从杂交育种到基因工程(2014届使用)

1、从杂交育种到基因工程,一、杂交育种与诱变育种,基因重组,基因突变,具有不同优良性状,F1连续自交,基因突变,改良作物品质,农作物和微生物,1诱变育种与杂交育种相比，最大的区别是什么？,二者最大的区别在于诱变育种能产生新基因，从而创造出新性状。,【思维判断】 1.诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体。( ) 【分析】基因突变具有不定向性，产生的有害个体多于有利个体。 2.杂交育种和诱变育种都能产生前所未有的新基因，创造变异新 类型。( ) 【分析】诱变育种的原理是基因突变，基因突变产生了新的基 因，故创造出变异新类型；杂交育种的原理是基因重组，没有 产生新的基因，只是实现原有基因的重新组合

2、。,3.杂合子品种的种子只能种一年，需要年年制种。( ) 【分析】杂合子品种种植一代，子代发生性状分离，需要年年制种。,二、基因工程及其应用 1概念的理解,DNA重组,基因,DNA分子,定向的改造生物的性状,2基因操作的基本工具 (1)基因的“剪刀” 简称限制酶 分布：主要在 。 特性：一种限制酶只能识别一种特定的 ，并在 上切割DNA分子。 (2)基因的“针线” 。 作用：连接磷酸和脱氧核糖形成 。 (3)基因的运输工具 。 最常用的运载体是 ，还有噬菌体、动植物病毒等。,限制性核酸内切酶,微生物体内,核苷酸序列,特定的切点,DNA连接酶,磷酸二酯键,运载体,质粒,3基因操作的基本步骤 获取

3、目的基因目的基因与 结合将目的基因导入 目的基因的 。 想一想 运载体和细胞膜上的载体相同吗？ 提示：不同。运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等。细胞膜上的载体是位于细胞膜上的载体蛋白质，与控制物质进出细胞有关系。,运载体,受体细胞,检测与表达,几种遗传育种的方法比较,基因 重组,杂交 自交 选种 自交,使不同个体优良性状集中在一个个体上. 操作简便,育种时间长; 局限于亲缘关系较近的个体,矮秆抗病小麦,基因 突变,染色 体变 异,辐射、激光、空间诱变等,花药离体培养,用秋水仙素处理,提高变异频 率,加速育 种进程,大 幅度改良性 状,明显缩短

4、育种年限; 子代均为纯合子,有很大盲目性,有利变异少,需大量处理实验材料,青霉素高产菌株,矮秆抗病小麦,技术复杂,需与杂交育种配合,染色 体变 异,基因 重组,用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中,器官大,提 高营养物 质含量,打破物种界限,定向改造生物的遗传性状,只适用于植物,发育延迟,结实率低,三倍体无子西 瓜,转基因抗虫棉 的培育,技术复杂,生态安全问题较多,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，不需要连续自交。 (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

5、纯种，则用单倍体育种方法。 (4)若要培育原先没有的性状，则可用诱变育种。 (5)提高营养物质含量可运用多倍体育种。 (6)将两个亲本的不同优良性状集中在一起，可利用 杂交育种或单倍体育种。,(7)若要定向地改造生物性状，则可用基因工程育种。,(8)在实际育种过程中，并非单一地运用某种育种方式，而是根据需要选择多种育种方式综合运用。,特别提醒 (1)诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，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)杂交育种选育的时间是F2，原因是从F2开始发生性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。,特别提醒 (3

6、)杂交种与多倍体的比较：二者都可产生很多优良性状如茎秆粗壮、抗倒伏、产量提高、品质改良，但多倍体生长周期长，晚熟；而杂交种可早熟，故成熟期早晚可判定是多倍体还是杂交种。 (4)诱变育种尽管能提高突变率，但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的个体；突变的不定向性和多利少害的特性，决定了在突变的个体中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，二者都增多。,【典例训练1】下列有关育种说法正确的是( ) A.用杂交的方法进行育种，F1自交后代有可能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种，诱变后的植株一定比诱变前的植株具备更多的优良性状 C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，所育

7、的种自交后代约有1/4为纯合子 D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的种和原品种杂交一定能产生可育后代,A,【解析】选A。考查生物育种的方式。诱变育种的原理是基因突变，而基因突变具有不定向性，所以诱变后的植株在性状上也具有不确定性；单倍体育种得到的个体都是纯合子，其自交后代也都为纯合子；用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，得到的个体为DDddTTtt(四倍体)，DDddTTtt(四倍体)和原品种(DdTt)杂交后代为三倍体，三倍体不可育。,【典例训练2】某植物的基因型为AaBB，通过下列技术可以分别将它转变为以下基因型的植物： AABB aB AaBBC AAaaBBBB 则以

8、下排列正确的是( ) A.诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合 B.杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种 C.花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术 D.多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术,B,【解析】选B。由于某植物的基因型为AaBB，通过AaBB与A_B_杂交，则可获得基因型为AABB的植物；选取AaBB的花粉进行离体培养，则获得基因型为aB的单倍体；将外源基因C导入植物的某个细胞中，经组织培养获得基因型为AaBBC的植物；将植物AaBB用秋水仙素处理，则获得基因型为AAaaBBBB的四倍体植物。,【典例训练3】如图表示某种农作物品种和培育出的几种方法

9、，有关说法错误的是(),A培育品种的最简捷途径是V B通过过程最不容易达到目的 C通过过程的原理是染色体变异 D过程常用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子 或幼苗,D,听课记录通过植物自交获得符合要求的种子是最简便的方法，A正确；由属于基因突变，由于突变率很低，故通过过程不易达到目的，B正确；过程是单倍体育种过程，其原理是染色体变异，C正确；过程是通过花粉的离体培养获得单倍体，不存在种子，D错误。 答案D,1(2013年广东揭阳模拟)下列有关育种的叙述正确的是() A诱变育种可以定向地改变生物的性状 B通过杂交育种所获得的新品种均需要从F3开始选取 C多倍体育种中，低温处理与秋水仙素诱导的作用机

10、理相似 D花药离体培养所获得的新个体即为纯合体,C,解析：诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性，A错误；如果杂交育种所需要的优良性状为隐性性状，则可以从F2开始进行选取新品种，B错误；花药离体培养所获得的是单倍体植株，单倍体植株不一定就是纯合体，D错误。 答案：C,2(2013年潍坊模拟)农科所通过图示的育种过程培育成了高品质的糯小麦。下列叙述正确的是() Aa过程运用的遗传学原理是基因重组 Bb过程能提高突变率，从而明显缩短了育种年限 Ca过程需要使用秋水仙素，作用于萌发的种子 Db过程通过自交来提高纯合率,D,解析：分析题图可知，a为单倍体育种过程，其遗传学原理是染色体变异；b过

11、程为杂交育种过程，不是诱变育种，不能提高突变率、缩短育种年限；a过程需要使用秋水仙素，但其作用对象不是萌发的种子，而是花粉萌发形成的单倍体幼苗；杂合子自交可以提高后代中纯合子的比例。 答案：D,3(2012天津高考)芥酸会降低菜籽油的品质。油菜有两对独立遗传的等位基因(H和h，G和g)控制菜籽的芥酸含量，下图是获得低芥酸油菜新品种(HHGG)的技术路线。已知油菜单个花药由花药壁(2n)及大量花粉(n)等组分组成，这些组分的细胞都具有全能性。,据图分析，下列叙述错误的是 () A、两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化 B与过程相比，过程可能会产生二倍体再生植株 C三种途径中，利用花粉培养筛选低芥

12、酸植株(HHGG)的效率最高 DF1减数分裂时，H基因所在染色体会与G基因所在染色体发生联会,D,解析：过程为脱分化，均需要植物激素来诱导。过程形成的再生植株如果是由花药壁(2n)细胞发育而来的，则为二倍体；如果是由花粉(n)细胞发育而来的，则为单倍体。过程属于单倍体育种，能明显缩短育种年限，并且通过该途径得到的低芥酸新品种(HHGG)全部能稳定遗传，故与其他两种途径相比，其育种效率最高。在减数分裂过程中，同源染色体之间发生联会，而H基因和G基因所在的染色体为非同源染色体，减数分裂过程中不会发生联会。 答案：D,4以下各项是产生新个体的几种方法，图中涉及小麦的两对相对性状均独立遗传。请据图回答

13、问题： A高秆白粒小麦矮秆红粒小麦 F1 F2 稳定遗传的矮秆白粒小麦 (1)在A组的处育种工作者应采用的方法是_。 B高秆抗锈病小麦矮秆易染锈病小麦 F1 花粉 a 稳定遗传的矮秆抗锈病小麦 (2)B组a代表的个体叫做_。B组的育种方法与A组的育种方法比较，最大优点是_经过处理后的个体基因型按理论计算共有_种 C普通小麦黑麦F1小黑麦,自交,单倍体,明显缩短育种年限,4,(3)若是转录的模板链，则代表的氨基酸是_。 (4)D组的辐射引起组成生物基因的脱氧核苷酸的_发生了改变，从而改变了_。,(5)E组中丙个体的性状多数与_相似。,丙氨酸,种类,遗传信息,甲,5下面为6种不同的育种方法。,据图

14、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_。ABC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_。,杂交,单倍体,明显缩短育种年限,例1下面为6种不同的育种方法。,(2)B常用的方法为_。 (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_。,花药离体培养,基因突变,X射线、紫外线、激光,亚硝酸、 硫酸二乙酯,例1下面为6种不同的育种方法。,(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_。 (6)KLM

15、这种育种方法的优越性表现在_。,秋水仙素,在细胞分裂时，抑制纺锤体形成，引起染色体数目加倍,基因工程,植物组织培养,6(2012浙江高考)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3株(丙)。将乙与丙杂交，F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗病矮秆，选取F1中抗病高秆植物上的花药进行离体培养获得幼苗，经过秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株(丁)。 另一个实验表明：以

16、甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高秆。 请回答： (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_。,表达,有害性,基因突变,6(2012浙江高考)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3株(丙)。将乙与丙杂交，F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗

17、病矮秆，选取F1中抗病高秆植物上的花药进行离体培养获得幼苗，经过秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株(丁)。 另一个实验表明：以甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高秆。,(2)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_，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。,诱变育种,基因重组,胚状体,6(2012浙江高考)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

18、适剂量的射线照射后种植，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3株(丙)。将乙与丙杂交，F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗病矮秆，选取F1中抗病高秆植物上的花药进行离体培养获得幼苗，经过秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株(丁)。 另一个实验表明：以甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高秆。,(3)从基因组成看，乙与丙植株杂交的F1中抗病高秆植株能产生_种配子。 (4)请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到F1的过程。,4,几种遗传育种的方法比较,基因 重组,杂交 自交 选种 自交,使不同个体优良性状集中在一个个体上. 操作简便,育种时间长; 局限于亲缘关系较近

19、的个体,矮秆抗病小麦,1基因工程的操作步骤,基因工程及育种,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,2. 有关基因工程的相关提醒 (1)限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求是同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。 (2)质粒是最常用的运载体，不要把质粒和运载体等同，除此之处，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为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、细菌。,关键一点 容易混淆的DNA连接酶和DNA聚合酶 (1)DNA连接酶：在两

20、个DNA片段之间形成磷酸二酯键。 (2)DNA聚合酶：可将单个的脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸序列上，形成磷酸二酯键。 (3)相同点：这两种酶都是蛋白质，都可以形成两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,正确理解基因重组与基因工程间的关系,【典例训练1】2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是( ) A追踪目的基因在细胞内的复制过程 B追踪目的基因插入到染色体上的位置 C追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布

21、 D追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构,C,【解析】选C。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质带有绿色荧光，从而可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布。故C正确。,【互动探究】（1）将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因融合的过程，需要哪些工具？ 提示：限制性核酸内切酶和DNA连接酶。 分析：将两个DNA片段连接起来时，需要有相同的黏性末端，然后再用DNA连接酶将其连接起来。 （2）将该融合基因转入真核生物细胞时，需要哪种工具？ 提示：运载体。 分析：需将融合基因与运载体构建成重组质粒后，再转入真核生物细胞。,【典例训练2】

22、下列有关基因工程的相关叙述中，正确的是 （ ） A.基因治疗就是去除生物体细胞中有缺陷的突变基因 B.运载体上抗性基因的存在有利于对目的基因是否表达进行检测 C.在基因工程操作中，必须用同种限制性核酸内切酶剪切目的基因和质粒 D.转基因技术造成的变异，实质上相当于人为的基因重组，但却产生了定向变异,D,【解析】选D。基因治疗是将外源正常基因通过转基因技术插入病人适当的受体细胞中，用外源基因制造的产物治疗某种疾病。运载体上抗性基因的存在有利于检测运载体是否导入受体细胞。一般用同种限制性核酸内切酶剪切目的基因和质粒，但也有两种不同的限制酶产生相同的黏性末端，如GATTCG 和ATTC。通过转基因技术实现基因重组，可以定向改造生物的性状。,典例训练