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1、第6章从杂交育种到基因工程一、杂交育种与诱变育种杂交育种诱变育种原理 _过程 选择具有_的亲本,通过_获得F1,F1_后,筛选所需类型进行多代_至确定不发生_为止用射线或_等理化因素诱导_的细胞发生_,并选取所需类型应用 提高农作物单位面积产量,选育家畜、家禽优良品种主要用于农作物_和微生物育种基因重组基因突变优良性状杂交自交自交直性状分离化合物分裂基因突变育种即时训练1两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB,这两对基因按自由组合定律遗传,要培育出基因型为aabb的新品种,最简捷的方法是()。A.单倍体育种B.杂交育种C.人工诱变育种D.细胞工程育种答案:B解析:单倍体育种的过程为:两纯种亲
2、本F1单倍体幼苗aabb新品种。此方式可以明显缩短育种年限,但操作复杂,要求高且不简捷。人工诱变不能实现基因重组,且有很强的盲目性。细胞工程育种虽然目的性强,但无法实现基因重组得到aabb的个体,且操作复杂。杂交育种则可以实现基因重组,在两亲本杂交所得F2中选择出aabb的新品种,这种操作比较简捷。即时训练2(2012河南南阳一中模拟)下列关于培育生物新品种的叙述,正确的是()。A.培育多倍体转基因植物能防止基因污染B.杂交育种培育的新品种必须是显性纯合子C.单倍体育种是为了获取单倍体新品种D.多倍体育种得到的新品种结实率往往较低答案:D解析:若培育的转基因植物为四倍体等,由于其能产生正常配子
3、,就可能造成基因污染;杂交育种培育的新品种的优良性状不一定都是显性性状;单倍体育种是为了缩短育种年限获取可育的新品种;多倍体植株的结实率往往比较低。二、基因工程1.原理:基因重组。2.工具3.操作步骤4.应用即时训练3基因工程是在分子水平对DNA分子进行设计施工的技术。在基因操作的步骤中,不进行碱基互补配对的是()。A.人工合成目的基因B.目的基因与运载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的表达和检测答案:C解析:人工合成目的基因的两种方法都要进行碱基互补配对;目的基因的黏性末端与运载体的黏性末端要进行碱基互补配对;目的基因的表达也要进行碱基互补配对;C项是将已进行碱基互补配对且在DN
4、A连接酶的作用下重组后的质粒导入受体细胞中,此过程不进行碱基互补配对。即时训练41997年,科学家将动物体内能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组,并且在大肠杆菌中成功表达,过程如图,请据图回答问题。(1)此图表示的是采取的方法获取原胰岛素目的基因的过程。(2)图中DNA是以为模板,通过形成单链DNA,再在酶的作用下合成双链DNA,从而获得了所需要的原胰岛素目的基因。(3)图中代表的是,在它的作用下将质粒切出。(4)图中代表,其中含。(5)图中表示将,表示随大肠杆菌的繁殖而进行扩增。答案:(1)人工合成基因(2)原胰岛素mRNA反转录(3)特定的限制性内切酶黏性末端(4)重组DNA胰岛
5、素基因(5)目的基因导入受体细胞重组DNA解析:目的基因的获得主要有两种方法:一是直接分离法,二是人工合成基因。人工合成法中的一条途径是以目的基因转录成的mRNA为模板,逆转录成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA。目的基因与运载体结合需使用同一种限制酶切割,再在DNA连接酶作用下,形成重组DNA分子。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年年制种杂交水稻、杂
6、交玉米等培育杂合子品种:一般是选取纯合双亲子一代名称原理方法优点缺点应用考点一几种育种方法的比较诱变育种基因突变诱变因素处理后筛选提高变异频率,加快育种进程,大幅度改良某些性状盲目性大,有利变异少,工作量大,需要大量的供试材料高产青霉菌单倍体育种染色体变异杂交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多倍体育种染色体变异用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗操作简单,能较快获得所需品种所获品种发育延迟,结实率低,一般只适用于植物三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦名称 原理 方法优点缺点应用
7、基因工程育种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、转基因抗虫棉易错提示(1)根据不同育种要求选择不同的育种方法。将两个亲本的不同优良性状集中于同一生物体上,可利用杂交育种,则可选用单倍体育种。要求快速育种,则可选用单倍体育种。要获得前所未有的优良性状,利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。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。(2)基因工程育种与诱变育种相比,其优势在于
8、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。【例1】(2011山东高考理综,27)荠菜的果实形状有三角形和卵圆形两种,该性状的遗传涉及两对等位基因,分别用A、a和B、b表示。为探究荠菜果实形状的遗传规律,进行了杂交实验(如图)。P三角形果实卵圆形果实F1三角形果实F2三角形果实卵圆形果实(301株)(20株)(1)图中亲本基因型为。根据F2表现型比例判断,荠菜果实形状的遗传遵循。F1测交后代的表现型及比例为。另选两种基因型的亲本杂交,F1和F2的性状表现及比例与图中结果相同,推断亲本基因型为。(2)图中F2三角形果
9、实荠菜中,部分个体无论自交多少代,其后代表现型仍为三角形果实,这样的个体在F2三角形果实荠菜中的比例为;还有部分个体自交后发生性状分离,它们的基因型是。(3)荠菜果实形状的相关基因a、b分别由基因A、B突变形成,基因A、B也可以突变成其他多种形式的等位基因,这体现了基因突变具有的特点。自然选择可积累适应环境的突变,使种群的基因频率发_,导致生物进化。(4)现有3包基因型分别为AABB、AaBB和aaBB的荠菜种子,由于标签丢失而无法区分。根据以上遗传规律,请设计实验方案确定每包种子的基因型。有已知性状(三角形果实和卵圆形果实)的荠菜种子可供选用。;。结果预测:.如果,则包内种子基因型为AABB
10、;.如果,则包内种子基因型为AaBB;.如果,则包内种子基因型为aaBB。实验步骤:解析:(1)由题中图解推断:亲本基因型三角形果实为AABB、卵圆形果实为aabb、F1为AaBb。F2两种表现型比例出现31,符合基因的自由组合定律。F1测交后代表现型及比例为三角形果实(AaBb、Aabb、aaBb)卵圆形果实(aabb)=151。另选两个亲本AAbb、aaBB杂交得F1为AaBb,自交后代也会出现图示比例。(2)F2中三角形果实荠菜基因型为1AABB、2AaBB、2AABb、1AAbb、1aaBB,个体自交后代不出现性状分离,都表现为三角形果实,这样的个体在三角形果实荠菜中的比例为7/15。
11、基因型为AaBb、Aabb和aaBb的个体自交后代会出现性状分离。(3)A、B可突变成多种基因,体现了基因突变具有不定向性(多方向性)的特点。自然选择可积累适应环境的突变,使种群的基因频率定向改变,导致生物进化。(4)卵圆形果实的种子基因型为aabb,所以可将待测的三包种子与卵圆形果实种子分别种植,并都与卵圆形果实种子长成的植株进行杂交得F1,F1自交得F2,若后代三角形与卵圆形果实植株的比例为151,则包内种子基因型为AABB。若亲本基因型为AaBB,则F1为AaBb、aaBb,自交后代出现aabb的概率为1/21/16+1/21/4=1/32+1/8=5/32,F2中三角形与卵圆形果实植株
12、的比例为275。若亲本种子为aaBB,则F1为aaBb,自交得F2,三角形与卵圆形果实植株的比例约为31。答案:(1)AABB和aabb基因自由组合定律三角形卵圆形=31AAbb和aaBB(2)7/15AaBb、Aabb和aaBb(3)不定向性(或:多方向性)定向改变(4)用3包种子长成的植株分别与卵圆形果实种子长成的植株杂交,得F1种子F1种子长成的植株自交,得F2种子F2种子长成植株后,按果实形状的表现型统计植株的比例.F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为151.F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为275.F2三角形与卵圆形果实植株的比例约为31考点二基因工程1.基因工程的操作工具(1)基
13、因的“剪刀”限制性核酸内切酶。存在场所:主要存在于微生物细胞中。特性: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。作用结果: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。DNA连接酶的作用是在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”载体。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。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
14、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码子。【例2】(2011北京高考理综,31)TDNA可随机插入植物基因组内,导致被插入基因发生突变。用此方法诱导拟南芥产生突变体的过程如下:种植野生型拟南芥,待植株形成花蕾时,将地上部分浸入农杆菌(其中的TDNA上带有抗除草剂基因)悬浮液中以实现转化。在适宜条件下培养,收获种子(称为T1代)。(1)为促进植株侧枝发育以形成更多的花蕾,需要去除,因为后者产生的会抑制侧芽的生长。(2)为筛选出已转化的个体,需将T1代播种在含的培养基上生长,成熟后自交,收获种子(称为T2代)。(3)为筛选出具有抗盐性状的突变体,需
15、将T2代播种在含的培养基上,获得所需个体。(4)经过多代种植获得能稳定遗传的抗盐突变体。为确定抗盐性状是否由单基因突变引起,需将该突变体与植株进行杂交,再自交代后统计性状分离比。(5)若上述TDNA的插入造成了基因功能丧失,从该突变体的表现型可以推测野生型基因的存在导致植物的抗盐性。(6)根据TDNA的已知序列,利用PCR技术可以扩增出被插入的基因片段。其过程是:提取植株的DNA,用限制酶处理后,再用将获得的DNA片段连接成环(如下图),以此为模板,从图中A、B、C、D四种单链DNA片段中选取作为引物进行扩增,得到的片段将用于获取该基因的全序列信息。环状DNA示意图A、B、C、D表示能与相应T
16、DNA链互补、长度相等的单链DNA片段;箭头指示DNA合成方向。解析:(1)为使侧枝发育形成更多的花蕾,要破坏顶端优势,因此,需去除顶芽,因为顶芽产生的生长素在侧芽积累,会抑制侧芽生长。(2)要筛选出抗除草剂的个体,应将T1代播种在含一定浓度除草剂的培养基上生长。(3)要筛选出抗盐性状的个体,应将T2代播种在含一定浓度盐的培养基上生长。(4)要确定抗盐性状是否由单基因突变引起,需将突变体与野生型植株进行杂交,得到F1,再让F1自交,统计F2的性状分离比。(5)抗盐突变体的抗盐性强,野生型基因的存在会降低植物的抗盐性。(6)PCR技术可扩增基因,先应提取突变体DNA作目的基因,然后用同一种限制酶处理目的基因和载体,再用DNA连接酶连接成重组DNA,从题图中可看出A、D为模板链,B、C为引物。答案:(1)顶芽生长素(2)(一定浓度的)除草剂(3)(一定浓度的)盐(4)野生型1(5)降低(6)突变体DNA连接酶B、C
