110 Ⅳ ●×■ 4 11 0 Ⅴ ●×□ 6 0 13 Ⅵ ○×■ 6 0 40

注:●纯合脱毛♀,■纯合脱毛♂,○纯合有毛♀,□纯合有毛♂, 杂合♀, 杂合♂

(1)已知Ⅰ、Ⅱ组子代中脱毛、有毛性状均不存在性别差异,说明相关基因位于 染色体上。 (2)Ⅲ组的繁殖结果表明脱毛、有毛性状是由 基因控制的,相关基因的遗传符合 定律。 (3)Ⅳ组的繁殖结果说明,小鼠表现出脱毛性状不是 影响的结果。

(4)在封闭小种群中,偶然出现的基因突变属于 。此种群中同时出现几只脱毛小鼠 的条件是 。

(5)测序结果表明,突变基因序列模板链中的1个G突变为A,推测密码子发生的变化是 (填选项前的符号)。 A.由GGA变为AGA B.由CGA变为GGA C.由AGA变为UGA D.由CGA变为UGA

(6)研究发现,突变基因表达的蛋白质相对分子质量明显小于突变前基因表达的蛋白质,推测出现此现象的原因是蛋白质合成 。进一步研究发现,该蛋白质会使甲状腺激素受体的功能下降,据此推测脱毛小鼠细胞的 下降,这就可以解释表中数据显示的雌性脱毛小鼠 的原因。 解析:本题考查基因的分离定律、基因突变和基因的表达等知识。

(1)子代的有毛、无毛性状与性别无关,说明控制该相对性状的基因位于常染色体上。

(2)分析第Ⅲ组繁殖结果可知:子代有毛与脱毛的比接近3∶1,符合孟德尔分离定律,是由一对等位基因控制。 (3)Ⅳ组中纯合脱毛♀×纯合脱毛 ♂,后代全为脱毛,说明脱毛性状不是环境因素影响的结果。 (4)在常规饲养的实验小鼠封闭种群中,该基因突变应为自然突变。只有基因的突变率足够高,才有可能同时出现几只脱毛小鼠的条件。

(5)根据转录过程中的碱基互补配对原则,模板链中1个G变为A,相对应mRNA上密码子由C变为U。

(6)突变基因表达的蛋白质相对分子质量变小,推测可能是蛋白质的合成提前终止;甲状腺激素的作用是促进细胞新陈代谢,促进物质氧化分解,因此该突变小鼠细胞供能减少,细胞代谢速率下降,产仔率降低。 答案:(1)常

(2)一对等位 孟德尔分离 (3)环境因素

(4)自发/自然突变 突变基因的频率足够高 (5)D

(6)提前终止 代谢速率 产仔率低

5.(2012年课标全国卷,31,10分)一对毛色正常鼠交配,产下多只鼠,其中一只雄鼠的毛色异常。分析认为,鼠毛色出现异常的原因有两种:一是基因突变的直接结果(控制毛色基因的显隐性未知,突变只涉及一个亲本常染色体上一对等位基因中的一个基因);二是隐性基因携带者之间交配的结果(只涉及亲本常染色体上一对等位基因)。假定这只雄鼠能正常生长发育,并具有生殖能力,后代可成活。为探究该鼠毛色异常的原因,用上述毛色异常的雄鼠分别与其同一窝的多只雌鼠交配,得到多窝子代。请预测结果并作出分析。

(1)如果每窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为 ,则可推测毛色异常是 性基因突变为 性基因的直接结果,因为 。

(2)如果不同窝子代出现两种情况,一种是同一窝子代中毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例为 ,另一种是同一窝子代全部表现为 鼠,则可推测毛色异常是隐性基因携带者之间交配的结果。

解析:(1)若是基因突变且只涉及一个亲本常染色体上一对等位基因中的一个基因,表现毛色异常,该突变只能为显性突变,即由隐性基因突变为显性基因,设控制毛色的基因为A、a,则突变体基因型为Aa,正常雌鼠基因型为aa,所以后代毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为1∶1。

(2)由题干信息只涉及亲本常染色体上的一对等位基因,亲代交配后,同窝中的雌性鼠基因型是AA或者Aa,且雌性鼠都是毛色正常,雄性鼠基因型为aa,则与Aa交配,后代出现性状分离比为1∶1,与AA交配,后代都为Aa,即毛色正常鼠。 答案:(1)1∶1 隐 显 只有两个隐性纯合亲本中一个亲本的一个隐性基因突变为显性基因时,才能得到每窝毛色异常鼠与毛色正常鼠的比例均为1∶1的结果 (2)1∶1 毛色正常

染色体变异

考向 扫描 命 题 动向

1 结合具体实例考查染色体变异的类型,考查学生的知识迁移能力,多为选择题形式 考查单倍体、多倍体和染色体组等概念的理解及应用,考查学生对概念的理解能力和综合应用能力,题型2 既有选择题又有非选择题 3 以选择题的形式结合实验考查低温诱导染色体数目加倍的操作过程或结果,考查学生的分析应用能力 本考点涉及染色体组、单倍体、多倍体等概念的理解和判定,命题多结合生产实践中的实例综合考查,同时还会结合有丝与减数过程考查出现染色体变异的原因,题型选择题与非选择题均有

1.(2012年广东理综卷,6,4分)科学家用人工合成的染色体片段,成功替代了酵母菌的第6号和第9号染色体的部分片段,得到的重组酵母菌能存活,未见明显异常。关于该重组酵母菌的叙述,错误的是( ) A.还可能发生变异

B.表现型仍受环境的影响 C.增加了酵母菌的遗传多样性 D.改变了酵母菌的进化方向

解析:本题考查的是生物的变异和进化的知识。由题干知,替代了部分染色体片段后,酵母菌的遗传物质发生染色体变异。由于替换了酵母菌的染色体部分片段,必然导致酵母菌遗传多样性增多。人为替换染色体部分片段,只是通过染色体变异提供了进化的原材料。酵母菌的进化方向是由环境的自然选择决定的。故选D。 答案:D。

2.(2011年海南卷)关于植物染色体变异的叙述,正确的是( ) A.染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加 B.染色体组非整倍性变化必然导致新基因的产生 C.染色体片段的缺失和重复必然导致基因种类的变化 D.染色体片段的倒位和易位必然导致基因排列顺序的变化

解析:本题考查染色体结构变异。染色体数目变异和染色体结构变异中的缺失、重复导致基因数目变化,但不改变基因种类,故A、B、C错误。染色体结构变异中的倒位和易位会导致染色体上基因排列顺序的改变,故D正确。 答案:D。

3.(2010年江苏卷)为解决二倍体普通牡蛎在夏季因产卵而出现肉质下降的问题,人们培育出三倍体牡蛎。利用普通牡蛎培育三倍体牡蛎合理的方法是( )

A.利用水压抑制受精卵的第一次卵裂,然后培育形成新个体

B.用被γ射线破坏了细胞核的精子刺激卵细胞,然后培育形成新个体 C.将早期胚胎细胞的细胞核植入去核卵细胞中,然后培育形成新个体 D.用化学试剂阻止受精后的次级卵母细胞释放极体,然后培育形成新个体

解析:A项,利用水压抑制受精卵的第一次卵裂,培育形成的新个体是四倍体,由此判断A项错误;B项,用被γ射线破坏了细胞核的精子刺激卵细胞,然后培育形成的新个体是单倍体,由此判断B项错误;C项,将早期胚胎细胞的细胞核植入去核卵细胞中,然后培育形成的新个体是二倍体,由此判断C项错误;D项,用化学试剂阻止受精后的次级卵母细胞(2个染色体组)释放极体(1个染色体组),然后培育形成的新个体是三倍体,由此判断D项正确。 答案:D。

4.(2010年福建理综卷)下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述,正确的是( ) A.原理:低温抑制染色体着丝点,使子染色体不能分别移向两极 B.解离:盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离 C.染色:改良苯酚品红溶液和醋酸洋红溶液都可以使染色体着色 D.观察:显微镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变

解析:低温诱导染色体加倍的实验原理是抑制有丝前期纺锤体的形成,使复制后形成的染色单体分开后,不能移向两极,导致染色体数目加倍。卡诺氏液不能用于解离过程。能使染色体着色的有龙胆紫溶液或醋酸洋红溶液,改良的苯酚品红溶液也有此作用。在显微镜下观察时,大多数细胞处于有丝间期,看不到染色体。只有在少数细胞中能看到染色体数目加倍。 答案:C。

不同育种方式的过程及特点

以选择题形式考查不同育种方式的原理,如基因突变、基因重组或染色体变异等,考查学生对原理的理解考1 能力 向 扫结合具体实例考查不同育种方式的操作方法和优缺点,题型有选择题和非选择题,考查学生的理解能力、2 描 知识迁移和应用能力 命 题 本部分是高考常考内容之一,多结合实例以示意图的形式考查不同育种方式的处理方法、原理、优缺点等,动将联系细胞(有丝、减数)等知识来命题。题型以选择题为主 向

1.(2011年天津理综卷)玉米花药培养的单倍体幼苗,经秋水仙素处理后形成二倍体植株。如图是该过程中某时段细胞核DNA含量变化示意图。下列叙述错误的是( )

A.a~b过程中细胞内不会发生基因重组 B.c~d过程中细胞内发生了染色体数加倍 C.e点后细胞内各染色体组的基因组成相同 D.f~g过程中同源染色体分离,染色体数减半

解析:a~b过程是玉米花药培养形成单倍体的过程,该过程中只有有丝,不会发生基因重组,A项正确;c~d过程是秋水仙素处理单倍体幼苗实现DNA含量加倍之后的过程,DNA加倍之时,染色体也实现加倍,B项正确;e点之后细胞中可能

含2个或4个染色体组,这些染色体组都是加倍而来,各染色体组的基因组成相同,C项正确;从题中曲线变化趋势看,不能判断二倍体玉米进行减数,故D项错误。 答案:D。

2.(2010年江苏卷)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株,经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是( )

A.这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的 B.该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体

C.观察细胞有丝中期染色体形态可判断基因突变发生的位置 D.将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系

解析:基因突变往往只改变一个基因,由显性基因突变成隐性基因属于隐性突变,一般不改变表现型,故A项错;该变异杂合子植株通过自交既能产生显性纯合子,又能产生隐性纯合子,故B项正确;观察细胞有丝中期图像只能观察到染色体,不能观察到基因,故C项错;花粉离体培养后获得的是单倍体,再经秋水仙素(低温)处理才可获得稳定遗传的高产品系,故D项错。 答案:B。

3.(2012年浙江理综卷,32,18分)玉米的抗病和不抗病(基因为A、a)、高秆和矮秆(基因为B、b)是两对遗传的相对性状。现有不抗病矮秆玉米种子(甲),研究人员欲培育抗病高秆玉米,进行以下实验: 取适量的甲,用合适剂量的γ射线照射后种植,在后代中观察到白化苗4株、抗病矮秆1株(乙)和不抗病高秆1株(丙)。将乙与丙杂交,F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗病矮秆。选取F1中抗病高秆植株上的花药进行离体培养获得幼苗,经秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株(丁)。 另一实验表明,以甲和丁为亲本进行杂交,子一代均为抗病高秆。 请回答:

(1)对上述1株白化苗的研究发现,控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA,因此该基因不能正常 ,功能丧失,无法合成叶绿素,表明该白化苗的变异具有 的特点,该变异类型属于 。

(2)上述培育抗病高秆玉米的实验运用了 、单倍体育种和杂交育种技术,其中杂交育种技术依据的原理是 。花药离体培养中,可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株,也可通过诱导分化成 获得再生植株。

(3)从基因组成看,乙与丙植株杂交的F1中抗病高秆植株能产生 种配子。 (4)请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到F1的过程。

解析:本题考查的是基因的表达、基因突变的特点、生物育种方式、减数、遗传定律的应用等知识。(1)控制叶绿素合成的基因缺失一段DNA后,基因异常,不能正常表达,导致幼苗不能合成叶绿素。大多数基因突变是有害的,少数基因突变是有利的。DNA中碱基对的增添、缺失和改变都属于基因突变。(2)γ射线照射植物种子后,种子中基因突变,该育种方式为诱变育种。杂交育种的原理是基因重组,单倍体育种常用的方法是花药离体培养法和秋水仙素处理单倍体幼苗,花药离体培养常用植物组织培养法,脱分化形成愈伤组织,再分化形成胚状体。(3)根据信息判断,乙抗病矮秆(A bb)与丙不抗病高秆(aaB )杂交得到的子一代F1中含有不抗病矮秆(aabb)个体,故乙为Aabb,丙为aaBb,两者杂交得到的子一代中抗病高秆个体一定为AaBb,该个体产生的配子类型有AB、Ab、aB、ab。(4)书写遗传图解要注意符号,如亲本P、子一代F1、杂交×,亲本基因型及表现型以及表现型比例要注意写全。 答案:(1)表达 有害性 基因突变 (2)诱变育种 基因重组 胚状体 (3)4 (4)

育种在生产实践中的应用

多以非选择题的形式,结合实例考查杂交育种、诱变育种、单倍体育种等的原理在生产实践中的应用,考1 考查学生的综合分析能力和应用能力 向 扫结合实例考查某育种方案的具体流程设计,考查学生解决实际问题的能力和知识应用能力,题型多为非2 描 选择题 命题 育种多与生物的变异相结合,以不同的育种方式为背景材料,综合考查育种知识,内容多涉及各育种方式的动原理、操作流程设计等,题型多以非选择题为主 向 命题 剖析 1.(2012年天津理综卷,2,6分)芥酸会降低菜籽油的品质。油菜有两对遗传的等位基因(H和h,G和g)控制菜籽的芥酸含量。如图是获得低芥酸油菜新品种(HHGG)的技术路线。已知油菜单个花药由花药壁(2n)及大量花粉(n)等组分组成,这些组分的细胞都具有全能性。

据图分析,下列叙述错误的是( )

A.①、②两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化 B.与④过程相比,③过程可能会产生二倍体再生植株

C.图中三种途径中,利用花粉培养筛选低芥酸植株(HHGG)的效率最高 D.F1减数时,H基因所在染色体会与G基因所在染色体发生联会 解析:本题考查的是生物育种的相关知识。在植物组织培养技术中,脱分化过程需要激素的作用,所以A项正确。由于花药壁的染色体组成是2n,所以通过植物组织培养技术可以获得二倍体植株,故B项正确。单倍体育种可以大大缩短育种年限,所以育种效率大于其他育种方式,故C项正确。由于H、h和G、g是两对遗传的等位基因,所以H和G所在的染色体为非同源染色体,不可能联会。 答案:D。

2.(2012年重庆理综卷,31,16分)青蒿素是治疗疟疾的重要药物。利用雌雄同株的野生型青蒿(二倍体,体细胞染色体数为18),通过传统育种和现代生物技术可培育高青蒿素含量的植株。请回答以下相关问题:

(1)假设野生型青蒿白青秆(A)对紫红秆(a)为显性,稀裂叶(B)对叶(b)为显性,两对性状遗传,则野生型青蒿最多有 种基因型;若F1代中白青秆、稀裂叶植株所占比例为3/8,则其杂交亲本的基因型组合为 ,该F1代中紫红秆、叶植株所占比例为 。 (2)四倍体青蒿中青蒿素含量通常高于野生型青蒿。低温处理野生型青蒿正在有丝的细胞会导致染色体不分离。从而获得四倍体细胞并发育成植株,推测低温处理导致细胞染色体不分离的原因是 ,四倍体青蒿与野生型青蒿杂交后代体细胞的染色体数为 。

(3)从青蒿中分离了cyp基因(如图为基因结构示意图),其编码的CYP酶参与青蒿素合成。①若该基因一条单链中(G+T)/(A+C)=2/3,则其互补链中(G+T)/(A+C)= 。②若该基因经改造能在大肠杆菌中表达CYP酶,则改造后的cyp基因编码区无 (填字母)。③若cyp基因的一个碱基对被替换,使CYP酶的第50位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸,则该基因突变发生的区段是 (填字母)。

解析:(1)野生型青蒿的白青秆基因型有AA和Aa,紫红秆为aa,共3种基因型;野生型青蒿稀裂叶基因型为BB和Bb,叶为bb,共3种基因型,控制两对性状的两对等位基因间自由组合,故野生型青蒿的基因型最多有3×3=9种。F1中白青秆稀裂叶植株(A B )的比例为,由于两对基因自由组合,可分解成×或×,亲本组合可能是AaBb×aaBb或

AaBb×Aabb。当亲本组合为AaBb×aaBb时,F1中紫红秆叶植株(aabb)的比例为 ×=;当亲本为AaBb×Aabb时,F1

中紫红秆叶植株(aabb)的比例为×=。 (2)低温和秋水仙素均可抑制细胞过程中纺锤体的形成,使细胞内的染色体经过复制后不分离,从而使细胞中染色体数目加倍。四倍体青蒿(36条染色体)与野生型的二倍体青蒿(1染色体)杂交,受精卵中染色体数为18+9=27条,受精卵发育而成的子代体细胞中含有27条染色体。(3)①若该基因一条链上=,根据碱基互补配对原则,其互补链中

等于该链中的

=。②真核生物的基因结构与原核生物的基因结构比,

真核生物的基因的编码区是不连续的,由内含子和外显子组成。外显子能够编码蛋白质,包括图示J、L、N区段;内含子不能编码蛋白质,包括图示K、M区段。原核生物的基因编码区中不存在内含子和外显子之分,是连续不间隔的。为了使该基因能在大肠杆菌中表达,应去掉内含子区段。③cyp基因中只有编码区的外显子区段能编码蛋白质,该基因控制合成的CYP酶的第50位氨基酸由外显子的第148、149、150对脱氧核苷酸(3×50=150,基因中的每3对连续脱氧核苷酸决定一个氨基酸)决定,因此该基因突变发生在L区段内(81+78=159)。 答案:(1)9 AaBb×aaBb、AaBb×Aabb 1/8 (2)低温抑制纺锤体形成 27 (3)①3/2 ②K和M ③L

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3.(2010年安徽理综卷)如图所示,科研小组用Co照射棉花种子。诱变当代获得棕色(纤维颜色)新性状,诱变1代获得低酚(棉酚含量)新性状。已知棉花的纤维颜色由一对基因(A、a)控制,棉酚含量由另一对基因(B、b)控制,两对基因遗传。

(1)两个新性状中,棕色是 性状,低酚是 性状。

(2)诱变当代中,棕色、高酚的棉花植株基因型是 ,白色、高酚的棉花植株基因型是 。

(3)棕色棉抗虫能力强,低酚棉产量高。为获得抗虫高产棉花新品种,研究人员将诱变1代中棕色、高酚植株自交。每株自交后代种植在一个单独的区域,从 的区域中得到纯合棕色、高酚植株。请你利用该纯合体作为一个亲本,再从诱变1代中选择另一个亲本,设计一方案,尽快选育出抗虫高产(棕色、低酚)的纯合棉花新品种(用遗传图解和必要的文字表示)。

解析:(1)棕色性状在诱变当代出现,为显性性状;低酚性状在诱变1代出现,为隐性性状。

(2)诱变当代中的棕色高酚植株自交,诱变1代中出现棕色高酚和白色高酚两种表现型,则诱变当代中的棕色高酚植株的基因型为AaBB;诱变当代中的白色高酚植株自交,诱变1代中出现白色高酚和白色低酚两种表现型,则诱变当代中的白色高酚植株的基因型为aaBb。

(3)诱变1代中的棕色高酚植株,既有纯合体,又有杂合体,纯合体自交后代不发生性状分离;欲尽快获得抗虫高产棉花新品种,应选择白色低酚植株与棕色高酚植株杂交,F1时进行花药离体培养,进行单倍体育种。 答案:(1)显性 隐性 (2)AaBB aaBb

(3)不发生性状分离(或全为棕色棉,或没有出现白色棉)

本题考查诱变育种、杂交育种、单倍体育种等方法的应用。解决此题关键是从突变的显隐性的特点入手,显

性突变当代即可表现,隐性突变在下一代才能表现出来。