高考生物第一轮复习 第三单元 第3讲 从杂交育种到基因工程课件 新人教版必修2.ppt

固基础 自我诊断 破疑难 深化探究 冲关练 两级集训 第3讲从杂交育种到基因工程 考纲定位 1 生物变异在育种上的应用 2 转基因食品的安全 课后限时自测 提能力 专项培优 一 杂交育种与诱变育种1 杂交育种 1 含义 将 的优良性状通过交配集中在一起 再经过 获得新品种的方法 2 育种原理 3 方法 杂交 选种 自交 两个或多个品种 选择和培育 基因重组 自交 2 诱变育种 1 含义 利用物理因素或化学因素来处理生物 使生物发生 2 育种原理 基因突变 基因突变 3 生物育种原理 方法 实例 连线 提示 a e c b d 二 基因工程及应用1 概念 dna重组 dna分子 dna分子 定向 优良性状 2 原理不同生物之间的 3 工具 1 剪刀与针线 如图 基因重组 基因的 剪刀 如图 基因的 针线 如图 2 基因的 运输工具 常用 噬菌体 动植物病毒等 限制性核酸内切酶 a dna连接酶 b 运载体 质粒 4 基本步骤 5 应用 1 如抗虫棉 2 如胰岛素等 3 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 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安全 应该 育种 药物研制 环境保护 严格控制 大范围推广 一 思考判断1 诱变育种和杂交育种均可形成新基因 提示 杂交育种的原理是基因重组 只能产生新的基因型 而不能形成新基因 2 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 3 太空育种能按人的意愿定向产生所需优良性状 提示 太空育种的原理是基因突变 而基因突变是不定向的 此育种方式不能定向获得新品种 4 2013 全国大纲卷改编 将含抗病基因的重组dna导入玉米细胞 经组织培养获得抗病植株 这种实践活动包含基因工程技术 5 2013 四川高考改编 将大豆种子60co处理后 筛选出一株杂合子抗病植株连续自交若干代 则其纯合抗病植株的比例逐代下降 提示 杂合子自交 随自交后代数增加 纯合子逐代增多 6 2012 浙江高考 利用dna聚合酶可将矮牵牛中控制蓝色色素合成的基因与质粒连接后导入玫瑰细胞中 提示 目的基因与质粒的连接工具为dna连接酶 7 2010 浙江高考改编 利用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草时可用限制酶切割烟草花叶病毒的核酸 提示 限制酶切割的是dna 而不切割烟草花叶病毒的rna 8 培育无子西瓜是利用基因重组的原理 提示 原理是染色体变异 二 图示识读如图表示培育小麦的几种育种方式 纯种高秆抗锈病植株基因型为ddrr 纯种矮秆不抗锈病植株基因型为ddrr 两对基因分别位于两对同源染色体上 据图回答下列问题 1 图中植株a培育的方法是 将亲本杂交的目的是 自交的目的是 2 植株b的培育运用的原理是 3 植株c需要染色体加倍的原因是 诱导染色体加倍的最常用的方法是 4 植株e培育方法的原理是 该育种方法和基因工程育种一样 都可以 提示 1 杂交育种将位于两个亲本中的矮杆基因和抗病基因集中到f1上通过基因重组使f2中出现矮秆抗病植株 2 基因突变 3 植株c中只有一个染色体组 不能进行减数分裂产生配子 不可育 用秋水仙素处理幼苗c 4 染色体数目变异和植物细胞的全能性克服远缘杂交不亲和的障碍 考点1五种常见育种方式的比较 自交 长 异 频率 明显缩短 重组 种子 幼苗 定向 低 不同育种方式的选择误区 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 单倍体育种主要包括杂交 花药离体培养 秋水仙素处理和筛选四个过程 不能简单认为花药离体培养就是单倍体育种的全部 4 最简便 不等于 最快 最简便 着重于技术含量应为 易操作 如杂交育种 虽然年限长 但农民自己可简单操作 但 最快速 则未必简便 如单倍体育种可明显缩短育种年限 但其技术含量却较高 单就花粉培养成幼苗就已很难实现 角度1育种方式 原理 技术手段的综合考查1 2014 黑龙江哈三中三次验收 吉林玉米带被称为 世界三大黄金玉米带 但其栽培的玉米品种抗旱 抗倒伏能力差 假设a b代表玉米的抗旱 抗倒伏优良基因 这两种基因是自由组合的 现有aabb aabb两个品种 为培育优良品种aabb 可采用的方法如图所示 请回答相关问题 1 经过 过程培育出新品种的育种方法称为 其原理为 2 方法 还能够从其他物种获取目的基因转入玉米 该方法的优点是 需要用到的工具酶有 3 过程除采用图示射线方法外 还可采用其他手段 如 4 过程在实验室最常用试剂的作用机理是 解析 1 经 过程培育出新品种的育种方法称为杂交育种 利用了基因重组的原理 2 方法 的优点是可以定向改造生物性状 用到的工具酶是限制酶和dna连接酶 3 过程是诱变育种 采用射线照射 亚硝酸处理等也可实现 4 过程是诱导染色体数目加倍 常用试剂是秋水仙素 其能够抑制纺锤体形成 影响染色体被拉向两极 细胞不能分裂成两个子细胞 从而使染色体数目加倍 答案 1 杂交育种基因重组 2 定向改造生物性状限制酶和dna连接酶 3 激光照射 亚硝酸处理等 一个合理答案即可 4 抑制纺锤体形成 角度2生物变异在育种上的应用2 下图表示小麦的三个品系的部分染色体及基因组成 表示染色体 d为矮秆基因 t为抗白粉病基因 r为抗矮黄病基因 均为显性 d为高秆基因 乙品系是通过基因工程获得的品系 丙品系由普通小麦与近缘种偃麦草杂交后 经多代选育而来 图中黑色部分是来自偃麦草的染色体片段 1 普通小麦为六倍体 染色体数是42条 若每个染色体组包含的染色体数相同 则小麦的一个染色体组含有 条染色体 2 乙品系的变异类型是 丙品系的变异类型是 3 甲和丙杂交得到f1 若减数分裂中甲 与丙 因差异较大不能正常配对 将随机移向细胞的任何一极 f1产生的配子中ddr占 用分数表示 4 甲和乙杂交 得到的f1中矮秆抗白粉病植株再与丙杂交 后代基因型有 种 只考虑图中的有关基因 5 甲和乙杂交得到f1 请画出f1能产生dt配子的次级精母细胞后期图 假设不发生交叉互换 只需画出 染色体 要求标出相应基因 请画在下面的虚线框内 6 若把甲和乙杂交得到的f1基因型看作ddtt 请用遗传图解和必要的文字表示f1经单倍体育种得到矮秆抗白粉病纯合子的过程 请写在下面的虚线框内 思路点拨 解答此题需注意以下两个信息 图文信息 丙图的 染色体黑色部分来自偃麦草 可确定丙系的变异为染色体结构变异 文字信息 由 甲与 丙的随机移动可推出形成配子时 甲与 丙即可分离也可移向细胞的同一极 解析 1 每个染色体组包含的染色体数相同 则普通小麦的一个染色体组含有42 6 7条染色体 2 乙品种为基因工程产物 其变异类型为dna分子重组即基因重组 丙品系染色体部分来自偃麦草的染色体片段 应属于染色体变异 3 甲和丙杂交得到f1的基因型为ddr 共产生4种基因型的配子 即d dr ddr 其中ddr占1 4 4 甲和乙杂交 得到的f1中矮秆抗白粉病植株基因型为ddt 产生的配子有4种 而丙产生的配子只有一种类型 二者杂交获得的子代的基因型为4种 5 由题意知f1能产生dt配子的次级精母细胞的基因型为ddtt 其后期因着丝点断裂 使连在同一条染色体上的两条姐妹染色单体变为了两条子染色体移向细胞两极 6 基因型为ddtt的f1进行花药离体培养后获得单倍体幼苗 其基因型有四种情况即dt dt dt dt 欲获得矮秆抗白粉病纯合子即ddtt 需对单倍体幼苗用一定浓度的秋水仙素处理 使之加倍 从而获得符合题意的品种 答案 1 7 2 基因重组染色体变异 或染色体结构变异 3 1 4 4 4 5 如图 6 如图 解答生物育种方案设计题目的一般步骤 考点2基因工程的操作工具及步骤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 内 特性 一种限制酶只能识别 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 识别gaattc序列 并在g和a之间将这段序列切开 微生物体 一种特定 专一 切割结果 产生两个带有 末端或平末端的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 黏性 2 dna连接酶 催化对象 两个具有相同 末端或平末端的dna片段 催化位置 与 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 分子 作用 a 作为运载工具 将目的基因运送到 细胞中去 b 用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制 脱氧核糖 磷酸 dna 受体 黏性 条件 a 能在受体细胞内稳定保存并 b 有多个 c 有标记基因 大量复制 限制酶切点 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 酶与磷酸二酯键 1 形成磷酸二酯键的酶 dna连接酶 dna聚合酶 rna聚合酶 逆转录酶 2 断裂磷酸二酯键的酶 限制性核酸内切酶 限制酶 dna酶 rna酶 3 解旋酶作用于氢键 不作用于磷酸二酯键 角度基因工程原理及应用3 2012 浙江高考 天然的玫瑰没有蓝色花 这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因b 而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因b 现用基因工程技术培育蓝玫瑰 下列操作正确的是 a 提取矮牵牛蓝色花的mrna 经逆转录获得互补的dna 再扩增基因bb 利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因b c 利用dna聚合酶将基因b与质粒连接后导入玫瑰细胞d 将基因b直接导入大肠杆菌 然后感染并转入玫瑰细胞 解析 获取目的基因b 可先提取矮牵牛花的mrna 经逆转录获得互补的dna 再经pcr技术扩增 a项正确 基因文库构建时是将目的基因与载体连接起来 形成重组载体 再导入受体菌中储存和扩增 提取目的基因时不需使用限制酶 b项错误 将目的基因与质粒连接的酶是dna连接酶 而非dna聚合酶 c项错误 目的基因必须与载体结合后导入受体细胞才能够自我复制和表达 且导入植物细胞常用的载体是农杆菌 而不是大肠杆菌 d项错误 答案 a 4 下图表示利用致病病毒m的表面蛋白基因和无害病毒n 通过基因工程制作重组m病毒疫苗的部分过程 表示操作流程 a h表示分子或结构 据图判断正确的叙述是 a 图中所示过程中 获取目的基因的步骤是流程 在流程 中必须实施的步骤有切割质粒 将质粒与目的基因重组b 图中所示的整个过程中 用作运载体的dna来自分子a c dc 图中c所示质粒可能是从细菌或者病毒的dna改造的d 图中结构g和结构h的遗传物质和表面蛋白质均不同 解析 据图分析 目的基因为致病病毒m的表面蛋白基因 获取步骤为流程 流程 构建基因表达载体 实施的步骤必须有切割质粒 将质粒与目的基因重组 a正确 图示中的a是目的基因的提取部位 不是运载体dna的来自部位 运载体的dna来自分子c d b错误 图中c所示质粒不是由致病病毒m的dna改造的 c错误 图中结构g和结构h的遗传物质相同 但表面蛋白质不同 因为g导入受体后 目的基因得以表达 合成了致病病毒m的表面蛋白 d错误 答案 a 动植物基因工程受体细胞选择方法 1 植物基因工程 受体细胞一般是体细胞 原因是植物体细胞具有全能性 导入重组dna的植物体细胞经过植物组织培养能形成个体 2 动物基因工程 受体细胞是受精卵 原因是分化的动物体细胞全能性受到限制 动物体细胞经过细胞培养不能形成个体 育种方法的选择1 育种的目的育种的根本目的是培育具有优良性状 抗逆性好 生活力强 产量高 品质优良 的新品种 以便更好地为人类服务 从基因组成上看 目标基因型可能是纯合体 可防止后代发生性状分离 便于制种和推广 也有可能是杂合体 即利用杂种优势的原理 如杂交水稻的培育 玉米的制种等 2 不同需求的育种方法 1 若要培育隐性性状个体 则可用自交或杂交 只要出现该性状即可 2 有些植物如小麦 水稻等 杂交实验较难操作 则最简便的方法是自交 3 若要快速获得纯种 则用单倍体育种方法 4 若实验植物为营养繁殖类如土豆 地瓜等 则只要出现所需性状即可 不需要培育出纯种 5 若要培育原先没有的性状 则可用诱变育种 6 提高营养物质含量可运用多倍体育种 7 将两个亲本的不同优良性状集中在一起 可利用杂交育种 8 若要定向地改造生物性状 则可用基因工程育种 9 在实际育种过程中 并非单一地运用某种育种方式 而是根据需要综合运用多种育种方式 粮食是人类生存的基本条件 提高单位面积粮食产量 质量是解决粮食问题的主要途径之一 1 为提高农作物的单产量 得到抗倒伏 抗锈病等优良品种 科学家往往采用多种育种方法来培养符合农业要求的新品种 根据下列提供的材料 设计育种方案 尽快得到所需品种 非生物材料可自选 生物材料有 a 小麦的高秆 显性 抗锈病 显性 纯种 b 小麦的矮秆 隐性 不抗锈病 隐性 纯种 c 小麦的高秆 显性 不抗锈病 隐性 纯种 要得到的是能应用于生产的具有抗倒伏 抗锈病等优良性状的品种 该品种应是 所选择的生物材料 填写生物材料对应的字母 育种过程中最快得到所需品种的方法是 用花药离体培养法 预期产生所需要类型的概率 如果从播种到获得种子需要一年 则获得该品种植株至少需要 年 2 随着科技的发展 许多新的育种方法已经出现并投入应用 用普通小麦和黑麦培育八倍体小黑麦的原理是 常用的化学药剂是 航天育种是目前一个热门话题 如 神七 就载有萌发的植物种子 那么利用这种方法是否一定能获得人们所期望的理想性状 为什么 螟虫是危害水稻的主要害虫之一 科学家为了减少农药的使用 希望培育出具有抗螟虫性状的水稻新品系 最适合的育种方法是 其原理是 解析 1 直接应用于生产的品种要保持优良性状 纯合体自交后代不发生性状分离 杂交育种的原理是基因重组 要将两个优良性状 抗倒伏 抗锈病 组合到一起 选择a b两个亲本可以实现 最快的育种方法是单倍体育种 常通过杂交 花药离体培养 人工诱导染色体加倍实现 将亲本杂交后的子代进行花药离体培养 人工诱导染色体加倍可得到四种纯合子 且比例相同 具有抗倒伏 抗锈病性状的个体占1 4 亲本杂交得到子代需要1年 子代经花药离体培养 人工诱导染色体加倍得到纯合子需要1年 2 普通小麦为六倍体 黑麦为二倍体 两者杂交得到的个体有四个染色体组 人工诱导染色体加倍后为八倍体 原理是染色体变异 运用转基因技术将抗虫基因转移到植物体内 属于基因重组 答案 1 纯合子 a b 单倍体育种 1 42 2 染色体变异秋水仙素 不一定 因为基因突变是不定向的 基因工程育种基因重组 1 2013年世界粮食日的主题 发展可持续粮食系统 保障粮食安全和营养 粮食问题是当今举世瞩目的迫切问题之一 改善农作物的遗传性状 提高粮食产量是科学工作者不断努力的目标 下图是遗传育种的一些途径 下列有关分析 错误的是 a 若要在较短时间内获得图示新品种小麦 可选图中e f g的育种方法b h i j k都必需用到与g过程相同的技术操作c 由f1 f2的育种原理是基因重组d 图中的遗传育种途径 a b所表示的方法具有典型的不定向性 解析 单倍体育种最大的优点是能缩短育种年限 较短时间得到新品种纯合子 a正确 j k涉及多倍体育种 h i是植物体细胞杂交 不需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍 b错误 f1 f2是杂交育种 原理是基因重组 c正确 a b是诱变育种 原理是基因突变 具有不定向性 d正确 答案 b 2 如图甲 乙表示水稻两个品种 两对相对性状独立遗传 表示培育水稻新品种的过程 下列说法正确的是 a 如果过程 中逐代自交 那么自交代数越多纯合植株的比例越高b 与 过程的育种原理不同 过程表示单倍体育种c 育种过程 中需要进行筛选 筛选不会改变任何一个基因的频率d 经过 和 过程培育的品种和甲 乙品种基因型不同 但是仍然属于同一个物种 解析 由图可知 为杂交育种 为单倍体育种 为基因工程育种 为多倍体育种 为诱变育种 杂合子连续自交 随自交代数的增加纯合子的比例逐代增加 诱变育种原理是基因突变 基因工程育种的原理是基因重组 筛选过程种群基因频率发生改变 甲 乙品种为二倍体植物 经过 和 过程培育的品种为四倍体植物 二倍体植物与四倍体植物杂交后代是三倍体 由于三倍体植物不可育 因此二倍体与四倍体间存在生殖隔离 是不同的物种 答案 a a基础训练 1 山东德州2014届高三校际联考 已知小麦中高秆对矮秆 抗倒伏 为显性 抗病对不抗病为显性 以纯合高秆抗病小麦和纯合矮秆不抗病小麦为亲本 培育抗倒伏抗病小麦 相关说法不正确的是 a 杂交育种过程需要不断筛选 自交b 单倍体育种利用了花粉细胞具有全能性的特点 c 可利用射线等处理矮秆不抗病小麦种子实现人工诱变 但成功率低d 筛选的实质是通过自然选择实现种群中抗病基因频率的定向提高 解析 杂交育种可以将不同亲本的优良性状重组到一个个体上 因此通过杂交育种过程需要不断筛选 自交 直到矮秆抗病个体的后代不发生性状分离为止 培育抗病抗倒伏小麦可通过单倍体育种 利用花粉细胞具有全能性进行花药离体培养 由于秋水仙素能抑制纺锤体的形成 再用秋水仙素处理单倍体幼苗使染色体数目加倍 从而获得纯合体 当然也可以通过诱变育种的方法利用射线 亚硝酸盐等处理矮秆不抗病小麦种子可实现抗病的突变 但成功率低 育种中筛选过程是人为因素 不是自然选择 答案 d 2 2015 广东省湛江一中月考 以纯合的非糯性除草剂敏感玉米 甲 基因型aabb 为材料 经过诱变处理获得非糯性除草剂抗性玉米 乙 基因型aabb 控制非糯性 a 与糯性 a 除草剂抗性 b 与除草剂敏感 b 的基因分别位于两对同源染色体上 下列叙述不正确的是 a 乙连续自交若干代 纯合抗性植株的比例逐代提高b 经过诱变处理诱发的基因突变 不能决定玉米的进化方向 c 甲的花粉经诱变处理并培养等 有可能获得可育的糯性除草剂敏感的个体d 若甲和乙杂交 后代性状分离比接近1 1 1 1 解析 据题意知 乙基因型为aabb 连续自交若干代 bb比例为1 2 1 1 2 n 故a正确 基因突变是不定向性 只是提供选择材料 自然选择决定进化方向 故b正确 甲花粉为ab 诱变可以得到ab花粉 再利用单倍体育种可以获得aabb个体 故c正确 甲和乙杂交 为aabb aabb 后代为1aabb 1aabb 故d错 答案 d 3 2015 莆田模拟 下列关于育种的叙述中 正确的是 a 用物理因素诱变处理可提高突变率b 诱变育种和杂交育种均可形成新的基因c 三倍体植物不能由受精卵发育而来d 诱变获得的突变体多数表现出优良性状 解析 诱变育种具有的优点是可以提高突变率 缩短育种周期 以及能大幅度改良某些性状 所以用物理因素诱变处理可提高突变率 a正确 诱变育种可形成新的基因 杂交育种不能形成新的基因 b错误 三倍体植物可以由受精卵发育而来 如四倍体和二倍体杂交产生的三倍体过程就是由受精卵发育而来 c错误 基因突变是随机的和不定向的 诱变育种虽可提高突变率 但有利变异的个体往往不多 d错误 答案 a 4 2015 江苏南京三模 现有甲 乙两种二倍体纯种植物 甲植物的光合产量高于乙植物 但乙植物更适宜在盐碱地种植 相关性状均由核基因控制 现要利用甲 乙两种植物培育出高产 耐盐的植株 下列技术不可行的是 a 利用植物体细胞杂交技术 可以获得符合要求的四倍体杂种植株b 将乙种植物耐盐基因导入甲种植物的体细胞中 可培育出所需植株 c 两种植物杂交后 得到的f1再利用单倍体育种 可较快获得所需植株d 诱导两种植物的花粉融合后培育成幼苗 再用秋水仙素处理可培育出所需植株 解析 甲 乙两种植物 存在生殖隔离 无法通过杂交获得可育后代 c项错误 答案 c b真题体验 1 2013 四川高考 大豆植株的体细胞含40条染色体 用放射性60co处理大豆种子后 筛选出一株抗花叶病的植株x 取其花粉经离体培养得到若干单倍体植株 其中抗病植株占50 下列叙述正确的是 a 用花粉离体培养获得的抗病植株 其细胞仍具有全能性b 单倍体植株的细胞在有丝分裂后期 共含有20条染色体 c 植株x连续自交若干代 纯合抗病植株的比例逐代降低d 放射性60co诱发的基因突变 可以决定大豆的进化方向 解析 本题要求正确把握有丝分裂和减数分裂过程中染色体的变化规律 同时明确植物细胞全能性的概念 大豆体细胞含40条染色体 减数分裂产生的花粉经离体培养 得到的单倍体植株细胞含有20条染色体 但仍含有发育成完整个体的全部遗传信息 所以具有全能性 a项正确 单倍体植株细胞含20条染色体 在有丝分裂后期由于着丝点分裂 姐妹染色单体分开变成染色体 染色体数暂时加倍 变为40条 b项错误 因为植株x的花粉离体培养得到的单倍体有50 抗病 说明植株x为杂合子 杂合子自交 随着自交代数增加 纯合子逐代增多 c项错误 基因突变只能为自然选择提供原始材料 自然选择决定了生物进化的方向 d项错误 答案 a 2 2014 新课标全国卷 现有两个纯合的某作物品种 抗病高秆 易倒伏 和感病矮秆 抗倒伏 品种 已知抗病对感病为显性 高秆对矮秆为显性 但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少 回答下列问题 1 在育种实践中 若利用这两个品种进行杂交育种 一般来说 育种目的是获得具有 优良性状的新品种 2 杂交育种前 为了确定f2代的种植规模 需要正确预测杂交结果 若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果 需要满足3个条件 条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制 且符合分离定律 其余两个条件是 3 为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述3个条件 可用测交实验来进行检验 请简要写出该测交实验的过程 解析 1 杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起 抗病与矮秆 抗倒伏 为优良性状 2 杂交育种依据的原理是基因重组 控制两对相对性状的基因位于非同源染色体上 遵循基因的自由组合定律 每对基因单独考虑时符合分离定律 3 测交是指用f1和隐性纯合子杂交