必修2 第10讲 育种技术

2015高考导航最新考纲考纲解读生物变异在育种上的应用Ⅱ三种可遗传变异在育种方面的应用及流程设计第10讲育种技术

阅读教材P98-106的内容，完成面对面P130的知识清单填空。（6分钟）生物育种1．几种常见育种方法的比较

杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组

杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种常用方式①选育纯种：杂交―→自交―→选优―→自交②选育杂种：杂交―→杂交种辐射诱变、激光诱变、太空诱变花药离体培养，然后再使染色体数目加倍秋水仙素处理萌发的种子或幼苗转基因(DNA重组)技术将目的基因导入生物体内，培育新品种

杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种育种程序

杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种优点

①使位于不同个体的优良性状集中到一个个体上②操作简便可以提高变异的频率、加速育种进程且大幅度地改良某些性状①明显缩短育种年限②所得品种为纯合子器官巨大，提高产量和营养成分打破物种界限，定向改变生物的性状缺点①育种时间长②不能克服远缘杂交不亲和的障碍有利变异少，需大量处理实验材料(有很大的盲目性)技术复杂且需与杂交育种配合只适用于植物，发育延迟，结实率低有可能引发生态危机

杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种应用

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高产青霉菌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三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦转基因大豆、转基因抗虫棉2．新兴育种方法

原理方法优点缺点应用太空育种

基因突变太空失重、真空、高辐射环境诱变在地球重力场中无法完成的育种实验变为容易实现，为动、植物，微生物发生基因突变提供良好条件很多技术还不成熟；对太空育种的安全性有担忧太空椒、太空南瓜等太空作物

原理方法优点缺点应用植物体细胞杂交植物细胞的全能性去壁→诱导融合→植物组织培养克服远缘杂交不亲和的障碍技术要求高白菜—甘蓝的培育动物体细胞核移植动物细胞核的全能性核移植→早期胚胎培养→胚胎移植用于繁育优良动物，挽救濒危物种成功率低，技术要求高用于疾病治疗的早期研究3．针对不同育种目标的育种方案育种目标育种方案集中双亲优良性状杂交育种(简捷、常规)单倍体育种(明显缩短育种年限)定向改造基因工程(将一种生物的某一性状转移到另一种生物中)植物细胞工程(植物体细胞杂交——集中两种生物优点于一体)无中生有诱变育种(提高基因突变的频率，期望获得理想性状)获得大型营养价值高的新种太空育种(利用太空环境取得意想不到的诱变效果)多倍体育种(利用多倍体的特点)1．思维误区误区1误认为单倍体育种就是花药离体培养辨析单倍体育种的目的是快速获得纯合个体，它只是利用了单倍体来达到育种的目的。单倍体育种包括两个关键技术＝花药离体培养(植物组织培养技术)＋诱导染色体加倍(一定浓度的秋水仙素处理)，其中花药离体培养只是获得单倍体幼苗的途径，单倍体幼苗需要及时诱导染色体加倍才能达到育种目的。误区2混淆“最简便”与“最快速”辨析

“最简便”着重于技术含量应为“易操作”，如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作。但“最快速”则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高，单就花粉培养成幼苗已很难实现。(2014·肇庆高三检测)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，最简捷的方法为(

)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[分析]据题干分析可知,要培育出基因型为aabb的新品种,最简捷的方法为杂交育种,因为基因型为aabb的个体为双隐性类型,只要出现就一定是纯种,就是所要培育的新品种。B易错点不同需求的育种方法辨析

(1)若要培育隐性性状个体，则可用自交或杂交，只要出现该性状即可。(2)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，则最简便的方法是自交。(3)若要快速获得纯种，则用单倍体育种。(4)若实验植物为营养繁殖类如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。(5)若要培育原先没有的性状，则可用诱变育种。(6)提高营养物质含量可运用多倍体育种。(7)将两个亲本的不同优良性状集中在一起,可利用杂交育种。(8)若要定向地改造生物性状，则可用基因工程育种。(9)在实际育种过程中，并非单一地运用某种育种方式，而是根据需要选择多种育种方式综合运用。科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。把它注射入组织中，可以以胞吞方式进入细胞内，将DNA释放出来。释放的DNA进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体中，成为细胞基因组的一部分，将DNA整合到细胞染色体中的过程，属于(

)A．基因突变

B．基因重组C．基因互换

D．染色体变异[分析]

“生物导弹”携带DNA分子，注射入组织中，然后进入细胞内，将DNA整合到细胞染色体中，利用了基因重组的原理。B普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：请分析回答：(1)A组由F1获得F2的方法是__________，F2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占____________。(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是____________类。(3)A、B、C三组方法中，最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是______组，原因是__。基因突变的频率极低且不定向自交2/3ⅡC(4)通过矮秆抗病Ⅱ获得矮秆抗病小麦新品种的方法是_______________________________。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占________。(5)在一块高秆(纯合体)小麦田中，发现了一株矮秆小麦。请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因(简要写出所用方法、结果和结论)。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。将矮秆小麦与高秆小麦杂交；如果子一代为高秆，子二代高秆∶矮秆＝3∶1(或出现性状分离)，则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状由环境引起，否则，矮秆性状是基因突变的结果秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍100%1．假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良品种AAbb，可采用的方法如图所示。请根据图回答问题：(1)由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种的育种方式称为__________，其原理是____________。用此育种方式一般从________才能开始选育AAbb个体，是因为________________________________________________。(2)若经过过程②产生的子代总数为1552株，则其中基因型为AAbb的植株在理论上有________株。基因型为Aabb的植株经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是__________。杂交育种基因重组F2从F2开始出现AAbb个体(或从F2开始出现性状分离)971∶1(3)过程⑤常采用________________技术得到Ab个体。与过程①②③的育种方法相比，过程⑤⑥的优势是________________________。(4)过程⑦的育种方式是____________，与过程⑦比较，过程④的明显优势是____________________________________________________________________________________________________。过程④产生的变异是定向的(或基因工程育种转入的基因是已知的，用基因工程手段产生的变异是定向的)花药离体培养明显缩短了育种年限诱变育种基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程主要的技术结果DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平人类需要的新生物类型和产品剪切→拼接→导入→表达一、基因工程的原理DNA重组技术和转基因技术基因工程(1)来源：(2)特点：:具有专一性,表现在:一、识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列,二、切割特定核苷酸序列中的特定位点(3)作用实质

使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开（切割DNA分子）（一）限制性核酸内切酶----“分子手术刀”2．基因工程的操作工具G

AA

TT

CC

TT

AA

G

CCCGGGG

GG

CC

CEcoRⅠ（4）作用结果：

黏性末端和平末端SmaⅠ

EcoRⅠ黏性末端黏性末端

EcoRⅠ黏性末端黏性末端SmaⅠ平末端平末端限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复排列的。想一想限制酶所识别的序列有什么特点？

限制酶存在于原核细胞中的作用是什么？为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？例、下列关于限制酶的说法正确的是（）A.限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中少B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键Ｂ要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？会产生相同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。思考?

（二）“分子缝合针”——DNA连接酶

①作用:把切下来的DNA片段拼接成新的DNA，即将脱氧核糖和磷酸连接起来.②作用原理：催化磷酸二酯键形成③类型：类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源功能大肠杆菌T4噬菌体恢复磷酸二酯键只能连接黏性末端能连接黏性末端和平末端(效率较低)相同点差别可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，E·coliDNA连接酶或T4DNA连接酶即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键

T4DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低T4DNA连接酶(三)“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体⒈载体需要的条件：⑴有1~多个限制酶切点⑵对受体细胞无害⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达⑷有某些标记基因，便于筛选

(5)结构简单，大小适中。⒉常用运载体：⑴细菌的质粒⑵噬菌体或某些动植物病毒

⑶假如目的基因导入受体细胞后不能复制或不能转录，转基因生物能有预想的效果吗？

⑴作为分子运输车——载体，如果没有切割位点将会怎样？

⑵霍乱菌的质粒多个限制酶切点，你会用它来做分子运输车吗？

⑷目的基因有没有进入受体细胞，如何去发现？

运载体：常用质粒质粒特点：1、细菌拟核外双链环状DNA分子2、能自我复制并在受体细胞中稳定存在3、有一个或多个限制酶切点4、有特殊的遗传标记基因注意：真正用作运载体的质粒都是人工改造过的。目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞基因工程操作的动画目的基因的表达和检测3、基因工程的基本操作程序一、目的基因的获取(一)、目的基因主要是______________________编码蛋白质的结构基因请举出三个以上的例子（二）、获取目的基因的常用方法有哪些?1、从基因文库中获取2、利用PCR技术扩增3、人工合成请阅读P9第一和二两段1、从基因文库中获取目的基因将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库基因文库

基因组文库部分基因文库（如:cDNA文库）（1）.基因文库①基因组文库的构建（2）.基因文库的构建方法通过对受体菌的培养而储存基因②cDNA文库的构建-----反转录法：

以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。目的基因的mRNA单链DNA反转录酶DNA聚合酶双链DNA(目的基因)③基因组文库和部分基因组文库(cDNA文库)比较依据：目的基因的有关信息。如：根据基因的核苷酸序列基因的功能基因在染色体上的位置基因的转录产物mRNA

基因翻译产物蛋白质等特性④从基因文库中得到目的基因的方法怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因呢?①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制___________的核酸合成技术③条件：_______________________(前提条件)、

_______________、___________、___________.②原理：__________④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）⑤结果：聚合酶链式反应体外特定DNA片段DNA复制已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸一对引物DNA聚合酶指数2n使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增2、利用PCR技术扩增目的基因⑥过程：a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成___________b、退火（复性55℃-65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链细胞内复制

.VS.PCR扩增DNA母链4种dNTPTaqDNA聚合酶引物（2个snDNA）温度控制1）模板：2）原料：3）酶：DNA母链4种dNTP解旋酶DNA聚合酶引物酶DNA连接酶DNA增殖4）特点:半保留复制边解旋边复制(不用DNA连接酶)半保留复制全解旋再复制3、人工合成法：基因较小，核苷酸序列已知，可以利用DNA合成仪人工合成二、基因表达载体的构建

——基因工程的核心1、目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。2、基因表达载体的组成：复制原点+目的基因+启动子+终止子+标记基因它们各自的作用是什么?启动子：位于基因的首端的一段特殊的DNA片断，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，能终止mRNA的转录标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来①载体与表达载体的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构②用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键③启动子、终止子对于目的基因表达必不可少④目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表达载体的方式携带进去。注意三、将目的基因导入受体细胞（一）转化：（二）方法将目的基因导入植物细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入微生物细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法——感受态细胞目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达1、将目的基因导入植物细胞的方法：（1）农杆菌转化法

①农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力②原理：Ti质粒上的T---DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。③过程：④优点经济、有效适用于单子叶植物基因枪法花粉管通道法适用于被子植物2、将目的基因导入动物细胞①方法：显微注射法②程序：目的基因表达载体提纯取卵（受精卵）显微注射受精卵新性状动物3、将目的基因导入微生物细胞①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少②方法：

用Ca2+处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子四、目的基因的检测与鉴定——检查是否成功（一）、检测1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因①.首先取出转基因生物的基因组DNA②.用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针③.使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中（1）方法:DNA分子杂交（2）过程:DNA分子杂交示意图采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。（二）、鉴定（个体生物学水平）2、检测目的基因是否转录出了mRNA3、检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等①方法:分子杂交方法:抗原抗体杂交②过程:用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA(四)目的基因的检测与鉴定——检查是否成功检测—鉴定——①检测转基因生物染色体的DNA

上是否插入了目的基因②检测目的基因是否转录出了mRNA③检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法——方法——方法——DNA分子杂交DNA-RNA分子杂交（注意与上不同之处）抗原-抗体杂交对基因工程步骤的几点说明(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，应切两个切口，产生四个黏性末端。(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。微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快、代谢快、目的基因产物多的特点。下列叙述符合基因工程概念的是(

)A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B．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C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D．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B2．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答下面的问题。DNA连接酶限制性核酸内切酶(3)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是_________________________________________________,人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是__________________________________________________。(4)此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指___________________________________________________。(5)你认为此类羊产的奶安全可靠吗？理由是什么？__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。安全。因目的基因导入受体细胞后，控制合成的人奶蛋白质成分没有改变(或不安全，因目的基因导入受体细胞后，可能由于羊细胞中某些成分的影响，合成的蛋白质成分会发生一定的改变)具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列)细菌质粒或动物病毒人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质1．(2013·高考江苏卷)现有小麦种质资源包括：①高产、感病；

②低产、抗病；③高产、晚熟等品种。为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求,育种专家要培育3类品种;a.高产、抗病:b.高产、早熟;c.高产、抗旱。下述育种方法可行的是(多选)(

)A．利用①、③品种间杂交筛选获得aB．对产品③进行染色体加倍处理筛选获得bC．a、b和c的培育均可采用诱变育种方法D．用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得cCD当堂训练2．(2013·高考上海卷)研究者从冰川土样中分离获得了具有较高脂肪酶活性的青霉菌菌株，为了在此基础上获得脂肪酶活性更高的菌株，最可行的做法是(

)A．用紫外线照射青霉菌菌株，再进行筛选B．将青霉菌菌株与能高效水解蛋白质的菌株混合培养，再进行筛选C．将能高效水解蛋白质的菌株的基因导入青霉菌菌株，再进行筛选D．设置培养基中各种营养成分的浓度梯度，对青霉菌菌株分别培养，再进行筛选A3．(2013·高考大纲全国卷)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

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。C4．(2012·高考天津卷)芥酸会降低菜籽油的品质。油菜有两对独立遗传的等位基因(H和h，G和g)控制菜籽的芥酸含量，下图是获得低芥酸油菜新品种(HHGG)的技术路线。已知油菜单个花药由花药壁(2n)及大量花粉(n)等组分组成，这些组分的细胞都具有全能性。据图分析，下列叙述错误的是(

)DA．①、②两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化B．与④过程相比，③过程可能会产生二倍体再生植株C．图中三种途径中，利用花粉培养筛选低芥酸植株(HHGG)的效率最高D．F1减数分裂时，H基因所在染色体会与G基因所在染色体发生联会5．(2012·高考浙江卷)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是(

)A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA,再扩增基因BB．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞A6．(2013·高考浙江卷)在玉米中，控制某种除草剂抗性(简称抗性，T)与除草剂敏感(简称非抗，t)、非糯性(G)与糯性(g)的基因分别位于两对同源染色体上。有人以纯合的非抗非糯性玉米(甲)为材料，经过EMS诱变处理获得抗性非糯性个体(乙)；甲的花粉经EMS诱变处理并培养等，获得可育的非抗糯性个体(丙)。请回答：(1)获得丙的过程中，运用了诱变育种和________育种技术。(2)若要培育抗性糯性的新品种，采用乙与丙杂交，F1只出现抗性非糯性和非抗非糯性的个体；从F1中选择表现型为____________的个体自交，F2中有抗性糯性个体，其比例是________。3/16单倍体抗性非糯性(3)采用自交法鉴定F2中抗性糯性个体是否为纯合子。若自交后代中没有表现型为_________的个体,则被鉴定个体为纯合子;反之则为杂合子。请用遗传图解表示杂合子的鉴定过程。非抗糯性F1雌配子雄配子TgtgTgTTgg抗性糯性Ttgg抗性糯性tgTtgg抗性糯性ttgg非抗糯性抗性糯性∶非抗糯性＝3∶1(4)拟采用转基因技术改良上述抗性糯性玉米的抗虫性。通