创新方案必修从杂交育种到基因工程

创新方案必修从杂交育种到基因工程第1页/共58页第2页/共58页一、杂交育种与诱变育种杂交育种诱变育种原理过程选择

的亲本通过杂交获得F1，

，从中筛选获得需要的类型利用射线和化合物等理化因素诱导分裂的细胞发生

，并选取需要的类型应用

，提高农作物单位面积产量；培育优良家畜、家禽主要用于基因重组基因突变具有不同优良性状F1连续自交基因突变改良作物品质农作物和微生物第3页/共58页二、基因工程1．基本工具(1)基因的剪刀是

。(2)基因的针线是

。(3)常用的运载体有

。限制性核酸内切酶DNA连接酶质粒、噬菌体和动植物病毒等第4页/共58页2．操作步骤(1)写出基因工程的四个步骤：

→

→

→(2)第二步的操作用到什么工具？

。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表达与检测限制酶和DNA连接酶第5页/共58页(3)怎样确认目的基因已被导入受体细胞？若受体细胞表现出运载体“标记基因”所控制的性状，说明目的基因已被导入受体细胞。第6页/共58页3．应用(1)作物育种：利用基因工程，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种

的作物新品种，如

。(2)药物研制：利用基因工程，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品，如

、

、乙肝疫苗等。(3)环境保护：如利用

降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。抗逆性抗虫棉胰岛素干扰素转基因细菌第7页/共58页4．转基因生物和转基因食品的安全性2001年5月，我国国务院公布了《农业转基因生物安全管理条例》，对农业转基因生物的

、生产和加工、经营和进出口等作了具体规定。研究和试验第8页/共58页第9页/共58页考点一基因工程考情解读高考中常涉及基因工程的简单应用，转基因生物及转基因食品的安全性等知识，在2013年高考中仍会呈现。基因工程的基本工具的特点及操作步骤亦是常考点，不容忽视。第10页/共58页[做一题][例1]

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，下图表示了这一技术的基本过程，在该过程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答：第11页/共58页(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是________。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中需要的酶是______________。(2)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是___________________________________。(3)将人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状。这种变异属于________，这里“成功地表达”的含义是________________________________。(4)你认为此类羊产生的奶安全可靠吗？理由是什么？第12页/共58页[解析]

本题主要考查基因工程的一般步骤、操作工具、应用以及转基因技术的安全性等知识。(1)基因工程的基本操作中用到的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶。(2)不同生物的DNA分子的化学组成和空间结构相同，即都具有相同的物质基础和结构基础。(3)人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状，这是将一种基因导入另一种生物，变异类型属于基因重组，目的基因成功表达的含义是人体蛋白质基因在羊体细胞内通过转录、翻译两个过程控制合成人体蛋白质。(4)为开放性的题目，但要注意回答的理由要与观点相对应。第13页/共58页[答案]

(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2)人和羊DNA分子的空间结构、化学组成相同；有互补的碱基序列(答出其中一点即可)

(3)基因重组人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质(4)安全，因为目的基因导入受体细胞后没有改变，控制合成的人体蛋白质成分没有改变。(或不安全，因为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，合成的蛋白质成分可能发生一定的改变。)第14页/共58页[链一串]有关基因工程中的几个问题归纳(1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键(不是氢键)，只是一个切开，一个连接。(2)限制性核酸内切酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。第15页/共58页(3)DNA酶即DNA水解酶，是将DNA水解的酶；DNA聚合酶是在DNA复制过程中，催化形成新DNA分子的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板；但DNA连接酶是将两个DNA片段的两个缺口同时连接，不需要模板，DNA聚合酶和DNA连接酶作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。第16页/共58页(4)质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。(5)原核生物基因(如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌)可为真核生物(如棉花)提供目的基因。(6)基因工程可按照人们的意愿定向培育新品种，且可突破生殖隔离，实现不同物种间的基因重组。第17页/共58页[通一类]1．(2011·烟台质检)以下说法正确的是 (

)A．所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B．质粒是基因工程中唯一的运载体C．运载体必须具备的条件之一是：具有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接D．DNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键第18页/共58页解析：每一种限制酶只能识别一种(或者一类)特定的核苷酸序列，不同的限制酶所识别的序列不同；质粒是常用的运载体，但不是唯一的。DNA连接酶连接的是两个被限制酶切割的DNA片段的切口，即断开的磷酸二酯键，而不是碱基之间的氢键。答案：

C第19页/共58页2．用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质，下列叙述不正确的是 (

)A．常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒B．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒C．DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶D．导入大肠杆菌中的目的基因不一定能成功表达.第20页/共58页解析：构建重组质粒(重组DNA分子)必需的工具酶是DNA连接酶和限制性内切酶，RNA聚合酶的作用是催化合成RNA。答案：

C第21页/共58页考点二生物变异在育种中的应用考情解读

高考中通常以实验设计题、图解题形式考查生物育种的原理、流程、优缺点等，综合性强。预计2013年有可能与遗传规律、细胞增殖和分化等知识联系，与生产生活、最新科技成果等结合命制实验题目，对该考点进行考查。第22页/共58页[做一题]

[例2]

(2012·安徽百校联考)下图为水稻的几种不同育种方法示意图，据图回答下列问题：第23页/共58页(1)B常用的方法是______________，用到秋水仙素的过程有________(用图中字母表示)。(2)打破物种界限的育种方法是________(用图中的字母表示)，该方法所运用的原理是____________________。(3)假设你想培育一个稳定遗传的水稻品种，它的性状都是由隐性基因控制的，其最简单的育种方法是____________；如果都是由显性基因控制的，为缩短育种时间常采用的方法是________。(用图中的字母表示)第24页/共58页(4)现有三个水稻品种，①的基因型为aaBBDD，②的基因型为AAbbDD，③的基因型为AABBdd，三对等位基因分别位于三对同源染色体上。现运用杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株(用文字简要描述获得过程即可)：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第25页/共58页[解析]

图中A过程代表杂交、D过程代表自交、B过程代表花药离体培养、C和F过程代表用秋水仙素使染色体加倍、E过程代表基因工程。其中基因工程可以在任何生物之间进行，该技术的原理为基因重组。如果选育的性状都是隐性性状，最简单的方法是杂交育种，因为隐性性状表现出来即为纯合，可稳定遗传，即A→D过程；如选育的性状都是显性性状，用杂交育种年限比较长，可明显缩短育种年限的育种方法是单倍体育种，即A→B→C过程。三个水稻品种，基因型均为“双显＋一隐”的组合方式。要利第26页/共58页用杂交育种培育基因型为aabbdd的品种，可选择任意两个品种作亲本杂交得到杂交一代，然后杂交一代与剩下一个品种杂交得到杂交二代，杂交二代自交即可得到基因型为aabbdd的种子，由基因型为aabbdd的种子长成的植株即为符合要求的植株。第27页/共58页[答案]

(1)花药离体培养C、F

(2)E基因重组(3)AD

ABC

(4)①与②杂交得到杂交一代，杂交一代与③杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，可以得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成基因型为aabbdd的植株第28页/共58页[链一串]各种育种方式的比较方法原理常用方法优点缺点代表实例杂交育种基因重组杂交操作简单，目标性强育种年限长矮秆抗病小麦诱变育种基因突变辐射诱变、激光诱变等提高突变率，加速育种进程有利变异少，需处理实验材料多高产青霉素菌株第29页/共58页方法原理常用方法优点缺点代表实例多倍体育种染色体变异秋水仙素处理萌发的种子或幼苗操作简单，并可以在较短时间内获得新品种新品种发育迟缓、结实率低，在动物中无法开展无子西瓜、八倍体小黑麦单倍体育种染色体变异花药离体培养后，再用秋水仙素处理明显缩短育种年限技术复杂，需要与杂交育种配合“京花一号”

小麦第30页/共58页方法原理常用方法优点缺点代表实例基因工程育种基因重组将一种生物特定的基因转移到另一种生物细胞中能定向改造生物的遗传性状有可能引发生态危机转基因抗虫棉第31页/共58页[关键一点](1)在所有育种方法中，最简便、常规的育种方法是杂交育种，可以培育具有优良性状且能稳定遗传的新品种，防止后代发生性状分离，便于制种和推广。(2)杂交育种不一定都需要连续自交，若选育显性优良纯种，则需要连续自交，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状即可。(3)杂种优势是通过杂交获得种子，一般不是纯合子，在杂种后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一代，因为后代会发生性状分离，如杂交玉米的制种。第32页/共58页[通一类]3．为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法。图中两对相对性状独立遗传，高蔓(A)、感病(B)是显性性状。据图分析回答：第33页/共58页(1)过程①表示的育种方式是________，F1自交获得的F2中，高蔓抗病植株中纯合体占________。(2)过程②表示的育种方式是__________，可以取任一植株的适宜花药作培养材料，培养得到的单倍体基因型有__________种；用秋水仙素处理，使染色体数目加倍，获得的二倍体植株的基因型分别是________。第34页/共58页(3)过程③表示的育种方式是________，叶肉细胞培育成转基因植株的过程体现了细胞的________性。(4)过程④表示的育种方式是________，该育种方法的优点是________________________。第35页/共58页解析：过程①表示的育种方法是杂交育种，F2中高蔓抗病植株的基因型为A_bb，则其中纯合体占1/3。过程②表示的是单倍体育种，方法是先花药离体培养得到单倍体幼苗，再用秋水仙素处理，使染色体数目加倍，获得纯合体。F1的基因型为AaBb，所以单倍体育种得到的纯合二倍体基因型有4种。过程③为基因工程育种。过程④为诱变育种，其优点是可以提高突变率，在短时间内获得更多的变异类型。第36页/共58页答案：(1)杂交育种1/3

(2)单倍体育种4

AAbb、aabb、AABB、aaBB

(3)基因工程育种全能(4)诱变育种可以提高突变率，在短时间内获得更多的变异类型第37页/共58页第38页/共58页[做一题][例3]粮食是人类生存的基本条件，提高单位面积粮食的产量、质量是解决粮食问题的主要途径之一。(1)为提高农作物的产量，得到抗倒伏、抗锈病等优良性状，科学家往往采取多种育种方法来培育符合农业生产要求的新品种。根据下面提供的材料，设计育种方案，以便最快得到所需品种。非生物材料：可自选。生物材料有：第39页/共58页A．水稻的高秆(显性)抗锈病(显性)纯种B．水稻的矮秆(隐性)不抗锈病(隐性)纯种C．水稻的高秆(显性)不抗锈病(隐性)纯种①要得到能直接应用于生产的具有抗倒伏、抗锈病等优良性状的品种，该品种应是________。第40页/共58页②所选择的生物材料：________________(填写代表生物材料的字母)。③育种过程中运用的最常见的方法是_____________________________________________。④预期产生这种结果(所需性状类型)的概率是________。如果从播种到获得种子需要一年，则获得该品种植株至少需要________年。第41页/共58页(2)随着科技的发展，许多新的育种方法已经出现并投入使用。①用普通小麦和黑麦培育的八倍体小黑麦的原理是__________________________________________。②航天育种是目前的一个热门话题，如“神七”就搭载了萌发着的植物种子。那么利用这种方法是否一定能获得人们所期望的理想性状？为什么？__________________________________________。第42页/共58页③螟虫是危害水稻的主要害虫之一。科学家为了减少农药的使用，希望培育出具有抗螟虫性状的水稻新品种，最适合的育种方法是_________________，其原理是____________。第43页/共58页[解析]

(1)①能直接应用于生产的品种要保持优良性状，其自交后代不发生性状分离，一般为纯合子。②杂交育种的原理是基因重组，将两个品种的优良性状(抗倒伏、抗锈病)组合到一起，选择A、B两个亲本可以达到这一目的。③最快的育种方法是单倍体育种，常用技术有杂交、花药离体培养、人工诱导染色体加倍等。④亲本杂交后的子代花药离体培养、人工诱导染色体加倍后得到4种纯合子，比例相同，因此抗倒伏抗锈病性状的概率为1/4。亲本杂交得第44页/共58页到种子(子代)需要1年，子代花药离体培养、人工诱导染色体加倍后，得到纯合子需要1年。(2)①普通小麦为六倍体，黑麦为二倍体，两者杂交得到的个体有4个染色体组，人工诱导染色体加倍后为八倍体，属于染色体变异。③抗虫性状的基因一般来自原核生物，运用转基因技术将抗虫基因移接到植物体，属于基因重组。第45页/共58页[答案]

(1)①纯合子(纯种)②A、B③杂交、花药离体培养、人工诱导染色体加倍(答出任意一项即可)④1/4

2(2)①染色体变异②不一定。因为基因突变是不定向的③基因工程育种基因重组第46页/共58页[学一技]育种目的及方法的选择(1)育种的目的：育种的根本目的是培育具有优良性状(抗逆性好、生活力强、产量高、品质优良)的新品种，以便更好地为人类服务。从基因组成上看，目标基因型可能是纯合体，可防止后代发生性状分离，便于制种和推广；也有可能是杂合体，即利用杂种优势的原理，如杂交水稻的培育、玉米的制种等。第47页/共58页(2)不同需求的育种方法：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，则用单倍体育种方法。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。第48页/共58页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。第49页/共58页[做一题][例4]

中国农业部验收组2011年9月19日公布，袁隆平指导的“Y两优2号”百亩超级杂交稻试验田平均亩产926.6公斤，创中国大面积水稻亩产最高纪录。超级杂交稻是通过形态改良和利用亚种间杂种优势相结合的技术路线来提高产量。第50页/共58页请回答下面的问题：(1)水稻的穗大(A)对穗小(a)为显性。基因型为Aa的水稻自交，子一代中，基因型为________的个体表现出穗小，应淘汰；基因型为________的个体表现出穗大，需进一步自交和选育；按照这种自交→淘汰→选育的育种方法，理论上第n代种子中杂合子的比例是________。第51页/共58页(2)水稻的晚熟(B)对早熟(b)为显性，请回答利用现有纯合子水稻品种，通过杂交育种方法培育纯合大穗早熟水稻新品种的问题。①培育纯合大穗早熟水稻新品种，选择的亲本基因型分别是________和________。两亲本杂交的目的是_______________________________________