生物人教版选修二学案第2章第1节农业生产中的繁殖控制技术

第1节农业生产中的繁殖控制技术[课程目标]·导航1.概述植物栽培和家畜饲养中的繁殖控制技术及其意义。2.认同生物科学技术的发展和应用推动了农业现代化。3.形成关心农业发展、热爱农业的情感。知识点1杂种优势的应用[知识梳理]1.概念具有一定遗传差异的两个个体进行杂交后，所产生的后代在生活力、生长发育速度、抗逆性以及形态大小等方面明显优于杂交双亲的现象。2.制种杂种优势在杂种第一代(F1)中表现最强或最突出，以后逐代递减。因此，为了确保利用杂种一代(F1)的优势，对于一年生的作物而言，必须年年制种，而且制种的双亲都必须高度纯合。思考：玉米一般种植杂种，必须每年更换种子，为什么？提示种植杂种的目的是利用杂种优势获得优质高产玉米，但是种植杂种所结的种子第二年接着种植会发生性状分离，造成减产，所以必须每年更换种子。[活学活用]下列与杂种优势有关的叙述中正确的是()A.动物由于生殖隔离，不会出现种间杂种优势B.杂种优势只出现在种内C.杂种优势仅有一两个性状表现突出D.杂种优势的大小，一般取决于双亲相对性状的差异和互补程度解析不同的物种的动物之间既有生殖隔离，也有杂种优势，如骡子。杂种优势不是仅有一两个性状单独表现突出，而往往是若干性状综合起来表现突出。杂种优势的大小，一般取决于双亲相对性状的差异和互补程度。在一定范围内，双亲差异越大，杂种优势越强。答案D[归纳总结]1.杂种优势的定义及特点杂种优势是指具有一定遗传差异的两个个体进行杂交后，所产生的后代在生活力、生长发育速度、抗逆性以及形态大小等方面明显优于杂交双亲的现象。杂种优势是生物界普遍存在的一种遗传现象，既可见于种间杂种(如马与驴的杂种后代——骡子，与其双亲相比，其挽力大、持久力强、性温顺，适于役用)，又可见于品种间的杂种(猪的品种间杂种子一代往往比双亲个体大、生活力强)。杂种优势具有以下特点：(1)杂种优势不只是一两个性状单独表现出优势，而是多个性状间的综合表现。(2)杂种优势的强弱取决于双亲性状间的互相补充。在一定范围内，双亲的基因差异越大，亲缘关系越远，杂种优势就越强。(3)杂种优势与双亲的基因型纯合度有关，若双亲的基因型纯合度高，F1的优势就强。(4)杂种优势只在F1得以表现，F2、F3等后代由于性状分离而逐代衰退。(5)杂种优势的大小与所处的环境有关，F1个体只有在适宜环境下才能表现出杂种优势。2.杂种优势的应用杂种优势是生物界普遍存在的一种遗传现象，在农业、畜牧养殖业方面带来了巨大的经济效益。采用种子繁殖的植物，如水稻、小麦、玉米、油菜、大豆等，杂种优势的“保持”靠每年配制新的F1，而且制种的亲本必须高度纯合。当然，也可以利用前一年配制好的F1。对于不是采用种子繁殖的植物(因为种子繁殖的后代性状高度分离)，如苹果、桃、李、柑橘、玫瑰等，一旦获得具有优势品质的F1后(通常从一个很大的杂交群体中才能选择出少数单株)，就可以用营养繁殖(如扦插、压条等)的方法保持杂种优势，因为营养繁殖的后代能保持亲本的优良性状。知识点2植物微型繁殖技术[知识梳理]1.概念利用离体的芽、茎等器官(外植体)在无菌和特定光温条件下，在人工培养基上进行的快速无性繁殖技术，简称“微繁”或“快繁”。2.产品用微繁技术生产的苗木一般称为“组培苗”。3.过程选择优良母株→外植体→外植体表面消毒，接种→茎尖伸长、芽发育成茎或芽苗再生→芽苗或再生苗伸长→茎段扦插快速繁殖→伸长苗生根→移苗入土→移苗入圃。4.特点快速、“高保真”和不受自然生长季节的限制。5.应用用于濒危植物的保存和繁殖、名稀特优植物的保存和繁殖、植物脱病毒、园艺园林苗木的大规模工厂化育苗。思考：植物的“微繁”技术具有“高保真”的优点，为什么？提示：植物的微繁技术是利用植物组织培养获得试管苗，植物组织培养过程进行的是有丝分裂，亲子代遗传物质不变，属于无性生殖。[活学活用]下列对植物微型繁殖技术过程的叙述中，正确的是()A.培养的整个过程都要见光B.脱分化过程中形成细胞壁需叶绿体和高尔基体参与C.所需培养基无需加碳源D.先诱导生芽，再诱导生根解析形成愈伤组织即脱分化过程要在暗室中进行；愈伤组织无叶绿体；培养基中要有碳源(蔗糖)；再分化过程中要先诱导生芽，再诱导生根。答案D【点评】植物组织培养(微型繁殖)的过程中需要使用生长素和细胞分裂素。当生长素与细胞分裂素的比值大时，侧重于生根；当生长素与细胞分裂素的比值小时，侧重于生芽。[归纳总结]1.植物微型繁殖技术的定义及特点(1)定义：“植物微型繁殖技术”(也称“快速繁殖技术”，简称“微繁”或“快繁”)，是植物组织培养技术的一种，是利用离体的芽、茎等器官(外植体)在无菌和特定光温条件下，在人工培养基上进行的快速无性繁殖技术。(2)原理：植物细胞的全能性。(3)特点：繁殖速度快，取材少，培养周期短，不受季节、气候、自然灾害等因素的影响，可保持优良品种的遗传特性，可高效快速地实现种苗的大量繁殖。2.植物微型繁殖技术的基本过程(如下图所示)知识点3动物的人工授精与试管家畜技术[知识梳理]1.人工授精技术(1)概念指以人工方法，利用器械采集雄性动物的精液，经检查与稀释处理后，再输入到雌性动物生殖道内，以此来代替自然交配，从而达到繁育的目的。(2)操作流程精液采集→品质检查→稀释与分装→保存与运输→解冻与输精→自然生产。(3)作用①极大地提高了优良公畜的配种效率，迅速地扩大其优良遗传特性在动物种群中的比例。②能较好地减少种公畜的饲养数量，降低生产和管理成本。③可以使得优良种公畜的使用不受时间和地域限制。2.试管家畜技术(1)概念通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养成为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。(2)过程卵子的采集和精子的采集→精子的处理和卵子体外培养→体外受精→受精卵发育至早期胚胎→移植到受体子宫→产仔。[活学活用]1.下列关于试管动物技术的叙述，正确的是()A.应用该技术繁育后代的过程属于无性生殖类型B.应用该技术繁育后代的过程属于有性生殖类型C.试管动物技术是利用体细胞繁育后代的技术D.用试管动物技术培育动物的过程全部在体外进行解析试管动物技术属于通过有性生殖繁育后代的技术，因为其操作过程中仍然有两性生殖细胞的结合过程，只不过是通过人工体外操作获得胚胎，然后再移植到生物体内发育成新个体。答案B2.下图表示通过体外受精培育牛的过程，下列叙述错误的是()A.获取的精子经获能后才能进行体外受精B.②过程只与细胞膜的流动性有关C.③过程的细胞增殖方式是有丝分裂D.④过程属于胚胎移植过程解析在进行体外受精时，获取的精子需获能后才能进行体外受精；图中的②过程是受精作用，该过程涉及精卵细胞的识别、细胞膜的融合(与膜的流动性有关)、核的融合等；③过程是卵裂过程，该过程的细胞增殖方式是有丝分裂；④过程是将早期胚胎移入受体子宫的过程，属于胚胎移植过程。答案B知识点4胚胎分割技术与克隆哺乳动物技术[知识梳理]1.胚胎分割技术(1)概念指采用机械方法将早期胚胎分割成2份、4份或更多份，经体内或体外培养，然后植入代孕母体内，从而获得同卵双生或多生后代的技术。(2)作用胚胎分割可以提高胚胎的利用率，增加每枚胚胎的后代繁殖数，提高优良品种的推广速度。思考：精子和胚胎在冷冻过程中会造成致死的伤害吗？为什么？提示：精子和胚胎在冷冻过程中，需要添加冷冻保护剂，如二甲基亚砜、己二醇等，冷冻前要进行平衡。在平衡时，这些冷冻保护剂会渗透到精子或胚胎中去。这样，在冷冻时，精子或胚胎内部就不会形成对精子和胚胎造成致命伤害的冰晶。精子只是一个细胞，胚胎也只有很少数量的细胞，这使冷冻保护剂能够很容易就渗透到细胞中去。而生物个体，尤其是高等生物，细胞数目繁多，不可能在短时间内使冷冻保护剂渗透到所有细胞；并且一般的冷冻保护剂都或多或少对细胞有毒害作用，长时间浸润其中，会导致生物个体的死亡，所以到目前为止，还没有复杂生物个体冷冻成功的例子。2.克隆技术(核移植)(1)概念指利用某哺乳动物的体细胞核，产生一个与该动物几乎完全相同的新个体。(2)原理动物的体细胞核仍然具有全能性。(3)应用使优良农业动物的数量在较短的时间内得到大规模扩增；用于对濒临灭绝动物的保存。[活学活用]1.通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是()A.对供体和受体母牛都要进行相同激素处理B.受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行C.对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植D.胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低解析A项在胚胎移植时，需用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理，而受体母牛不需用促性腺激素进行超数排卵处理；B项胚胎移植技术中，移植的胚胎可来自体内受精后发育形成的胚胎，也可是体外受精后进行培养得到的早期胚胎；C项移植的胚胎不能用原肠胚，而应是发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚；D项目前以二分胚胎分割和移植效率最高，而同卵多胎的成功率很低。答案D2.维尔穆特用甲母羊的乳腺细胞的细胞核，与乙母羊的卵细胞质组成一个细胞，培育成功了“多利”。克隆绵羊“多利”的培育过程大致如图所示。下列说法中错误的是()A.高度特化的动物体细胞核有全能性B.这个乳腺细胞核内含有该物种的全套遗传物质C.“多利”羊的特征与乙母羊几乎相同D.“多利”羊的特征与甲母羊几乎相同解析1996年“多利”羊的培育成功轰动了全世界，使生物学进入了一个崭新的时代。在这以前克隆动物早已成功，但科学家用的是一些胚胎细胞，而胚胎细胞具有分化能力。“多利”羊的培育成功之所以引起轰动，主要是因为乳腺细胞是高度分化的动物体细胞，一般认为这种细胞不能再继续分化，而现在能继续分化形成一个动物体，表明动物体细胞核具有全能性。这个细胞能发育成一个动物体，也说明这个乳腺细胞核内含有该物种所需要的全套遗传物质。所获得的“多利”羊的特征与甲母羊的特征几乎相同，因为它的遗传物质主要来自甲母羊的细胞核。答案C[归纳总结]1.关于克隆羊“多利”“多利”繁育过程如下：选取三只母羊，先用药物促使母羊A排卵，将所得卵细胞的细胞核去掉，然后从一只绵羊B的乳腺中取出一个普通细胞，提取出细胞核，通过电流刺激作用，使乳腺细胞的细胞核与去核的卵细胞结合成一个含有新的遗传物质的重组细胞，并促使它分裂发育成胚胎。当这一胚胎生长到一定程度时，再将它植入母羊C的子宫中，由母羊C孕育并产下克隆羊“多利”。“多利”继承了母羊B的核内全部遗传物质。“多利”羊在科学上的独特价值在于它是用乳腺细胞作为供体细胞进行细胞核移植的，突破了以往只能用胚胎细胞进行动物克隆的技术难关。从理论上说明高度分化的体细胞，经过一定手段处理之后，也可恢复到受精卵时期的合子功能，说明了在发育过程中，细胞质对异源的细胞核的发育有调控作用，实现了更高意义上的动物复制。2.克隆技术的应用克隆技术可以在抢救珍稀濒危动物、复制优良家畜个体、扩大良种动物群体、提高畜群遗传素质和生产性能、提供足量实验动物、推进转基因动物研究、攻克遗传性疾病、研制高水平新药、生产可供人移植的内脏器官等方面发挥作用。但如果使用不当，这种技术可能对生态环境产生长期的不良影响，比如在畜牧业中大量推广这种无性繁殖技术，很可能破坏生态平衡，导致一些疾病的大规模传播。3.关于克隆人从某些角度看，克隆人是没有意义的，因为克隆技术只能复制出外貌特征相同的生物，不能克隆出被复制者原有的才能。人的思想才能受后天因素的制约。而通过克隆人取得人体器官，用于医学上人体器官的移植也是不可行的。因为克隆出来的人首先是一个公民，他享有人权，不能将其随意摆布。再者，克隆人的出现可能对人类社会的政治、宗教，法律、伦理道德提出挑战，给现在人类社会的生活方式、家庭结构、婚恋方式带来不可预料的冲击。中国政府的态度是禁止生殖性克隆人。一再重申四不原则，不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。但是，中国不反对治疗性克隆。[随堂练习]·巩固1.杂种优势最突出表现在()A.亲代 B.F1C.F2 D.多代以后解析杂种优势指第一代杂种(F1)比双亲表现出更优良的品质。答案B2.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的()A.有丝分裂 B.分化C.减数分裂 D.全能性解析甘薯感染病毒后要进行脱毒处理才能恢复其优良特性，获得高产。脱毒的技术是微型繁殖技术，即利用无毒的茎尖等进行植物组织培养，组织培养的原理是细胞的全能性，细胞要通过脱分化和再分化过程，分裂方式是有丝分裂。答案C3.把胡萝卜单个韧皮部细胞放入配制的培养基上培养，获得了许多完整的植株。这些植株()A.变异频率较高 B.都是单倍体C.彼此性状极为相似 D.都是纯合子解析组织培养属无性繁殖方式，由同一个韧皮细胞培育而来的许多植株遗传物质均相同，故其性状极为相似。答案C4.一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能()A.有选择地繁殖某一性别的家畜B.繁殖家畜中的优秀个体C.用于保存物种D.改变动物的基因型解析克隆是无性繁殖，其后代性状几乎与提供核的母本完全一致。所以其基因型不会改变。答案D5.人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂苷。利用细胞培养技术生产人参皂苷的大致流程如下图所示：(1)配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后要进行________。接种前，要对人参根进行________。(2)用于离体培养的根切块，叫作________。培养几天后发现少数培养基被污染，若是有颜色的绒毛状菌落，属于________污染；若是有光泽的黏液状菌落，属于________污染。(3)用少量________酶处理愈伤组织，获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高人参皂苷合成量。(4)人参皂苷易溶于水溶性(亲水性)有机溶液，从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用________方法，操作时应采用________加热。解析本题以植物组织培养为材料背景，考查了植物组织培养过程中涉及的消毒、灭菌的相关知识及污染后的菌落特征的比较。同时考查了关于物质的提取和鉴定的知识，跨度较大，考查的知识面较广。(1)接种前，要对材料进行消毒(不能填灭菌)，配制培养基并分装后要用灭菌锅灭菌。(2)真菌污染：有颜色的绒毛状菌落；细菌污染：有光泽的黏液状菌落。(3)利用果胶酶处理愈伤组织可以获得单个的细胞。(4)人参皂苷易溶于亲水性有机溶液，故采用萃取的方法可以从培养物干粉中提取人参皂苷。答案(1)灭菌消毒(2)外植体真菌(霉菌)细菌(3)果胶(4)萃取水浴6.毛角蛋白Ⅱ型中间丝(KIFⅡ)基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFⅡ基因的高绒质绒山羊的简单流程如图所示：(1)过程①中最常用的运载工具是________，所需要的酶是限制酶和________。(2)在过程②中，用________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是__________________________________________________。(3)在过程③中，用________处理以获取更多的卵(母)细胞。成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行________处理。(4)从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是________。在胚胎移植前，通过________技术可获得较多胚胎。解析(1)基因工程中的运载体包括质粒、噬菌体衍生物及动植物病毒，其中质粒是最常用的运载体；所需工具酶是限制酶和DNA连接酶。(2)分散皮肤组织块成单个细胞常使用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)；在动物细胞培养过程中，CO2的作用是维持培养液pH的相对稳定。(3)要得到更多的卵(母)细胞需用促性腺激素进行超数排卵处理；成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行去核处理，以保证克隆后代的物质性状主要来自供体核。(4)把重组细胞培养成早期胚胎为早期胚胎培养技术；在胚胎移植前，可通过胚胎分割技术获得较多胚胎。答案(1)质粒DNA连接酶(2)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)维持培养液的pH稳定(3)促性腺激素去核(4)(早期)胚胎培养胚胎分割[课时作业]·达标一、选择题1.试管动物的生产过程不涉及()A.体外受精 B.胚胎体外培养C.胚胎移植 D.胚胎分割解析试管动物的生产过程中涉及精卵细胞的采集与处理、体外受精、早期胚胎的培养、胚胎移植。答案D2.利用植物的茎尖、叶片、茎等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短的时间内大量繁殖植物，还可以获得无病毒植株。下列关于这种技术的叙述中，正确的是()①这种技术利用了植物细胞的全能性②这种技术叫作组织培养，可以克隆生物体③这种技术属于细胞工程的应用领域之一④这种技术是一种无性繁殖的方式A.① B.①②③C.①② D.①②③④解析植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，该技术是一种无性繁殖方式(花药的培养是一种特殊的有性繁殖方式)，植物组织培养属于细胞工程的内容。答案D3.对生根培养不起作用的激素是()A.GA B.IAAC.NAA D.IBA答案A4.下图为某哺乳动物生殖过程示意图(b为卵细胞)。下列相关叙述中不正确的是()A.动物个体①②的产生分别属于有性生殖和无性生殖B.动物个体②的产生表明高度分化的动物细胞核也具有发育成完整个体的潜在能力C.按照动物个体②的产生方式，后代的性别比例仍为1∶1，但这对于动物的进化是不利的D.图中a、b、c三种细胞的产生方式，仅c为有丝分裂解析①为有性生殖；②为克隆，证明了动物细胞核的全能性。答案C5.(多选)明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保护性开发利用的方法有()A.设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产B.大量培养愈伤组织，直接提取药用成分C.大规模栽培组织培养苗，获取药用成分D.利用组织培养获得胚状体，制成人工种子解析设计细胞培养反应器，可以实现细胞产物的工厂化生产。有些药用成分可以从愈伤组织中直接提取。微型繁殖和人工种子都可以促进植物大量繁殖。答案ABCD6.下列对胚胎分割移植技术的叙述中，正确的是()A.在任何时期都能成功B.是将受精卵分割C.在组织、器官形成期最好D.分割份数会影响胚胎发育答案D7.下列有关克隆的实际意义，不正确的是()A.生物学和医药研究B.对濒危、珍稀的野生动物实施克隆，保护生物多样性C.可以克隆出许多科学家、艺术家、运动健将和各类优秀人才，为社会服务D.获得更多的优秀动物个体用于生产答案C8.将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是()解析本题主要考查植物生命活动调节中激素的作用和产生部位，植物有五大类激素，其中细胞分裂素和生长素可以促进植物的长芽和生根，此题中虽然培养基中没有植物激素，但是植物幼苗叶片本身可以产生生长素，而细胞分裂素的产生部位在根尖，所以细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一段时间后长出少量的根，所以答案为B。答案B9.某母牛一胎生出了几头基因型完全相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是()A.试管动物培养 B.胚胎移植C.受精卵移植 D.胚胎分割移植解析一胎生的几头牛的基因型完全相同，则肯定不是自然受精的结果。试管动物属于有性生殖，由其得到的后代基因型不相同，胚胎移植只是移植胚胎的技术。若原来的胚胎基因型不同，则其培育的后代基因型也不同。由一个胚胎经胚胎分割所得到的个体基因型完全相同。答案D10.中国政府的态度是禁止生殖性克隆人，不接受任何生殖性克隆人的实验，主要原因是()A.大多数人对克隆人的研究持否定态度B.克隆人不是正常的个体C.克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念D.克隆人的技术性问题无法得到解决解析克隆人严重违反了人类的伦理道德，冲击了现有的婚姻、家族和两性关系等传统的伦理道德观念，是在人为地制造在心理和社会地位上都不健全的人，因此中国政府禁止生殖性克隆人。答案C11.下列试管家畜技术过程中的操作，不合理的是()A.精子和卵子采集后可直接在试管内受精B.精子采集后要获能，卵子采集后要体外培养C.体外受精后，待受精卵发育到桑椹胚后才可移植D.试管家畜技术在操作过程上要严格无菌操作解析精子采集后，要对精子进行获能处理，才能进行受精，精子获能是指精子获得受精能力的生理过程，是精子受精前必须经历的一个重要阶段；卵子采集后需要在体外培养直至成熟才能进行受精作用。答案A二、非选择题12.我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放进培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株的过程示意图。请据图回答问题。(1)过程④和⑤要经过________、________和________。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入________。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气外，成功的另一个关键是操作过程必须保证________。(3)从育种的角度来看，植物组织培养与有性繁殖相比，优势主要有(列举两条)：________、________。解析(1)由愈伤组织形成完整植株要经过细胞分裂、细胞分化和组织器官的形成等阶段。(2)培养基中还要加入植物激素，并在无菌条件下培养。(3)植物组织培养的优势有能保持亲本的优良性状，培养周期短、繁殖率高，能培育无病毒植株等。答案(1)细胞分裂细胞分化组织器官的形成(或形成新一代植株)(2)植物激素无菌(3)能够保持亲本的优良性状，培养周期短，繁殖率高，能培育无病毒植株(任选两点即可)13.让羊产牛奶，科学家对此做了相关的构想，过程如下图所示。请根据上图回答下列有关问题：(1)图中涉及________、________等现代生物技术(至少写出两项)。(2)羊N能分泌牛乳蛋白，说明________；通常情况下不采用人工方法获取牛乳蛋白基因，这是因为__________________________________________________。(3)小羊a、小羊b、小羊c的性状表现________，小羊a和羊N的性状表现________(填“相同”“不同”或“不完全相同”)。答案(1)基因工程细胞核移植胚胎分割与移植动物细胞培养(任写两项即可)(2)牛乳蛋白基因在羊细胞内能正常表达真核细胞基因结构较复杂(3)相同不完全相同14.回答关于“试管牛”培育的几个问题：(1)刚刚排出的精子，不能立即与卵细胞受精，必须在雌性动物生殖道或体外类似于生殖道的理化条件下发生相应的生理变