届高三生物金榜频道一轮课件必修6从杂交育种到基因工程.ppt

第6章 从杂交育种到基因工程,一、杂交育种与诱变育种 1.杂交育种 (1)含义:将两个或多个品种的优良性状通过_集中在一起, 再经过选择和培育,获得新品种的方法。 (2)育种原理:_。 (3)方法:杂交_选种自交。,交配,基因重组,自交,2.诱变育种 (1)含义:利用_来处理生物,使生物发生 _。 (2)育种原理:_。 3.生物育种原理、方法、实例(连线),物理因素或化学因素,基因突变,基因突变,二、基因工程及其应用 1.基因工程的概念 (1)别名:_或_。 (2)操作对象:_。 (3)操作过程:把一种生物的_提取出来,加以修饰改造, 然后放到另一种生物的_里。 (4)操作目的:_地改造生物的遗传性状。 2.原理 不同生物之间的_。,基因拼接技术,DNA重组技术,基因,某种基因,细胞,定向,基因重组,3.基因操作的基本工具 基因的“剪刀”：_ 基因的“针线”：_ 基因的“运输工具”：_，常用_、噬菌体、 动植物病毒等 4.基因操作的基本步骤 提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入_ _目的基因的_。,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,运载体,质粒,受,体细胞,检测与鉴定,5.基因工程的应用 (1)_,如抗虫棉。 (2)_研制,如胰岛素等。 (3)环境保护,如转基因细菌分解石油。 6.转基因生物和转基因食品的安全性 对转基因生物和转基因食品的两种态度: (1)转基因生物和转基因食品不安全,要_; (2)转基因生物和转基因食品是安全的,应该_。,育种,药物,严格控制,大范围推广,1.(2008江苏T23B)诱变育种和杂交育种均可形成新基因。( ) 【分析】诱变育种的原理是基因突变,基因突变产生了新的基 因,故创造出变异新类型;杂交育种的原理是基因重组,没有产 生新的基因,只是实现原有基因的重新组合。 2.(2009上海T21C)花药离体培养技术也能培育获得抗锈高产小 麦新品种。( ) 【分析】花药离体培养只能得到单倍体植株,必须经过秋水仙 素处理使染色体数目加倍,才可能获得高产新品种。,3.(2010全国卷T5D)自然界中天然存在的噬菌体自行感染细 菌后,其DNA整合到细菌DNA上属于基因工程。( ) 【分析】基因工程是在人为作用下进行的,噬菌体感染细菌无 人为因素,所以不属于基因工程。 4.(2010浙江T2A)可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的 核酸,进行构建抗除草剂的转基因烟草。( ) 【分析】限制性核酸内切酶可以用来切割获取抗除草剂基因片 段,而不能切割烟草花叶病毒的核酸RNA。,5.单倍体育种在所有育种方法中所用的年限最短。( ) 【分析】育种年限的长短取决于所需要的品种,如果需要隐性 纯合子,诱变育种所用年限短。 6.杂交育种第一步杂交的目的是将两个亲本的优良性状集中到 一个个体上。( ) 【分析】杂交过程能产生基因重组,使优良的基因集中在一起。,7.太空育种能按人的意愿定向产生优良性状。( ) 【分析】太空育种利用基因突变的原理。基因突变具有不定向 性,产生的有害个体多于有利个体。 8.在所有的基因工程步骤中都涉及碱基互补配对。( ) 【分析】将重组DNA导入受体细胞中,这一步骤中没有涉及碱基 互补配对。,考点 一 五种育种方法的比较,【高考警示】 不同育种方法需注意的问题 (1)原核生物不能进行减数分裂,所以不能运用杂交的方法进行育种,如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。 (2)杂交育种不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种,需要连续自交筛选,直至性状不再发生分离;若选育隐性优良纯种,则只要出现该性状个体即可。 (3)花药离体培养只是单倍体育种中的一个程序,要想得到可育的品种,一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体加倍。,【典例1】农科所通过如下育种过程培育出了高品质的糯小麦,相关叙述正确的是( ) A.该育种过程中运用的遗传学原理是基因突变 B.要获得yyRR,b过程需要进行连续自交来提高纯合率 C.a、c过程都需要使用秋水仙素,都作用于萌发的种子 D.a过程能提高突变率,明显缩短育种年限,【解析】选B。如图所示,a为单倍体育种,b为杂交育种,c为多倍体育种。杂交育种的原理是基因重组,单倍体育种和多倍体育种的原理是染色体变异。杂交育种过程中可以通过连续自交来提高纯合率。a过程中秋水仙素作用于单倍体幼苗,c过程中秋水仙素作用于萌发的种子或幼苗。a过程能够缩短育种年限,但不能提高突变率。,【互动探究】 (1)通过a过程培育yyRR,需要几年时间? 提示:两年。YYRR与yyrr杂交获得YyRr一年;把YyRr种子种下,产生花药,再进行花药离体培养得到单倍体幼苗,进行秋水仙素处理得到yyRR个体,又需要一年。 (2)yyRR与YYyyRRrr杂交,能否培育出高品质的糯小麦? 提示:不能。其后代是YyyRRr,有三个染色体组,联会紊乱,不能形成正常的配子。,【变式训练】如图表示以某种作物中的和两个品种分别培育出三个新品种的过程,相关叙述正确的是 ( ) A.用和培育成的过程中所采用的方法和分别称为杂交和测交 B.用培育出常用的方法是花药离体培养 C.培育出常用的是化学或物理的方法进行诱变处理 D.图中培育出所依据的原理是基因突变和基因重组,【解析】选B。用和培育成的过程中所采用的方法和分别称为杂交和自交。培育出常用的化学药剂是秋水仙素,属于多倍体育种。图中培育出所依据的原理是基因重组和染色体变异。,考点 二 基因工程的操作工具及基本步骤 1.基因工程操作工具 (1)限制性核酸内切酶(简称限制酶): 分布:主要在微生物体内。 特性:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子。,实例:EcoR限制酶能专一识别GAATTC序列,并在G和A之间将这段序列切开。 切割结果:产生两个带有黏性末端的DNA片段。 作用:基因工程中重要的切割工具,能将外来的DNA切断,对自己的DNA无损害。,(2)DNA连接酶: 催化对象:两个具有相同黏性末端的DNA片段。 催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的缺口。 催化结果:形成重组DNA。,(3)常用的运载体质粒: 本质:小型环状DNA分子。 作用: a.作为运载工具,将目的基因运送到受体细胞中去; b.用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 条件: a.能在受体细胞内稳定保存并大量复制; b.有多个限制酶切点; c.有标记基因。,2.对基因工程步骤的五点说明 (1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,只是前者切开,后者连接。 (2)要想从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生4个黏性末端。 (3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。 (4)将目的基因导入受体细胞,没有涉及碱基互补配对。 (5)动物一般用受精卵作为受体细胞;植物一般用体细胞作为受体细胞,再通过植物组织培养方式形成新个体;微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。,【拓展延伸】与DNA有关酶的作用 (1)DNA酶:即DNA水解酶,可以将DNA水解成脱氧核苷酸。 (2)DNA聚合酶:在DNA复制的过程中,连接单个游离的脱氧核苷酸到DNA片段上,需要模板。 (3)DNA连接酶:连接两个DNA片段,形成磷酸二酯键,不需要模板。 (4)解旋酶:在DNA复制时,破坏氢键,使DNA双链打开。 (5)限制性核酸内切酶:破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,【典例2】如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图,请据图作答。,(1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”: ; ; ; 。 (2)能否利用人的皮肤细胞来完成过程? ,为什么? 。 (3)过程必需的酶是 酶,过程必需的酶是 酶。 (4)若A中共有a个碱基对,其中鸟嘌呤有b个,若过程连续进行4次,至少需提供胸腺嘧啶 个。 (5)在利用A、B获得C的过程中,常用 切割A和B,使它们产生 ,再加入 ,才可形成C。,【解析】(2)图中过程是从细胞中获取相应的mRNA,由于基因的选择性表达,人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录,不表达,因此不能形成胰岛素mRNA。 (3)从mRNADNA是逆转录的过程,需要逆转录酶。DNA分子的扩增需用解旋酶将双链DNA解旋为单链。 (4)一个DNA分子中的鸟嘌呤(b个)和胸腺嘧啶之和占碱基总数(2a个)的一半,所以一个DNA分子片段中胸腺嘧啶数为(a-b)个。连续复制4次,共产生DNA分子24=16个,由于复制方式为半保留复制,故需要提供的胸腺嘧啶数量为(a-b)(16-1)=15(a-b)。,(5)构建基因表达载体时目的基因与运载体需用同一种限制酶切割,产生相同的黏性末端,才可以在DNA连接酶的作用下连接形成基因表达载体。 答案:(1)提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 (2)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录),不能形成胰岛素mRNA (3)逆转录 解旋 (4)15(a-b) (5)同一种限制性核酸内切酶 相同的黏性末端 DNA连接酶,【互动探究】 (1)图中是什么过程? 提示:DNA分子扩增,获得大量目的基因。 (2)图中从大肠杆菌获得的B结构,其作用是什么? 提示:B是质粒,作为运载体,其作用是与目的基因结合,将目的基因导入受体细胞。,【变式训练】(2012郑州四校联考)人们试图利用基因工程的 方法,用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程是:甲 种生物的蛋白质 mRNA 目的基因 与质粒DNA重组 导入乙种生物的细胞中 获得甲种生物的蛋白质。下列 说法正确的是( ) A.过程需要的酶是逆转录酶,原料是A、U、G、C B.过程要用限制酶切断质粒DNA,再用DNA连接酶将目的基因 与质粒连接在一起 C.如果受体细胞是细菌,可以选用枯草杆菌、炭疽杆菌等 D.过程中用的原料不含A、U、G、C,【解析】选B。过程是逆转录,利用逆转录酶合成DNA片段,需要的原料是A、T、G、C;过程是目的基因与质粒DNA重组,需要限制酶切断质粒DNA,再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起;将重组质粒导入受体细胞时,如果受体细胞是细菌,则不应该用致病菌,而炭疽杆菌是致病菌;过程是基因的表达过程,涉及转录和翻译,原料中含有A、U、G、C四种碱基。,【拓展延伸】 正确理解基因重组与基因工程间的关系,合理选择育种的方法 【典例】某植物的基因型为AaBB,通过不同的生物技术可以分别将它转变为以下基因型的植物: AABB aB AaBBC AAaaBBBB 则所用到的生物技术排列正确的是( ) A.诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合 B.杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种 C.花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术 D.多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术,【解析】选B。由于某植物的基因型为AaBB,通过AaBB与A_B_杂交,则可获得基因型为AABB的植物;选取AaBB的花粉进行离体培养,则可获得基因型为aB的单倍体;将外源基因C导入植物的某个细胞中,经组织培养获得基因型为AaBBC的植物;将植物AaBB用秋水仙素处理,则获得基因型为AAaaBBBB的四倍体植物。,【方法归纳】育种目的不同,选择育种方法也不同,具体分析如下: (1)将同一物种两亲本的性状集中到同一生物体上,可利用杂交育种,这是最简便的育种方法。 (2)将两物种的优良性状集中在一起,可用基因工程,也可用细胞杂交。,(3)若要快速获得纯种,可用单倍体育种方法。 (4)若要提高营养物质含量,可用多倍体育种方法。 (5)若要培育原物种没有的性状,可用诱变育种和基因工程,其中基因工程是有目的地改良。 (6)若培育植物为营养繁殖,如土豆、地瓜等,则只要出现所需性状即可,不需要培育出纯种。,【易错提醒】(1)有些植物如小麦、水稻等,杂交实验较难操作,其最简便的方法是自交。 (2)单倍体育种包括两个过程:花药离体培养和秋水仙素处理。如只有花药离体培养则得到单倍体,植株弱小,高度不育。,【变式训练】育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育 种、多倍体育种、基因工程育种等。下面对这五种育种方式的说法正确的是( ) A.涉及的原理有基因突变、基因重组、染色体变异 B.都不可能产生定向的可遗传变异 C.都在细胞水平上进行操作 D.都不能通过产生新基因而产生新性状,【解析】选A。杂交育种利用的原理是基因重组,单倍体育种利用的原理是染色体变异,诱变育种利用的原理是基因突变,多倍体育种利用的原理是染色体变异,基因工程育种利用的原理是基因重组。基因工程育种可产生定向的可遗传变异;杂交育种、诱变育种、多倍体育种都是个体水平上的操作,而单倍体育种的花药离体培养属细胞水平的操作,基因工程育种属分子水平上的操作;诱变育种可以产生新基因,进而形成新性状。,1.下列关于育种的叙述中,正确的是( ) A.培育无子西瓜的原理是生长素促进果实发育 B.培育八倍体小黑麦的原理是染色体变异 C.青霉素高产菌株的选育原理和杂交育种相同 D.培育无子番茄的原理是基因重组,【解析】选B。培育无子西瓜的原理是染色体变异。青霉素高产菌株的选育利用了基因突变的原理。无子番茄的获得利用了生长素促进果实发育的原理。八倍体小黑麦的培育原理是染色体变异。,2.如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤,这一步骤需用到的工具是( ) A.DNA连接酶和解旋酶 B.DNA聚合酶和限制性核酸内切酶 C.限制性核酸内切酶和DNA连接酶 D.DNA聚合酶和RNA聚合酶,【解析】选C。如图所示是目的基因与运载体结合的过程,需要用到的工具是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。,3.(2013台州模拟)现有三个番茄品种,A品种的基因型为 aaBBDD,B品种的基因型为AAbbDD,C品种的基因型为AABBdd,三 种等位基因分别位于三对同源染色体上。若要通过杂交育种获 得aabbdd植株,且每年只繁殖一代,至少需要的时间为( ) A.2年 B.3年 C.4年 D.5年 【解析】选C。aaBBDDAAbbDDAaBbDD 1年, AaBbDDAABBdd AaBbDd 1年,AaBbDd aabbdd 1年,种植aabbdd种子1年得 aabbdd植株,所以至少需要4年的时间。,4.用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述中不正确的是( ) A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒 B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶 C.可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒 D.导入大肠杆菌的目的基因不一定成功表达,【解析】选B。限制性核酸内切酶具有特异性,能识别特定的核苷酸序列,并在特定的位点切割,切割后留下两个黏性末端,目的基因要连接到质粒上,需要用相同的限制性核酸内切酶处理。DNA连接酶和限制性核酸内切酶用于构建重组质粒,RNA聚合酶的功能是连接核糖核苷酸为RNA,不是重组质粒必需的工具酶。目的基因的检测是利用质粒上的标记基因,如质粒中含有抗青霉素基因,则将用该质粒作运载体的生物放在带有青霉素的培养基中培养,若有抗性,则说明重组质粒导入成功。目的基因导入受体细胞后,不一定能成功表达,有时还需对目的基因进行修饰。,5.下列关于转基因植物的叙述,正确的是( ) A.转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中 B.转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加 C.动物的生长激素基因转入植物后不能表达 D.如转基因植物的外源基因来源于自然界,则不存在安全性问题,【解析】选A。若转入到油菜的抗除草剂基因存在于油菜的染色体上,则可能通过花粉传入环境中,由此判断A项正确;转抗虫基因的植物,对昆虫进行了定向选择,会导致昆虫群体抗性基因频率增加,由此判断B项错误;因生物体共用一套遗传密码,动物的生长激素基因转入植物后可表达,由此判断C项错误;如转基因植物的外源基因来源于自然界,可能打破原有的基因结构,或通过转基因植物散播,具有不确定性,存在一定的安全性问题,由此判断D项错误。,6.假设A、b代表玉米的优良基因,这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种,为培育出优良品种AAbb,可采用的方法如图所示。请据图回答问题:,(1)由品种AABB、aabb经过过程培育出新品种的育种方式称为 ,其原理是_ 。 用此育种方式一般从 才能开始选育AAbb个体,是因为 。 (2)若经过过程产生的子代总数为1 552株,则其中基因型为AAbb的植株在理论上有 株。基因型为Aabb的植株经过过程,子代中AAbb与aabb的数量比是 。,(3)过程常采用 技术得到Ab个体。与过程的育种方法相比,过程的优势是 。 (4)过程的育种方式是 ,与过程比较,过程的明显优势是 。,【解析】本题以图解的形式考查识图、析图能力,并且涉及相关计算。根据孟德尔自由组合定律,F2中基因型为AAbb的植株占1/16,所以共97株。Aabb自交后代AAbb和aabb的数量比例为11。过程是单倍体育种,包括了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍两个步骤,可以明显缩短育种年限。属于诱变育种,过程与过程相比,具有的明显优势是能定向地改造生物的遗传性状。,答案:(1)杂交育种 基因重组 F2 从F2开始出现AAbb个体(或从F2开始出现性状分离) (2)97 11 (3)花药离体培养 能明显缩短育种年限 (4)诱变育种 过程产生的变异是定向的(或基因工程育种转入的基因是已知的,用基因工程手段产生的变异是定向的),7.(2012海南高考)无子西瓜是由二倍体(2n=22)与同源四倍体杂交后形成的三倍体。回答下列问题： (1)杂交时选用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植株的_上，授粉后套袋。四倍体植株上产生的雌配子含有_条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合，形成含有_条染色体的合子。,(2)上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。该植株会产生无子果实，该果实无子的原因是三倍体的细胞不能进行正常的_分裂。 (3)为了在短期内大量繁殖三倍体植株，理论上可以采用_的方法。,【解析】(1)利用多倍体育种技术培育无子西瓜时，在二倍体 西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理得到四倍体植株，用其作母 本，用二倍体植株作父本，两者杂交，把得到的种子种下去 会长出三倍体植株，由于三倍体植株在减数分裂时联会紊乱， 无法形成正常配子，在其开花后用二倍体的花粉涂抹其雌蕊 (或柱头)，即可利用花粉产生的生长素刺激子房发育成果实， 由于没有受精，所以果实里没有种子，即为无子西瓜。四倍 体植株由二倍体植株经染色体加倍而来，体细胞中含有22 2=44条染色体，减数分裂产生的雌配子所含的染色体数目为,体细胞的一半 二倍体植株产生的雄配子含 条 染色体，两者结合形成含有33条染色体的合子。 (2)三倍体植株体细胞中的染色体含有3个染色体组，减数分裂 时会发生联会紊乱，而无法形成正常的配子。 (3)利用植物组织培养技术可以快速、大量繁殖三倍体植株。 答案：(1)雌蕊(或柱头) 22 33 (2)减数 (3)植物组织培养(其他合理答案也可),8.(2012浙江高考)玉米的抗病和不抗病(基因为A、a)、高秆和矮秆(基因为B、b)是两对独立遗传的相对性状。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