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1、第第1212讲讲 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程（给定条件类实验） 一、几种育种方法的比较续表续表 【例1】能够使植物表达动物蛋白的育种方法是() A单倍体育种 B杂交育种 C基因工程育种 D多倍体育种 C【解析】基因工程不仅能定向地改变生物的遗传性状，而且没有种间障碍，因此能够使植物表达动物蛋白的育种方法只能是基因工程育种。 【例2】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人工诱变育种 B细胞工程育种C单倍体育种 D杂交育种 D【解析】杂交育种能将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，并且是
2、最简捷、常规的育种方法。 二、基因工程的操作工具及基本步骤 (一)操作工具 1基因的“剪刀”限制性核酸内切酶(简称限制酶) (1)分布：主要在微生物体内。 (2)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。 (3)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。 (4)切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段。 (5)作用：基因工程中重要的切割工具。在微生物体内能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。 2基因的“针线”DNA连接酶 (1)催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。 (2)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
3、 (3)催化结果：形成重组DNA。 3常用的运载体质粒 (二)操作步骤 (三)对概念的理解基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切、拼接、导入、表达结果定向改造生物的遗传性状，获得人类需要的基因产物 【例3】下列各项中，a、b、c、d代表的物质正确的是() Aa：质粒RNA Bb：DNA连接酶 Cc：限制性核酸内切酶 Dd：外源基因D【解析】 a代表质粒DNA，b代表限制性核酸内切酶，c代表DNA连接酶，d代表外源基因。 【例4】下列有关基因工程技术的叙述，正确的是() A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 B所有
4、的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列 C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快 D只要目的基因进入受体细胞就能实现表达 C【解析】微生物如细菌常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖周期短、代谢快、操作简单的特点。1杂种优势不同于杂交育种，杂种优势是杂交子一代所表现的优良性状。2在所有育种方法中，最简捷、常规的育种方法杂交育种。3根据不同育种需求选择不同的育种方法(1)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，亦可利用杂交后再单倍体育种。(2)要求快速育种，则运用单倍体育种。(3)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。(
5、4)要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。4杂交育种选育的时间是从F2开始，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。5微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖周期短、代谢快、操作简单的特点。动物受体细胞一般选用受精卵，植物受体细胞可以是体细胞，但需与植物组织培养技术相结合。 一、理论归纳1概述给定条件类实验指在已知实验目的及一些附加条件(实验材料用具等)下，利用已有知识来写出实验原理、设计实验方案。2注意事项(1)读懂实验题目，弄清设计要求一个结论的证实，可通过许多不同的实验来证明，但设计方案的选择要根据题目的具体要求来确定，所以在把握
6、实验目的之后，要细心地去弄清题目的设计要求。如：鉴定高秆小麦是纯种还是杂种。若题目要求用最简易的方法，则只能用自交。鉴定栗色雄马是否为纯种。试题中若要求在一个配种季节里完成，则需将该马与多匹白色雌马进行交配。(2)合理地设计操作过程基本的实验方法选定以后，就要制定具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行。二、演练石刁柏(嫩茎俗称芦笋)是一种名贵蔬菜，为XY型性别决定的雌雄异株植物。野生型石刁柏叶窄，产量低。在某野生种群中，发现生长着少数几株阔叶石刁柏(突变型)，雌株、雄株均有，雄株的产量高于雌株。(1)若已证实阔叶为基因突变所致，有两种可能：一是显性突变(由隐性突变为显性)、二是
7、隐性突变(由显性突变为隐性)，请设计一个简单实验方案加以判定(要求写出杂交组合、杂交结果，得出结论)。 。选用多株阔叶突变型石刁柏雌、雄相交。若杂交后代出现了野生型，则为显性突变所致；若杂交后代仅出现突变型，则为隐性突变所致(2)若已证实阔叶为显性突变所致，突变基因可能位于常染色体上，还可能位于X染色体上。请设计一个简单实验方案加以判定(要求写出杂交组合，杂交结果，得出结论)。选用多对野生型雌性植株与突变型雄性植株作亲本杂交。若杂交后代野生型全为雄株，突变型全为雌株，则这对基因位于X染色体上；若杂交后代，野生型和突变型雌、雄均有，则这对基因位于常染色体上。【解析】由题中提供的信息可知，阔叶是由
8、基因突变所致，因此窄叶与阔叶是一对相对性状，它们的遗传符合孟德尔的基因分离规律。若想知道阔叶性状是显性性状还是隐性性状，可利用杂交的方法。而解决突变基因是位于常染色体上还是位于X染色体上的问题时，要利用伴性遗传的特点。 1.(2010江苏)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是( )A这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的B该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体C观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置D将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系B【解析】本题以突变实例为载体考查基因突变的特点、鉴别及
9、应用等。因不知该突变体的基因型，故不能判断其变异为隐性还是显性突变引起，A项错误。若一秆双穗为隐性突变，则该植株为隐性纯合子，则自交后仍为一秆双穗；若为显性突变，则该个体为杂合子，其自交后代一秆双穗纯合子比例为1/4，B项正确。基因突变为分子水平变异，在显微镜下观察不到，C项错误。花药离体培养后形成的植株中无同源染色体，不可育，D项错误。 2.(2010安徽)如图所示，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。(1)两个新性状中，棕色是
10、性状，低酚是 性状。(2)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 。显性隐性AaBB，aaBb(3)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。不发生性状分离(或全为棕色棉，或没有出现白色棉)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)的纯合棉花新品种(用遗传图解和必要的文字表示)。(作图如下)【解析】本题考查有关遗传、变异、育种相关知识。亲代棕色、高酚自交后代是棕色、高酚，白色、
11、高酚，因此棕色是显性；亲代白色、高酚自交后代是白色、低酚，白色、高酚，因此低酚是隐性。诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是AaBB，白色、高酚的棉花植株基因型是aaBb，纯合体后代不发生性状分离，因此应从不发生性状分离(或全为棕色棉或没有出现白色棉)的区域中选择出纯合棕色、高酚植株。育种时间短应选择单倍体育种方案。 3.(2009广东)为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。请回答问题。 (1)从对该种除草剂敏感的二倍水稻植株上取花药离体培养，诱导成_幼苗。 (2)用射线照射上述幼苗，目的是_；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶
12、的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有_。单倍体诱发基因突变抗该除草剂的能力 (3)取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体_，获得纯合_，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。 (4)对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与_杂交，如果_，表明抗性是隐性性状。F1自交，若F2的性状分离比为15(敏感)1(抗性)，初步推测_。加倍二倍体(纯合)敏感型植株F1都是敏感型该抗性植株中有两个基因发生了突变【解析】本题考查了单倍体育种、诱变育种等知识，同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。花药离体培养是单倍体育种的基本手段，射线激光有诱发突变的能
13、力，而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变性状，所以需要经过组织培养，为了获得可育的植株，需用秋水仙素使染色体加倍，获得的是纯合子，通过与敏感型植株杂交，子一代表现出来的性状是显性，子二代出现性状分离，分离比是151，不符合分离定律，可以用自由组合定律来解释，只有两对基因都隐性时才表现为抗性。所以初步推测该抗性植株中两个基因发生了突变。4.(2011湖南省长沙市一中高三第七次月考)要将基因型为AaBB的生物，培育出以下基因型的生物：AaBb；AaBBC；AAaaBBBB；aB。应采用的育种方法依次是( )A诱变育种、转基因技术、多倍体育种、花药离体培养B杂交育种、花药离体培养、转基因技术
14、、多倍体育种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 A【解析】基因型为AaBB的生物要培育出AaBb的植物，可利用物理或化学方法处理材料，通过基因突变获得；要获得AaBBC的生物，由于本物种没有C基因，所以必须通过转基因技术；要获得AAaaBBBB的生物，可通过多倍体育种；要获得aB的生物，可利用花药离体培养获得。5.(2011黑龙江省虎林高中密山一中高三第三次联考)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：基因突变或基因重组或染色体变异等B都不可能产生定
15、向的可遗传变异C都在分子水平上进行操作D都可以通过产生新基因从而产生新性状A【解析】基因工程育种可以说是定向的变异；杂交育种并不是在分子水平上操作的；诱变育种可以产生新基因，其他方式不能。 6.(原创)通过基因工程得到了具有某种目的基因的动物(二倍体)，但是检测发现该个体仅具有一个目的基因，因此不能稳定遗传。为了最快得到能稳定遗传的抗虫植株品系，可以采用的比较简便的方法是( ) A单倍体育种 B多倍体育种 C杂交育种 D基因工程C 【解析】杂交育种符合要求，通过杂交可以得到具有目的基因的纯合子；单倍体和多倍体育种在动物中一般不会采用；而基因工程相对比较繁琐，技术难度也大。 7.(2010湖南省
16、高三“十二校联考”第一次考试)现有两个小麦品种，一个纯种小麦性状是高秆(D)，抗锈病(T)；另一个纯种小麦的性状是矮秆(d)，易染锈病(t)。两对基因独立遗传。育种专家提出了如下图所示的、两种育种方法以获得小麦新品种。问：(1)要缩短育种年限，应选择的方法是 ，依据的变异原理是 ；另一种方法的育种原理是 。(2)图中和基因组成分别为 和 。(3)(二)过程中，D和d的分离发生在 ；(三)过程采用的方法称为 ；(四)过程最常用的化学药剂是 。(4)(五)过程产生的抗倒伏抗锈病植株中的纯合子占 ；如果让F1按(五)、(六)过程连续自交2代，则中符合生产要求的个体中，能稳定遗传的个体占 。(5)如将
17、方法中获得的、植株杂交，再让所得到的后代自交，则后代的基因型比例为 。染色体变异基因重组DTddTT减数第一次分裂后期花药离体培养秋水仙素1211/33/5【解析】图中(一)过程属于杂交育种，作用是把矮秆和抗病性状组合到一个植株上。图中(二)是F1种下后，开花时产生花粉(雄配子)的过程中，要进行减数分裂，在减数分裂第一次分裂过程中发生同源染色体的分离和非同源染色体之间的自由组合。此时等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因之间发生自由组合。两对等位基因自由组合后产生4种配子(DT、Dt、dT、dt)。根据图中可知，的基因型是DT，的基因型是dT。图中(三)是培养单倍体的过程，一般用花药离体培养
18、的方法获得单倍体植株。【解析】图中(四)是诱导多倍体的过程，常用的方法是用秋水仙素处理单倍体幼苗，经诱导后长成的植物体一定是纯合体，仔细分析图，可得出图中的对应的基因型是DDtt、ddTT和ddtt。图中沿着(一)、(二)、(三)、(四)途径进行的育种方法属于单倍体育种，沿着(一)、(五)、(六)途径进行的育种方法是杂交育种。图中(五)过程是指F1自交的过程，其后代中符合要求的表现型为矮秆抗倒伏抗锈病，但其中能稳定遗传的纯合体只有1/3，还有2/3是杂合体，不能稳定遗传，其基因型是ddTT(1/3)和ddTt(2/3)。如果再让其自交一代，各种基因型比例的计算方法是：ddTT自交后代仍是ddTT，占总数1/3；ddTt自交后代中的基因型及其比例是：ddTT(1/4)、ddTt(2/4)、ddtt(1/4)，占总数2/3。 【解析】所以计算总结果是：ddTT1/3(1/4)(2/3)1/2，ddTt(2/4)(2/3)1/3，ddtt(1/4)(2/3)1/6，其中ddTT符合生产要求。题中第(5)小题的计算方法是：的基因型分别是DDtt和ddtt，因为两个个体中的第二对基因都是tt，不论是自交还是杂交，对后代基因型的比例都没有影响，所以只要考虑DD和dd就可以了，这对基因杂交后再自交，实际是典型的基因分离规律，后代各基因型的比例是121。
