从杂交育种到基因工程

笫3讲从杂交育种列基因工程

||2014备考、江苏最新考纲||生物变异在育种上的应用(C)转基因食品的安全性(B)

01»双基自主落实回扣教材夯基固本

知识点一杂交育种和诱变育种

1.杂交育种

(I)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________和,

获得新品种的方法

(2)原理：________

(3)过程：选择具有不同优良性状的亲本一,获得R--一鉴

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

缺点：获得新品种的周期

(5)应用：根据需要培育理想类型

21秀育科］

⑴概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生,从而获得优良变异

类型的育种方法

(2)原理：________

(3)过程：选择生物一一一培育

(4)优点：①可以提高,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)应用：培育具有新性状的品种

比一比：(1)杂交育种与杂种优势是一回事吗？(2)诱变育种与杂交育种相比，最大的区别是

什么？

0知识点二基因工程

1.概念：又叫或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，地改造生物

的________

2.原理：不同生物间的

3.基本工具：基因的剪刀：

基因的针线：____________

基因的运载体：、、等。

4.操作步骤：

提取―►目的基因与结合一►将m的基因导入—►

目的基因的

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，如等

(2)药物研制：利用基因工程的方法，培育转基因生物，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、、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。

转基因生物和转基因食品的安全性讨论

比一比：(l)DNA连接酶和DNA聚合酶有何不同？(2)运载体和细胞膜上的载体相同吗？

02》核心互动突破研析考点揭秘高考

考点几种常见育种方式的比较

杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种

原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组

常①选育纯号：杂

花药离体培转基因(DNA重组)

用交一*自交一»秋水仙素处

辐射诱变、激光养，然后再技术将目的基因

方选优一*自交理萌发的种

诱变、空间诱变使染色体数导入生物体内，培

式②选育杂种：杂子或幼苗

目加倍育新品种

交一t•杂交种

甲品种X乙品种躺前＞蟋

目的基因+运载体

1生物

F1地面理太空飞

M曦

育化处理1船搭载重组分子

1®D\A

种

多种变异隧

程造瞬目牖।导人

序F

2卜1选育

鼾雄卜J露

鑫［®受体细胞

新品种JAH?卜育

性状稳定遗传的

新品种转基因生物

①使位于不同可以提高变异

①明显缩短

个体的优良性的频率、加速育器官巨大，提打破物种界限，定

优育种年限

状集中到一个种进程且大幅高产量和营向改变生物的性

点②所得品种

个体上度地改良某些养成分状

为纯合子

②操作简便性状

①育种时间长有利变异少，需

技术复杂且只适用于植

缺②不能克服远大量处理实验有可能引发生态

需与杂交育物，发育延

点缘杂交不亲和材料(有很大盲危机

种配合迟，结实率低

的障碍目性)

用

纯种

高秆

小

与

麦

抗

用纯种高秆抗病

不

病

抗

矮

病小麦与矮秆秆三倍体无子转基因“向口葵

应

快

培

速

小

不抗病小麦培高产青霉菌麦西瓜、八倍体豆”、转基因抗虫

用

秆

病

抗

育

育矮秆抗病小矮小黑麦棉

小

麦麦

II拓展提升II

1.诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的籽基因，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。

3.根据不同育种需求选抵不同的育种方法。

(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体E,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。

4.随着我国航天技术的日趋成熟，太空育种正在兴起，有两个优势：①太空失重、真空状

态，将很多在地球重力场中无法完成的育种实验变为容易实现的现实：②太空高辐射环境为

动、植物、微生物发生基因突变提供良好条件！

【典例1］下图表示以番茄植株(HhRr)为实验材料培育新品种的途径。请据图分析回答卜列

问题。

代子授粉

花粉粒培养工秋水仙素处九1tB

品种A*01"—\

途径1

途径2

B射线处用叶誓胞培养.产水仙家处隼

品种D.

途径4途径3

番茄植株

(1)途径2、3中获得幼苗的过程都应用了植物组织培养技术，该技术依据的生物学原理是

(2)要尽快获得稳定遗传的优良品种应采用途径________,该过程中秋水仙素的作用机理是

(3)品种A与途径3中幼苗基因型相同的概率为，品种C的基因型是一,。

(4)品种C与B是否为同一个物种？,原因是

(5)途径4依据的原理是,此途径与杂交育种相比，最突出的优点是

Q

【训练1】(经典题)下面为6种不同的育种方法。

方法1方法2方法3方法4方加5方法6

据图回答下列问题。

(1)图中A至D方向所示的途径表示育种方式，这种方法属常规育种，一般从F2

代开始选种，这是因为oA-B—C的途径表示育种方式，

这两种育种方式中后者的优越性主要表现在__________________________________________

(2)B常用的方法为o

(3)E方法所用的原理是,所用的方法如、。育

种时所需处理的种子应是萌动的(而非休眠的)种子，原因是。

(4)C、F过程最常用的药剂是，其作用的原理是

(5)由G到H过程中涉及的生物技术有和o

(6)K--L--M这种育种方法的优越性表现在

考点2基因工程的操作工具及基本步骤

一、操作工具

1.基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)

(I)分布：主要在微生物体内。

(2)特性：一种限制能只能识别一种特定的核甘酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。

(3)实例：EcoR1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。

AATTC

CTTAA

(4)切割结果：产生两个带有黏性末端或平末端的DNA片段。

(5)作用部位：磷酸二酯键。

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II,即磷酸二酯健。

(3)催化结果：形成再组DNA0

3.常用的运载体——质粒

(1)本质：小型环状DNA分子

［①作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去

(2)作用［②用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制

’①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制

⑶条件J②有多个限制能切点

.③有标记基因

二、操作步骤

〃目的基因：人们所需的特定基因

「直接分离目的基因

提取目(①反转录法

的基因,取得途径v人工合成<②根据蛋白质中氨基酸的序

目的基因|列推测出核甘酸序列，通过

【化学方法人工合成DNA

'用一定的限制防切割质粒

目的基因与J用同一种限制酶切割目的基因

运载体结合”加入DNA连接酶

、质粒和目的基因结合成重组DNA分子

将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法

'检测：根据受体细胞中是否具有标记基因，

目的基因的I判断目的基因导入与否

检测与鉴定］鉴定：受体细胞是否表现目的基因控制的性

、状，如棉花抗虫性状的表现

邈缱&(1)微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快、代谢快、目的基因产物多

的特点。(2)动物受体细胞一般选用受精卵，植物受体细胞可以是体细胞，但需与植物组织

培养技术相结合。

【典例2】(2012•全国新课标，40)根据基因工程的有关知识，【可答下列问题。

(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有和o

(2)质粒运载体用【切割后产生的片段如下：

AATTC.......G

G.......CTTAA

为使运载体与目的基因相连，含有目的基囚的DNA除可用Ec〃RI切割外，还可用另一种

限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是。

⑶按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即DNA连接酶和

DNA连接酶。

(4)反转录作用的模板是,产物是。

若要在体外获得大量反转录产物，常采用技术。

(5)基因工程中除质粒外，和________也可作为运载体。

(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,

原因是。

【训炼2】（2012•海南单科，31）已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用

某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体

内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。

回答下列问题。

（I）为了获得丙种蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙种蛋白

质的序列，据此可利用方法合成目的基因。获得丙种蛋白质的基因还可用

和方法，

（2）在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需要使用酶

和酷。

（3）将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养，筛选出含有丙种蛋白质的

愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗的危害。

（4）若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子

（填“含有”或“不含”）丙种蛋白质基因。

【纠错演练】1.（2012•江苏苏北四市一次调研）下列有关育种的叙述中，错误的是（）o

A.用于大田生产的优良品种不一定是纯合子

B.通过植物组织培养技术培育脱毒苗，筛选培育抗病毒新品种

C.诱变育种可提高突变频率，加速新基因的产生，从而加速育种进程

D.为了避免对三倍体无子西瓜年年制种，可利用植物组织培养快速繁殖

2.（2012•浙江金华十校期末，37）现有甲、乙两物种的植株（均为二倍体纯种），其中甲种植

株的光合作用能力高于乙种植株，但乙种植株很适宜在寒冷的条件下种植。若想培育出高产、

耐寒的植株，有多种生物技术手段可以利用。下列所技术手段中可能不可行的是（）。

A.先杂交得到再利用单倍体育种技术获得纯种的目标植株

B.将乙种植株耐寒基因导入到甲种植株的根尖中，可培育出目标植株

C.利用人工诱变的方法处理乙种植株以获得满足要求的目标植株

D.诱导两种植株的愈伤组织细胞融合并培育成幼苗

。3》高考真题集训____明确考向熟练题型

考向田『各种育种的原理、方法及应函一

1.（2012.江苏高考）科学家将培育的异源多倍体的抗叶锈病基因转移到普通小麦中，育成了

抗叶锈病的小麦，育种过程见图。图中A、B、C、D表示4个不同的染色体组，每组有7

条染色体，C染色体组中含携带抗病基因的染色体。请回答下列问题。

（1）异源多倍体是由两种植物AABB与CC远缘杂交形成的后代，经________________方法

培育而成，还可用植物细胞工程中方法进行培育。

⑵杂交后代①染色体组的组成为，进行减数分裂时形成个四分体，体细

胞中含有条染色体。

⑶杂交后代②中C组的染色体减数分裂时易丢失，这是因为减数分裂时这些染色体

（4）为使杂交后代③的抗病基因稳定遗传，常用射线照射花粉，使含抗病基因的染色体片段

转接到小麦染色体上，这种变异称为o

2.（2012•浙江理综，32）玉米的抗病和不抗病（基因为A、a）、高秆和矮秆（基因为B、b〕是两

对独立遗传的相对性状。现有不抗病矮秆玉米种子（甲），研究人员欲培育抗病高秆玉米，进

行以下实验：

取适量的甲，用合适剂量的Y射线照射后种植，在后代中观察到白化苗4株、抗病矮秆1

株（乙）和不抗病高秆1株（丙）。将乙与丙杂交，M中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆

和不抗病矮秆。选取F,中抗病高秆植株上的花药进行离体培养获得幼苗，经秋水仙素处理

后选出纯合二倍体的抗病高秆植株（丁）。

另一实验表明，以甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高杆。

请回答下列问题。

（1）对上述1株白化苗的研究发现，控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA,因此该基因

不能正常，功能丧失，无法合成叶绿素，表明该白化苗的变异具有的特点,

该变异类型属于9

⑵上述培育抗病高秆玉米的实验运用了、单倍体育种和杂交育种技术，其中杂交

育种技术依据的原理是o花药离体培养中，可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得

再生植株，也可通过诱导分化成获得再生植株。

（3）从基因组成看，乙与丙植株杂交的Fi中抗病高秆植株能产生_______种配子。

（4）请用遗传图解表示乙与内植株杂交得到B的过香。

□|基因工程|

3.（2012•浙江理综，6）天然的玫瑰没有蓝色花，这是由「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B

B.利用限制性核酸内切幅从开蓝色花矮牵牛的基因文医中获取基因B

C.利用DNA聚合前将基因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

。4"限时规范训练落实双基限时强化

一、单项选择题（每小题6分，共48分）

1.某水稻品种是纯合子，生产上用种子繁殖。控制水稻高秆的基因A和矮秆的基因a是一

对等位基因，控制水稻抗病的基因B和控制水稻感病的基因b是一对等位基因，两对基因

分别位于两对同源染色体Iio某同学设计了如右图所示培育矮秆抗病（aaBB）的水稻新品种的

方法。下列说法不正确的是选抨a运亲本（）0

A.③过程表示花药离体培养

F,

S

九松

B.④过程应在甲植株生长发育的时期进行处理F,

（3>

甲m林

C.乙植株中矮秆抗病个体占50%［卬

乙村（林

|<5>

D.该育种方法的原理是染色体变异

的水和，子

2.（2013・银川、吴忠联考）育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴

定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是（）。

A.这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的

B.该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体

C.观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置

D.将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系

3.（2013・泉州质检）下列有关育种方法的叙述中，正确的是（）。

A.多倍体育种需在获得单倍体植株的基础上进行

B,单倍体育种需在亲本植株染色体数加倍的基础上进行

C.杂交育种的亲本双方可以是具有相对性状的杂合子

D.诱变育种可以获得目的基因发生定向变异的新类型

4.通过下列育种方法产生的后代，染色体数一定变化的是（）。

A.单倍体育种B.植物体细胞杂交育种

C.杂交育种D.转基因育种

5.如图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应佗酶依

次是Ic（）。

A.DNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶I②③

B.限制性核酸内切酶、解旋酹、DNA连接两①

C.解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶一

D.限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶

6.（2012•北京西城区期末）下列有关基因工程操作的：

A.用同种限制性核酸内切能切割运载体与目的基因可获得相同黏性末端

B.以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同

C.检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功

D.用含抗生素抗性基因的质粒作为运载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接

7.（2013•襄阳调研）下列关于育种方法的叙述正确的是（）。

A.用杂交的方法进行育种，往往从H自交后代中可筛选出符合人类需要的优良品种

B.用辐射的方法进行诱变育利I诱变后的植株一定比诱变前的植株具备更多优良性状

C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，所育的新品种自交后代中约有;为纯合子

D.用基因型为DdTl的植株进行多倍体育种，所育的新品种和原品种杂交一定能产生可育

后代

8.（2012•苏锡常镇四市一调）李振声院士运用小麦与偃麦草（一种野生牧草）远缘杂交并诱导

染色体移接，成功培育出多个优良小麦新品种。下列叙述中不正确的是（）。

A.小麦和偃麦草之间存在生殖隔离

B.大多数染色体变异对生物体是不利的

C.染色体移接属于染色体数目变异

D.这项研究体现了生物多样性的价值

二、多项选择题（每小题8分，共16分）

9.（2011•扬州、泰州、南通三市第一次调研，23）下列关于培育生物新品种的

叙述，正确的是（）。

A.培育三倍体转基因植物，可以防止基因污染

B.杂交育种培育的新品种必须是纯合子

C.单倍体育种是为了获取单倍体新品种

D.多倍体育种得到的新品种结实率往往降低

10.（2012・镇江模拟）普通小麦中有高秆抗病（TTRR）和矮秆易感病（lirr）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：

A组B组C组

P高秆抗病x矮秆外感病P熟秆抗病x矮秆易感病P高秆抗病

||卜射线

F,高秆抗病高秆抗病矮秆抗病山

||花药离体培养

F2矮秆抗病I矮秆抗病n

下列关于以上实验的说法，不正确的是（）。

A.A组、B组和C组所运用的育种方法分别是杂交育种、单倍体育种和诱变育种

B.A组和B组都用了杂交的方法，目的是不同的

C.A组F2中的矮秆抗病植株可以直接用于生产

D.C组利用丫射线可以提高突变率，在较短