【名师一号】高考生物 第25讲 从杂交育种到基因工程复习与学科能力课件.ppt

1 第25讲从杂交育种到基因工程 2 教材基础回扣一 杂交育种1 概念 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起 再经过选择和 1 培育 获得新品种的方法 2 原理 2 基因重组 3 过程 选择具有不同优良性状的亲本 3 杂交 获得f1 f1自交或杂交 4 获得f2 鉴别 选择需要的类型 优良品种 3 4 优点 可以把多个品种的优良性状集中在一起 5 缺点 获得新品种的周期 5 长 6 意义 根据需要培育理想类型 4 思考1 在杂交育种中 如果新品种是杂合子 如玉米 水稻应注意什么 如果新品种是纯合子 如小麦应该注意什么 提示 在杂交育种中 如果新品种是杂合子 每年都要育种 如果新品种是纯合子 要通过多代自交淘汰杂合子 5 二 诱变育种1 概念 利用物理因素或化学因素来处理生物 使生物发生 6 基因突变 从而获得优良变异类型的育种方法 2 原理 7 基因突变 3 过程 选择生物 诱发基因突变 8 选择理想类型 培育 6 4 优点 1 可以提高 9 突变频率 在较短时间内获得更多的优良变异类型 2 大幅度地改良某些性状 5 缺点 诱发产生的突变 有利的个体往往不多 需处理大量材料 6 意义 培育具有新性状的品种 7 应用 培育优良品种 7 三 基因工程1 概念 又叫 10 基因拼接技术或dna重组技术 通俗地说 就是按照人们的意愿 把一种生物的某种基因提取出来 加以修饰改造 然后放到另一种生物的细胞里 11 定向地改造生物的遗传性状 2 原理 不同生物间的 12 基因重组 8 3 基本工具 1 基因的剪刀 13 限制性核酸内切酶 2 基因的针线 14 dna连接酶 3 基因的运载体 常用的有 15 质粒 噬菌体和 16 动植物病毒等 9 思考2 dna连接酶与dna聚合酶和dna酶有什么不同 提示 dna连接酶是连接的dna片段 dna聚合酶是在dna复制时 将单个的脱氧核苷酸连接成dna分子 dna酶的作用是水解dna 10 4 操作步骤提取 17 目的基因 目的基因与 18 运载体结合 将目的基因导入 19 受体细胞 目的基因的 20 表达和检测 11 思考3 运载体和细胞膜上的载体相同吗 提示 不同 运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具 常用的运载体有质粒 动植物病毒 噬菌体等 载体是位于细胞膜上的载体蛋白质 与控制物质进出细胞有关 12 5 应用 1 作物育种 利用基因工程的方法 获得高产 稳产和具有优良品质的农作物 培育出具有各种抗逆性的作物新品种 如 21 抗虫棉等 2 药物研制 利用基因工程的方法 培养转基因生物 利用转基因生物生产出各种高质量 低成本的药品 如胰岛素 22 干扰素 乙肝疫苗等 3 环境保护 如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物 吸收环境中的重金属 分解泄漏的石油 处理工业废水等 13 考点迁移互动考点1几种育种方法的比较 14 15 16 特别提醒 杂交育种与杂种优势的区别 杂交育种是通过有性生殖 使不同的优良性状组合到后代的一个个体中 从而选育出优良品种的方法 杂种优势是指基因型不同的个体杂交产生的杂种一代 在适应能力上优于两个亲本的现象 17 深化拓展 1 诱变育种与杂交育种相比 前者能产生前所未有的新基因 创造变异新类型 后者不能产生新基因 只是实现原有基因的重新组合 2 在所有育种方法中 最简捷 常规的育种方法 杂交育种 18 3 根据不同育种需求选择不同的育种方法 1 将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上 可利用杂交育种 亦可利用单倍体育种 2 要求快速育种 则运用单倍体育种 3 要求大幅度改良某一品种 使之出现前所未有的性状 可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法 4 要求提高品种产量 提高营养物质含量 可运用多倍体育种 19 4 杂交育种选育的时间是从f2代开始 原因是从f2开始发生性状分离 选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性 5 杂交育种是通过杂交培育具有优良性状且能稳定遗传 纯合子 的新品种 而杂种优势则是通过杂交获得种子 一般不是纯合子 在杂种后代上表现出多个优良性状 但只能用杂种一代 因为后代会发生性状分离 20 6 诱变育种尽管提高突变率 但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的个体 突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害的仍多于有利的 只是与自然突变相比较 二者都增多 21 例析1 普通小麦中有高秆抗病 ttrr 和矮秆易感病 ttrr 两个品种 控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上 实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验 22 请分析回答 1 a组由f1获得f2的方法是 f2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占 2 三类矮秆抗病植株中 最可能产生不育配子的是 类 3 a b c三组方法中 最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是 组 原因是 4 通过矮秆抗病 获得矮秆抗病小麦新品种的方法是 获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占 自交 2 3 c 基因突变频率低且不定向 秋水仙素 或低温 诱导染色体加倍 100 23 5 在一块高秆 纯合体 小麦田中 发现了一株矮秆小麦 请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因 简要写出所用方法 结果和结论 答案 将矮秆小麦与高秆小麦杂交 如果子一代为高秆 子二代高秆 矮秆 3 1 或出现性状分离 则矮秆性状是基因突变造成的 否则 矮秆性状是环境引起的 或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下 如果两者未出现明显差异 则矮秆性状由环境引起 否则 矮秆性状是基因突变的结果 24 解析 1 将f1高秆抗病类型自交 在f2中可获得高秆抗病 矮秆抗病 高秆易感病和矮秆易感病四种类型 从四种类型中选择矮秆抗病 该矮秆抗病类型的基因组成为ttrr或ttrr 其中 不能稳定遗传的 ttrr 在矮抗植株中占2 3 2 b组矮秆抗病类型 是由f1高秆抗病类型的花药离体培养直接获得 其基因组成为tr 属单倍体 高度不育 3 由题干信息可知 a为杂交育种 b为单倍体育种 c为诱变育种 因诱变育种具有突变率低且不定向等特点 所以c组最不易获得矮秆抗病品种 25 4 矮秆抗病 是单倍体 要经过秋水仙素 或低温 诱导染色体加倍 才能得到矮秆抗病小麦新品种 基因型ttrr 全部为纯合体 5 一块高秆 纯合体 小麦田中 发现了一株矮秆小麦 属于变异 导致变异的原因有两种 环境条件导致的不可遗传的变异和遗传物质变化引起的可遗传的变异 所以探究该矮秆性状出现可能原因的实验思路是通过判断该变异性状能否遗传来获得结论 如该变异性状能遗传 则是基因突变的结果 如该变异性状不能遗传 则是环境引起的 实验方法有两种 其一将矮秆小麦与高秆小麦杂交 如果子二代高秆 矮秆 3 1 或出现性状分离 26 则矮秆性状是基因突变造成的 否则 矮秆性状是环境引起的 其二 将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下 如果两者未出现明显差异 则矮秆性状由环境引起 否则是基因突变的结果 27 互动探究1 以下各项是产生新个体的几种方法 图中涉及小麦的两对相对性状独立遗传 请据图回答问题 a 高秆白粒小麦 矮秆红粒小麦 f1 f2稳定遗传的矮秆白粒小麦b 高秆抗锈病小麦 矮秆易染锈病小麦 f1 花粉a稳定遗传的矮秆抗锈病小麦c 普通小麦 黑麦 f1 小黑麦 28 谷氨酸 gaa亮氨酸 cuu丙氨酸 gca精氨酸 cgue 29 1 在a组的 处育种工作者应采用的方法是 2 b组a代表的个体叫做 b组的育种方法与a组的育种方法比较 最大优点是 经过 处理后的个体基因型按理论计算共有 种 3 若 是转录的模板链 则 代表的氨基酸是 4 e组中丙个体的性状多数与 相似 5 d组的辐射引起组成生物基因的脱氧核苷酸的 发生了改变 从而改变了 自交 单倍体 明显缩短育种年限 后代不发生性状分离 4 丙氨酸 甲 种类 遗传信息 30 解析 由题意知 1 a表示杂交育种 其中 表示自交方法 2 b表示单倍体育种 表示花粉离体培养成a单倍体植株 表示用秋水仙素处理 若高秆 a 抗锈病 b 则b过程可图解为 aabb aabb f1 aabb 花粉 ab ab ab ab单倍体植株ab ab ab abaabb aabb aabb aabb四种稳定遗传的个体 筛选出aabb矮秆抗锈病小麦 31 3 d表示射线引发的基因突变 按照碱基互补配对原则 上的碱基组成为cgt 转录产生的mrna 链上密码子为gca 翻译成的氨基酸 为丙氨酸 4 e图表示克隆 丙的性状与提供细胞核的亲本甲相似 32 方法技巧 根据育种要求选择育种方式 一般作物育种可选用杂交育种和单倍体育种 为得到特殊性状 可选择诱变育种 如航天育种 或多倍体育种 若要将特殊性状组合到一起 还要克服远缘杂交的不亲和性 可考虑运用基因工程育种或细胞工程育种 如抗虫棉的培育和 工程菌 的培育 33 考点2基因工程的工具1 基因的 剪刀 限制性核酸内切酶 简称限制酶 1 分布 主要在微生物体内 2 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 3 实例 ecori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 34 35 4 切割结果 产生两个带有黏性末端的dna片段 5 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 36 2 基因的 针线 dna连接酶 1 催化对象 两个具有相同黏性末端的dna片段 2 催化位置 脱氧核糖与磷酸之间的缺口 3 催化结果 形成重组dna 37 3 常用的运载体 质粒 1 本质 小型环状dna分子 2 作用 作为运载工具 将目的基因送到宿主细胞中去 用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 38 3 条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切点 有标记基因 39 特别提醒 1 限制性内切酶和dna连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键 不是氢键 只是一个切开 一个连接 2 质粒是最常用的运载体 不要把质粒同运载体等同 除此之外 噬菌体和动植物病毒也可作为运载体 运载体的化学本质为dna 其基本单位为脱氧核苷酸 3 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 4 基因工程中工具酶有两种 限制性内切酶和dna连接酶 工具有三种 除上述两种工具酶外还包括运载体 40 5 dna酶即dna水解酶 是将dna水解的酶 dna聚合酶是在dna复制过程中 催化形成新dna分子的酶 是将单个游离的脱氧核苷酸加到dna片段上 需要模板 但dna连接酶是将两个dna片段的两个缺口同时连接 不需要模板 两者作用的化学键相同 都是磷酸二酯键 41 例析2 1 已知某种限制性内切酶在一线性dna分子上有3个酶切位点 如下图中箭头所指 如果该线性dna分子在3个酶切位点上都被该酶切断 则会产生a b c d四种不同长度的dna片段 现有多个上述线性dna分子 若在每个dna分子上至少有1个酶切位点被该酶切断 则从理论上讲 经该酶酶切后 这些线性dna分子最多能产生长度不同的dna片段种类数是 a 3b 4c 9d 12 42 解析 若该线性dna分子在3个酶切位点切断 得到4种长度不同的dna片段 若在2个酶切位点切断 得到3种长度不同的dna片段 若在1个酶切位点切断 得到2种长度不同的dna片段 因此最多能产生4 3 2 9 种 长度不同的dna片段 答案 c 43 例析2 2 下列有关基因工程中限制性内切酶的描述 错误的是 a 一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列b 限制性内切酶的活性受温度影响c 限制性内切酶能识别和切割rnad 限制性内切酶可从原核生物中提取 44 解析 限制性内切酶主要存在于微生物中 一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并能在特定的切点上切割dna分子 其作用对象不是rna分子 故c错 答案 c 45 互动探究2 1 质粒是基因工程最常用的运载体 有关质粒的说法正确的是 a 质粒不仅存在于细菌中 某些病毒也具有b 细菌的基因只存在于质粒上c 质粒为小型环状dna分子 存在于拟核 或细胞核 外的细胞质基质中d 质粒是基因工程中的重要工具酶之一 46 解析 质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中 是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状dna分子 在病毒 动植物细胞中是不存在的 故a错误 细菌的基因除少部分在质粒上外 大部分在拟核中的dna分子上 故b错误 答案 c 47 互动探究2 2 下列关于dna连接酶的作用叙述 正确的是 a 将单个核苷酸加到某dna片段末端 形成磷酸二酯键b 将断开的两个dna片段的骨架连接起来 重新形成磷酸二酯键c 连接两条dna链上碱基之间的氢键d 只能将双链dna片段互补的黏性末端之间连接起来 而不能将双链dna片段末端之间进行连接 答案 b 48 考点3基因工程的步骤及应用一 基因工程操作的基本步骤 49 50 二 基因工程的应用1 作物育种 人们利用基因工程的方法 获得了高产 稳产和具有优良品质的农作物 培育出具有各种抗逆性状的作物新品种 2 药物研制 利用转基因生物培育出各种基因工程药物 如胰岛素 干扰素等 3 环境保护 利用转基因细菌降解有毒有害的化合物 吸收环境中的重金属 处理工业废水 检测环境中病毒含量 生产超级细菌 51 三 转基因生物和转基因食品的优 缺点1 优点 1 解决粮食短缺问题 2 减少农药使用 从而减少环境污染 3 节省生产成本 降低粮食售价 4 增加食物营养 提高附加价值 5 增加食物种类 提升食物品质 6 促进生产效率的提高 带动相关产业发展 52 2 缺点 1 可能产生新毒素和新过敏原 2 可能产生抗除草剂的杂草 3 可能使疾病的散播跨过物种障碍 4 可能会损害农作物的生物多样性 5 可能干扰生态系统的稳定性 53 例析3 1 采用基因工程的方法培育抗虫棉 下列导入目的基因的做法正确的是 将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的dna序列注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的dna序列与质粒重组 导入细菌 用该细菌感染棉的体细胞 再进行组织培养 将编码毒素蛋白的dna序列与细菌质粒重组 注射到棉的子房并进入受精卵a b c d 54 解析 从基因工程操作的基本步骤可知 提取目的基因后 要与运载体结合形成重组dna分子才能再导入到受体细胞中 答案 c 55 例析3 2 2010 浙江理综 在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中 下列操作错误的是 a 用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸b 用dna连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体c 将重组dna分子导入烟草原生质体d 用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 56 解析 本题考查基因工程的工具和基本操作步骤 意在考查考生对基因工程技术过程的理解及应用于实际生产生活中的能力 限制性核酸内切酶切割的是dna 而烟草花叶病毒的遗传物质为rna 答案 a 57 互动探究3 1 干扰素是治疗癌症的重要药物 它必须从血液中提取 每升人血中只能提出0 5 g 所以价格昂贵 美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素 如下图所示 58 从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是 a 个体间的杂交b 基因工程c 细胞融合d 器官移植 解析 题图描述了从淋巴细胞中取出干扰素基因 利用基因工程生产干扰素的过程 答案 b 59 互动探究3 2 基因工程等生物高科技的广泛应用引发了 关于科技与伦理 的争论 有人欢呼 科学技术的发展将改变一切 有人惊呼 它将引发道德危机 对此 我们应持的正确态度是 摒弃现有道德规范 推动科技发展 发挥道德规范的作用 限制科技的负面效应 科技的发展必须以现有道德规范为准绳 调整现有道德规范 适应科技发展a b c d 60 解析 要解决好该题 要求学生平时关注生命科学发展中的重大热点问题在社会上引起的各种反应 并且初步建立符合社会意识流的科学的认识观 题中 项中 都带有偏激 绝对化意向的词句 如 摒弃现有道德规范 必须以现有道德规范为准绳 等 与当今社会对待新生事物的开放 宽松 客观 审慎的态度以及舆论氛围相背离 显然是不可取的 答案 d 61 技巧热点探究基因芯片应用实例 典例 基因芯片的测序原理是dna分子杂交测序方法 即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法 先在一块基因芯片表面固定序列已知的八核苷酸的探针 当溶液中带有荧光标记的靶核酸序列与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补配对时 通过确定荧光强度最强的探针位置 获得一组序列完全互补的探针序列 据此可重组出靶核酸的序列tatgcaatctag 过程见图1 62 63 若靶核酸序列与八核苷酸的探针杂交后 荧光强度最强的探针位置如图2所示 请分析溶液中靶序列为 a agcctagctgaab tcggatcgacttc atcgacttd tagctgaa 64 思维导析 本题考查dna分子杂交技术的识图应用 按照图1相关探针杂交组序列 推测图2相关探针杂交组序列为 tcggatcgcggatcgaggatcgacgatcgactatcgactt由此推断重组的互补序列为tcggatcgactt 故相关靶序列为agcctagctgaa 答案 a 65 应用 拓展取同种生物的不同类型细胞 检测其基因表达 结果如图 66 1 基因1 8中有一个是控制核糖体蛋白质合成的基因 则该基因最有可能是基因 2 图所示细胞中功能最为近似的是细胞 2