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1、第第 23 讲讲 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程考纲要求 1.生物变异在育种上的应用()。2.转基因食品的安全()。考点一 生物变异在育种上的应用重要程度：1 杂交育种(1)概念：将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。(2)原理：基因重组。(3)过程：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得 F1F1自交获得 F2鉴别、选择需要的类型，优良品种。(4)优点：可以把多个品种的优良性状集中在一起。(5)应用：培育性状重组型优良品种。2 诱变育种(1)概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法。(2)原
2、理：基因突变。(3)过程：选择生物诱发基因突变选择理想类型培育。(4)优点：可以提高突变频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。大幅度地改良某些性状。(5)应用：培育具有新性状的品种。1 几种常见遗传育种方式的不同点方法原理常用方法优点缺点代表实例杂交育种基因重组杂交操作简单，目标性强育种年限长矮秆抗病小麦诱变育种基因突变辐射诱变、激光诱变等提高突变率，加速育种进程有利变异少，需大量处理实验材料高产青霉菌株多倍体育染色体变秋水仙素处理萌发的种子或操作简单，且能在较短的时所得品种发育迟缓，结无子西瓜、八倍体小种异幼苗间内获得所需品种实率低；在动物中无法开展黑麦单倍体育种染色体变异花药离体培养后
3、，再用秋水仙素处理明显缩短育种年限技术复杂，需要与杂交育种配合“京花 1号”小麦基因工程育种基因重组将一种生物特定的基因转移到另一种生物细胞中能定向改造生物的遗传性状有可能引发生态危机转基因抗虫棉2 针对不同育种目标如何选择育种方案育种目标育种方案单倍体育种 集中双亲优良性状 杂交育种对原品系实施“定向”改造基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种让原品系产生新性状(无中生有)诱变育种使原品系营养器官“增大”或“加强”多倍体育种易错警示 与遗传育种有关的 4 个“比较”(1)杂交育种不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，则需要连续自交筛选直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要在
4、子二代出现该性状个体即可。(2)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。(3)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选择符合育种目标的个体进一步培育，直到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。(4)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，故根据成熟期早晚可判定是多倍体还是杂交种。1 图中，甲、乙表示两个水稻品种，A、a 和 B、b 分别表示位于两对同源染色体
5、上的两对等位基因，表示培育水稻新品种的过程，则下列说法错误的是( )A过程简便，原理是基因重组B和的变异都发生于有丝分裂间期C过程可明显缩短育种年限，常用的方法是花药离体培养D过程与过程的育种原理相同答案 B解析 分析题图，过程为杂交育种过程，目的是获得 AAbb 个体，杂交育种操作简便，但培育周期长，依据的原理是基因重组；和过程都是用秋水仙素处理，其发生的染色体变异是由于秋水仙素抑制有丝分裂前期纺锤体的形成而产生的；表示单倍体育种过程，其优点是明显缩短育种年限，其中过程常用的方法是花药离体培养；单倍体育种与多倍体育种的原理都是染色体数目变异。2 如图甲、乙表示水稻两个品种(两对相对性状独立遗
6、传)，表示培育水稻新品种的过程。下列说法正确的是( )A如果过程中逐代自交，那么自交代数越多纯合植株的比例越高B与过程的育种原理不同，过程表示单倍体育种C育种过程中需要进行筛选，筛选不会改变任何一个基因的频率D经过和过程培育的品种和甲、乙品种基因型不同，但是仍然属于同一个物种答案 A解析 由图可知，为杂交育种，为单倍体育种，为基因工程育种，为多倍体育种，为诱变育种。杂合子连续自交，随自交代数的增加纯合子的比例逐代增加；诱变育种的原理是基因突变，基因工程育种的原理是基因重组；筛选过程种群基因频率发生改变；甲、乙品种为二倍体植物，经过和过程培育的品种为四倍体植物，二倍体植物与四倍体植物杂交后代是三
7、倍体，由于三倍体植物不可育，因此二倍体与四倍体间存在生殖隔离，为不同的物种。准确解答遗传育种题目应注意以下几点(1)对涉及遗传图解的题目要书写规范。(2)对以图形为信息载体的题目，要对几种育种方法进行辨析并进行比较，牢记各种育种方法的原理、优缺点等内容。(3)根据育种要求选择合适的育种方案，需要学生明确各种育种方法的优点，从而达到育种目标。考点二 基因工程的操作工具及基本步骤重要程度：1 基因工程的概念基因工程，又叫做基因拼接技术或 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，定向地改造生物的遗传性状。2 基因工程操作
8、的基本工具Error!Error!3 基因工程操作的基本步骤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与鉴定。4 基因工程的应用(1)育种，如抗虫棉。(2)药物研制，如胰岛素等。(3)环境保护，如转基因细菌分解石油。5 转基因生物和转基因食品的安全性对转基因生物和转基因食品的两种态度：(1)转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制。(2)转基因生物和转基因食品是安全的，应该大范围推广。根据基因工程操作步骤图解，填写相关内容易错警示 与基因工程有关的 3 个说明：(1)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
9、开，一个连接。(2)质粒是最常用的运载体，不要把质粒等同于运载体，除此之外， 噬菌体的衍生物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)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。下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。(1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”：_；_；_；_。(2)能否利用人的皮肤细胞来完成过程？_，为什么？_。(3)过程必需的酶是_酶，过程必需的酶是_酶。(4)若 A 中共有 a 个碱基对，其中鸟嘌呤有 b 个，则过程连续进行 4 次，至少需提供胸腺嘧啶_个。(5)在利用
10、A、B 获得 C 的过程中，常用_切割 A 和 B，使它们产生_，再加入_才可形成 C。答案 (1)提取目的基因 构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定(2)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素 mRNA (3)逆转录 解旋 (4)15(ab)(5)同一种限制性核酸内切酶 相同的黏性末端 DNA 连接酶解析 (2)图中过程是从细胞中获取相应的 mRNA，由于基因的选择性表达，人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录，不表达，因此不能形成胰岛素 mRNA。(3)从mRNADNA 是逆转录的过程，需要逆转录酶。DNA 分子的扩增需用解旋酶将双链DNA 解旋
11、为单链。(4)一个 DNA 分子中的鸟嘌呤(b 个)和胸腺嘧啶之和占碱基总数(2a个)的一半，所以一个 DNA 分子片段中胸腺嘧啶数为(ab)个。连续复制 4 次，共产生 DNA 分子 2416 个，由于复制方式为半保留复制，故需要提供的胸腺嘧啶数量为(ab)(161)15(ab)。(5)构建基因表达载体时目的基因与运载体需用同一种限制酶切割，产生相同的黏性末端，才可以在 DNA 连接酶的作用下连接形成基因表达载体。1诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体。2诱变育种能产生前所未有的新基因，创造变异新类型。3杂交育种能将多个优良性状集中到同一生物个体上。4诱变育种是利用物理因素(如 X 射
12、线、 射线、紫外线、激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物，使生物发生基因突变，获得新品种的方法。5杂合子品种的种子只能种一年，需要年年制种。6一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。7DNA 连接酶的作用是在 DNA 片段之间的磷酸与脱氧核糖之间形成磷酸二酯键。8基因工程育种能定向改造生物性状。高考模拟高考模拟 提能训练提能训练高考题组1 (2013四川卷，5)大豆植株的体细胞含 40 条染色体。用放射性60Co 处理大豆种子后，筛选出一株抗花叶病的植株 X，取其花粉经离体培养得到若干单倍体植株，其中抗病植株占 50%。下列叙述正确的是( )
13、A用花粉离体培养获得的抗病植株，其细胞仍具有全能性B单倍体植株的细胞在有丝分裂后期，共含有 20 条染色体C植株 X 连续自交若干代，纯合抗病植株的比例逐代降低D放射性60Co 诱发的基因突变，可以决定大豆的进化方向答案 A解析 单倍体植株体细胞仍具全能性，故 A 正确；单倍体植株的细胞中有 20 条染色体，在有丝分裂后期染色体加倍，应含 40 条染色体；杂合子连续自交，其纯合度提升；基因突变可为生物进化提供原材料，不能决定生物进化方向；生物进化方向取决于“自然选择” ，故 B、C、D 选项所述不正确。2 (2013大纲全国卷，5)下列实践活动包含基因工程技术的是 ( )A水稻 F1花药经培养
14、和染色体加倍，获得基因型纯合新品种B抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦C将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株D用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆答案 C解析 A 项为单倍体育种，原理是染色体变异；B 项为杂交育种，原理为基因重组；C 项为基因工程育种，需要利用基因工程技术将重组 DNA 分子导入受体细胞，原理为基因重组；D 项为诱变育种，原理为基因突变。3 (2012浙江卷，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
15、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 1 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_。(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
