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1、高考总复习高考总复习生物生物第第11讲讲 杂交育种与诱变育种基因工程杂交育种与诱变育种基因工程及其应用及其应用第六单元第六单元 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程高考总复习高考总复习生物生物高考总复习高考总复习生物生物考纲解读考纲解读1.杂交育种的概念、优点及不足2.杂交育种的原理及在生产实践中的应用3.诱变育种的原理、方法、优点及局限性4.诱变育种在生产实践中的应用5.基因工程的基本原理6.基因工程在农业、医药等领域的应用7.转基因生物和转基因食品的安全性 考向指南考向指南本讲内容在高考中时常出现，如2008年江苏卷、广东卷、重庆卷、山东卷等都有考题。主要考查下列知识点：（1）运用遗传
2、和变异的原理，解决生产和生活实际中的问题；（2）讨论从杂交育种到基因工程这一科学发展历程中，科学、技术和社会的相互作用；（3）进行转基因生物和转基因食品安全性的资料分析。 高考总复习高考总复习生物生物高考总复习高考总复习生物生物 一、杂交育种一、杂交育种 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中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，在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法，称称思考与讨论思考与讨论 从杂交育种的过程来看，杂交育种的缺陷是什么？从杂交育种的过程来看，杂交育种的缺陷是什么？可用什么方法来加以克服？可用什么方法来加以克服？ 不足之处是新类型
3、的个体中还含有一定比例的杂合不足之处是新类型的个体中还含有一定比例的杂合子，需用其不断地进行自交、选择，所需时间很长。可用子，需用其不断地进行自交、选择，所需时间很长。可用单倍体育种的方法加以克服。单倍体育种的方法加以克服。高考总复习高考总复习生物生物P PAABB aabbAABB aabbF F1 1AaBbAaBbABAB、AbAb、aBaB、abab配子配子花药离花药离 体培养体培养可得到基因型为可得到基因型为ABAB、AbAb、aBaB、abab这四种单倍体植株这四种单倍体植株人工诱导人工诱导 染色体加倍染色体加倍 就可得到基因型为就可得到基因型为AAbbAAbb这种纯合子的二倍体植
4、株这种纯合子的二倍体植株高考总复习高考总复习生物生物思考与讨论思考与讨论 杂交育种的原理是什么？能否有新的基因杂交育种的原理是什么？能否有新的基因和新的性状产生？如果培育出新的性状，应该和新的性状产生？如果培育出新的性状，应该采用什么育种方法？采用什么育种方法？ 杂交育种的原理是基因重组，产生新的基因杂交育种的原理是基因重组，产生新的基因型，使性状重新组合，而不能产生新的基因和新的型，使性状重新组合，而不能产生新的基因和新的性状。性状。 如果要培育出新的性状，可采用一定的措施如果要培育出新的性状，可采用一定的措施来诱导基因突变，培育新的品种。来诱导基因突变，培育新的品种。高考总复习高考总复习生
5、物生物二、诱变育种二、诱变育种 利用物理因素（利用物理因素（x x射线、射线、射线、紫外线、激射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来光等）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。处理生物，使生物发生基因突变。 诱变育种可以提高突变频率，在较短的时间诱变育种可以提高突变频率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。内获得更多的优良变异类型。 如如“黑农黑农5 5号号”的大豆（产量提高的大豆（产量提高16%16%，含油，含油量增加量增加2.5%2.5%）；青霉菌的代谢产物）；青霉菌的代谢产物青霉素青霉素（2020单位提高到单位提高到500005000
6、0 6000060000单位单位/ml/ml）高考总复习高考总复习生物生物类型类型杂交育种杂交育种人工诱变育种人工诱变育种单倍体育种单倍体育种多倍体育种多倍体育种原理原理常用常用方法方法优点优点缺缺 点点实例实例将具有不同将具有不同优良性状的优良性状的两亲本杂交两亲本杂交用物理或化学用物理或化学的方法处理萌发的的方法处理萌发的种子或幼苗种子或幼苗花药离体培养；花药离体培养；诱导染色体加诱导染色体加倍倍用秋水仙素用秋水仙素处理萌发的处理萌发的种子或幼苗种子或幼苗使位于不同个使位于不同个体的优良性状体的优良性状集中于一个个集中于一个个体上体上提高变异频率加提高变异频率加速育种进程速育种进程明显缩短
7、明显缩短育种年限育种年限器官大型，器官大型，营养含量高营养含量高育种时间育种时间长长有利变异少需大有利变异少需大量处理供试材料量处理供试材料技术复杂，需与杂技术复杂，需与杂交育种和多倍体育交育种和多倍体育种配合种配合只适用于植只适用于植物物基因突变基因突变染色体组染色体组成倍减少成倍减少染色体组染色体组成倍增加成倍增加基因重组基因重组培育矮抗小培育矮抗小麦麦培育青霉培育青霉素高产菌株素高产菌株三倍体无子三倍体无子西瓜的培育西瓜的培育培育矮抗小培育矮抗小麦麦几种主要育种方法的比较几种主要育种方法的比较高考总复习高考总复习生物生物杂交育种方法的不足：杂交育种方法的不足： 杂交育种只能利用已有基因的
8、重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦，过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。诱变育种的优点：诱变育种的优点： 诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。高考总复习高考总复习生物生物 三、基因工程的原理三、基因工程的原理 基因工程是指按照人们的意愿，把一种生物基因工程是指按照人们的意愿，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，
9、定向地改造生物的遗传性状。一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。所以基因工程又称基因拼接技术或所以基因工程又称基因拼接技术或DNADNA重组技术。重组技术。 基因工程可在不同种生物之间进行（传统的基因工程可在不同种生物之间进行（传统的育种方法只能在同种生物中进行），可按照人们的育种方法只能在同种生物中进行），可按照人们的意愿直接定向地改变生物，培育出新品种。意愿直接定向地改变生物，培育出新品种。高考总复习高考总复习生物生物 1. 1.工具之一：基因的工具之一：基因的“剪刀剪刀” 限制酶限制酶 基因剪刀指的是限制性核酸内切酶（简称限制酶）。基因剪刀指的是限制性核酸内切酶（简称限制酶）。一种
10、限制酶只能识别一种特定的一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上核苷酸序列，并在特定的切点上切割切割 DNADNA分子。如大肠杆分子。如大肠杆菌中有一种限制酶，能够菌中有一种限制酶，能够专一识别专一识别GAATTCGAATTC的序列，的序列，并在并在G G和和A A之间将其切开。之间将其切开。G A A T T CC T T A A G A A T T C GGC T T A A高考总复习高考总复习生物生物1.1.工具之二：基因的工具之二：基因的“针线针线” DNADNA连接连接酶酶 两种来源不同的两种来源不同的DNADNA用同种限制酶切割后，末端可用同种限制酶切割后，末端可以
11、相互黏合，但这种黏合只能使互补的碱基连接起来，以相互黏合，但这种黏合只能使互补的碱基连接起来，脱氧核苷酸之间的连接，则需要靠脱氧核苷酸之间的连接，则需要靠DNADNA连接酶来连接酶来“缝合缝合”，这种，这种DNADNA连接酶就称连接酶就称“基因的针线基因的针线”。GC T T A AA A T T C GA A T T C GDNADNA连接酶连接酶DNADNA连接酶连接酶高考总复习高考总复习生物生物 1. 1.工具之三：基因的运载体工具之三：基因的运载体 “基因的运载体基因的运载体”指的是将外源基因送入到指的是将外源基因送入到受体细胞的一种运输工具。受体细胞的一种运输工具。目前常用的运载体有
12、：质目前常用的运载体有：质粒（存在于细菌、酵母菌粒（存在于细菌、酵母菌等细胞中，是一种能自我等细胞中，是一种能自我复制的很小的环状复制的很小的环状DNADNA分子）分子）、噬菌体和动植物病毒。、噬菌体和动植物病毒。质粒质粒DNADNA大肠杆菌细胞大肠杆菌细胞抗生素抗抗生素抗性基因性基因控制质粒控制质粒DNADNA转移转移的基因的基因高考总复习高考总复习生物生物2.基基因因工工程程的的操操作作步步骤骤第一步第一步 提取目的提取目的 基因和运载体基因和运载体第二步第二步 目的基因目的基因 与运载体结合与运载体结合第三步第三步 将目的基将目的基 因导入受体细胞因导入受体细胞 检测目的检测目的基因的表
13、达情况基因的表达情况 第四步第四步细菌细菌细胞细胞质粒质粒DNADNA用限用限 制酶切制酶切 断断DNADNA用连接酶连用连接酶连 接目的基因接目的基因将重组将重组DNA DNA 导入受体细胞导入受体细胞增增 殖殖目的基因目的基因的产物的产物高考总复习高考总复习生物生物 四、基因工程的应用四、基因工程的应用1.1.基因工程与作物育种基因工程与作物育种2.2.基因工程与药物研制基因工程与药物研制3.3.基因工程与环境保护基因工程与环境保护阅读教材阅读教材104104105105的的“基因工基因工程的应用程的应用”五、转基因生物和转基因食品的安全性五、转基因生物和转基因食品的安全性 阅读教材阅读教
14、材105105106106的的“转基因生物和转基因食品转基因生物和转基因食品的安全性的安全性”高考总复习高考总复习生物生物 小小 结结 基因工程是指按照人们的意愿，把一种生物的某种基因工程是指按照人们的意愿，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。胞里，定向地改造生物的遗传性状。第一步第一步提取目的基因和运载体提取目的基因和运载体第二步第二步目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合第三步第三步将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达情况检测目的基因的表达情况 第四
15、步第四步基因工程的操作过程基因工程的操作过程高考总复习高考总复习生物生物高考总复习高考总复习生物生物高考总复习高考总复习生物生物1、转基因育种2、细胞工程育种3、单倍体育种4、多倍体育种5、有性杂交育种6、诱变育种7、基因操作的工具高考总复习高考总复习生物生物高考总复习高考总复习生物生物考查几种育种方法考查几种育种方法现有黑色短毛兔和白色长毛兔，要育出黑色长毛兔。理论上可采用的技术是（ ） 杂交育种 基因工程 诱变育种 克隆技术 A B C D【解析】利用杂交育种、基因工程、诱变育种都能使黑色短毛兔和白色长毛兔，育出黑色长毛兔。【答案】D育种技术的应用育种技术的应用高考总复习高考总复习生物生物
16、在现代发酵工程中，利用下列哪一项技术，能有目的地改造原有的菌种并且提高其产量（ ） A细胞融合 B诱变育种 C克隆 DDNA重组技术【解析】 基因工程即DNA重组技术是指按照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和载体重组后转入细胞内进行扩增，并表达产生所需蛋白质的技术。基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化为人类提供有用产品及服务。【答案】 D高考总复习高考总复习生物生物基因工程的原理基因工程的原理（2009届深圳市模考）下列关于基因工程的叙述，正确的是（ ）A基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的的基因B细菌质粒是基因工程常用的运载体C通常用一种限制性内
17、切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNAD为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体【解析】此题主要考查学生对基因工程基本内容的理解水平。根据人类的需求，目的基因有多种：限制性内切酶只能是另一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。必须用同一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA和运载体DNA，才能在目的基因和运载体DNA之间形成相对应的黏性末端，进而才能将它们重组起来。为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时受精卵和幼苗都可成为受体。【答案】B高考总复习高考总复习生物生物基因工程操作的基本步骤基因工程操作的基本步骤正确表示基因操作“四步曲
18、”的是（ ）A.提取目的基因目的基因导入受体细胞目的基因与运载体的结合目的基因的检测和表达B.目的基因的检测和表达提取目的基因目的基因与运载体结合目的基因导入受体细胞C.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和表达D.目的基因与运载体结合提取目的基因将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达【解析】考查基因工程中基因操作的基本步骤。【答案】C高考总复习高考总复习生物生物课堂练习课堂练习 1.1.属于分子水平上的育种工作的是属于分子水平上的育种工作的是 （ ） A.A.辐射育种辐射育种 B.B.杂交育种杂交育种 C.C.单倍体育种单倍体育种 D.D.多倍体育种多倍体
19、育种A 2.2.将植物的种子随飞船带入太空，返回地面种植，往往将植物的种子随飞船带入太空，返回地面种植，往往能得到新的变异特性。这种变异的来源主要是植物种子经能得到新的变异特性。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的太空中的_辐射后所发生的变异。现在把这种育辐射后所发生的变异。现在把这种育种方式称为种方式称为_。试说出这种育种方式的优点。试说出这种育种方式的优点宇宙射线宇宙射线诱变育种诱变育种提高基因突变的频率，加快育种的进程。提高基因突变的频率，加快育种的进程。3.3.下列实例所依据的原理分别是下列实例所依据的原理分别是 （ ） 我国著名育种专家袁隆平利用杂交技术培育出我国著名育种专家袁隆平
20、利用杂交技术培育出 超级水稻品种超级水稻品种 二倍体植株的花药离体培养，二倍体植株的花药离体培养， 并用秋水仙素处理，使之成为纯合子并用秋水仙素处理，使之成为纯合子 乘宇宙乘宇宙 飞船上过太空的辣椒种子结出的果实较平常的大飞船上过太空的辣椒种子结出的果实较平常的大 一倍以上一倍以上 A.A.基因重组、基因突变、染色体变异基因重组、基因突变、染色体变异 B.B.基因突变、基因重组、染色体变异基因突变、基因重组、染色体变异 C.C.基因突变、染色体变异、基因重组基因突变、染色体变异、基因重组 D.D.基因重组、染色体变异、基因突变基因重组、染色体变异、基因突变D高考总复习高考总复习生物生物 4.4
21、.设有两种纯种小麦，一为高秆（设有两种纯种小麦，一为高秆（D D易倒伏）抗锈病易倒伏）抗锈病（T T）；另一为矮秆（）；另一为矮秆（d d抗倒伏）易染锈病（抗倒伏）易染锈病（t t），这两对），这两对相对性状独立遗传。现分别用杂交育种和单倍体育种来培相对性状独立遗传。现分别用杂交育种和单倍体育种来培育矮秆抗锈病的新品种，请据图分析回答：育矮秆抗锈病的新品种，请据图分析回答：矮秆易矮秆易染锈病染锈病高秆抗高秆抗锈病锈病F F1 1F F2 2b bF F3 3F F4 4d de ea ag gc cddTTddTT植株植株配配子子 dT dT幼苗幼苗高考总复习高考总复习生物生物 （1）a过程为
22、过程为_,b过程为过程为_,用符号用符号_表示。表示。 （2）F F2理想的基因型是理想的基因型是_。在。在代的代的矮秆抗倒伏个体中占矮秆抗倒伏个体中占_；c过程为过程为_，理想的配子基因型是理想的配子基因型是_。 （3）e过程是指过程是指_；g过程是指过程是指_。对比上述两种育种方法，。对比上述两种育种方法，得出的结论是得出的结论是_。 杂交杂交自交自交ddTTddTT1/31/3减数分裂减数分裂dTdT花药离体培养花药离体培养人工诱导染色体加倍人工诱导染色体加倍单倍体育种能缩短育种时间单倍体育种能缩短育种时间高考总复习高考总复习生物生物 5. 5.不属于目的基因与运载体结合过程的是不属于目
23、的基因与运载体结合过程的是( )( ) A. A.用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端 B.B.用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端 C.C.将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处 D.D.将重组将重组DNADNA导入受体细胞中进行扩增导入受体细胞中进行扩增D高考总复习高考总复习生物生物6.6.用用 “鸟枪法鸟枪法”提取目的基因的步骤是提取目的基因的步骤是 ( )( ) 用特定的限制酶切取特定的用特定的限制酶切取特定的DNADNA片段片段 用限用限 制酶将供体细胞制酶将供体细胞DNADNA
24、切成许多片段切成许多片段 将许多将许多 DNADNA片段分别载入运载体片段分别载入运载体 选取目的基因片段选取目的基因片段 载入运载体载入运载体 通过运载体分别转入不同的受通过运载体分别转入不同的受 体细胞体细胞 让供体让供体DNADNA片段在受体细胞内大量繁片段在受体细胞内大量繁 殖殖 找出带有目的基因的细胞，并分离出目找出带有目的基因的细胞，并分离出目 的基因的基因 A.A. B. B. C. C. D. D.C高考总复习高考总复习生物生物D7.7.切取某动物合成生长激素的基因切取某动物合成生长激素的基因, ,用某方法将此用某方法将此 基因转移到鲇鱼的受精卵中基因转移到鲇鱼的受精卵中, ,
25、从而使鲇鱼比同类从而使鲇鱼比同类 个体大了个体大了3 34 4倍倍, ,此项研究遵循的原理是此项研究遵循的原理是 ( )( ) A. A.基因突变基因突变 DNA RNA DNA RNA 蛋白质蛋白质 B.B.基因工程基因工程 DNA RNA DNA RNA 蛋白质蛋白质高考总复习高考总复习生物生物 8. 8.右图是将右图是将人的生长激素基人的生长激素基因导入细菌因导入细菌B B细细胞内制造胞内制造“工程工程菌菌”的示意图，的示意图，所用载体为质粒所用载体为质粒A A上的基因。已知细菌细胞内不含质粒上的基因。已知细菌细胞内不含质粒A A，也不含质，也不含质粒粒A A上的基因，质粒上的基因，质粒
26、A A导入导入B B后，其上的基因能得到后，其上的基因能得到表达。请回答下列问题表达。请回答下列问题: :a结合结合人的生长素基因人的生长素基因质粒质粒A 导入导入质粒质粒A 细菌细菌B转化的细菌转化的细菌检测检测 筛选筛选工程菌工程菌重组质粒重组质粒高考总复习高考总复习生物生物 （1 1）人工合成目的基因的途径有哪两条？）人工合成目的基因的途径有哪两条？ 将从细胞中提取分离出来的基因作为模板，转录成将从细胞中提取分离出来的基因作为模板，转录成mRNAmRNA，再，再经逆转录成单链经逆转录成单链DNADNA，按互补原则合成双链，按互补原则合成双链DNADNA；根据蛋白质中氨根据蛋白质中氨基酸序
27、列推测出基酸序列推测出mRNAmRNA中碱基序列，然后再推出中碱基序列，然后再推出DNADNA的碱基序列，最的碱基序列，最后通过化学方法合成目的基因。后通过化学方法合成目的基因。高考总复习高考总复习生物生物 （2 2）如何将目的基因和质粒结合成重组质粒（重组）如何将目的基因和质粒结合成重组质粒（重组DNADNA分子）？分子）？ 用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口；用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口；用同种限制酶切割目的基因，产生相同的黏性末端；用同种限制酶切割目的基因，产生相同的黏性末端；将切割下将切割下来的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适当的来的目
28、的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适当的DNADNA连接酶，连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。使质粒与目的基因结合成重组质粒。 （3 3）目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还）目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A A，只有少，只有少数导入的是重组质粒。以下步骤可鉴别得到的细数导入的是重组质粒。以下步骤可鉴别得到的细菌是否导入了质粒菌是否导入了质粒A A或重组质粒：将得到的细菌涂或重组质粒：将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上
29、，能够生长布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就导入了质粒的就导入了质粒A A或重组质粒；反之就没有。用这或重组质粒；反之就没有。用这种方法鉴别的原因是种方法鉴别的原因是_。 普通质粒普通质粒A A和重组质粒都和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因含有抗氨苄青霉素基因 高考总复习高考总复习生物生物 （4 4）若把通过鉴定证明导入了普通质粒）若把通过鉴定证明导入了普通质粒A A或重组质粒的或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是_，原因是：，原因是：有的能生长，有的不能生长有的能生长，有的不能生长 导入普通质粒导入普通质粒A A的细菌能生长，因为普通质粒的细菌能生长，因为普通质粒A A上有上有抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因插在抗四环素基因中，抗四环素基因的结构目的基因插在抗四环素基因中，抗四环素基因的结构被破坏。被破坏。 （5 5）导入细菌）导入细菌B B细胞中的目的基因成功表达的标志是细胞中的目的基因成功表达的标志是 是受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质即人是受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质即人的生长激素。的生长激素。 高考总复习高考总复习生物生物作业布置作业布置金榜金榜1号号生物总复习课时练生物总复习课时练第第251252页页
