第七单元课时3生物育种

,2020新亮剑高考总复习,课时3生物育种,第七单元,生物的变异、育种与进化,目录CONTENTS,3,磨剑：课前自学,悟剑：课堂精讲,磨剑：课前自学,考点1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,再经过选择和培育,获得新品种的方法。2.原理:基因重组。3.过程:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得F1F1自交或杂交获得F2鉴别,选择需要的类型。4.优点:可以把多个品种的优良性状集中在一起。5.缺点:获得新品种的周期长。6.应用:是改良作物品质,提高农作物单位面积产量的常规方法,同时也可用于家畜、家禽的育种。,考点2诱变育种1.概念:利用物理因素或化学因素等来处理生物,使生物发生基因突变,从而获得优良变异类型的育种方法。2.原理:基因突变。3.过程:选择生物诱发突变选择优良性状培育。4.优点:(1)可以提高突变率,在较短时间内获得更多的优良变异性状;(2)大幅度地改良某些性状。5.缺点:诱发产生的突变,具有优良性状的的个体往往不多,需处理大量材料。6.意义:培育具有新性状的品种。,考点3基因工程1.概念2.原理不同生物之间的基因重组。3.工具(1)“剪刀”与“针线”,基因的“剪刀”:限制性核酸内切酶,如图中的a。基因的“针线”:DNA连接酶,如图中的b。(2)基因的“运输工具”:运载体,常用质粒、噬菌体、动植物病毒等。4.基本步骤,5.应用(1)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,如抗虫棉。(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、干扰素和乙肝疫苗等。(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。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,要严格控制。(2)转基因生物和转基因食品是安全的,应该大范围推广。,1.不同育种方法四点易错提醒(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幼苗使染色体数目加倍。(4)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.基因工程中的几种酶易错提醒(1)DNA聚合酶与DNA连接酶:相同点都是形成磷酸二酯键;不同点:DNA聚合酶是在DNA复制的过程中连接单个游离的脱氧核苷酸,DNA连接酶是连接两个DNA片段。(2)限制酶与解旋酶:限制酶断开的是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,解旋酶断开的是氢键。,12,悟剑：课堂精讲,磨剑：课前自学,悟剑：课堂精讲,考点1遗传变异在生物育种上的应用1.结合流程图比较(1)“甲乙AaBbAAbb”为杂交育种。(2)“甲乙AaBbAbAAbb”为单倍体育种。(3)“乙AaBBaaBB”为诱变育种。(4)为多倍体育种。,2.列表比较,1.根据育种目的和提供的材料选择合适的育种方法集中不同亲本的优良性状:a.一般情况下,选择杂交育种,这也是最简捷的方法;b.需要缩短育种年限(快速育种)时,选择单倍体育种。培育果实大或植株高大或营养物质含量较高的新物种多倍体育种。提高变异频率,“改良”“改造”或“直接改变”现有性状,获得当前不存在的基因或性状诱变育种。若要培育隐性性状个体,可选择自交或杂交育种,只要出现该性状即可。实现定向改变现有性状基因工程育种。若培育的植物的生殖方式为营养繁殖(如马铃薯),则不需要培育成纯种,只要出现该性状即可。,2.根据育种流程图判别育种方式杂交育种:涉及亲本的杂交和子代的自交。诱变育种:涉及诱变因子,产生的子代中会出现新的基因,但细胞内基因的总数不变。单倍体育种:常用的方法为花药离体培养,然后人工诱导染色体数目加倍,形成纯合子。多倍体育种:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。基因工程育种:与原有生物相比,出现了新的基因且基因数目增多。,例1(2018年徐州模拟)玉米(2N=20)是一种雌雄同株的植物,是重要的粮食作物之一。请回答下列问题:,(1)育种学家要测定玉米基因组DNA序列,需测定条染色体的DNA上碱基序列。(2)某品种玉米2号染色体上的基因S在编码蛋白质时,控制最前端几个氨基酸的DNA序列如图2所示,已知起始密码子为AUG或GUG,基因S发生转录时模板链是链。若基因S中箭头所指碱基对G/C缺失,则该处对应的密码子将改变为。,10,b,GUU,解析(1)由于玉米是雌雄同体植株,所以育种学家要测定玉米基因组DNA序列,只需要测定玉米的一个染色体组的10条染色体的DNA序列。(2)起始密码子为AUG或GUG,则转录起始密码子的模板链是TAC或CAC,分析基因中的a链和b链,TAC位于b链,因此基因S转录的模板链是b链;基因S的b链中箭头所指碱基对G/C缺失,转录形成的mRNA该处顺延一个碱基,该处的密码子变成GUU。,答案,解析,(3)玉米花序的正常和异常是由一对等位基因控制的相对性状。某显性植株X自交,F1表现为正常花序异常花序=11。取F1正常花序植株的花粉进行离体培养,获得的幼苗用秋水仙素处理后都是异常花序植株。由此推测,是显性性状,植株X自交的子代性状分离比为11的原因是_。,正常花序,花粉不育,而含有异常花序(或隐性)基因的花粉可育,含有正常花序(显性)基因的,解析(3)根据题意可知,玉米花序的正常和异常是由一对等位基因控制的相对性状。某显性植株X自交,F1表现为正常花序异常花序=11,说明显性植株X为杂合子;取F1正常花序植株的花粉进行离体培养,获得的幼苗用秋水仙素处理后都是异常花序植株(隐性个体),说明显性基因的花粉致死。由此推断,正常花序是显性性状,植株X自交的子代性状分离比为11的原因是含有正常花序(显性)基因的花粉不育,而含有异常花序基因的花粉可育。,答案,解析,(4)玉米的易倒伏(H)对抗倒伏(h)为显性,抗病(R)对易感病(r)为显性,两对基因分别位于两对同源染色体上。上图1表示利用品种甲(HHRR)和乙(hhrr)通过三种育种方法()培育优良品种(hhRR)的过程。方法、的育种原理分别是,三种方法中难以获得优良品种(hhRR)的是方法,原因是。方法中HhRr自交获得F2,假设只保留F2中抗倒伏抗病植株的雄蕊(其他雄蕊全部去除),所有植株雌蕊全部保留且都能成功受粉和发育,则所得F3中能稳定遗传的抗倒伏抗病植株占。,染色体变异、基因重组,基因突变是不定向的,而且频率很低,1/6,答案,解析,解析(4)方法是单倍体育种,其原理是染色体变异;方法是杂交育种,其原理是基因重组,方法是诱变育种,由于基因突变是不定向的而且频率很低,运用方法难以获得优良品种(hhRR)。方法中HhRr自交,F2中抗倒伏抗病植株的基因型及其比例是hhRRhhRr=12,产生配子类型及其比例为hRhr=21,F2中其他能产生hR配子的个体的基因型及比例为4/16HhRr、2/16HhRR、1/16hhRR、2/16hhRr,这四种基因型的个体产生hR配子的概率之和为(4/16)(1/4)+(2/16)(1/2)+1/16+(2/16)(1/2)=1/4,只有抗倒伏抗病植株产生的雄配子(hR)与其他个体产生的基因型为hR的雌配子随机结合,才会产生能稳定遗传的抗倒伏抗病植株,因此F3中能稳定遗传的抗倒伏抗病植株占(2/3)(1/4)=1/6。,考点2基因工程及其应用1.基因工程的理论基础,2.四种酶的比较,3.基因工程育种及操作步骤的说明(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)从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生4个末端。(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。,4.有关基因工程的注意事项(1)限制酶在第一步和第二步操作中都有用到,且要求使用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端;第二步中两种工具酶都有用到。(2)不要把质粒和运载体等同,质粒是最常用的运载体,除此之外,噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。质粒的化学本质为DNA,其基本单位为脱氧核苷酸。(3)目的基因表达的标志:通过翻译合成相应的蛋白质。(4)通过基因工程培育的抗虫棉,只能抗虫不能抗病毒、抗细菌。,例2酵母菌的维生素、蛋白质含量高,可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌细胞中,获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白,并酿出泡沫丰富的啤酒,基本的操作过程如图。请回答下列有关问题:,(1)该技术能定向改变酵母菌的遗传性状,其遗传学原理是,该技术又称为或。该技术是在DNA上进行的水平的设计施工。(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。该运载体的化学本质是,除此外,目前常用的运载体还有。(3)要使运载体与LTP1基因连接,首先应使用进行切割,该酶作用的化学键是。(4)切割完成后,利用将运载体与LTP1基因连接,原理是。,答案,解析,基因重组,基因拼接技术,DNA重组技术,分子,质粒,环状DNA,噬菌体和动植物病毒,限制性核酸内切酶,磷酸二酯键,DNA连接酶,碱基互补配对,解析题图表示将LTP1基因植入啤酒酵母菌中,使其产生LTP1蛋白,该蛋白能使酿出的啤酒有丰富泡沫。图中a为获取目的基因的过程;b为质粒;c为基因表达载体(重组质粒)。(1)图示技术称为转基因技术、DNA重组技术或基因拼接技术,它实现了不同物种之间的基因重组,能定向地改造某种生物的性状,是在DNA上进行的分子水平的设计施工。(2)图示中的运载体为质粒。该运载体的化学本质是环状DNA,除此之外,目前常用的运载体还有噬菌体和动植物病毒。(3)要使目的基因与运载体连接,需用同一种限制酶切割运载体和含目的基因的DNA分子,使它们具有相同的黏性末端。(4)当用限制酶切割以后,可采用DNA连接酶将运载体与目的基因连接,连接后得到的DNA分子称为重组DNA分子,这个过程的原理是碱基互补配对。,1.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,不能认为花药离体培养就是单倍体育种的全部;产生花粉的减数分裂过程中发生基因重组,通过杂交能将控制不同优良性状的基因集合到一起,花药离体培养则是依据细胞的全能性,秋水仙素处理抑制纺锤体形成,使染色体数目加倍。2.若所需性状表现于“种子(胚或胚乳)”时,理论上育种年限比性状表现于“植株”时应节省一年,原因是胚、胚乳性状出现在当年母本植株所结的种子中。3.混淆“最简便”与“最快速”“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,但其技术含量较高,单将花粉培养成幼苗就很难实现。,1.(2015年广东高考)用秋水仙素处理某二倍体植物的愈伤组织,从获得的再生植株中筛选四倍体植株,预实验结果如下表,正式实验时秋水仙素浓度设计最合理的是()。A.2、3、4、5、6B.4、5、6、7、8C.6、7、8、9、10D.3、6、9、12、15,答案,解析,B,解析进行预实验是为进一步摸索条件。由表中数据可知,在秋水仙素浓度为48g/L范围内,四倍体植株数所占比例都较高,因此正式实验时应在此范围内设计更小浓度梯度。,2.(2013年四川高考)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,A,答案,3.(2018年天津高考)为获得玉米多倍体植株,采用以下技术路线。据图回答:(1)可用对图中发芽的种子进行诱导处理。,解析(1)据题意“为获得玉米多倍体植株”可用秋水仙素对萌发的种子进行处理,抑制有丝分裂前期纺锤体的形成,导致细胞内的染色体数目加倍,从而得到多倍体。,秋水仙素(或低温),答案,解析,可以利用表中数值和,比较甲株细胞周期中的间期与分裂期的时间长短。,(2)筛选鉴定多倍体时,剪取幼苗根尖固定后,经过解离、漂洗、染色、制片,观察区的细胞。若装片中的细胞均多层重叠,原因是。统计细胞周期各时期的细胞数和细胞染色体数。下表分别为幼苗中的甲株和幼苗中的乙株的统计结果。,分生,分生,解离不充分或压片不充分,x1,x2+x3+x4+x5,答案,解析,解析(2)筛选鉴定多倍体时,需要观察染色体数目,选择观察分生区的细胞。若装片中的细胞均多层重叠,原因可能是解离不充分或压片不充分使细胞没有相互分散开。观察细胞分裂时,材料经解离细胞已经死亡,某一状态的细胞数目越多,说明该时期持续时间长。因此可用x1表示甲株细胞周期中的间期时间长短,用x2+x3+x4+x5表示甲株细胞周期中的分裂期时间长短。,(3)依表结果,绘出形成乙株的过程中,诱导处理使染色体数加倍的细胞周期及下一个细胞周期的染色体数变化曲线。,解析(3)秋水仙素诱导导致幼苗在有丝分裂前期不出现纺锤体,因此后期染色体数目加倍后细胞不会分裂为两个子细胞,进而使细胞内的染色体数目是诱导之前染色体数目的两倍。再进行下一次细胞分裂时,按照加倍后的染色体数目进行正常的有丝分裂。,答案,解析,4.(2017年江苏高考)研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株,决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。请回答下列问题:,(1)要判断该变异株的育种价值,首先要确定它的物质是否发生了变化。(2)在选择育种方法时,需要判断该变异株的变异类型。如果变异株是个别基因的突变体,则可采用育种方法,使早熟基因逐渐,培育成新品种1。为了加快这一进程,还可以采集变异株的进行处理,获得高度纯合的后代,选育成新品种2,这种方法称为育种。,遗传,纯合