第7单元第23讲从杂交育种到基因工程

第23讲从杂交育种到基因工程[考纲考频]1．生物变异在育种上的应用Ⅱ(3年13考)2.转基因食品的安全Ⅰ(3年2考)[学生用书P154]一、杂交育种和诱变育种1．杂交育种(1)概念：将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。(2)原理：基因重组。(3)过程：选择具有不同优良性状的亲本→杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型。(4)优点：可以把多个品种的优良性状集中在一起；缺点：获得新品种的周期长。(5)应用：根据需要培育理想类型。2．诱变育种(1)概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法。(2)原理：基因突变。(3)过程：选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。(4)优点①可以提高突变频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型②大幅度地改良某些性状(5)缺点：诱发产生的突变，有利的个体往往不多，需处理大量材料。(6)应用：培育具有新性状的品种。诱变育种与杂交育种相比，最大的区别是什么？提示：二者最大的区别在于诱变育种能创造出新基因。二、基因工程1．概念：基因工程又叫基因拼接技术或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：不同生物间的基因重组。3.基本工具基因的剪刀：限制性核酸内切酶基因的针线：DNA连接酶基因的运载体：常用的有质粒、噬菌体和动植物病毒等4．操作步骤提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定5．应用(1)作物育种：利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种，如抗虫棉等。(2)药物研制：利用基因工程的方法，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，如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。解惑(1)DNA连接酶和DNA聚合酶都可形成磷酸二酯键。(2)操作工具有三种，但工具酶只有两种——限制酶和DNA连接酶，另一种工具——运载体的化学本质为DNA。1．无子西瓜的培育、高产青霉素菌株的产生、杂交育种所依据的原理分别是()①基因突变②基因分离③基因重组④染色体变异A．③②①B．④①②C．①③④D．④①③解析：选D。无子西瓜的培育利用了染色体变异的原理，属于多倍体育种。高产青霉素菌株的产生属于人工诱变育种，原理是基因突变。杂交育种的原理是基因重组。2．有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质，可以降解，不至于对环境造成严重的“白色污染”。培育专门“吃”这种塑料的细菌能手的方法是()A．杂交育种B．诱变育种C．单倍体育种D．多倍体育种解析：选B。细菌的生殖方式是无性生殖，其他三个选项都是不行的。诱变育种是在特殊条件下，对生物进行处理，使之发生基因突变。3．以基因型为RRYY和rryy的二倍体植株为亲本，欲培育出基因型为RRrrYYyy的植株，下列方法可行的是()①F1不断自交②以秋水仙素处理F1③利用F1的花粉进行离体培养④运用植物体细胞杂交技术培育A．②或③B．③或④C．①或②D．②或④解析：选D。以基因型为RRYY和rryy的二倍体植株为亲本，培育出基因型为RRrrYYyy的四倍体植株，染色体组的数目成倍增加，可用秋水仙素处理F1或用植物体细胞杂交技术处理。而用F1的花粉进行离体培养，会使染色体组的数目成倍减少。4．基因工程是将目的基因通过一定过程，转入到受体细胞，经过受体细胞的分裂，使目的基因的遗传信息扩大，再进行表达，从而培养成工程生物或生产基因产品的技术。你认为支持基因工程技术的理论有()①遗传密码的通用性②不同基因可独立表达③不同基因表达互相影响④DNA作为遗传物质能够严格地自我复制A．①②④B．②③④C．①③D．①④解析：选A。转基因之所以在不同种生物间可以进行，是因为遗传密码的通用性，不同基因表达的独立性，DNA自我复制的严格性。[学生用书P155～P157]考点一以变异为基础，考查生物育种杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组常用方式①选育纯种：杂交→自交辐射诱变、激光诱变、空花药离体培养，然后再秋水仙素处转基因(DNA重组)→选优→自交②选育杂种：杂交→杂交种间诱变使染色体数目加倍理萌发的种子或幼苗技术将目的基因导入生物体内，培育新品种育种程序甲品种×乙品种↓F1↓⊗F2人工选育↓⊗性状稳定遗传的新品种生物地面理太空飞化处理↓船搭载多种变异↓人工选育新品种取相关植株花粉↓花药离体培养单倍体幼苗↓错误!若干植株↓人正常幼苗↓秋水仙素染色体数目加倍↓人工选工选育新品种育新品种优点①使位于不同个体的优良性状集中到一个个体上②操作简便可以提高变异的频率、加速育种进程且大幅度地改良某些性状①明显缩短育种年限②所得品种为纯合子器官巨大，提高产量和营养成分打破物种界限，定向改变生物的性状缺点①育种时间长②不能克服远缘杂交不亲和的障碍有利变异少，需大量处理实验材料(有很大盲目性)技术复杂且需与杂交育种配合只适用于植物；发育延迟，结实率低有可能引发生态危机应用用纯种高秆抗高产青霉菌用纯种高秆抗三倍体无转基因病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦子西瓜、八倍体小黑麦“向日葵豆”、转基因抗虫棉1．欲利用aaBB和AAbb的亲代个体选育出双隐性状的优良植株个体如何培育？大约需几年？.两亲本个体杂交，只要在F2中出现该性状即可。3年。2．杂交育种和杂种优势含义相同吗？不同。两者都是将两个品种中的优良性状集中到一个亲本上，但杂交育种培育成能稳定遗传的纯合子，杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传学上的稳定。3．下列哪些过程属于单倍体育种？需经几年完成？每一年完成哪些过程？①②③④2年第一年完成过程①，第二年完成过程②③④4．植株M和植株N是两个不同物种的纯系二倍体植物，现用以下两种方案培育新品种：M的体细胞＋N的体细胞――→体细胞杂交MN杂种细胞―→植株1；植株M＋植株N――→有性杂交幼苗――→秋水仙素处理植株2。若上述方案能培育成功，理论上新品种植株1和植株2的染色体数目和遗传物质存在差异吗？染色体数目不存在差异，遗传物质存在差异（细胞质遗传物质和性染色体遗传物质存款在差异）。提示：1.两亲本个体杂交，只要在F2中出现该性状即可。3年。2．不同。两者都是将两个品种中的优良性状集中到一个亲本上，但杂交育种培育成能稳定遗传的纯合子，杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传学上的稳定。3．①②③④2年第一年完成过程①，第二年完成过程②③④4．染色体数目不存在差异，遗传物质存在差异。1．芥酸会降低菜籽油的品质。油菜有两对独立遗传的等位基因(H和h，G和g)控制菜籽的芥酸含量，如图是获得低芥酸油菜新品种(HHGG)的技术路线。已知油菜单个花药由花药壁(2n)及大量花粉(n)等组分组成，这些组分的细胞都具有全能性。据图分析，下列叙述错误的是()A．①、②两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化B．与④过程相比，③过程可能会产生二倍体再生植株C．图中三种途径中，利用花粉培养筛选低芥酸植株(HHGG)的效率最高D．F1减数分裂时，H基因所在染色体会与G基因所在染色体发生联会解析：选D。分析题图可知，①、②两过程均为细胞脱分化的过程，均需要植物激素来诱导，故A正确；由于花药由花药壁(2n)和大量花粉(n)等组分组成，由花药壁培养成的再生植株可能为二倍体，故B正确；利用花粉培养成的再生植株为单倍体，再用秋水仙素处理，使其染色体数目加倍，成为可育的纯合子，大大缩短了育种年限，故C正确；由于H基因所在的染色体与G基因所在的染色体不是一对同源染色体，因此，在减数分裂过程中，二者不会发生联会现象，故D错误。2．(2015·四川泸州模拟)假设a、B为玉米的优良基因，现有AABB、aabb两个品种，控制两对相对性状的基因位于两对同源染色体上，实验小组用不同方法进行了实验(如图)，下列说法不．正确的是()A．过程①⑧育种方法运用的原理是基因突变，最大优点是能提高突变率，在短时间内获得更多的变异类型B．过程⑤使用的试剂是秋水仙素，它可作用于正在分裂的细胞，抑制纺锤体的形成C．过程②③④育种方法运用的原理是基因重组，基因型aaB_的类型经④后，子代中aaBB所占比例是5/6D．过程②⑥⑦应用了单倍体育种的方法，最大的优点是明显缩短育种年限解析：选C。①⑧是诱变育种。②③④是杂交育种，原理是基因重组，基因型aaB_的类型中aaBB占1/3，aaBb占2/3，经过自交后，子代中aaBB所占比例是1/2，故C项错误。方法技巧生物育种方法的选择(1)集中不同亲本的优良性状——杂交育种选择具有不同优良性状的个体作为亲本，经过杂交→自交过程，在F2中选择，如果选取显性个体，还需要连续自交。(2)集中优良性状，又缩短育种年限——单倍体育种选择具有不同优良性状的个体作为亲本，经过杂交获得F1，取F1的花药进行离体培养，形成单倍体幼苗，再用秋水仙素或低温处理。(3)获得较大果实或大型植株或提高营养物质含量——多倍体育种用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗，使染色体加倍而形成多倍体。(4)提高变异频率，“改良”或“改造”或直接改变现有性状，获得当前不存在的基因或性状——诱变育种。(5)实现定向改变现有性状——基因工程育种。考点二利用图解法突破基因工程的操作工具及基本步骤基因工程操作步骤图解1．用同一种限制酶完成①②过程。2．用DNA连接酶完成③④过程。3．⑤产物为目的基因合成的蛋白质。1．要想从DNA上切下某个基因，应有几个切口，产生几个黏性末端？2。4。2．运载体与细胞膜上的载体在本质上有何不同？运载体为DNA，细胞膜上的载体为蛋白质。3．获取目的基因和切割运载体需要用同一种限制酶，目的是什么？产生相同的黏性末端。提示：1.2。4。2．运载体为DNA，细胞膜上的载体为蛋白质。3．产生相同的黏性末端。3．下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。(1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”：提取目的基因；构建基因表达载体；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。(2)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？不能，为什么？皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA。(3)过程②必需的酶是逆转录酶，过程③必需的酶是解旋酶。(4)若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，则③④⑤过程连续进行4次，至少需提供胸腺嘧啶15(a－b)个。(5)在利用A、B获得C的过程中，常用同一种限制性核酸内切酶切割A和B，使它们产生相同的黏性末端，再加入DNA连接酶才可形成C。解析：(2)图中①过程是从细胞中获取相应的mRNA，由于基因的选择性表达，人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录，不表达，因此不能形成胰岛素mRNA。(3)从mRNA→DNA是逆转录的过程，需要逆转录酶。DNA分子的扩增需用解旋酶将双链DNA解旋为单链。(4)一个DNA分子中的鸟嘌呤(b个)和胸腺嘧啶之和占碱基总数(2a个)的一半，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，由于复制方式为半保留复制，故需要提供的胸腺嘧啶数量为(a－b)×(16－1)＝15(a－b)。(5)目的基因与运载体需用同一种限制酶切割，产生相同的黏性末端，才可以在DNA连接酶的作用下连接形成基因表达载体。答案：(1)提取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定(2)不能皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA(3)逆转录解旋(4)15(a－b)(5)同一种限制性核酸内切酶相同的黏性末端DNA连接酶归纳提炼酶与磷酸二酯键(1)形成磷酸二酯键的酶：DNA连接酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、逆转录酶。(2)断裂磷酸二酯键的酶：限制性核酸内切酶(限制酶)、DNA酶