生物变异育种和进化第24课时从杂交育种到基因工程.ppt

1、第七单元,生物变异、育种 和进化,1涵盖范围,本单元包括必修2第五章生物的三种可遗传变异基因突变、基因重组和染色体变异，第六章从杂交育种到基因工程和第七章现代生物进化理论三大部分内容。变异是进化的前提，变异是育种的原理，将三部分内容放到一个单元中体现了知识间的有机结合。,单元教学分析,2考情分析,(1)考查力度：占分比重相对较大，尤其是有关育种的题目。 (2)考查内容 三种可遗传变异的实质与区别。 遗传病的类型、判断与概率计算。 变异与育种、基因工程的联系。 基因频率的求解。 现代生物进化理化的内容。,(3)考查题型 多数考点以选择题形式考查。 以简答题的形式考查作物育种与变异的联系。,3复习

2、指导,(1)复习线索 以可遗传变异类型为线索，复习基因突变、基因重组、染色体变异与不同育种方式的联系。 以现代生物进化理论的内容为线索，将达尔文自然选择 学说和现代生物进化理论有机联系在一起。 (2)复习方法 列表比较三种可遗传变异。 列表并结合图解掌握不同的育种方法。 图示复习基因工程的操作工具及步骤。 列表比较达尔文自然选择学说和现代生物进化理论的区别与联系。,第 24 课时,从杂交育种到基因工程,回扣基础构建网络,基础导学,一、人杂交育种和诱变育种 判一判 1杂交育种第一步杂交的目的是将两个亲本的优良性状集中到一个亲本上 ( ) 2太空育种能按人的意愿定向产生优良性状( ) 3杂交育种的

3、范围只能在有性生殖的植物中( ) 4诱变育种的优点之一是需大量处理实验材料( ),提示此特点为缺点不是优点。,练一练下列关于育种的叙述中，正确的是() 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,答案A 解析物理因素如射线可以提高基因突变率；杂交育种的原理是基因重组，并没有形成新的基因；三倍体是指由受精卵发育而来，体细胞中含有三个染色体组的个体，如三倍体无子西瓜；诱变育种的原理是基因突变，而基因突变是不定向的。,二、基因工程 1基因工程工具包括、运载体，其中两种工具酶作用的化学键都是。 2原理：

4、。 3步骤：目的基因的、与运载体结合、。 4应用：，如抗虫棉；研制，如胰岛素等；环境保护，如超级细菌分解石油。,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,磷酸二酯键,基因重组,导入受体细胞,检测和鉴定,育种,药物,提取,名师点拨基因工程操作水平分子水平；操作环境体外。 操作工具有三种，但工具酶只有两种，另一种工具运载体的化学本质为DNA。,想一想与杂交育种、诱变育种相比，基因工程育种的优点分别是什么？,提示与杂交育种相比较明显的优点：克服远缘杂交不亲和障碍。 与诱变育种相比较明显的优点：定向改造生物性状，目的性强。,1教材98页倒数第3自然段选择育种的缺点。 2教材100页第二自然段黑体字内容和教材10

5、0页最后自然段微生物诱变育种知识。 3教材102103页图63、图64、图65，更好地理解基因工程的三种工具。 4教材101页练习一中2杂交优势；教材106页练习一中2和二中1；教材108页自我检测一中判断题。,回扣教材,知识网络,基因工程,杂交,单倍体,限 制 酶,DNA,连接,运 载 体,目的基因获取,与运载体结合,导入受体细胞,检测与鉴定,突破考点提炼方法,1某生物的基因型为AaBB，通过下列技术可以分别将它转变为以下基因型的生物：AABB；aB；AaBBC；AAaaBBBB。则以下排列正确的是() 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

6、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,与实践相联系几种常见育种方式的比较,典例引领,考点72,解析某生物的基因型为AaBB，可通过杂交育种获得基因型为AABB的生物；通过单倍体育种可获得基因型为aB的生物；通过转基因技术可获得基因型为AaBBC的生物；通过多倍体育种可获得基因型为AAaaBBBB的生物。,答案B 排雷要获得本物种没有的性状可通过诱变和基因工程，其中基因工程是有目的的改良。杂交育种是最简捷的育种方法，而单倍体育种是最快获得纯合子的方法，可缩短育种年限；要将两个亲本优良性状集中到一个亲本上用杂交育种或单倍体育种

7、；要提高品种产量或营养物质含量可用多倍体育种。染色体加倍可以采用秋水仙素等方法使其加倍，也可以是细胞融合，但细胞融合可在两个不同物种之间进行。原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交育种，细菌的育种一般采用诱变育种。若实验植物为营养繁殖类如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。,考点剖析,拓展提升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。 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。 杂交育种与杂种优势不同：杂交育种是在杂交后代众多类型中

8、选择符合育种目标的个体进一步培育，直至获得稳定遗传的具有优良性状的新品种；杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定。 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。 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；突变的不定向性和一般有害的特性，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。 根据不同育种需求选择不同的育种方法 将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。

9、 要求快速育种，则运用单倍体育种。 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。 要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。,对位训练,1下面为6种不同的育种方法。,据图回答下列问题： 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。 B常用的方法为。 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发的(而非休眠的)种子，原因是。 上述育种过程中，哪两个过程所使用的方法相同？ (填写字母)，具体使用的方法有,杂交,从F

10、2代开始发生,明显缩短育种年限,单倍体,性状分离,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、秋水仙素,种子萌发后进,行细胞分裂，DNA在复制过程中可能由于某种因素的影响发生基,因突变,C、F,低温诱导和秋水仙素处理,(至少回答两个)，其作用机理是。G过程原理是，H和I分别表示和过程。KLM育种方法的优越性表现在。上述AI过程中，哪些过程作用前后没有改变作用对象的基因型？(填写字母)。,抑制纺锤体形成，导致染色体,不能移向两极而加倍,基因重组 脱分化再分化,克服了远缘杂交不亲和的障,碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围,H、I,解析方法1应为杂交育种，它的可操作性最强

11、，但育种周期最长；方法2为单倍体育种，其最大优点为明显缩短育种周期；方法3为诱变育种，这种方法获得新品种的速度最快，但因有利变异往往不多，需大量处理实验材料；方法4为多倍体育种，它可获得性状改良的多倍体；方法5为转基因技术即基因工程育种，它可定向改造生物性状获得新品种；方法6为细胞工程育种，它可克服远缘杂交不亲和的障碍，培育生物新品种。,2(2011四川卷，5)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是(),借图突破难点基因工程操作工具和步骤,典例引领,考点73,A过程获取的目

12、的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序,解析因为一种氨基酸可能对应多种密码子、真核生物体内的基因含有内含子等因素，导致逆转录合成的目的基因与原基因有较大的差异，所以人工合成的目的基因不能用于比目鱼基因组测序，A选项错误；抗冻蛋白的11个氨基酸的重复序列重复次数越多，抗冻能力越强，并不是抗冻基因的编码区重复次数越多抗冻能力越强，抗冻基因编码区依次相连形成的新基因已不是原来的抗冻基因，因此不能得到抗冻性增强的抗冻蛋,B将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白 C过程构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选 D应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番

13、茄植株中目的基因的存在及其完全表达,白，B选项正确；农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的最常用方法，不是为了筛选含有标记基因的质粒，C选项错误；应用DNA探针技术，可以检测转基因植物中目的基因的存在，但不能完成对目的基因表达的检测，D选项错误。 答案B 排雷用限制酶切割DNA分子时，被破坏的是DNA链中的磷酸二酯键(即连接相邻两个脱氧核苷酸形成的化学键)。 黏性末端是指双链DNA分子被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链。 在基因工程的四个操作步骤中，只有第三步将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对，其余三个步骤都涉及碱基互补配对。 原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传

14、物质相对较少，有利于目的基因的复制与表达，因此常采用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞。,考点剖析,1基因工程操作工具 基因的“剪刀”限制性核酸内切酶(简称限制酶) 分布：主要在微生物体内。 特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。 实例：EcoR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。,切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段。 作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。 基因的“针线”DNA连接酶 催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。 催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。 催化结果：形成重

15、组DNA。 常用的运载体质粒 本质：小型环状DNA分子。 作用 a作为运载工具，将目的基因运送到宿主细胞中去； b用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。,条件 a能在宿主细胞内稳定保存并大量复制； b有多个限制酶切点； c有标记基因。 2基因工程操作步骤图解,提醒第一步和第二步需要限制酶，且要求用同一种，目的是产生相同的黏性末端。 第二步中有二种工具酶并用到了运载体，故是基因工程中最核心的一步。 对基因操作是否成功不但要在分子水平上鉴定还要在个体水平上鉴定。 目的基因指要表达的基因，标记基因指运载体上且用于鉴定筛选的基因。 目的基因表达的标志：通过转录、翻译产生相应的蛋白质。,2(2010浙

16、江卷，2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是 () A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体 C将重组DNA分子导入烟草原生质体 D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞,对位训练,答案A 解析构建重组DNA分子时，需用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和运载体，再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子，而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以A项错误。重组DNA分子形成后要导入受体细胞(若是植物细胞，则可导入其原生质体)，若导入的受体细胞是体细胞，经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基

17、因的细胞不具有抗除草剂的能力，可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。,作物育种方式包括杂交、诱变、单倍体育种、多倍体育种以及基因工程育种，育种的最终目的就是改变原有品种的遗传物质，培育出符合人类需求的新品种。在具体解题中，要正确区分不同育种的特点，恰当使用育种程序步骤综合分析，寻找出解题突破口。例如：绝大多数生物为二倍体，所以，其单倍体应高度不育，但对于部分属于多倍体的配子发育成的个体则有可能可育。同时，注意几种育种方法的处理时间，如利用基因突变育种时，处理时间是细胞分裂的间期，利用染色体变异育种时，处理时间是萌发的种子或幼苗。,方法体验 育种方式的综合应用,典例(2010安徽理综，31)如

18、图所示，科研小组用60Co照射棉花种子，诱变当代获得棕色(纤维颜色)新性状，诱变代获得低酚(棉酚含量)新性状。已知棉花的纤维颜色由一对基因(A、a)控制，棉酚含量由另一对基因(B、b)控制，两对基因独立遗传。,两个新性状中，棕色是性状，低酚是性状。 诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株基因型是，白色、高酚的棉花植株基因型是。 棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从的区域中得到纯合棕色、高酚植株。请你利用该纯合子作为一个亲本，再从诱变代中选择另一个亲本，设计一方案，尽快选育出抗虫高产(棕色、低酚)的纯合棉花

19、新品种(用遗传图解和必要的文字表示)。,显性 隐性,AaBB,aaBb,不发生性状分离(或全为,棕色棉，或没有出现白色棉),典例下列关于限制酶和DNA连接酶的理解，正确的是( ) A其化学本质都是蛋白质 BDNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键 C它们不能被反复使用 D在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶,易错警示 对基因工程中一些观点辨析不清,错因分析对DNA连接酶和DNA聚合酶的化学本质、作用化学键和作用对象模糊不清。 解析限制酶与DNA连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA连接酶连接的是两个DNA片段间相邻两个脱氧核苷酸间的磷酸二酯键；酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发生

20、改变，因此可以反复利用；DNA聚合酶是在细胞内DNA分子复制时发挥作用的，不能替代DNA连接酶。 答案A,纠错笔记限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键(不是氢键)，只是一个切开，一个连接。 质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，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。 要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。 DNA酶即DNA水解酶，是将DNA水解的酶；DNA聚合酶是在DNA复制过程中，催化形成新DNA分子的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板；但DNA连接

21、酶是将两个DNA片段的两个缺口同时连接，不需要模板，两者作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。,原核生物基因(如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌)可为真核生物(如棉花)提供目的基因。 限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到了。 受体细胞动物一般用受精卵，植物若用体细胞则通过组织培养的方式形成新个体。 抗虫棉只能抗虫，不能抗病毒、细菌。,纠错训练下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是() Aa的基本骨架是磷酸和核糖交替连接而成的结构 B要获得相同的黏性末端，必须用相同的b去切割a和d Cc连接双链间的氢键，使黏性

22、末端处碱基互补配对 D若要获得未知序列的d，可到基因库中去寻找,答案B 解析a是运载体质粒，b是限制酶，c是DNA连接酶连接质粒和目的基因，d是目的基因。质粒是环状DNA，其基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成的。要想获得同一种黏性末端只能用同一种限制酶。DNA连接酶连接的是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，不是氢键。对于未知序列的目的基因是无法从基因文库中获取的。,检测落实体验成功,1.下图表示一项重要生物技术的关键步骤，X是获得外源基因并能够表达的细胞。下列有关说法不正确的是（ ） AX是能合成胰岛素的细菌细胞 B质粒具有多个标记基因和多个限制酶切点 C基因与运载体的重组只需要DNA连接酶

23、D该细菌的性状被定向改造,题组一 基因工程,答案C 解析根据图示，重组质粒导入的是细菌细胞，所以X是能合成胰岛素的细菌细胞。质粒作为运载体需要有多个限制酶切点以便转运多种目的基因，同时具有标记基因以便于检测目的基因是否导入到受体细胞内。基因与运载体的重组需要限制酶和DNA连接酶。基因工程的特点是能够定向改造生物的性状。,2(2011浙江卷，6)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是() A每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒 B每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 C每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada D每个插入

24、的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子,答案C 解析大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都至少含有一个重组质粒，A项正确；作为载体的条件为至少含有一个或多个酶切位点，所以作为运载体的质粒至少含有一个限制性核酸内切酶识别位点，B项正确；作为基因表达载体应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，C项错误；由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，D项正确。,3.(2010江苏卷，18)下列关于转基因植物的叙述，正确的是 () A转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中 B转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体

25、抗性基因频率增加 C动物的生长激素基因转入植物后不能表达 D如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题,答案A 解析转基因的抗虫植物在长期栽培过程中，会导致以该植物为食物来源的昆虫的抗性基因频率增加。动物和植物共用一套遗传密码，因此转入植物体内的动物生长激素基因也可能进行表达。转基因植物的外源基因来源于自然界，也可能存在食物安全、生物安全和环境安全等安全性问题。,4下列关于育种的说法，正确的是() A基因突变可发生在任何生物的DNA复制过程中，可用于诱变育种 B诱变育种和杂交育种均可产生新的基因和新的基因型 C三倍体植物不能由受精卵发育而来，但可通过植物组织培养方法获得 D普通小麦

26、花粉中有三个染色体组，由其发育的个体是三倍体,题组二 育种的考查,答案A 解析任何生物的DNA复制过程中出现的碱基对的增添、缺失和替换，都属于基因突变；杂交育种不能产生新的基因；三倍体植物可以由四倍体与二倍体植物杂交形成的受精卵发育而来，也可通过植物组织培养方法获得；由花粉发育而来的个体是单倍体。,5某农科所通过如图所示的育种过程培育成了高品质的糯小麦。下列有关叙述正确的是() A该育种过程中运用的遗传学原理是基因突变 Ba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，只作用于萌发的种子 Db过程需要通过自交来提高纯合率,答案D 解析从图中可看出a表示的是单倍体育种，其原理是染色体变异；b表示的是杂交育种，其原理是基因重组，b过程需要通过自交来提高纯合率。,5下图为利用纯合高秆(D)抗病(E)小麦和纯合矮秆(d)染病(e)小麦快速培育纯合优良小麦品种矮秆