高考生物复习第四单元基因的表达第4讲从杂交育种到基因工程全国公开课一等奖百校联赛示范课赛课特等奖PP

第4讲从杂交育种到基因工程第1页一、杂交育种和诱变育种杂交育种诱变育种概念将__________集中在一起，再经过选择和培育，取得新品种方法利用__________处理生物，使生物发生__________，从而取得优良变异类型育种方法知识梳理第2页杂交育种诱变育种原理____________________范围__________生物全部生物方法杂交→自交→选优→自交物理__________处理、化学__________处理特点①不能产生__________，原有基因性状重新组合②育种进程迟缓①提升__________，加紧育种进程②产生__________，新性状，大幅改良性状③盲目性大，有利变异__________第3页二、基因工程及其应用1．概念了解基因工程别名基因拼接技术或__________技术操作环境生物体体__________操作对象__________操作水平DNA__________水平基本过程剪切、拼接、导入、表示结果__________改造生物遗传性状，取得人类需要__________第4页提醒：(1)基因工程原理：基因重组。(2)优点：①与杂交育种相比较显著优点：克服远缘杂交不亲合障碍。②与诱变育种相比较显著优点：定向改造生物性状，目标性强。2．工具(1)基因“剪刀”：__________(2)基因“针线”：__________。(3)基因__________：惯用有质粒、噬菌体和动植物病毒等，目标是将__________基因送入__________细胞。第5页3．步骤提取目标基因→目标基因与__________结合→将目标基因导入__________→目标基因__________4．基因工程应用第6页自主查对：一、两个或多个品种优良性状经过交配物理原因或化学原因基因突变基因重组基因突变有性生殖射线诱变剂新基因突变率新基因少二、1.DNA重组外基因分子定向基因产物2.限制酶DNA连接酶运载体目标受体3.运载体受体细胞表示和检测4.育种药品环境第7页1．各种育种方式有何特点？2．各种育种方式怎样结合应用？第8页考点1遗传育种方法及原理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，经过自交到不发生性状分离为止①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；②操作简便年年制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种优势品种：普通是选取纯合双亲杂交杂交水稻、玉米考点突破第9页名称原理方法优点缺点应用诱变育种基因突变①物理：紫外线、X射线或γ射线、微重力、激光等处理，再筛选；②化学：亚硝酸、硝酸二乙酯处理，再选择提升变异频率，加紧育种进程，大幅度改良一些性状有利变异少，需大量处理试验材料(有很大盲目性)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，加速育种进程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第10页名称原理方法优点缺点应用多倍体育种染色体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一构建基因表示载体→转入(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“向日葵豆”、转基因抗虫棉细胞工程育种细胞全能性去壁→诱融→组培；核移植和胚胎移植①克服远缘杂交不亲和障碍，②可应用于繁育优良动物，抢救濒危动物技术要求高白菜—甘蓝培育、克隆羊“多利”第11页

应用指南1．诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因重新组合。2．在全部育种方法中，最简捷、常规育种方法——杂交育种。3．杂交育种选育时间是F2，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。4．杂交育种是经过杂交培育含有优良性状且能稳定遗传(纯合子)新品种，而杂种优势则是经过杂交取得种子，普通不是纯合子，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。第12页5．诱变育种尽管能提升突变率，但处理材料时依然是未突变远远多于突变个体；突变不定向性和普通有害特征决定了在突变个体中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，二者都增多。6．杂交育种与杂种优势区分①杂交育种是经过有性生殖，使不一样优良性状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，在适应能力等方面优于两个亲本现象。第13页7．不一样育种目标杂交育种基本步骤及特点①培育杂合子品种——杂种优势利用在农业生产上，能够将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。a．基本步骤：选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1。b．特点：高产、优质、抗性强，但种子只能种一年。②培育纯合子品种a．培育隐性纯合子品种基本步骤选取双亲P(♀、♂)→杂交，F1→自交→F2→选出表现型符合要求个体种植推广。第14页b，培育双显纯合子或隐一显纯合子品种基本步骤选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求个体自交→F3→……→选出稳定遗传个体推广种植。c．特点：操作简单，但需要时间较长。第15页例1

(·南京期末)用纯种高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种方法以下，以下相关此育种方法叙述中，正确是(

)A．过程①作用原理为染色体变异B．过程③必须经过受精作用C．过程④必须使用生长素处理幼苗D．此育种方法可选出符合生产要求品种占1/4[解析]图示为单倍体育种，过程①原理为基因重组；③是将花药培养为幼苗，属于植物组织培养；④过程应该用一定浓度秋水仙素处理幼苗。[答案]

D第16页对点训练1小麦是一个主要粮食作物，改进小麦遗传性状是科学工作者不停努力目标．下列图是遗传育种一些路径。(1)以矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种过程中，F1自交产生F2，其中矮秆抗病类型出现百分比是__________，选F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至__________。第17页(2)如想在较短时间内取得上述新品种小麦，可选图中__________(填字母)路径所用方法。其中F步骤是__________。(3)科学工作者欲使小麦取得燕麦抗锈病性状，应该选择图中__________(填字母)表示技术伎俩最为合理可行，该技术伎俩主要包含：____________________。(4)小麦与玉米杂交，受精卵发育早期出现玉米染色体在细胞分裂时全部丢失现象，将种子中胚取出进行组织培养，得到是小麦__________植株。(5)两种亲缘关系较远植物进行杂交，常出现杂交不亲和现象，这时可采取__________技术伎俩进行处理。(6)图中遗传育种路径，__________(填字母)所表示方法含有经典不定向性。第18页解析：图中A、B为诱变育种，C、D为基因工程育种，E、F、G为单倍体育种，H、I为细胞工程育种，J、K为多倍体育种；(1)用矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种过程叫做杂交育种，F2中矮秆抗病类型出现百分比是3/16，让F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至不再发生性状分离，即新品种培育成功；(2)要尽快取得矮秆抗病类型新品种，应该采取图中E、F、G单倍体育种方式；(3)欲使小麦取得燕麦抗锈病性状，应该是用基因工程育种方式，其过程包含：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、目标基因检测和表示；第19页(4)小麦与玉米杂交后，因为发育早期受精卵中玉米染色体全部丢失，胚细胞中只剩下小麦生殖细胞中染色体，所以将胚取出进行组织培养，得到是小麦单倍体植株；(5)要克服远缘杂交不亲和障碍，需要采取细胞工程育种方式，让两个物种体细胞融合，经过组织培养方式培养杂种细胞，即可得到新物种；(6)诱变育种、杂交育种都是不定向过程。答案：(1)3/16不再发生性状分离(2)E、F、G花药离体培养(3)C、D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、目标基因检测和表示(4)单倍体(5)植物体细胞杂交(6)A、B第20页考点2基因工程1．基因工程原理(1)不一样生物DNA分子含有相同结构。(2)基因是控制生物性状基本结构单位和功效单位。(3)各种生物共用一套遗传密码。2．基因工程操作工具(1)限制性核酸内切酶——基因“剪刀”①存在场所：主要是存在于微生物细胞中。②特征：一个限制性核酸内切酶只能识别一个特定核苷酸序列，而且能够在特定切点上切割DNA分子。③作用结果：得到平末端或黏性末端。第21页(2)DNA连接酶——基因“针线”①作用：连接限制性核酸内切酶切开断口。②惯用种类及起源：分类不一样点E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶起源大肠杆菌T4噬菌体作用只连接黏性末端连接黏性末端、平末端(3)运载体——基因运输工具作为运载体必须具备条件：①能够在宿主细胞内复制并稳定地保留。②含有多个限制酶切点，方便和外源基因相连。③含有标识基因，方便于筛选。第22页3．基因工程与基因重组比较项目基因重组基因工程不一样点重组方式同一物种不一样基因不一样物种间不一样基因繁殖方式有性生殖无性生殖变异大小小大意义是生物变异起源之一，对生物进化有主要意义使人类有可能按自己意愿直接定向地改造生物，培育出新品种相同点都实现了不一样基因间重新组合，都能使生物产生变异第23页应用指南1．基因工程三种工具中，限制性核酸内切酶、DNA连接酶是基因操作过程中酶工具，化学本质是蛋白质。但它们功效不一样，前者切割磷酸二酯键，后者连接磷酸二酯键。而运载体可能是质粒或病毒。2．限制性核酸内切酶、DNA连接酶都是一类酶，不是一个酶。3．DNA连接酶与DNA聚合酶不一样①DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已经有核酸片段3′末端羟基上；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。第24页②DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸经过磷酸二酯键形成一条与模板链互补DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上两个缺口同时连接起来，所以DNA连接酶不需要模板。4．基因重组发生于有性生殖中，不能打破生殖隔离，而基因工程则可实现异种生物基因转移。5．基因工程可使受体取得新基因，表现出新性状，该技术可看作是一个广义基因重组。6．转基因动、植物培育，因其细胞全能性不一样，外源基因受体、细胞也不一样。培育转基因动物受体细胞普通为受精卵；培育转基因植物受体细胞可用生殖细胞，也可用体细胞。基因工程常需与其它工程技术配合，才能实现目标。第25页例2

以下相关基因工程中限制酶描述，错误是(

)A．一个限制酶只能识别一个特定脱氧核苷酸序列B．限制酶活性受温度影响C．限制酶能识别和切割RNAD．限制酶可从原核生物中提取[答案]

C第26页对点训练2人体细胞内含有抑制癌症发生p53基因，生物技术可对这类基因改变进行检测。第27页(1)目标基因获取方法通常包含__________和__________。(2)图表示从正常人和患者体内获取p53基因部分区域。与正常人相比，患者在该区域碱基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改变碱基对；这种变异被称为__________。(3)已知限制酶E识别序列为CCGG，若用限制酶E分别完全切割正常人和患者p53基因部分区域(见上图)，那么正常人会被切成__________个片段；而患者则被切割成长度为__________对碱基和__________对碱基两种片段。(4)假如某人p53基因部分区域经限制酶E完全切割后，共出现170、220、290和460碱基正确四种片段，那么该人基因型是__________(以P＋表示正常基因，P－表示异常基因)。第28页解析：(1)目标基因通常从细胞中直接分离或经过化学方法人工合成。(2)对比正常人和患者p53基因部分区域碱基对序列可知：正常基因中C—G碱基对被T—A碱基对替换而成为异常基因。(3)由图示知：正常人p53基因部分区域有2个限制酶切割位点，用限制酶E对正常人该基因区域进行切割，将得到长度分别为290对碱基、170对碱基和200对碱基3个片段。异常基因因碱基替换而失去一个限制酶E切割位点，故用限制酶E切割患者p53基因部分区域，只能得到长度为460对碱基和220对碱基2种片段。(4)若某人该基因区域用限制酶E完成切割后，共出现170、290、220和460碱基对4种片段。说明该人现有正常基因，又有异常基因，故该人基因型为P＋P－。第29页答案：(1)从细胞中分离经过化学方法人工合成(2)见下列图基因碱基正确替换(基因突变)(3)3

460

220

(4)P＋P－第30页考点3试验面面观：探究性生物学试验设计方法探究性生物学试验应在明确试验要求、目标前提下，遵照试验设计“操作方便、程序合理、药品节约、依据现象推测结论”标准进行设计，普通可分为以下几个步骤；1．理论假设提出依据题目要求，确定试验条件即试验变量x，试验中要注意控制无关“变量”。普通只确定一个变量，即在一定条件下唯一一个对试验结果可能产生影响变量。在此基础上提出理论假设，它经常能够描述为：“当条件x存在时，事件P(试验现象)可能发生；当条件x改变时，若事件P发生，能得出何结论：当事件P不发生，能得出何结论。

第31页2．设计探究性假设分五个试验步骤进行：①试验准备，包含必要试验器材及试验药品准备；②满足条件x，设计一个试验，观察事件P能否发生；③条件x改变，设计一个试验，观察事件P能否发生，发生程度怎样？④设计对照试验。⑤梳理，试验是否遵照“单因子变量”、“平行重复”标准。3．观察、统计和结论仔细观察并准确统计试验现象，并依据试验现象做出对应结论。第32页应用指南1．若条件x存在，事件P能发生，条件x改变，事件P不能发生(或发生程度改变)，结论是“__________”。2．若条件x存在，事件P能发生，条件x改变，事件P能发生(或发生程度改变)，结论是“__________”。3．若条件x存在，事件P不能发生，条件x改变，事件P能发生(或发生程度改变)，结论是“__________”。第33页例3

已知桃树中，树体乔化与矮化为一对相对性状(由等位基因D、d控制)，蟠桃果形与圆桃果形为一对相对性状(由等位基因H、h控制)，蟠桃对圆桃为显性。下表是桃树两个杂交组合试验统计数据：亲本组合后代表现型及其株数组别表现型乔化蟠桃乔化圆桃矮化蟠桃矮化圆桃甲乔化蟠桃×矮化圆桃410042乙乔化蟠桃×乔化圆桃3013014第34页(1)依据组别__________结果，可判断桃树树体显性性状为__________。(2)甲组两个亲本基因型分别为__________。(3)依据甲组杂交结果可判断，上述两对相对性状遗传不遵照自由组合定律。理由是：假如这两对性状遗传遵照自由组合定律，则甲组杂交后代应出现__________种表现型，百分比应为__________。(4)桃树蟠桃果形含有较高观赏性。已知现有蟠桃树种均为杂合子，欲探究蟠桃是否存在显性纯合致死现象(即HH个体无法存活)，研究小组设计了以下遗传试验，请补充相关内容。第35页试验方案：__________，分析比较子代表现型及百分比；预期试验结果及结论：①假如子代__________，则蟠桃存在显性纯合致死现象；②假如子代__________，则蟠桃不存在显性纯合致死现象。[解析]

(1)乙组杂交亲本均为乔化，杂交后代出现了矮化，可判断乔化为显性性状。(2)把两对性状分别统计：①乔化×矮化→乔化∶矮化＝1∶1，推知亲本基因型为Dd×dd；②蟠桃×圆桃→蟠桃∶圆桃＝1∶1，推知亲本基因型为Hh×hh，由①②可知亲本基因型为DdHh×ddhh。

第36页(3)假如两对相对性状遗传符合自由组合定律，测交后代应有四种表现型，百分比为1∶1∶1∶1。(4)若存在显性纯合致死(HH死亡)现象，则蟠桃∶圆桃＝2∶1；若不存在显性纯合致死(HH存活)现象，则蟠桃∶圆桃＝3∶1。本题考查遗传基本规律，难度较小，属于考纲了解层次。解题关键在于把两对性状分开分析。∶∶第37页[答案]

(1)乙乔化(2)DdHh

ddhh

(3)4

1∶1∶1∶1(4)蟠桃(Hh)自交(蟠桃与蟠桃杂交)①表现型为蟠桃和圆桃，百分比为2∶1②表现型为蟠桃和圆桃，百分比为3∶1第38页例1

利用苏云金杆菌抗虫基因培育抗虫棉是否成功，最好检测(

)A．是否有抗生素产生B．是否有目标基因表示C．是否有抗虫性状出现D．是否能分离到目标基因第39页解析本题易错选B选项。本题问是转基因抗虫棉培育是否成功，而考生在审题时常把它当成基因工程操作步骤第四步——目标基因检测和表示往返答。要检验导入了苏云金杆菌抗虫基因棉花植株是否培育成功，需要做抗虫接种试验，以确定棉花是否有抗虫性状出现，假如有抗虫性状出现，则说明抗虫棉培育成功了。答案

C第40页例2

年春节联欢晚会上，航天英雄们手捧经过太空育种太空花，给全国人民拜年。以下相关叙述正确是(

)A．培育太空花依据基本原理是基因重组B．太空育种一定会出现人类需要新品种C．太空花性状是能够遗传D．能够从太空花紫色花瓣中提取紫色蛋白用作染料错因分析

对DNA连接酶作用部位和作用特点不清易错选B。第41页解析太空育种基本原理是基因突变，基因突变属于可遗传变异；基因突变频率低且是不定向，故不一定会出现我们需要新品种；花瓣紫色是因为液泡中含有花青素，而不是含有紫色蛋白，故不能从太空花紫色花瓣中提取紫色蛋白用作染料。答案

C第42页典例1

在用基因工程技术构建抗除草剂转基因烟草过程中，以下操作错误是(

)A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒核酸B．用DNA连接酶连接经切割抗除草剂基因和载体C．将重组DNA分子导入烟草原生质体D．用含除草剂培养基筛选转基因烟草细胞考查角度

基因工程工具及其应用第43页解析限制性核酸内切酶用于提取目标基因和切割载体，烟草花叶病毒遗传物质是RNA，不能用限制性核酸内切酶切割，A项错误；DNA连接酶能够连接含有相同黏性末端目标基因和载体，B项正确；受体细胞能够是受精卵和体细胞，也能够是去除细胞壁原生质体，C项正确；目标基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目标基因细胞不含有抗除草剂能力，筛选时应该用含除草剂培养基筛选转基因细胞，D项正确。答案

A点评本题以培育转基因烟草为载体全方面考查综合分析基因工程相关内容能力。难度适中，得分关键是清楚限制性核酸内切酶是用于DNA切割。第44页典例2

如图所表示，科研小组用60Co照射棉花种子，诱变当代取得棕色(纤维颜色)新性状，诱变1代取得低酚(棉酚含量)新性状。已知棉花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。第45页(1)两个新性状中，棕色是__________性状，低酚是__________性状。(2)诱变当代中，棕色、高酚棉花植株基因型是__________，白色、高酚棉花植株基因型是__________。(3)棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。为取得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独区域，从__________区域中得到纯合棕色、高酚植株。请你利用该纯合体作为一个亲本，再从诱变1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)纯合棉花新品种(用遗传图解和必要文字表示)。考查角度

育种结合第46页解析

(1)由诱变当代自交，诱变1代发生性状分离可确定棕色为显性性状，低酚是隐性性状。(2)由诱变当代棕色、高酚自交结果，颜色发生性状分离，高酚稳定遗传，可确定棕色高酚植株基因型为AaBB，同理可确定白色高酚植株基因型为aaBb。(3)诱变1代中棕色高酚植株有纯合AABB和杂合AaBB，自交不发生性状分离为纯合体AABB。要培育棕色低酚纯合植株AAbb，需用AABB植株与诱变1代白色低酚aabb植株杂交，因要求尽快选育则需用可显著缩短育种年限单倍体育种方法育种。答案

(1)显性隐性(2)AaBB

aaBb

第47页(3)不发生性状分离(或全为棕色棉，或没有出现白色棉)表现为棕色、低酚(AAbb)性状植株即为所要选育新品种第48页点评本题主要考查遗传定律及育种方法应用。题目难度适中，考查了学生对知识综合利用能力。掌握由育种目标选取适当育种方法及遗传图解书写要求是解答本题关键。第49页1．两个亲本基因型分别为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新品种，最简捷方法是(

)A．人工诱变育种B．细胞工程育种C．单倍体育种 D．杂交育种答案：D随堂过关第50页2．以下关于育种叙述中，正确是(

)A．用物理原因诱变处理可提升突变率B．诱变育种和杂交育种均可形成新基因C．三倍体植物不能由受精卵发育而来D．诱变取得突变体多数表现出优良性状解析：物理原因如射线能够提升基因突变率；杂交育种原理是基因重组，并没有形成新基因；三倍体是指由受精卵发育而来，体细胞中含有三个染色体组个体，如三倍体无子西瓜；诱变育种原理是基因突变，而基因突变是不定向。答案：A第51页3．填空回答以下问题：(1)水稻杂交育种是经过品种间杂交，创造新变异类型而选育新品种方法。其特点是将两个纯合亲本__________经过杂交集中在一起，再经过选择和培育取得新品种。(2)若这两个杂交亲本各含有期望优点，则杂交后，F1自交能产生各种非亲本类型，其原因是F1在__________形成配子过程中，位于__________基因经过自由组合，或者位于__________基因经过非姐妹染色单体交换进行重新组合。(3)假设杂交包括到n对相对性状，每对相对性状各受一对等位基因控制，彼此间各自独立遗传。在完全显性情况下，从理论上讲，F2表现型共有__________种，其中纯合基因型共有__________种，杂合基因型共有__________种。第52页(4)从F2代起，普通还要进行多代自交和选择。自交目标是__________；选择作用是__________。解析：(1)杂交育种过程：①依据育种目标选定亲本杂交得到F1代；②F1代自交得F2，在F2中出现性状分离，从中选择所需性状。(2)杂交育种遵照原理是基因重组(基因自由组合定律)。基因重组有两种类型：一个类型是发生在减数第一次分裂前期，同源染色体非姐妹染色单体交叉交换；另一个类型是发生在减数第一次分裂后期，非同源染色体上非等位基因自由组合。(3)含有n对独立遗传相对性状纯合亲本杂交，理论上F2表现型有2n，基因型有3n种，其中纯合基因型有2n种，杂合基因型有3n－2n种。(4)杂交