第6章_从杂交育种到基因工程

第6章从杂交育种到基因工程【高考目标定位】1、生物变异在育种上的应用2、转基因食品的安全【考纲知识梳理】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通过杂交获得F1，F1连续自交或杂交，从中筛选获得需要的类型。（4）应用：改良作物品质，提高农作物单位面积产量；培育优良的家畜、家禽。2、诱变育种（1）概念：利用物理因素或化学因素处理生物，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）特点：可以提高突变率，在较短时间内获得更多优良变异类型。（4）应用：主要用于农作物育种和微生物育种。二、基因工程1、概念：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，定向的改造生物的遗传性状。操作水平为DNA分子。2、过程与工具：提取某种基因→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↓↓限制酶DNA连接酶（只识别特定的核苷酸序列，（连接脱氧核糖和磷酸）并在特定的切点切割DNA分子）运载体（质粒、噬菌体、动植物病毒）三、基因工程的应用1、作物育种：利用基因工程，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。2、药物研制：利用基因工程，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。3、环境保护：如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。【要点名师精解】一、几种育种方法的比较名称原理方法优点缺点应用杂交育种基因重组杂交→自交→筛选使分散在同一物种或不同品种中的多个优良性状集中于同一个体上，即“集优”⑴育种时间长⑵局限于同一种或亲缘关系较近的个体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：一般是选取纯和双亲杂交，产生子一代年年制种诱变育种基因突变⑴物理：紫外线、α射线、微重力、激光等处理、再筛选⑵化学：秋水仙素、硫酸二乙酯处理，再筛选提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状盲目性大，有利变异少，工作量大，需要大量的供试材料高产青霉菌、“黑农五号”大豆品种等的培育单倍体育种染色体变异（染色体组成倍地减少）⑴先将花药离体培养，培养出单倍体植株⑵将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加快育种进程技术复杂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多倍体育种染色体变异（染色体组成倍地增多）用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗操作简单，能较快获得所需品种技术复杂，发育延迟，结实率低，一般只适用于植物三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦、四倍体水稻基因工程育种基因重组提取目的基因→装入运载体→导入受体细胞→目的基因的检测与表达→筛选出符合要求的新品种目的性强；育种周期短；克服了远缘杂交不亲和的障碍技术复杂，安全性问题多，有可能引起生态危机转基因“向日葵豆”；转基因抗虫棉二、基因工程操作的基本步骤如图：【例】以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括和。（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是和。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或，后者的形状成。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率，所以在转化后通常需要进行操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和序列上是相同的。【答案】（1）化学合成（人工合成）酶切获取（从染色体DNA分离/从生物细胞分离）（2）限制性核酸内切酶（限制酶）DNA连接酶（连接酶）（3）质粒小型环状（双链环状、环状）（4）低筛选（5）氨基酸【感悟高考真题】（2010·安徽高考）31．（24分）I．（15分）如图所示，科研小组用60Co照射棉花种子。诱变当代获得棕色（纤维颜色）新性状，诱变I代获得低酚（棉酚含量）新性状。已知棉花的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。（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、高酚的棉花植株基因型是_______，白色、高酚的棉花植株基因型是_______。（3）棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变I代中棕色、高酚植株自交。每株自交后代种植在一个单独的区域，从________的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I代中选择另一个亲本，涉及一方案，尽快选育出抗虫高产（棕色、低酚）的纯合棉花新品种（用遗传图解和必要的文字表示）。II．（9分）草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低。品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如下：外植体①愈伤组织②芽、根植株请回答：（1）微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取_________作为外植体，其依据是____。（2）在过程①中，常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和______，在配制好的培养基中，常常需要添加________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2~5d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是__________。（3）在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是_____________。【解析】本题考查有关遗传、变异、育种及细胞工程相关知识。Ⅰ亲代棕色、高酚自交后代是棕色、高酚，白色、高酚因此棕色是显性，亲代白色、高酚自交后代是白色、低酚，白色、高酚因此低酚是隐性。诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是AaBB，白色高酚的棉花植株基因型是aaBb，纯合体后代不发生性状分离，因此应从不发生性状分离（或全为棕色棉或没有出现白色棉）的区域中选择出纯合棕色、高酚植株。育种时间短应选择单倍体育种方案。Ⅱ培育无病毒植株苗，应选择不含病毒部分培养，而植物体新生部位不含病毒，植物组织培养培养基成分应包含大量元素、微量元素、有机物，另外常常需要添加植物激素诱导植物细胞分裂、分化，外植体边缘局部污染，说明消毒不彻底，不同植物激素的比例影响植物细胞发育方向，生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，比值高低，有利于芽的分化、抑制根的形成。【答案】Ⅰ⑴显性隐性表现型为棕色、低酚⑵AaBBaaBb⑶不发生性状分离或全为棕色棉或没有出现白色棉Ⅱ⑴茎尖、根尖不含病毒⑵有机物植物激素外植体消毒不彻底⑶培养基中生长素类物质和细胞分裂素类物质用量的比值偏低（2010·四川高考）31.（18分）回答下列ⅠⅡ两个小题Ⅰ.为提高小麦的抗旱性，有人将大麦的抗旱基因（HVA）导入小麦，筛选出HVA基因成功整合到染色体上的高抗旱性T。植株（假定HVA基因都能正常表达）。（1）某T。植株体细胞含一个HVA基因。让该植株自交，在所得种子种，种皮含HVA基因的种子所占比例为_________，胚含HVA基因的种子所占比例为_____________.。（2）某些T。植株体细胞含两个HVA基因，这两个基因在染色体上的整合情况有下图所示的三种类型（黑点表示HVA基因的整合位点）。①将T。植株与非转基因小麦杂交：若子代高抗旱性植株所占比例为50%，则两个HVA基因的整合位点属于图_______类型；若子代高抗旱性植株所占的比例为100%，则两个HVA基因的整合位点属于图_______类型。②让图C所示类型的T。植株自交，子代中高抗旱性植株所占比例为____________。【解析】本题考遗传相关知识，考查学生的综合应用能力第1小题：T植株含一个HVA基因，可以考虑为Aa，A代表HAV基因，自交，种皮是其体细胞，基因型全为Aa，胚为F1幼体，含A基因的比例为3/4。第2小题：A图考虑为AA，而非转基因小麦考虑为aa，则A图杂交后代抗旱比例为100%,B图可考虑为Aa（因两个HAV基因都在一条染色体上），则B图杂交后代抗旱比例为50%,C图可考虑为AaBb（A，B任一都抗旱），此时非转基因小麦考虑为aabb，则C图杂交后代抗旱比例为15/16（仅aabb不抗旱）。【答案】I：（1）100%75%（2）BA15/16（2010·江苏高考）6．育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植蛛，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是A.这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的B.该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体C.观察细胞有丝分裂中期染色体形卷可判断基因突变发生的位置D.将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系【解析】本题以突变实例为载体考查基因突变的特点、鉴别应用等。因不知该突变体的基因型，故不能判断其变异为隐性还是显性突变引起，A项错误。若一杆双穗为隐性突变，则该植株为隐性纯合体，则自交后权威一杆双穗；若为显性突变，则该个体为杂合体，其自交后代一杆双穗纯合体比例为1/4，B项正确。基因突变为分子水平变异，在显微镜下观察不到，C项错误，花药离体培养后形成的植株中无同源染色体，不可育，D项错误。【答案】B（2010·江苏高考）10.为解决二倍体普通牡蛎在夏季因产卵二出现肉质下降的问题，人们培育出三倍体牡蛎。利用普通牡蛎培育三倍体牡蛎合理的方法是A.利用水压抑制受精卵的第一次卵裂，然后培育形成新个体B.用被射线破坏了细胞核的精子刺激卵细胞，然后培育形成新个体C.将早期胚胎细胞的细胞核植人去核卵细胞中，然后培育形成新个体D.用化学试剂阻止受精后的次级卵母细胞释放极体，然后培育形成新个体【解析】本题考查多倍体育种方法操作，抑制第一次卵裂导致染色体加倍，培育而成的个体为四倍体，A项错误，用射线破坏了细胞核的精子刺激卵细胞，然后形成的新个体为单倍体，B项错误。C项利用移植方法获得的个体为二倍体，C项错误。极体中含有一个染色体组，受精卵含有两个染色体组，含有极体的受精卵中含有三个染色体组，发育而成的个体为三倍体，D项正确。【答案】D（2009·上海高考）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.花粉离体培养D.转基因【解析】花药离体培养获得是单倍体，一般高度不育。【答案】C（2009·广东高考）（8分）为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种培育种方法，过程如下。请回答问题。（1）从对该种除草剂敏感的二倍水稻植株上取花药离体培养，诱导成幼苗。（2）用射线照射上述幼苗，目的是；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有。（3）取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体，获得纯合，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。（4）对抗性的遗传基础做一步研究，可以选用抗性植株与杂交，如果，表明抗性是隐性性状。1F自交，若2F的性状分离比为15（敏感）：1（抗性），初步推测。【解析】本题考查了单倍体育种，诱变育种等知识，同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。花药离体培养是单倍体育种的基本手段，射线激光有诱发突变的能力，而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变形状，所以需要经过组织培养，为了获得可育的植株，需用秋水仙素使染色体加倍，加倍获得的是纯和子，通过与敏感型植株杂交，子一代表现出来的性状是显性，子二代出现性状分离，分离比是15：1，不符合分离定律，可以用自由组合定律来解释，只有两对基因都隐性时才表现为抗性。所以初步推测该抗性植株中两个基因发生了突变。【答案】（1）单倍体（2）诱发基因突变抗该除草剂的能力（3）加倍二倍体（4）（纯合）敏感型植株1F都是敏感型该抗性植株中有两个基因发生了突变（2009·海南高考）（14分）填空回答下列问题：（1）水稻杂交育种是通过品种间杂交，创