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1、第6章从杂交育种到基因工程,考点一几种育种方法的比较,原 理,操作简单，目标性强,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, 通过自交至不 发生性状分离 为止,培育杂合子品种:一般是选取纯合双亲 子一代,使分散 在同一 物种不 同品种 中的多 个优良 性状集 中于同 一个体 上,育种时间一般 比较长 局限于同种或 亲缘关系较近的 个体 需及时发现优 良品种,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,杂交水稻 、杂交玉 米等,用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼,操作简单,能较快获得所需品种,诱变 育种,基因 突变,辐
2、射、激光、空间诱变等,提高突变率，加速育种进程,盲目性大，有利变异少，需处理大量实验材料,高产青霉素菌株,染色 体变 异,发育迟缓、结实率低，在动物中无法开展,无子西瓜、 八倍体小黑麦,染色体变异,杂交 F1 花药离体培养 单倍体植株 纯合二倍体幼苗 选育,明显缩短育种年限,子代均为纯合子,加速育种进程,技术复杂需要与杂交育种配合,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,基因 重组,提取目的基因目的基因与载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定筛选获得优良个体,目的性强,育种周期短; 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,转基因大豆、
3、转基因抗虫棉,在所有育种方法中，最简便、常规的育种方法是杂交育种，可以培育具有优良性状且能稳定遗传的新品种，防止后代发生性状分离，便于制种和推广。 杂交育种不一定都需要连续自交，若选育显性优良纯种，则需要连续自交，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状即可。 杂种优势是通过杂交得种子，一般不是纯合子，在杂种后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一代，因为后代会发生性状分离，如杂交玉米的制种。,基因工程育种与诱变育种相比,其优势在于定向改造生物性状; 与杂交育种相比,其优势在于克服远缘杂交不亲和的障碍。 单倍体育种与杂交育种相比,优势在于明显地缩短育种年限。,易错提示,【例1
4、】传统农作物的育种方法一般是杂交育种，如图为抗旱小麦的几种不同育种方法示意图。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，其育种原理是_。 (2)若改良缺乏抗旱性状的小麦品种，不宜直接采用_的方法进行育种，但可选用图中A至B途径，再通过此方法达到育种目的。 (3)由G、HJ过程涉及的生物工程技术有_。,杂交,基因重组,单倍体育种,基因工程和植物组织培养技术,育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等，下面对这五种育种的说法正确的是() A涉及的原理有基因突变、基因重组、染色体变异 B都不可能产生定向的可遗传变异 C都在细胞水平上进行操作 D都不
5、能通过产生新基因从而产生新性状,解析A杂交育种的原理是基因重组，单倍体育种、多倍体育种的原理是染色体变异，诱变育种的原理是基因突变；基因工程育种的原理也是基因重组，是在分子水平上进行基因的拼接，并且能够定向改变生物性状；基因重组和染色体变异都不产生新的基因，但是基因突变能够产生新的基因。,考点二基因工程,1.基因工程的操作工具,(1)基因的“剪刀” 限制性核酸内切酶,存在场所:,特性:,作用结果:,主要存在于微生物细胞中,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。,得到具有平末端或黏性末端的DNA片段,(2)基因的“针线”-,DNA连接酶的作用是在
6、DNA分子的连接过程中,黏合脱氧核糖和磷酸之间的缺口,即限制性核酸内切酶切开的缺口。,(3)基因的“转运工具”,目前常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中,是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子,DNA连接酶,运载体,具有多个限制酶切点，以便与外源基因插入中； 特 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存； 点 具有特殊的遗传标记基因，便于进行筛选。 对受体细胞无害。,将目的基因导入受体细胞,2.基因工程的基本操作步骤,提取目的基因,3.转基因技术能够成功的原因,(1)所有生物的DNA分子基本结构都是相同的。,(2)所有生物在合成蛋白质时共用一套密
7、码子。,三、基因工程的应用 1作物育种：利用 ，获得高产、稳产和具有 的农作物，培育出具有各种 的作物新品种，如抗虫棉。 2药物研制：利用基因工程，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 、干扰素和 等。,基因工程,优良品质,抗逆性,胰岛素,乙肝疫苗,3环境保护：如利用转基因细菌降解 ，吸收 ，分解泄漏的石油，处理工业废水等。,有毒有害的,化合物,环境中的重金属,传统意义上的基因重组：只能发生在进行有性生殖的同种生物之间；对基因重组使生物体性状发生变异这一现象来说，减数分裂形成不同类型配子是因，而受精作用产生不同性状的个体则是果。 基因重组分类： 分子水平的基因重组(
8、如通过对DNA的剪切、拼接而实施的基因工程)； 染色体水平的基因重组(减数分裂过程中同源染色体上非姐妹染色单体交叉互换，以及非同源染色体自由组合下的基因重组)； 细胞水平的基因重组(如动物细胞融合技术以及植物体细胞杂交技术的大规模基因重组)。,【例2】大肠杆菌的一种质粒只有某限制酶的一个识别序列，位于该质粒的lacZ基因中。lacZ基因若无外源基因插入，便可表达出半乳糖苷酶。当培养基中含有两种物质I和X时，X便会被半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落。如果lacZ基因中插入了外源基因，带有该种质粒的大肠杆菌便不能表达半乳糖苷酶，培养基中的X不会被水解成蓝色，大肠杆菌将形成白色菌落。大肠
9、杆菌的这种质粒还携带了氨苄青霉素抗性基因。如图是利用lacZ基因的插入失活筛选出重组质粒的示意图。据图回答下列问题：,(1)图示通过_切割可获得蓝藻基因。作为受体大肠杆菌应不含_ 基因，以方便筛选已导入重组质粒的受体大肠杆菌。取用氯化钙溶液处理过的受体大肠杆菌，置于试管中，完成基因工程操作_ 步骤 (2)图中选择培养基中，除了含有大肠杆菌必需的葡萄糖、氮源、无机盐、水、生长因子、X等营养物质外，还应加入_ 等物质，以筛选导入了重组质粒的受体大肠杆菌。,限制酶,氨苄青霉素抗性,目的基因导入受体细胞,氨苄青霉素,(3)将上述处理后的大肠杆菌置于图中选择培养基上培养，以检测受体大肠杆菌是否导入重组质
10、粒，请预测菌落的颜色，并分析结果： _ _,如果长出蓝色菌落，说明没有与目的基因重组的质粒已转入受体菌(或说明重组质粒没导入受体大肠杆菌),如果长出白色菌落，说明重组质粒已经导入受体大肠杆菌,(4)若改用噬菌体为运载体，科学家分别用32P、35S标记噬菌体内的目的基因、外壳，在下图中标记元素32P、35S所在部位依次是_(填图中标号)。,、,解析本题考查基因工程、微生物培养、同位素标记等综合知识。 (1)如图所示，直接用限制酶从蓝藻基因组中获取目的基因，因为要用氨苄青霉素作为选择培养基成分，受体大肠杆菌不含氨苄青霉素抗性基因，这样转导成功的大肠杆菌对氨苄青霉素不敏感。图示试管中，用氯化钙溶液处
11、理大肠杆菌，使细胞膜的通透性发生改变。有利于目的基因导入受体细胞。,(2)由题干信息可知，选择培养基中还需要添加I、X、氨苄青霉素，其中I、X可以作为指示物质，氨苄青霉素能够筛选出转导成功的大肠杆菌。(3)如果lacZ基因中插入了外源基因，就不会表达出半乳糖苷酶，培养基中X不会被水解成蓝色，则大肠杆菌将形成白色菌落，如果lacZ基因中没有插入外源基因，或重组质粒没导入受体大肠杆菌，则表达出半乳糖苷酶，培养基中X被该酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落。(4)噬菌体内32P存在于DNA中，35S存在于蛋白质中，具体部位是32P在磷酸基上，35S在氨基酸R基上。,下列关于基因工程的叙述中错误的是(
12、) A基因工程是人工进行基因切割、重组、转移和表达的技术，是在分子水平上对生物遗传做人为干预 B基因治疗是基因工程技术的应用 C基因工程食品即转基因食品对人体一定是不安全的 D基因工程打破了物种与物种之间的界限,解析C有些转基因食品疑似不够安全，但无论是理论分析还是实验，都指出大多数转基因食品对人体是安全的。,新品种的育种方法 根据育种目标的不同而培育新品种的方法，现总结如下： (1)欲集中不同亲本的优良性状杂交育种； (2)欲既集中优良性状，又缩短育种年限单倍体育种；,(3)欲获得较大果实或大型植株或提高营养物质含量多倍体育种； (4)欲提高变异频率，“改良”或“改造”或直接改变现有性状，获
13、得当前不存在的基因或性状诱变育种； (5)欲实现定向改变现有性状基因工程育种。,【例3】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：,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)、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_。,(4)通过矮秆抗病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_。,秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍,100
14、%,基因突变频率低且不定向,C,自交,2/3,(5)在一块高秆(纯合子)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)。,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31(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。,(5)一块高秆(纯合子)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
15、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。 如该变异性状能遗传，则是基因突变的结果；如该变异性状不能遗传，则是环境引起的。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31(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。,某农科所通过如图所示育种过程培育成了高品质的糯小麦，相关叙述正确的是(),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、c过程都需要使用秋水仙素，都作用于萌发的种子 D要获得yyRR，b过程需要进行不断的自交来提高纯合率,解析D该过程用的遗传学原理有基因重组、染色体数目变异；a过程是利用秋水仙素处理幼苗，使幼苗染色体数目加倍从而快速获得纯合子，缩短育种年限；a过程用秋水仙素处理的只有幼苗，c过程可以作用于幼苗或萌发的种子。,二、基因工程 1概念：按照人们的意愿，把一种生物的 ，加以修饰改造，然后放到 ，定向地改造生物的遗传性状。操作水平为 。,某种基因提取出来,另一种生物的细胞里,DNA分子水平,
