杂交育种到基因工程专家讲座

第六章从杂交育种到基因工程杂交育种到基因工程专家讲座第1页考纲点击1、生物变异在育种上应用Ⅱ2、转基因食品安全性Ⅰ

考向预测三种可遗传变异在育种方面应用及流程设计第一课时阅读教材P98-106内容，梳理知识点。并完成《状元360》P142考点四知识清单填空。杂交育种到基因工程专家讲座第2页杂交育种到基因工程专家讲座第3页1.诱变育种和杂交育种均可形成新基因。()【分析】诱变育种原理是基因突变，基因突变产生了新基因，故创造出变异新类型；杂交育种原理是基因重组，没有产生新基因，只是实现原有基因重新组合。2.花药离体培养技术也能培育取得抗锈高产小麦新品种。()【分析】花药离体培养只能得到单倍体植株，必须经过秋水仙素处理使染色体数目加倍，才可能取得高产新品种。××3.自然界中天然存在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。()【分析】基因工程是在人为作用下进行，噬菌体感染细菌无人为原因，所以不属于基因工程。×杂交育种到基因工程专家讲座第4页4.可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒核酸，进行构建抗除草剂转基因烟草。()【分析】限制性核酸内切酶能够用来切割获取抗除草剂基因片段，而不能切割烟草花叶病毒核酸RNA。5.单倍体育种在全部育种方法中所用年限最短。()【分析】育种年限长短取决于所需要品种，假如需要隐性纯合子，诱变育种所用年限短。××杂交育种到基因工程专家讲座第5页6.杂交育种第一步杂交目标是将两个亲本优良性状集中到一个个体上。()【分析】杂交过程能产生基因重组，使优良基因集中在一起。7.太空育种能按人意愿定向产生优良性状。()【分析】太空育种利用基因突变原理。基因突变含有不定向性，产生有害个体多于有利个体。8.在全部基因工程步骤中都包括碱基互补配对。()【分析】将重组DNA导入受体细胞中，这一步骤中没有包括碱基互补配对。√××杂交育种到基因工程专家讲座第6页一、几个育种方法比较名称原理方法优点缺点应用杂交育种基因重组培育纯合子品种：杂交→自交→筛选出符合要求表现型，自交至不发生性状分离为止使分散在同一物种不一样品种中多个优良性状集中于同一个体上，操作简便①育种时间普通比较长②局限于同种或亲缘关系较近物种间③需及时发觉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培育杂合子品种：普通是选取纯合双亲→子一代年年制种杂交水稻、杂交玉米等杂交杂交育种到基因工程专家讲座第7页名称原理方法优点缺点应用诱变育种基因突变①物理：用紫外线、X或γ射线、微重力、激光等处理，再筛选②化学：用亚硝酸、硫酸二乙酯等处理，再选择提升变异频率，加紧育种进程，大幅度改良一些性状盲目性大，有利变异少，工作量大，需要大量供试材料高产青霉菌单倍体育种染色体变异①先将花药离体培养，培养出单倍体植株②将单倍体幼苗经一定浓度秋水仙素处理取得纯合子③从中选择优良植株显著缩短育种年限，子代均为纯合子。技术复杂且需与杂交育种配合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杂交育种到基因工程专家讲座第8页名称原理方法优点缺点应用多倍体育种染色体数目变异用一定浓度秋水仙素处理萌发种子或幼苗操作简单，能较快取得所需品种所获品种发育延迟，坚固率低，普通只适适用于植物三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦基因工程育种基因重组提取目标基因→目标基因与运载体结合→将目标基因导入受体细胞→目标基因表示与检测→筛选取得优良个体①目标性强，育种周期短；②克服了远缘杂交不亲和障碍技术复杂，安全性问题多，有可能引发生态危机转基因“向日葵”、转基因抗虫棉杂交育种到基因工程专家讲座第9页说明：杂交育种与杂种优势区分：①杂交育种是经过有性生殖，使不一样品种优良性状经过交配组合到后代一个个体中，从而选育出优良品种方法。②杂种优势是指基因型不一样个体杂交产生杂交一代，在适应能力上优于两个亲本现象。杂交育种到基因工程专家讲座第10页杂交育种问题分析1.育种原理：经过基因重新组合，把两亲本优良性状组合在一起。2.适用范围：普通用于同种生物不一样品系间。3.优缺点：方法简单，但需要较终年限选择才能取得所需类型纯合子。4.动植物杂交育种比较（以取得基因型为AAbb个体为例）PAABB×aabb——动物普通选多对同时杂交F1AaBb——动物为相同基因型个体间交配F29A_B_3A_bb3aaB_1aabb杂交育种到基因工程专家讲座第11页所需类型AAbb——5.程序归纳选择含有不一样优良性状亲本→F1→F2

纯合体（品种）植物以连续自交方式取得所需类型，不能用测交方式动物可用测交方式取得纯合子杂交自交从中选出性状符合要求个体连续自交选择，淘汰不符合要求个体，至不再分离为止杂交育种到基因工程专家讲座第12页【高考警示】不一样育种方法需注意问题(1)原核生物不能进行减数分裂，所以不能利用杂交方法进行育种，如细菌育种普通采取方法是诱变育种。(2)杂交育种不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状个体即可。(3)花药离体培养只是单倍体育种中一个程序，要想得到可育品种，普通还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体加倍。杂交育种到基因工程专家讲座第13页【典例1】现有三个番茄品种，A品种基因型为aaBBDD，B品种基因型为AAbbDD，C品种基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。若要经过杂交育种取得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，最少需要时间为()A.2年B.3年C.4年D.5年【解析】选C。aaBBDD×AAbbDD→AaBbDD1年，AaBbDD×AABBdd→AaBbDd1年，AaBbDdaabbdd1年，种植aabbdd种子1年得aabbdd植株，所以最少需要4年时间。杂交育种到基因工程专家讲座第14页【变式训练】如图表示以某种作物中①和②两个品种分别培育出④⑤⑥三个新品种过程，相关叙述正确是()A.用①和②培育成⑤过程中所采取方法Ⅰ和Ⅱ分别称为杂交和测交B.用③培育出④惯用方法Ⅲ是花药离体培养C.③培育出⑥惯用是化学或物理方法进行诱变处理D.图中培育出⑤所依据原理是基因突变和基因重组B杂交育种到基因工程专家讲座第15页【典例1】玉米是雌雄同株异花植物，有宽叶和窄叶、抗病和不抗病等性状。已知宽叶(A)对窄叶(a)为显性，在苗期便能识别出来，而且杂交种(Aa)所结果实与纯合品种相比表现为高产。某农场在培育杂交种时，将纯种宽叶玉米和纯种窄叶玉米进行了间行种植，但因为错过了人工授粉时机，结果造成大面积自然受粉。(1)按照上述栽种方式，F1植株基因型有_________种。3(2)假如用上述自然受粉收获种子用于第二年种植，预计收成将比单独种植杂交种减产8%，所以到了收获季节，应搜集_______(填“宽叶”或“窄叶”)植株种子，第二年播种后，在幼苗期选择______(填“宽叶”或“窄叶”)植株栽种，才能确保产量不下降。宽叶窄叶杂交育种到基因工程专家讲座第16页(3)玉米花叶病由花叶病毒引发，苗期出现黄绿相间条纹状叶。已知抗花叶病(b)为隐性。现有纯种宽叶不抗病与纯种窄叶抗病两品种玉米，要取得高产且抗花叶病品种，可用两纯合亲本进行_______，得到F1，再用F1进行________，即能在较短时间内取得所需品种植株，其基因型是_______。选出该玉米植株简明过程是__________________________________。将测交后代种子全部种下，在培养过程中用花叶病毒进行筛选，在苗期选出正常宽叶植株杂交测交Aabb(4)假如玉米抗花叶病毒基因与易感花叶病毒基因转录产物相比，只有一个密码子碱基序列不一样，造成翻译到mRNA该位点时蛋白质合成提前终止，其根本原因是基因中碱基正确_______________________。替换杂交育种到基因工程专家讲座第17页考点二基因工程操作工具及基本步骤1.基因工程操作工具(1)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特征：一个限制酶只能识别一个特定核苷酸序列，并在特定切点上切割DNA分子。③实例：EcoRⅠ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DNA片段。⑤作用：基因工程中主要切割工具，能将外来DNA切断，对自己DNA无损害。杂交育种到基因工程专家讲座第18页(2)DNA连接酶：①催化对象：两个含有相同黏性末端DNA片段。②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间缺口。③催化结果：形成重组DNA。(3)惯用运载体——质粒：①本质：小型环状DNA分子。②作用：a.作为运载工具，将目标基因运输到受体细胞中去；b.用它在受体细胞内对目标基因进行大量复制。③条件：a.能在受体细胞内稳定保留并大量复制；b.有多个限制酶切点；c.有标识基因。杂交育种到基因工程专家讲座第19页2.对基因工程步骤五点说明(1)限制酶和DNA连接酶作用部位都是脱氧核苷酸之间磷酸二酯键，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)获取目标基因、切割运载体需要用同一个限制酶，目标是产生相同黏性末端。(4)将目标基因导入受体细胞，没有包括碱基互补配对。(5)动物普通用受精卵作为受体细胞；植物普通用体细胞作为受体细胞，再经过植物组织培养方式形成新个体；微生物惯用不致病大肠杆菌作为受体细胞。杂交育种到基因工程专家讲座第20页【思维拓展】与DNA相关酶作用(1)DNA酶：即DNA水解酶，能够将DNA水解成脱氧核苷酸。(2)DNA聚合酶：在DNA复制过程中，连接单个游离脱氧核苷酸到DNA片段上，需要模板。(3)DNA连接酶：连接两个DNA片段，形成磷酸二酯键，不需要模板。(4)解旋酶：在DNA复制时，破坏氢键，使DNA双链打开。(5)限制性核酸内切酶：破坏脱氧核苷酸之间磷酸二酯键。杂交育种到基因工程专家讲座第21页【典例2】下列图是利用基因工程技术生产人胰岛素操作过程示意图，请据图作答。杂交育种到基因工程专家讲座第22页(1)图中基因工程基本过程能够概括为“四步曲”：__________________；__________________；__________________；__________________。(2)能否利用人皮肤细胞来完成①过程？________，为何？____________________________________________。(3)过程②必需酶是______酶，过程③必需酶是_____酶。(4)若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，若③④⑤过程连续进行4次，最少需提供胸腺嘧啶______个。(5)在利用A、B取得C过程中，惯用______________________切割A和B，使它们产生_________________________，再加入________________________，才可形成C。杂交育种到基因工程专家讲座第23页【解析】(2)图中①过程是从细胞中获取对应mRNA，因为基因选择性表示，人皮肤细胞中胰岛素基因不转录，不表示，所以不能形成胰岛素mRNA。(3)从mRNA→DNA是逆转录过程，需要逆转录酶。DNA分子扩增需用解旋酶将双链DNA解旋为单链。(4)一个DNA分子中鸟嘌呤(b个)和胸腺嘧啶之和占碱基总数(2a个)二分之一，所以一个DNA分子片段中胸腺嘧啶数为(a-b)个。连续复制4次，共产生DNA分子24=16个，因为复制方式为半保留复制，故需要提供胸腺嘧啶数量为(a-b)×(16-1)=15(a-b)。杂交育种到基因工程专家讲座第24页(5)构建基因表示载体时目标基因与运载体需用同一个限制酶切割，产生相同黏性末端，才能够在DNA连接酶作用下连接形成基因表示载体。答案：(1)提取目标基因目标基因与运载体结合将目标基因导入受体细胞目标基因检测与判定(2)不能皮肤细胞中胰岛素基因未表示(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA(3)逆转录解旋(4)15(a-b)(5)同一个限制性核酸内切酶相同黏性末端DNA连接酶杂交育种到基因工程专家讲座第25页【互动探究】(1)图中⑤是什么过程？提醒：DNA分子扩增，取得大量目标基因。(2)图中从大肠杆菌取得B结构，其作用是什么？提醒：B是质粒，作为运载体，其作用是与目标基因结合，将目标基因导入受体细胞。杂交育种到基因工程专家讲座第26页【变式训练】(·郑州四校联考)人们试图利用基因工程方法，用乙种生物生产甲种生物一个蛋白质。生产流程是：甲种生物蛋白质mRNA目标基因与质粒DNA重组导入乙种生物细胞中取得甲种生物蛋白质。以下说法正确是()A.①过程需要酶是逆转录酶，原料是A、U、G、CB.②过程要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目标基因与质粒连接在一起C.假如受体细胞是细菌，能够选取枯草杆菌、炭疽杆菌等D.④过程中用原料不含A、U、G、C杂交育种到基因工程专家讲座第27页【解析】选B。①过程是逆转录，利用逆转录酶合成DNA片段，需要原料是A、T、G、C；②过程是目标基因与质粒DNA重组，需要限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目标基因与质粒连接在一起；将重组质粒导入受体细胞时，假如受体细胞是细菌，则不应该用致病菌，而炭疽杆菌是致病菌；④过程是基因表示过程，包括转录和翻译，原料中含有A、U、G、C四种碱基。杂交育种到基因工程专家讲座第28页正确了解基因重组与基因工程间关系杂交育种到基因工程专家讲座第29页合理选择育种方法【典例】某植物基因型为AaBB，经过不一样生物技术能够分别将它转变为以下基因型植物：①AABB②aB③AaBBC④AAaaBBBB则所用到生物技术排列正确是()A.诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合B.杂交育种、花药离体培养、转基因技术、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、转基因技术杂交育种到基因工程专家讲座第30页【解析】选B。因为某植物基因型为AaBB，经过AaBB与A_B_杂交，则可取得基因型为AABB植物；选取AaBB花粉进行离体培养，则可取得基因型为aB单倍体；将外源基因C导入植物某个细胞中，经组织培养取得基因型为AaBBC植物；将植物AaBB用秋水仙素处理，则取得基因型为AAaaBBBB四倍体植物。杂交育种到基因工程专家讲座第31页【方法归纳】育种目标不一样，选择育种方法也不一样，详细分析以下：(1)将同一物种两亲本性状集中到同一生物体上，可利用杂交育种，这是最简便育种方法。(2)将两物种优良性状集中在一起，可用基因工程，也可用细胞杂交。(3)若要快速取得纯种，可用单倍体育种方法。(4)若要提升营养物质含量，可用多倍体育种方法。(5)若要培育原物种没有性状，可用诱变育种和基因工程，其中基因工程是有目标地改良。杂交育种到基因工程专家讲座第32页(6)若培育植物为营养繁殖，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。【易错提醒】(1)有些植物如小麦、水稻等，杂交试验较难操作，其最简便方法是自交。(2)单倍体育种包含两个过程：花药离体培养和秋水仙素处理。如只有花药离体培养则得到单倍体，植株弱小，高度不育。杂交育种到基因工程专家讲座第33页【变式训练】育种方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等。下面对这五种育种方式说法正确是()A.包括原理有基因突变、基因重组、染色体变异B.都不可能产生定向可遗传变异C.都在细胞水平上进行操作D.都不能经过产生新基因而产生新性状杂交育种到基因工程专家讲座第34页【解析】选A。杂交育种利用原理是基因重组，单倍体育种利用原理是染色体变异，诱变育种利用原理是基因突变，多倍体育种利用原理是染色体变异，基因工程育种利用原理是基因重组。基因工程育种可产生定向可遗传变异；杂交育种、诱变育种、多倍体育种都是个体水平上操作，而单倍体育种花药离体培养属细胞水平操作，基因工程育种属分子水平上操作；诱变育种能够产生新基因，进而形成新性状。杂交育种到基因工程专家讲座第35页1.以下关于育种叙述中，正确是()A.培育无子西瓜原理是生长素促进果实发育B.培育八倍体小黑麦原理是染色体变异C.青霉素高产菌株选育原理和杂交育种相同D.培育无子番茄原理是基因重组杂交育种到基因工程专家讲座第36页【解析】选B。培育无子西瓜原理是染色体变异。青霉素高产菌株选育利用了基因突变原理。无子番茄取得利用了生长素促进果实发育原理。八倍体小黑麦培育原理是染色体变异。杂交育种到基因工程专家讲座第37页2.下列图是基因工程主要技术步骤一个基本步骤，这一步骤需用到工具是()杂交育种到基因工程专家讲座第38页A.DNA连接酶和解旋酶B.DNA聚合酶和限制性核酸内切酶C.限制性核酸内切酶和DNA连接酶D.DNA聚合酶和RNA聚合酶【解析】选C。如图所表示是目标基因与运载体结合过程，需要用到工具是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。杂交育种到基因工程专家讲座第39页3.(·台州模拟)现有三个番茄品种，A品种基因型为aaBBDD，B品种基因型为AAbbDD，C品种基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。若要经过杂交育种取得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，最少需要时间为()A.2年B.3年C.4年D.5年【解析】选C。aaBBDD×AAbbDD→AaBbDD1年，AaBbDD×AABBdd→AaBbDd1年，AaBbDdaabbdd1年，种植aabbdd种子1年得aabbdd植株，所以最少需要4年时间。杂交育种到基因工程专家讲座第40页4.(·安庆模拟)水稻雄性可育(能产生可育花粉)性状由显性基因A、B控制(水稻植株中有A、B或二者之一为雄性可育)。现有甲、乙、丙三种基因型不一样水稻，甲不含A、B基因，乙含有A、b基因，丙含有a、B基因，若甲与乙杂交得到F1全部雄性可育，甲与丙杂交得到F1全部雄性不育。依据上述杂交试验结果能够确定这两对基因存在部位是()A.二者均存在于细胞核中B.二者均存在于细胞质中C.仅A、a基因位于细胞核中D.仅B、b基因位于细胞核中杂交育种到基因工程专家讲座第41页【解析】选C。甲与乙杂交得到F1全部雄性可育，说明Ａ基因能够传递给子代，A基因位于细胞核中；甲与丙杂交得到F1全部雄性不育，说明B基因不能传给子代，B基因位于细胞质中。杂交育种到基因工程专家讲座第42页5.以下关于转基因植物叙述，正确是()A.转入到油菜抗除草剂基因，可能经过花粉传入环境中B.转抗虫基因植物，不会造成昆虫群体抗性基因频率增加C.动物生长激素基因转入植物后不能表示D.如转基因植物外源基因起源于自然界，则不存在安全性问题杂交育种到基因工程专家讲座第43页【解析】选A。若转入到油菜抗除草剂基因存在于油菜染色体上，则可能经过花粉传入环境中，由此判断A项正确；转抗虫基因植物，对昆虫进行了定向选择，会造成昆虫群体抗性基因频率增加，由此判断B项错误；因生物体共用一套遗传密码，动物生长激素基因转入植物后可表示，由此判断C项错误；如转基因植物外源基因起源于自然界，可能打破原有基因结构，或经过转基因植物散播，含有不确定性，存在一定安全性问题，由此判断D项错误。杂交育种到基因工程专家讲座第44页6.假设A、b代表玉米优良基因，这两种基因是自由组合。现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良品种AAbb，可采取方法如图所表示。请据图回答下列问题：杂交育种到基因工程专家讲座第45页(1)由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种育种方式称为________，其原理是________________________。用此育种方式普通从___________才能开始选育AAbb个体，是因为___________________________________________。(2)若经过过程②产生子代总数为1552株，则其中基因型为AAbb植株在理论上有______株。基因型为Aabb植株经过过程③，子代中AAbb与aabb数量比是_________________。(3)过程⑤常采取________技术得到Ab个体。与过程①②③育种方法相比，过程⑤⑥优势是____________________________________________________________________。杂交育种到基因工程专家讲座第46页(4)过程⑦育种方式是_________，与过程⑦比较，过程④显著优势是___________________________________。【解析】本题以图解形式考查识图、析图能力，而且包括相关计算。依据孟德尔自由组合定律，F2中基因型为AAbb植株占1/16，所以共97株。Aabb自交后代AAbb和aabb数量百分比为1∶1。⑤⑥过程是单倍体育种，包含了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍两个步骤，能够显著缩短育种年限。⑦属于诱变育种，过程④与过程⑦相比，含有显著优势是能定向地改造生物遗传性状。杂交育种到基因工程专家讲座第47页答案：(1)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)(2)971∶1(3)花药离体培养能显著缩短育种年限(4)诱变育种过程④产生变异是定向(或基因工程育种转入基因是已知，用基因工程伎俩产生变异是定向)杂交育种到基因工程专家讲座第48页7.(·天津高考)玉米花药培养单倍体幼苗，经秋水仙素处理后形成二倍体植株，下列图是该过程中某时段细胞核DNA含量改变示意图。以下叙述错误是()杂交育种到基因工程专家讲座第49页A.a～b过程中细胞内不会发生基因重组B.c～d过程中细胞内发生了染色体数目加倍C.e点后细胞内各染色体组基因组成相同D.f～g过程中同源染色体分离，染色体数减半【解析】选D。a～b表示有丝分裂过程，其中不会发生基因重组；c～d过程中姐妹染色单体分离后，未进入两个子细胞中，使染色体数目加倍；玉米为二倍体植物，e点后取得个体为纯合子，各染色体组基因组成相同；f～g过程中着丝点分裂，姐妹染色单体分离，但同源染色体不分离。杂交育种到基因工程专家讲座第50页8.(·海南高考)无子西瓜是由二倍体(2n=22)与同源四倍体杂交后形成三倍体。回答以下问题：(1)杂交时选取四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植株_______上，授粉后套袋。四倍体植株上产生雌配子含有_______条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生雄配子结合，形成含有______条染色体合子。(2)上述杂交取得种子可发育为三倍体植株。该植株会产生无子果实，该果实无子原因是三倍体细胞不能进行正常_______分裂。(3)为了在短期内大量繁殖三倍体植株，理论上能够采取___________方法。杂交育种到基因工程专家讲座第51页【解析】(1)利用多倍体育种技术培育无子西瓜时，在二倍体西瓜幼苗期，用秋水仙素处理得到四倍体植株，用其作母本，用二倍体植株作父本，二者杂交，把得到种子种下去会长出三倍体植株，因为三倍体植株在减数分裂时联会紊乱，无法形成正常配子，在其开花后用二倍体花粉涂抹其雌蕊(或柱头)，即可利用花粉产生生长素刺激子房发育结果实，由于没有受精，所以果实里没有种子，即为无子西瓜。四倍体植株由二倍体植株经染色体加倍而来，体细胞中含有22×2=44条染色体，减数分裂产生雌配子所含染色体数目为体细胞杂交育种到基因工程专家讲座第52页二分之一(=22)，二倍体植株产生雄配子含=11条染色体，二者结合形成含有33条染色体合子。(2)三倍体植株体细胞中染色体含有3个染色体组，减数分裂时会发生联会紊乱，而无法形成正常配子。(3)利用植物组织培养技术能够快速、大量繁殖三倍体植株。答案：(1)雌蕊(或柱头)2233(2)减数(3)植物组织培养(其它合理答案也可)杂交育种到基因工程专家讲