高中生物专题3育种与遗传问题

专题3育种与遗传问题育种的方法归纳•杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种、细胞工程育种、综合方法育种等。•要求：可以通过比较这些作物育种的原理、方法和过程、优缺点以及应用进行复习。一、杂交育种1．原理：基因重组。一般指种内不同品种间的杂交育种。目的：人们用杂交的方法，有目的地使生物不同品种间的基因重新组合，从而创造出对人类有益的性状重组新品种。——获得具有优良性状的纯合子。理解：什么是基因重组？什么时候发生基因重组？基因重组的原理是什么？基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。减数第一次分裂时。减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合（减数第一次分裂后期）。及同源染色体上非姐妹染色体单体交叉互换。（减数第一分裂前期）广义地讲，转基因也是基因重组。2．方法和过程：杂交→自交→选择（一般从F2开始）……要注意的问题：•亲本应有较多优点和较少缺点。根据要求选择（应具有某性状、性别与性状结合考虑等）。根据遗传特点选择（如花粉不育）。（1）亲本的选择（2）方法的选择•什么情况直接使用自交，什么时候先杂交再自交？（看条件）（3）杂交试验方法的运用•套袋处理、人工去雄、人工授粉。•统计原理：经选择淘汰后，子代符合要求的个体比例计算。3．优缺点：能根据人的预见把位于两个品种生物体上的优良性状集于一身；育种时间长，需随时观察及时发现优良性状。（4）控制优良性状的基因是显性基因还是隐性基因•判断是否纯合会有不同。•选择代数会有不同。（5）孟德尔原理的应用。例1:某自花传粉植物的紫苗（A）对绿苗（a）为显性，紧穗（B）对松穗（b）为显性，黄种皮（D）对白种皮（d）为显性，各由一对等位基因控制。假设这三对基因是自由组合的。现以绿苗紧穗白种皮的纯合品种作母本，以紫苗松穗黄种皮的纯合品种作父本进行杂交实验，结果F1表现为紫苗紧穗黄种皮。请回答：（1）如果生产上要求长出的植株一致表现为紫苗紧穗黄种皮，那么播种F1植株所结的全部种子后，长出的全部植株是否都表现为紫苗紧穗黄种皮？为什么？（1）不是。因为F1代植株是杂合体，F2代会发生性状分离。（2）如果需要选育绿苗松穗白种皮的品种，那么能否从播种F1植株所结种子长出的植株中选到？为什么？（2）能。因为F1代植株三对基因都是杂合的，F2代能分离出表现为绿苗松穗白种皮的类型。（3）如果只考虑穗型和种皮色这两对性状，请写出F2代的表现型及其比例。（3）紧穗黄种皮：紧穗白种皮：松穗黄种皮：松穗白种皮=9：3：3：1（4）如果杂交失败，导致自花受粉，则子代植株的表现型为，基因型为；如果杂交正常，但亲本发生基因突变，导致F1植株群体中出现个别紫苗松穗黄种皮的植株，该植株最可能的基因型为。发生基因突变的亲本是本。（4）绿苗紧穗白种皮aaBBddAabbDd母本二、诱变育种1．原理：基因突变。这种方法可以提高突变率，创造人类需要的变异类型，从中选择、培育出优良的生物品种。2．方法和过程：方法：利用物理因素(如太空的辐射X射线、γ射线、紫外线、失重或用激光等)；化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物（如萌动的植物芽或种子），使生物发生基因突变。过程：诱发突变→选择培育新品种。•注意：诱变选择的时机与部位。关于“过程”要注意的问题：•如果是原核生物或病毒，一经发生突变，只需扩大繁殖并筛选。•如果是动植物等真核生物，还要经过其他育种历程。（1）怎样获得稳定遗传的个体？•如果是微生物，考虑是否要用选择培养基，用什么样的选择培养基。用性状判断的方法选择吗?怎样判断?•如果是动植物又怎样选择。（2）怎样选择？3．优缺点：优点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状，变异范围广。缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良多基因遗传的性状效果较差。第二，基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。一般来说，在生物个体发育的过程中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分就越少。基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。基因突变的主要特点：第一，基因突变在生物界中是普遍存在的。包括自然突变，诱发突变。第三，在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。不同生物的基因突变率是不同的。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。第四，大多数基因突变对生物体是有害的。突变的有利或有害与环境有关。第五，基因突变是不定向的。一个基因可突为多个等位基因。例2：自然界中，一种生物某一基因及其三种突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下：正常基因精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸突变基因1精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸突变基因2精氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸突变基因3精氨酸苯丙氨酸苏氨酸酪氨酸丙氨酸根据上述氨基酸序列确定这三种突变基因DNA分子的改变是A．突变基因1和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添B．突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添C．突变基因1为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添D．突变基因2为一个碱基的替换，突变基因1和3为一个碱基的增添A例3：用纯种的高秆(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的方法如下图。下列有关此育种方法的叙述中，正确的是A．这种育种方法叫杂交育种B．过程④必须使用生长素处理C．这种方法的最大优点是缩短育种年限D．③过程必须经过受精作用雄配子幼苗④选出符合要求的个体。高秆抗锈病矮秆易染锈病F1③②①√三、单倍体育种1．原理：染色体变异（还涉及基因重组和组织培养）。注意：•主要涉及的是染色体变异的原理。•如果涉及多对基因遗传，将涉及亲本杂交，即利用基因重组的原理。2.方法及过程：花药花药离体培养单倍体人工诱导纯合子选择符合要求的个体。亲本组织培养秋水仙素处理如要亲本杂交，则选F1的花药。1.培养花药实质上是培养什么？培养结果如果出现了杂合子,是什么原因？2.单倍体的特点是什么？3.秋水仙素的作用原理是什么？3．优缺点：优点：明显缩短育种年限，加速育种进程。利用单倍体植株培育新品种只需要两年时间，就可以得到一个稳定的纯系品种。缺点：技术较复杂，常需与杂交育种结合，不适合动物育种工作。四、多倍体育种由受精卵发育的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫做多倍体。——注意多倍体与单倍体的区别。多倍体植物的特征是什么？1．原理：染色体变异体细胞在有丝分裂的过程中，染色体完成了复制，但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变)或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成染色体数目加倍的细胞。如果这样的细胞继续进行正常的有丝分裂，就可以发育成染色体数目加倍的组织或个体。2．方法和过程：3．优缺点：（可从植物多倍体的特征分析）优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富；缺点：结实率低，只适于植物。萌发的种子或幼苗秋水仙素处理染色体（组）加倍植株正常有丝分裂多倍体4.应用：了解三倍体无籽西瓜的问题。•秋水仙素处理的是几倍体植株？•杂交时作父本、母本的分别是几倍体植株？•用二倍体植株花粉传给三倍体植株的目的是什么？•三倍体植株能进行减数分裂产生配子吗？•四倍体植株上结的西瓜其果皮、种皮、胚、早期胚乳的染色体组分别是多少？五、基因工程育种1．原理：基因重组（或外源DNA重组）•物质基础是：生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成,所有生物决定氨基酸遗传密码子的通用性。•其结构基础是：一般生物的DNA均为双螺旋结构。有遗传效应的DNA片段关于DNA与基因的知识DNA基因由四种脱氧核苷酸组成共同的物质基础DNA双螺旋结构共同的结构基础基因的结构原、真核细胞基因结构及区别。基因的表达转录、翻译的场所、条件，中心法则，选择性表达，基因对性状的控制。细胞质基因遗传。DNA结构的特点碱基互补配对原则DNA复制复制的时期、条件、场所、特点。基因突变提取目的基因基因工程基本操作步骤目的基因与运载体结合目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达建立基因文库，从中获取人工合成基因反转录法据已知的氨基酸序列合成DNA同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组DNA分子主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法。常用方法？使用CaCl2的作用是什么？根据受体细胞是否具有某些标记基因控制的性状，或DNA分子杂交法判断目的基因是否导入。检测表达受体细胞是否表现出目的基因特定的性状，或进行转录、翻译检测（分子杂交）。2．方法和过程：3．优缺点：•不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行，育种时间短；•可能会引起生态危机，技术难度大。例1：在培养转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答：（1）A过程需要的酶有:限制性内切酶和DNA连接酶（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是________________________________________。具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存（没有要求答“具有多个限制酶切点”。）（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还需加入____________。卡那霉素（界定是否带有标记基因，转基因是否成功）（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用________________________作为探针。放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因（5）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。①将转基因植株与______________杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比外1:1。非转基因植株②若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为_________。3﹕1③若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占_______％。100六、细胞工程育种1．原理：植物细胞和动物细胞核的全能性。（1）什么叫细胞全能性？细胞为什么具有全能性？（2）细胞在什么情况下才能表现出全能性？（3）细胞全能性高低的规律是什么？2．方法和过程：（1）植物：植物体细胞杂交→植物组织培养A.植物组织培养的过程是什么？愈伤组织的特点是什么？所需激素是什么？激素有什么作用？B.在体细胞杂交时怎样去壁？用什么办法融合？融合的结构叫什么？培养的细胞叫什么？C.该法育种的最大优点是什么？（2）动物克隆：核移植→动物细胞培养→胚胎移植A.一般用来进行核移植的细胞是什么细胞？通过该过程产生新个体的生殖方式属于什么生殖？B.进行动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基有什么不同？3.优缺点：能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等；技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战（创造出新的人造物种），有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少（近亲个体增多），个体生存能力下降。4．细胞工程的应用：植物组织培养技术，除了快速繁殖、培育无病毒植物外，还可以通过大规模的植物细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。例如，从大量培养的紫草愈伤组织中提取的紫草素。用植物组织培养的方法，诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，加入人工胚乳，包裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。转基因植物的培育，也要用到植物组织培养的方法。哺乳动物通过胚胎移植技术，可加快优良种畜的繁殖速度。动物细胞培养可用来检测某些物质的毒性，通过细胞融合技术生产单克隆抗体。（要知道方法和过程）例6现有甲、乙两个烟草品种(2n＝48)，其基因型分