第23课时从杂交育种到基因工程

从杂交育种到基因工程考情分析(1)考查力度：占分比重相对较大，尤其是有关育种的题目。(2)考查内容①三种可遗传变异的实质与区别。②遗传病的类型、判断与概率计算。③变异与育种、基因工程的联系。④基因频率的求解。⑤现代生物进化理化的内容。(3)考查题型①多数考点以选择题形式考查。②以简答题的形式考查作物育种与变异的联系。1.(2008江苏T23B)诱变育种和杂交育种均可形成新基因。()【分析】诱变育种的原理是基因突变，基因突变产生了新的基因，故创造出变异新类型；杂交育种的原理是基因重组，没有产生新的基因，只是实现原有基因的重新组合。2.(2009上海T21C)花药离体培养技术也能培育获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，才可能获得高产新品种。××3.(2010全国卷ⅡT5D)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上属于基因工程。()【分析】基因工程是在人为作用下进行的，噬菌体感染细菌无人为因素，所以不属于基因工程。4.(2010浙江T2A)可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸，进行构建抗除草剂的转基因烟草。()【分析】限制性核酸内切酶可以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的核酸RNA。5.单倍体育种在所有育种方法中所用的年限最短。()【分析】育种年限的长短取决于所需要的品种，如果需要隐性纯合子，诱变育种所用年限短。×××6.杂交育种第一步杂交的目的是将两个亲本的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，使优良的基因集中在一起。7.太空育种能按人的意愿定向产生优良性状。()【分析】太空育种利用基因突变的原理。基因突变具有不定向性，产生的有害个体多于有利个体。8.在所有的基因工程步骤中都涉及碱基互补配对。()【分析】将重组DNA导入受体细胞中，这一步骤中没有涉及碱基互补配对。√××育种方法杂交育种诱变育种基因工程育种单倍体育种多倍体育种细胞工程育种一、杂交育种例：小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？1、杂交的育种过程：Ｐ高抗矮不抗Ｆ１高抗Ｆ２DDTTddttDdTtddTt高抗高不抗矮抗矮不抗ddTT矮抗ddTTddTt矮抗ddTT矮抗矮抗矮不抗ddTtddTT杂交自交选优自交F3选优思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？2、原理：基因重组3、方法：4、优点：使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即“集优”,能产生新的基因型。5、应用：用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦杂交→自交→选优→自交6、缺点：（1）只能利用已有基因的重组，并不能产生新的基因；（2）杂交进程缓慢，过程繁琐，育种时间长；（3）只能进行本物种或亲缘关系较近的物种杂交，不能克服远源杂交不亲和的障碍。二、诱变育种1、定义：利用物理因素（如X射线，紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸等）处理生物，使生物发生基因突变。2、原理：基因突变3、方法：物理方法(紫外线、α射线、失重等)或化学方法(亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理生物，再选择符合要求的变异类型4、应用:太空辣椒的培育、青霉菌的选育等5、优点：（1）提高突变的频率；（2）能产生新的基因，大幅度地改良某些性状；（3）较短时间内能获得稳定遗传的个体（缩短育种时间）。6、缺点：（1）难以控制突变方向，具有一定的盲目性；（2）有利个体不多，需要大量的处理生物材料，再进行选培养。【例】（2007山东）普通小麦中有高杆抗病（TTRR）和矮杆易感病（ttrr）两个品种，控制两对相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矮杆抗病植株中不能稳定遗传的占。（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮杆抗病植株中，最可能产生不育配子的是类。自交2/3II（3）A、B、C三组方法中，最不容易获得矮杆抗病小麦新品种的方法是组，原因是。（4）通过矮杆抗病Ⅱ获得矮杆抗病小麦新品种的方法是。获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占。C基因突变频率低且不定向秋水仙素诱导染色体加倍100%三、基因工程育种1、概念：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。2、原理：基因重组3、操作水平：DNA分子水平4、结果：定向改造生物的性状，获得人类所需要的品种。（一）基因工程的基本概念5、操作环境：6、基因操作工具基因的剪刀——限制性内切酶。基因的针线——DNA连接酶。基因的运输工具——运载体。（1）提取目的基因（2）目的基因与运载体结合（3）将目的基因导入受体细胞（4）目的基因的检测和表达7、基因工程的基本操作步骤：生物体外（1）基因工程与药物研制8、基因工程的应用（2）基因工程与作物育种考点基因工程的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特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割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的DNA片段。⑤作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。(2)DNA连接酶：①催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。③催化结果：形成重组DNA。(3)常用的运载体——质粒：①本质：小型环状DNA分子。②作用：a.作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去；b.用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。③条件：a.能在受体细胞内稳定保存并大量复制；b.有多个限制酶切点；c.有标记基因。2.对基因工程步骤的五点说明(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2个切口，产生4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。【思维拓展】与DNA有关酶的作用(1)DNA酶：即DNA水解酶，可以将DNA水解成脱氧核苷酸。(2)DNA聚合酶：在DNA复制的过程中，连接单个游离的脱氧核苷酸到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的磷酸二酯键。（二）基因工程育种2、原理：3、方法：1、定义：利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的外源基因转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。5、优点定向改变生物的性状；克服远缘杂交不亲和的障碍4、应用:产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉基因重组把目的基因导入受体细胞，再培育成新品种6、缺点有可能引起生态危机四、单倍体育种1．定义：利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。2．原理：染色体变异3．育种程序：利用常规杂交方法获得F1；将F1花药离体培养获得单倍体植株；用秋水仙素处理幼苗，染色体加倍后成为可育的纯合植株。4．优点：可缩短育种年限；排除显隐性干扰，提高效率。技术复杂且需与杂交配合5．缺点：五、多倍体育种1．原理：染色体变异2．育种程序：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗使细胞中的染色体数目加倍；秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成。3、应用:无籽西瓜4．优点：器官巨大，提高产量和营养成分。发育延迟，结实率低5．缺点：六、细胞工程育种1．原理：细胞膜流动性、细胞全能性2．育种程序：让不同生物细胞原生质体融合，同种生物细胞可融合为多倍体。3、应用:白菜—甘蓝、番茄—马铃薯4．优点：按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品且克服了远缘杂交不亲和的障碍。技术难度高5．缺点：【高考警示】不同育种方法需注意的问题(1)原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。(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的一个程序，要想得到可育的品种，一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体加倍。【例】(2008·江苏卷)下列关于育种的叙述中，正确的是()A．用物理因素诱变处理可以提高突变率B．诱变育种和杂交育种均可形成新的基因C．三倍体植物不能由受精卵发育而来D．诱变育种获得的突变体多数表现出优良性状A【例】(2009·上海卷)下列技术中不能获得抗锈高产小麦新品种的是()A．诱变育种B．细胞融合C．花药离体培养D．转基因C【例】：下图是用某种作物的两个品种①和②分别培育出④、⑤、⑥品种的示意图，试分析回答：①AABBEAb------------④D③AaBbFAAbb----------⑤②aabbGAAaaBBbb----⑥（1）用①和②培育⑤所采用的D和F步骤分别是和。其应用的遗传学原理是。（2）用③培育⑤所采用的E和H步骤分别是和。其应用的遗传学原理是。（3）用③培育⑥所采用的G步骤是_______________。其遗传学原理是______________。杂交自交基因重组花药离体培养秋水仙素处理幼苗染色体变异（单倍体育种）秋水仙素处理幼苗染色体变异（多倍体育种）七、考点剖析杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种细胞融合技术依据原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组细胞膜流动性、细胞全能性常用方法杂交→自交→选优→自交辐射诱变，激光诱变，作物空间技术育种花药离体培养获得单倍体，再经秋水仙素或低温诱导处理秋水仙素处理萌发的种子、幼苗转基因(DNA重组)技术将目的基因引入生物体内，培育新品种让不同生物细胞原生质体融合，同种生物细胞可融合为多倍体优点将不同个体的优良性状集中于一个个体上可以提高变异的频率，加速育种进程，大幅度地改良某些品种可以明显地缩短育种年限器官巨大，提高产量和营养成分定向改变生物的性状；克服远缘杂交不亲和的障碍按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品且克服了远缘杂交不亲和的障碍缺点时间长，需及时发现优良品种有利变异少，需大量处理实验材料技术复杂且需与杂交配合发育延迟，结实率低有可能引起生态危机技术难度高举例矮秆抗锈病小麦青霉素高产菌株、太空椒快速培育矮秆抗锈病小麦三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉白菜—甘蓝、番茄—马铃薯杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种细胞融合技术【方法归纳】育种目的不同，选择育种方法也不同，具体分析如下：(1)将同一物种两亲本的性状集中到同一生物体上，可利用杂交育种，这是最简便的育种方法。(2)将两物种的优良性状集中在一起，可用基因工程，也可用细胞杂交。(3)若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。(4)若要提高营养物质含量，可用多倍体育种方法。(5)若要培育原物种没有的性状，可用诱变育种和基因工程，其中基因工程是有目的地改良。(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，杂交实验较难操作，其最简便的方法是自交。(2)单倍体育种包括两个过程：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。