2018届高三生物一轮复习第7单元第3讲从杂交育种到基因工程讲义.doc

第3讲 从杂交育种到基因工程考点一| 五种常见育种方法的比较1杂交育种(1)原理：基因重组。(2)过程：植物：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，自交至不发生性状分离为止。动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1F1雌雄个体交配获得F2鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。(3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。(4)缺点：获得新品种的周期长。(5)应用：培育性状重组型优良品种。2诱变育种(1)原理：基因突变。(2)过程：选择生物诱发基因突变选择理想类型培育。(3)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。(4)缺点：有利变异个体往往不多，需处理大量材料。(5)应用：培育具有新性状的品种。3生物育种方法、实例(连线) a杂交育种 .高产青霉菌b单倍体育种 .京花1号小麦c诱变育种 .抗虫棉D多倍体育种 .三倍体无子西瓜e基因工程育种 .杂交水稻【提示】 a b c d e1判断下列生物育种方法及原理叙述的正误。(1)通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育，培育出作物新类型。()(2)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，此实践活动包含基因工程技术。()【提示】 此育种方式属于杂交育种，原理是基因重组，不包含基因工程技术。(3)将大豆种子用60Co处理后，筛选出一株杂合子抗病植株连续自交若干代，则其纯合抗病植株的比例逐代下降。()【提示】 杂合子自交，随自交后代数增加，纯合子逐代增多。(4)通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。()(5)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，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。()【提示】 花粉离体培养获得的是单倍体，需用秋水仙素处理单倍体幼苗，才能获得稳定遗传的纯合品系。(6)最简捷的育种方法是杂交育种，快速育种时常选用单倍体育种。()2据图回答下列问题：如图甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，表示培育水稻新品种的过程，请思考：(1)图中为单倍体育种。(用序号及箭头表示)(2)图中哪一标号处需用秋水仙素处理？应如何处理？图中处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合子；图中处，需用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。(3)图中、的育种原理分别是基因突变、染色体变异。(4)图中最简便的育种途径是所示的杂交育种，最难以达到育种目的是诱变育种。填表比较各类育种方法原理常用方式优点缺点举例杂交育种基因重组杂交自交选种自交使不同个体优良性状集中在一个个体上操作简便育种时间长局限于亲缘关系较近的个体矮秆抗病小麦诱变育种基因突变辐射、激光、太空诱变等提高变异频率，加速育种进程，大幅度改良性状有很大盲目性，有利变异少，需大量处理实验材料青霉素高产菌株单倍体育种染色体变异花药离体培养，用秋水仙素处理明显缩短育种年限子代均为纯合子技术复杂，需与杂交育种配合单倍体育种获得矮秆抗病小麦多倍体育种染色体变异用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗器官大，提高营养物质含量只适用于植物，发育延迟，结实率低三倍体无子西瓜基因工程育种基因重组将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中打破物种界限，定向改造生物的遗传性状技术复杂，生态安全问题较多转基因抗虫棉的培育视角 1 生物育种过程分析及应用1(2017东北四校调研)黑龙江省农科院欲通过下图所示的育种过程培育出高品质的糯玉米。下列有关叙述正确的是( )Aa过程中运用的遗传学原理是基因重组Ba过程需要用秋水仙素处理萌发的种子C利用c过程定能更快获得高品质的糯玉米Db过程需要通过逐代自交来提高纯合率D a过程为单倍体育种，育种过程中需用秋水仙素处理萌发的单倍体幼苗，育种原理是染色体变异，A、B错误；c过程为诱变育种，由于基因突变具有不定向性，在较短的时间内不一定能获得高品质的糯玉米，C错误；b过程为杂交育种，需通过逐代自交来提高纯合率，D正确。2(2017山西四校联考)野生猕猴桃是一种多年生富含VC的二倍体(2n58)小野果。下图是某科研小组以大量的野生猕猴桃种子(aa)为实验材料培育抗虫猕猴桃无籽新品种的过程，分析正确的是( )A该培育过程中不可使用花药离体培养B过程必须使用秋水仙素C的亲本不是同一物种D过程得到的个体是四倍体C 图中过程中可用花药离体培养，再诱导染色体加倍获得AA的个体，A错误；秋水仙素或低温诱导均可导致染色体数加倍，B错误；的亲本中，AA为二倍体，AAAA为四倍体，不是同一物种，C正确；过程为基因工程导入抗虫基因，获得的仍是三倍体，D错误。视角 2 生物育种方法的选择3(2017河南省百校联盟质检)某植物的三对相对性状的控制基因及其所在染色体情况，如表所示。现有各种具有显性性状的纯合子，为了培育纯隐性性状的植株，下列选用的植株及对应育种方法中，较为简捷可行的是( )花色(红对白为显性)株高(高对矮为显性)叶形(宽叶对窄叶为显性)控制基因A、aC、cD、d基因的位置第3号染色体第5号染色体第6号染色体A.红花矮茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，杂交育种B红花高茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，诱变育种C红花矮茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，基因工程育种D红花高茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，单倍体育种A 根据题意可知，选择红花矮茎窄叶植株(AAccdd)、白花高茎窄叶(aaCCdd)植株为亲本，进行杂交育种获得纯隐性性状的植株(aaccdd)只需要两年时间，并且方法比较简单，A正确；诱变育种利用的原理为基因突变，由于基因突变具有不定向性，因此能够得到目标植株还不确定，并且时间长短也是未知，此法不可取，B错误；利用基因工程技术育种，技术比较繁琐，不符合题干中的“简捷”，C错误；单倍体育种和杂交育种相比，时间比较短，但是操作过程比杂交育种复杂，D错误。如何根据育种目标确定育种方法育种目标育种方案集中双亲优良性状单倍体育种(明显缩短育种年限)杂交育种(耗时较长，但简便易行)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(可提高变异频率，期望获得理想性状) 使原品系营养器官“增大”或“加强”多倍体育种考点二| 基因工程的操作工具及步骤1概念基因工程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DNA分子操作水平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，获得人类需要的优良性状2.原理不同生物之间的基因重组。3工具(1)剪刀与针线(如图)基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶，如图a。基因的“针线”：DNA连接酶，如图b。(2)基因的“运输工具”：运载体，常用质粒、噬菌体、动植物病毒等。4基本步骤5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。6转基因生物和转基因食品的安全性“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安全，应该大范围推广。1判断下列有关基因工程原理的叙述的正误。(1)为达到相应目的，“携带链霉素抗性基因受体菌的筛选”必须通过分子检测。()【提示】 根据受体菌是否对链霉素产生抗性进行筛选，不需要分子检测。(2)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。()【提示】 载体质粒上抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，不是抗生素合成基因。(3)转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中。()【提示】 动物食入转基因植物后，其消化系统能将植物基因分解成小分子物质，基因不能转入动物体细胞中。(4)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株，属于基因工程。()(5)DNA连接酶和限制酶是基因工程中两类常用的工具酶。()(6)自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后，其DNA整合到细菌DNA上属于基因工程。()【提示】 基因工程是在人为作用下进行的，噬菌体感染细菌无人为因素，所以不属于基因工程。(7)没有限制酶就无法使用质粒运载体。()2据图填空。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”：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。(2)能否利用人的皮肤细胞来完成过程？不能，为什么？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)过程必需用的酶是逆转录酶。(4)在利用A、B获得C的过程中，常用限制性核酸内切酶切割B，使它产生一定的黏性末端，再加入DNA连接酶才可形成C。1基因工程操作工具(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)分布：主要在微生物体内。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。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。切割结果：产生两个带有黏性末端或平末端的DNA片段。作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。(2)DNA连接酶催化对象：两个具有相同黏性末端或平末端的DNA片段。催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。催化结果：形成重组DNA。(3)常用的运载体质粒本质：小型环状DNA分子。作用：a作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去；b用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。条件：a能在受体细胞内稳定保存并大量复制；b有多个限制酶切点；c有标记基因。2对基因工程步骤的五点说明(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，只是前者切开，后者连接。(2)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。(3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。(5)动物一般用受精卵作为受体细胞；植物一般用体细胞作为受体细胞，再通过植物组织培养方式形成新个体；微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。视角 考查基因工程的原理及应用为增加油菜种子的含油量，研究人员尝试将酶D基因与位于叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。(1)外源基因导入受体细胞，常用的运载体有_。(2)欲获取转运肽基因，所需三种限制酶(Cla、Sac、Xba)的切点如图所示。则用_和_酶处理两个酶D基因和转运肽基因后，可得到_端与_端(填图中字母)相连的融合基因。(3)将上述融合基因插入图所示Ti质粒的TDNA中，构建_并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含_的固体平板上培养得到含融合基因的单菌落，再利用液体培养基震荡培养，可以得到用于转化的侵染液。(4)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是_，进一步筛选后获得转基因油菜细胞，该细胞通过_技术，可培育成转基因油菜植株。【解析】 (1)外源基因导入受体细胞，目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。(2)读图知，切割酶D基因与转运肽基因的限制酶中相同的为Cla限制酶，因此对两种基因处理时用Cla限制酶切割，然后用DNA连接酶进行连接，继而可得到A、D端相连的融合基因。(3)将上述融合基因插入图所示Ti质粒的TDNA中，构建表达载体即重组质粒并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含四环素的固体平板上培养得到单菌落，再利用液体培养基震荡培养，可以得到用于转化的侵染液。(4)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞，进一步筛选后获得转基因油菜细胞，该细胞通过植物组织培养技术，可培育成转基因油菜植株。【答案】 (1)质粒、噬菌体和动植物病毒 (2)Cla DNA连接 A D (3)基因表达载体(或“重组质粒”) 四环素 (4)利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞 植物组织培养真题验收| 感悟高考 淬炼考能1(2013大纲全国卷)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C A项属于单倍体育种，原理是染色体变异；B项属于杂交育种，原理是基因重组；C项属于基因工程，原理是基因重组；D项属于诱变育种，原理是基因突变。2(2014全国卷)现有两个纯合的某作物品种：抗病高秆(易倒伏)和感病矮秆(抗倒伏)品种。已知抗病对感病为显性，高秆对矮秆为显性，但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。回答下列问题：(1)在育种实践中，若利用这两个品种进行杂交育种，一般来说，育种目的是获得具有_优良性状的新品种。(2)杂交育种前，为了确定F2代的种植规模，需要正确预测杂交结果。若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，需要满足3个条件：条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；其余两个条件是_。(3)为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述3个条件，可用测交实验来进行检验，请简要写出该测交实验的过程。【解析】 (1)杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起，抗病与矮秆(抗倒伏)为优良性状。(2)杂交育种依据的原理是基因重组，控制两对相对性状的基因位于非同源染色体上，遵循基因的自由组合定律，每对基因单独考虑时符合分离定律。(3)测交是指用F1和隐性纯合子杂交，故应先用纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交得到F1，然后再进行测交实验。【答案】 (1)抗病矮秆(2)高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；控制这两对相对性状的基因位于非同源染色体上(3)将纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交，产生F1，让F1与感病矮秆植株杂交。3(2015天津高考)白粉菌和条锈菌能分别导致小麦感白粉病和条锈病，引起减产。采用适宜播种方式可控制感病程度。下表是株高和株型相近的小麦A、B两品种在不同播种方式下的试验结果。试验编号播种方式植株密度(106株/公顷)白粉病感染程度条锈病感染程度单位面积产量A品种B品种单播40单播20混播22单播04单播02注：“”的数目表示感染程度或产量高低；“”表示未感染。据表回答：(1)抗白粉病的小麦品种是_，判断依据是_。(2)设计、两组试验，可探究_。(3)、三组相比，第组产量最高，原因是_。(4)小麦抗条锈病性状由基因T/t控制，抗白粉病性状由基因R/r控制，两对等位基因位于非同源染色体上。以A、B品种的植株为亲本，取其F2中的甲、乙、丙单株自交，收获籽粒并分别播种于不同处理的试验小区中，统计各区F3中的无病植株比例。结果如下表。无菌水以条锈菌进行感染以白粉菌进行感染以条锈菌白粉菌进行双感染甲1002500乙1001007575丙1002575？据表推测，甲的基因型是_，乙的基因