2011《龙门亮剑》高三一轮（人教版）生物必修2 第6章精品课件 从杂交育种到基因工程

(1)杂交育种与诱变育种的原理及应用(2)基因工程的基本工具及操作的基本步骤(3)基因工程的应用(4)几种育种方法的比较,一、杂交育种1概念：将两个或多个品种的_性状通过交配集中在一起，再经过_和_，获得_的方法。2原理：_。3过程：选择具有不同优良性状的亲本_，获得F1F1自交或杂交获得F2鉴别，选择需要的类型。,优良,选择,培育,新品种,基因重组,杂交,4优点：可以把多个品种的_性状_在一起。5缺点：经过几代的_获得新品种的周期长。6应用：改良作物_，提高农作物_的常规方法，同时也可用于_、_的育种。,优良,集中,汰劣留良,品质,单位面积产量,家畜,家禽,二、诱变育种1概念：利用_因素或_因素处理生物，使生物发生_，从而获得优良变异类型的育种方法。2原理：_。3特点：可以提高_，在_时间内获得更多优良变异类型。4应用：主要应用于_和_，如太空椒的培育，高产青霉素菌株的选育。,物理,化学,基因突变,基因突变,突变频率,较短,农作物育种,微生物育种,三、基因工程1概念：又叫_技术或_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_，然后放到另一种生物的细胞里，_地改造生物的遗传性状。2原理：不同生物间的_。,基因拼接,DNA重组,修饰改造,基因重组,定向,3基本工具(1)基因的剪刀：_。(2)基因的针线：_。(3)基因的运载体：常用的有_、_和_等。,限制性核酸内切酶(限制酶),DNA连接酶,质粒,噬菌体,动植物病毒,4操作步骤(1)提取_。(2)目的基因与_结合。(3)将目的基因导入_。(4)目的基因的_。,目的基因,运载体,受体细胞,表达和检测,四、基因工程的应用1作物育种：利用_，获得高产、稳产和具有_的农作物，培育出具有各种_的作物新品种，如抗虫棉。2药物研制：利用基因工程，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种_、低成本的药品，如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。,基因工程,优良品质,抗逆性,高质量,3环境保护：如利用转基因细菌_有毒有害的化合物，_环境中的重金属，_泄漏的石油，处理工业废水等。,降解,吸收,分解,一、遗传育种的原理,1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，为培育出优育品种AAbb，可采用的方法如图所示，有关叙述不正确的是(),A由品种AABB、aabb经过、过程培育出新品种的育种方式称为杂交育种B基因型为Aabb的类型经过过程，子代中AAbb与aabb的数量比是11C与过程的育种方法相比，过程的优势是明显缩短了育种年限D过程在完成目的基因和运载体的结合时，必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体,【解析】 AABB、aabb经过、过程培育出新品种称为杂交育种，过程为单倍体育种。与杂交育种方法相比，单倍体育种可明显缩短育种年限。过程为基因工程育种，必须用到的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶，而运载体是将目的基因导入受体细胞时用到的运输工具。【答案】D,二、基因工程及其应用1基因工程的原理 (1)概念：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，定向地改造生物的遗传性状，又叫基因拼接技术或DNA重组技术。 (2)原理：基因重组。 (3)优点：克服了远源杂交的不亲和性；周期短；目的性强。,2.关于基因工程的“工具” 进行DNA重组技术需要有专门的工具：基因的“剪刀”、基因的“针线”及基因的“运载工具”，其中基因的“剪刀”即限制性核酸内切酶、基因的“针线”即DNA连接酶，此两种酶即基因工程的工具酶(其化学本质均为蛋白质)。基因工程的工具,质粒是目前最常用的运载体，但运载体并非只局限于质粒。质粒是存在于细菌或酵母菌中染色体DNA以外的一种小型环状DNA分子，而运载体除这种小型环状DNA外，还可有噬菌体(细菌病毒)及动植物病毒等，另外，许多运载体是经人工改造的微生物质粒。,3基因工程的常用运载体举例,4基因工程的操作图解,5基因工程的应用(1)基因工程与作物育种：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的作物新品种。(2)基因工程与药物研制：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、白细胞介素、乙肝疫苗等。(3)基因工程与环境保护：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。,2酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下图所示：,(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于_。(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是_。(3)切割完成后，利用_酶将运载体与LTP1基因连接，连接后得到的DNA分子称为_。,(4)此操作中可以用分别含有青霉素，四环素的两种选择培养基进行筛选，则有c进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是_。(5)除了看啤酒泡沫丰富与否外，还可以怎样检测LTP1基因在啤酒酵母菌中的表达？_。,【答案】(1)基因重组(2)质粒(3)DNA连接重组DNA(重组质粒)(4)在含有青霉素的培养基上能存活，但不能在含有四环素的培养基上存活(5)检验转基因啤酒酵母能否产生LTP1蛋白, 实验：杂交育种与诱变育种 1.杂交育种 (1)概念：杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。 (2)原理：基因重组,(3)方法步骤：先将不同个体间进行杂交获得F1，然后自交得F2，从F2筛选出所需的表现型，最后进行连续自交，选育出所需类型的纯合子。 (4)将不同个体间进行杂交的目的：使得控制不同类型的基因集中到一个个体中，为基因的重组提供“原材料”。 (5)从F2代进行筛选的原因：根据基因的自由组合规律，从F2代开始出现性状分离，能够出现所需的类型。,(6)优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性；方法简单，容易操作。 (7)缺点：只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓慢(一般需5至7年)，过程繁琐。 (8)意义：杂交育种是一种应用广泛，最简捷、常规的育种方法。,2.诱变育种 (1)原理：基因突变 (2)方法：用物理因素(如X射线、射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等)或化学因素(如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙酯、秋水仙素等各种化学药剂)或空间条件(如宇宙强辐射、微重力等)来处理生物。,(3)所处理的生物材料必须是正在进行细胞分裂的细胞、组织、器官或生物的原因：基因突变发生于细胞分裂间期DNA分子复制时。 (4)优点：能提高突变频率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型；可大幅度改良某些性状，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种。,(5)缺点：诱变的方向和性质不能控制，突变体难以集中多个理想性状，具有盲目性；改良数量性状效果较差。 (6)克服缺点的方法：扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。,(2007年山东高考)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：,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_。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占_。(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)。,【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和ttRr，其中，不能稳定遗传的(ttRr)在矮抗植株中占2/3。(2)B组中矮秆抗病类型是由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。(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31(或出现性状分离)，则矮秆性状是基因突变造成的，否则，矮秆性状是由环境引起的。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。,【答案】(1)自交2/3(2)(3)C基因突变频率低且不定向(4)秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍100%(5)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31(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，则矮秆性状是由环境引起；否则，矮秆性状是基因突变的结果。,(2009年上海高考题)下列技术中不能获得抗锈病高产小麦新品种的是()A诱变育种B细胞融合C花粉离体培养 D转基因,【自主探究】C【解析】诱变育种遵循了基因突变的原理，可以产生新基因；高产不抗锈病和低产抗锈病小麦品种通过细胞融合、转基因工程均能获得高产抗锈病品种的小麦；通过花粉离体培养得到的是单倍体植株，高度不育，不属于新品种。,(2008年高考天津卷)为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法：,图中两对相对性状独立遗传，据图分析，不正确的是()A过程的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高B过程可以取任一植株的适宜花药作培养材料C过程包括脱分化和再分化两个过程D图中筛选过程不改变抗病基因频率【自主探究】D,【解析】 过程为从F2中选择高蔓抗病植株连续自交，F2中的高蔓抗病植株中有纯合子和杂合子，杂合子自交发生性状分离，通过筛选再自交，自交代数越多，纯合子所占比例越高；F1代植株的基因型是相同的，都是双杂合子，所以在进行花药离体培养时可以用F1代任一植株的花药作培养材料；过程是植物组织培养的过程，包括脱分化和再分化两个过程；通过图中的筛选可以使抗病的基因频率增加。,根据不同的育种要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在一起，可利用杂交育种，也可利用单倍体育种。 (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则利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。 (4)提高品种产量，提高营养物质含量可运用多倍体育种。 (5)方法简单最常规的方法则是杂交育种。,如下图表示利用基因工程培育抗虫棉过程的示意图。请据图回答下列有关问题：,(1)科学家在进行图中操作时，要用_分别切割运载体和目的基因，运载体的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过_而结合。(2)基因工程的理论基础是_法则，可用公式(图解)表示为_。,(3)是导入目的基因的受体细胞，经培养、筛选获得一株有抗虫特性的转基因植株。经分析，该植株细胞中含有一个携带目的基因的DNA片段，因此可以把它看做是杂合子。理论上，在该转基因植株自交产生的F1中，仍具有抗虫特性的植株占总数的_。将上述抗虫棉植株的后代种子种植下去后，后代往往有很多植株不再具有抗虫特性，原因是_。要想获得纯合子，常采用的方法是_。,(4)下列是几种搭配的密码子，据此推断图中合成的多肽，其前三个搭配的种类(按前后顺序排列)是_。甲硫氨酸(AUG)、甘氨酸(GGA)、丝氨酸(UCU)、酪氨酸(UAC)、精氨酸(AGA)、丙氨酸(GCU),【解析】本题以抗虫棉的培育为载体，考查了基因工程的相关知识，解答本题可从以下角度突破：读懂图示信息。明确基因工程工具的特点及基因的表达。注意几种育种方式的区别。,【答案】(1)同一种限制酶碱基互补配对原则(2)中心(3)3/4发生性状分离连续自交(4)甲硫氨酸、丙氨酸、丝氨酸,(1)过程的完成需几种酶参与？(2)目的基因导入成功的标志是什么？,提示：(1)需要限制酶、DNA连接酶两种。 (2)标记基因或目的基因的成功表达。,1(2009年上海综合能力测试)科学家运用基因工程技术将人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内获得成功表达。,图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA结合的位置，它们彼此能结合的依据是()A基因自由组合定律B半保留复制原理C基因分离定律D碱基互补配对原则,【解析】胰岛素基因与大肠杆菌质粒相结合的部位是由同一限制内切酶切出的相同的黏性末端。黏性末端的连接靠的是碱基互补配对。【答案】D,2(2008年全国卷)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(),A3 B4C9 D12,【解析】只看一个切点，可得到a和bcd或ab和cd或abc和d(6种片段)，如果看两个切点的话，会在一个切点的基础上再产生b或c或bc(3种片段)，如果看三个切点的话，没有新片段产生，因此应选C。【答案】C,3(2008年广东高考题)改良缺乏某种抗病性的水稻品种，不宜采用的方法是()A诱变育种B单倍体育种C基因工程育种 D杂交育种,【解析】该物种缺乏某种抗病性基因，单倍体育种不能产生新的基因，所以不宜采用。【答案】B,4(2008年江苏高考题)下列关于育种的叙述中，错误的是(多选)()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】诱变育种的原理是基因突变，可形成新的基因，杂交育种的原理是基因重组，不能形成新的基因；有些三倍体植物可由受精卵发育而来，如三倍体西瓜；生物发生的基因突变大多是有害的。【答案】BCD,5利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是()A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白,【解析】若能在受体细胞检测到目的基因产物，则可表明目的基因完成了在受体细胞中的表达，D选项表明人的干扰素基因已经在受体细胞酵母菌中成功表达。【答案】D,6(2009年江苏高考) 甲磺酸乙酯(EMS)能使鸟嘌呤(G)的N位置上带有乙基而成为7乙基鸟嘌呤，这种鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对，从而使DNA序列中GC对转换成AT对。育种专家为获得更多的变异水稻亲本类型，常先将水稻种子用EMS溶液浸泡，再在大田种植，通常可获得株高、穗形、叶色等性状变异的多种植株。请回答下列问题：,(1)经过处理后发现一株某种性状变异的水稻，其自交后代中出现两种表现型，说明这种变异为_突变。(2)用EMS浸泡种子是为了提高_，某一性状出现多种变异类型，说明变异具有_。(3)EMS诱导水稻细胞的DNA发生变化，而染色体的_不变。,(4)经EMS诱变处理后表现型优良的水稻植株也可能携带有害基因，为了确定是否携带有害基因，除基因工程方法外，可采用的方法有_、_。(5)诱变选育出的变异水稻植株还可通过PCR方法进行检测，通常该植株根、茎和叶都可作为检测材料，这是因为_。,【解析】生物一旦发生基因突变，相应性状就在后代中出现，表明发生了显性突变。由题干知，EMS为化学诱变剂，可提高基因突变频率，发生基因突变时会出现多种变异类型，表明基因突变具有不定向性。当染色体上的基因发生突变时，染色体的结构和数目不会发生改变。变异水稻的体细胞都是通过有丝分裂形成的，基因型都相同。,【答案】(1)显性(2)基因突变频率不定向性(3)结构和数目(4)自交花药离体培养形成单倍体、秋水仙素诱导加倍形成二倍体(5)该水稻植