必修二第四单元第三讲从杂交育种到基因工程

必修二第四单元第三讲从杂交育种到基因工程第1页/共73页第2页/共73页第3页/共73页第4页/共73页第5页/共73页名称原理方法优点缺点应用杂交育种基因重组培育纯合子品种：杂交→自交→筛选出符合要求的表现型，通过自交到不发生性状分离为止①分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体；②操作简便年年制种用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦培育杂种优势品种：一般是选取纯合双亲杂交杂交水稻、玉米第6页/共73页名称原理方法优点缺点应用诱变育种基因突变①物理：紫外线、X射线或γ射线、微重力、激光等处理，再筛选；②化学：亚硝酸、硝酸二乙酯处理，再选择提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状有利变异少，需大量处理实验材料(有很大盲目性)高产青霉菌第7页/共73页名称原理方法优点缺点应用单倍体育种染色体畸变①先将花药离体培养，培养出单倍体植株；②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子；③从中选择优良植株明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程技术复杂且需与杂交育种配合用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦第8页/共73页名称原理方法优点缺点应用多倍体育种染色体变异用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗操作简单，能较快获得所需品种所获品种发育延迟，结实率低，一般只适用于植物三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦第9页/共73页名称原理方法优点缺点应用基因工程育种

基因重组

提取目的基因→构建基因表达载体→转入(导入受体细胞)→目的基因的表达与检测→筛选获得优良个体

①目的性强，育种周期短；②克服了远缘杂交不亲和的障碍

技术复杂，安全性问题多，有可能引发生态危机

转基因“向日葵豆”、转基因抗虫棉

第10页/共73页名称原理方法优点缺点应用细胞工程育种细胞的全能性去壁→诱融→组培；核移植和胚胎移植①克服远缘杂交不亲和的障碍；②可应用于繁育优良动物，抢救濒危动物技术要求高白菜—甘蓝的培育、克隆羊“多利”第11页/共73页(1)杂交育种与杂种优势的区别①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。②杂种优势是指基因型不同的个体杂交产生的杂交一代，在适应能力等方面优于两个亲本的现象。第12页/共73页(2)不同育种目的的杂交育种的基本步骤及特点①培育杂合子品种——杂种优势的利用在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。a．基本步骤：选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1。b．特点：高产、优质、抗性强，但种子只能种一年。第13页/共73页②培育纯合子品种a．培育隐性纯合子品种的基本步骤选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体种植推广。b．培育双显纯合子或隐—显纯合子品种的基本步骤选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体自交→F3→……→选出稳定遗传的个体推广种植。c．特点：操作简单，但需要的时间较长。第14页/共73页1．(2010·广东质检)小麦是一种重要的粮食作物，改善小麦的遗传性状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。第15页/共73页(1)以矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种过程中，F1自交产生F2，其中矮秆抗病类型出现的比例是________，选F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至______________________。(2)如想在较短时间内获得上述新品种小麦，可选图中________________(填字母)途径所用的方法。其中的F环节是______________。第16页/共73页(3)科学工作者欲使小麦获得燕麦抗锈病的性状，应该选择图中________(填字母)表示的技术手段最为合理可行，该技术手段主要包括：__________________________________________。(4)小麦与玉米杂交，受精卵发育初期出现玉米染色体在细胞分裂时全部丢失的现象，将种子中的胚取出进行组织培养，得到的是小麦________植株。第17页/共73页(5)两种亲缘关系较远的植物进行杂交，常出现杂交不亲和现象，这时可采用____________________技术手段进行处理。(6)图中的遗传育种途径，________(填字母)所表示的方法具有典型的不定向性。第18页/共73页解析：图中A、B为诱变育种，C、D为基因工程育种，E、F、G为单倍体育种，H、I为细胞工程育种，J、K为多倍体育种；(1)用矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种的过程叫做杂交育种，F2中矮秆抗病类型出现的比例是3/16，让F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至不再发生性状分离，即新的品种培育成功；(2)要尽快获得矮秆抗病类型新品种，应该采用图中E、F、G单倍体育种的方式；(3)欲使小麦获第19页/共73页得燕麦抗锈病的性状，应该是用基因工程的育种方式，其过程包括：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、目的基因的检测和表达；(4)小麦与玉米杂交后，由于发育初期受精卵中玉米染色体全部丢失，胚细胞中只剩下小麦生殖细胞中的染色体，因此将胚取出进行组织培养，得到的是小麦单倍体植株；(5)要克服远缘杂交不亲和的障碍，需要采用细胞工程育种的方式，让两个物种的体细胞融合，通过组织培养的方式培养杂种细胞，即可得到新的物种；(6)诱变育种、杂交育种都是不定向的过程。第20页/共73页答案：(1)3/16不再发生性状分离(2)E、F、G花药离体培养(3)C、D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、目的基因的检测和表达(4)单倍体(5)植物体细胞杂交(6)A、B第21页/共73页1.基因工程的原理(1)不同生物的DNA分子具有相同结构。(2)基因是控制生物性状的基本结构单位和功能单位。(3)各种生物共用一套遗传密码。第22页/共73页2．基因工程操作的工具(1)限制性核酸内切酶——基因的“剪刀”①存在场所：主要是存在于微生物细胞中。②特性：一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的

核苷酸序列，并且能够在特定的切点上切割DNA分子。③作用结果：得到平末端或黏性末端。(2)DNA连接酶——基因的“针线”①作用：连接限制性核酸内切酶切开的断口。第23页/共73页②常用的种类及来源：

分类不同点E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体作用只连接黏性末端连接黏性末端、平末端第24页/共73页(3)运载体——基因的运输工具作为运载体必须具备的条件：①能够在宿主细胞内复制并稳定地保存。②含有多个限制酶切点，以便和外源基因相连。③含有标记基因，以便于筛选。第25页/共73页(1)基因工程的三种工具中，限制性核酸内切酶、DNA连接酶是基因操作过程中的酶工具，化学本质是蛋白质。但它们的功能不同，前者切割磷酸二酯键，后者连接磷酸二酯键。而运载体可能是质粒或病毒。(2)限制性核酸内切酶、DNA连接酶都是一类酶，不是一种酶。(3)DNA连接酶与DNA聚合酶的不同第26页/共73页①DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。②DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，因此DNA连接酶不需要模板。第27页/共73页3．基因工程与基因重组比较项目基因重组基因工程不同点重组方式同一物种的不同基因不同物种间的不同基因繁殖方式有性生殖无性生殖变异大小小大意义是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义使人类有可能按自己的意愿直接定向地改造生物，培育出新品种相同点都实现了不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异第28页/共73页①基因重组发生于有性生殖中，不能打破生殖隔离，而基因工程则可实现异种生物的基因转移。②基因工程可使受体获得新的基因，表现出新的性状，该技术可看作是一种广义的基因重组。③转基因动、植物的培育，因其细胞全能性不同，外源基因的受体、细胞也不同。培育转基因动物的受体细胞一般为受精卵；培育转基因植物的受体细胞可用生殖细胞，也可用体细胞。基因工程常需与其他工程技术配合，才能实现目的。第29页/共73页2．(2007·北京高考)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第30页/共73页解析：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第31页/共73页第32页/共73页为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法：(

)第33页/共73页图中两对相对性状独立遗传。据图分析，不正确的是(

)A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高B．过程②可以取任一植株的适宜花药作培养材料C．过程③原理是细胞的全能性D．图中筛选过程不改变抗病基因频率.第34页/共73页[解析]

以育种方法为背景，综合考查杂交育种、单倍体育种、基因工程育种。过程①的自交代数越多，杂合高蔓抗病的比例越来越少，纯合高蔓抗病的比例越来越高。过程②可以任取F1植株的适宜花药进行离体培养。过程③由高度分化的叶肉细胞培养成为转基因植株，原理是细胞的全能性。图中人为保留抗病植株，筛选掉感病植株，会提高抗病基因频率。[答案]

D第35页/共73页(1)培育兼有不同亲本优良性状的品种——杂交育种、单倍

体育种；(2)培育具有新性状的品种——诱变育种；(3)培育具有其他物种遗传性状的品种——基因工程育种；(4)培育种间杂种等具有某些优良特性的品种——多倍体育

种、细胞工程育种。第36页/共73页人体细胞内含有抑制癌症发生的p53基因，生物技术可对此类基因的变化进行检测。第37页/共73页(1)目的基因的获取方法通常包括________________________________________________和____________。(2)图表示从正常人和患者体内获取的p53基因的部分区域。与正常人相比，患者在该区域的碱基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改变的碱基对；这种变异被称为______________________。第38页/共73页(3)已知限制酶E识别序列为CCGG，若用限制酶E分别完全切割正常人和患者的p53基因部分区域(见上图)，那么正常人的会被切成________个片段；而患者的则被切割成长度为________对碱基和________对碱基的两种片段。(4)如果某人的p53基因部分区域经限制酶E完全切割后，共出现170、220、290和460碱基对的四种片段，那么该人的基因型是________(以P＋表示正常基因，P－表示异常基因)。第39页/共73页[解析]

(1)目的基因通常从细胞中直接分离或通过化学方法人工合成。(2)对比正常人和患者p53基因部分区域的碱基对序列可知：正常基因中的C－G碱基对被T－A碱基对替换而成为异常基因。(3)由图示知：正常人的p53基因部分区域有2个限制酶切割位点，用限制酶E对正常人的该基因区域进行切割，将得到长度分别为290对碱基、170对碱基和200对碱基3个片段。异常基因因碱基替换而失去一个第40页/共73页限制酶E的切割位点，故用限制酶E切割患者的p53基因部分区域，只能得到长度为460对碱基和220对碱基的2种片段。(4)若某人的该基因区域用限制酶E完成切割后，共出现170、290、220和460个碱基对4种片段。说明该人既有正常基因，又有异常基因，故该人基因型为P＋P－。第41页/共73页[答案]

(1)从细胞中分离通过化学方法人工合成(2)见下图基因碱基对的替换(基因突变)(3)3

460

220

(4)P＋P－第42页/共73页第43页/共73页本讲实验探究性生物学实验的设计方法探究性生物学实验应在明确实验要求、目的的前提下，遵循实验设计“操作方便、程序合理、药品节约、依据现象推测结论”的原则进行设计，一般可分为以下几个环节：第44页/共73页(1)理论假设的提出根据题目要求，确定实验的条件即实验变量x，实验中要注意控制无关“变量”。一般只确定一个变量，即在一定条件下唯一一个对实验结果可能产生影响的变量。在此基础上提出理论假设，它常常可以描述为：“当条件x存在时，事件P(实验现象)可能发生；当条件x改变时，若事件P发生，能得出何结论：当事件P不发生，能得出何结论。”第45页/共73页(2)设计探究性假设分五个实验步骤进行：①实验准备，包括必要的实验器材及实验药品的准备；②满足条件x，设计一个实验，观察事件P能否发生；③条件x改变，设计一个实验，观察事件P能否发生，发生的程度如何？④设计对照实验。⑤梳理，实验是否遵循“单因子变量”、“平行重复”原则。第46页/共73页(3)观察、记录和结论仔细观察并准确记录实验现象，并根据实验现象做出相应的结论，一般规律是：①若条件x存在，事件P能发生，条件x改变，事件P不能发生(或发生程度改变)，结论是“________”。②若条件x存在，事件P能发生，条件x改变，事件P能发生(或发生程度改变)，结论是“________”。③若条件x存在，事件P不能发生，条件x改变，事件P能发生(或发生程度改变)，结论是“________”。第47页/共73页(2007·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：第48页/共73页A组B组C组P高秆抗病×矮秆易感病P高秆抗病×矮秆易感病P高秆抗病↓↓

F1高秆抗病

F1高秆抗病矮秆抗病Ⅲ↓

F2矮秆抗病Ⅰ矮秆抗病Ⅱ第49页/共73页请分析回答：(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)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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__________________。第50页/共73页(4)通过矮秆抗病Ⅱ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)。第51页/共73页[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Ⅰ。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)在矮秆抗病植株中占2/3。(2)B组中矮秆抗病类型Ⅱ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)矮秆抗第52页/共73页病Ⅱ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，若该变异性状能遗传，则是基因突变的结果；若该变异性状不能遗传，则是环境引起的。第53页/共73页实验方法有两种，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)，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。第54页/共73页[答案]

(1)自交2/3

(2)Ⅱ(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＝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。第55页/共73页第56页/共73页[随堂高考]1．(2009·上海高考)下列技术中不能获得抗锈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．转基因解析：要获得抗锈病高产小麦新品种，可采用基因工程育种、诱变育种、细胞工程育种，花药离体培养为植物组织培养可获得单倍体，不能产生抗病基因。答案：C第57页/共73页2．(2008·江苏高考)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第58页/共73页解析：利用人工诱发基因突变的方法可以提高基因突变率；杂交育种的原理是基因重组，基因重组的结果不能产生新的基因，能够形成新的基因型，诱变育种依据的原理是基因突变，基因突变能够产生新的基因，基因突变是不定向的，且大多数突变为不良性状；当四倍体植物与二倍体植物杂交就能形成含三个染色体组的受精卵，由这样的受精卵发育成的个体就是三倍体。答案：BCD第59页/共73页3．(2008·广东高考)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．杂交育种第60页/共73页解析：因题中交代是缺乏某种抗病性的水稻品种，欲改变其品种，可以用基因工程的方法，定向导入该种抗病性基因以改变其性状；也可以用杂交育种的方法，将该水稻品种与另一有该抗病性的水稻品种杂交，使优良性状集中在一起；可采用诱变育种的方法，诱导该水稻品种发生基因突变，产生该抗病性基因。答案：B第61页/共73页4．(2009·广东高考)为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。请回答问题。(1)从对该种除草剂敏感的二倍体水稻植株上取花药离体培养，诱导成________幼苗。(2)用γ射线照射上述幼苗，目的是____________；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有______________________。第62页/共73页(3)取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体________，获得纯合________，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。(4)对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与________杂交，如果________，表明抗性是隐性性状。F1自交，若F2的性状分离比为15(敏感)∶1(抗性)，初步推测__________________________________。第63页/共73页解析：二倍体水稻通过花药离体培养可形成单倍体幼苗。用γ射线对单倍体幼苗进行照射的目的是诱导产生抗该除草剂的水稻幼苗，除草剂处理后叶片仍保持绿色的植株表明组织内含有抗该除草剂的基因。单倍体幼苗经秋水仙素处理后，使其染色体数加倍，从而获得纯合二倍体。选用抗性水稻与敏感水稻进行杂交，如果F1表现为抗性，表明抗该除草剂为显性性状，如果F1表现敏感则表明抗该除草剂为隐性性状。F1自交后得F2的性状分离比15∶1，可初步推测水稻的抗除草剂性状由两对基因控制，基因型为双隐性时才表现抗该除草剂，否则表现为敏感型。第64页/共73页答案：(1)单倍体(2)诱发基因突变抗该除草剂的能力(3)加倍二倍体(4)(纯合)敏感型植株F1都是敏感型该抗性植株中有两个基因发生了突变

第65页/共73页5．(2008·山东高考)番茄(2n＝24)的正常植株(A)对矮生植株(a)为显性，红果(B)对黄果(b)为显性，两对基因独立遗传。请回答下列问题：(1)现有基因型AaBB与aaBb的番茄杂交，其后代的基因型有__________种，__________基因型的植株自交产生的矮生黄果植株比例最高，自交后代的表现型及比例为__________________。第66页/共73页(2)在♀AA×♂aa杂交中，若A基因所在的同源染色体在减数第一分裂时不分离，产生的雌配子染色体数目为_____，这种情况下杂交后代的株高表现型可能是_________。(3)假设两种纯合突变体X和Y都是由控制株高的A基因突变产生的，检测突变基因转录的mRNA，发现X的第二个密码子中第二碱基由C变为U，Y在第二个密码子的第二个碱基前多了一个U。与正常植物相比，________突变体的株高变化可能更大，试从蛋白质水平分析原因：_________________________________________。第67页/共73页(4)转基因技术可以使某基因在植物体内过量表达，也可以抑