必修二從雜交育種到基因工程

【考綱展示】1．生物變異在育種上的應(yīng)用(Ⅱ)2．轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題(Ⅰ)【熱點(diǎn)考向】1．誘變育種、雜交育種等育種方法的原理、應(yīng)用2．基因工程在育種中的應(yīng)用3．過程：選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本通過

獲得F1，

F1連續(xù)

或雜交，從中篩選獲得需要的類型。一、雜交育種1．概念：將兩個(gè)或多個(gè)品種的

通過交配集中在

一起，再經(jīng)過

，獲得新品種的方法。2．原理：

。優(yōu)良性狀選擇和培育基因重組雜交自交二、誘變育種1．概念：利用物理因素或化學(xué)因素處理生物，使生物

發(fā)生

，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法。2．原理：

。3．特點(diǎn)：可以

，在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多的

優(yōu)良變異類型?；蛲蛔兓蛲蛔兲岣咄蛔兟嗜⒒蚬こ?．概念：又叫基因拼接技術(shù)或

，是按照人們的意愿，把一種生物的

提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，

地改造生物的遺傳性狀。2．基本工具(1)基因的剪刀：

。(2)基因的針線：

。(3)基因的運(yùn)載體：常用的有

、噬菌體和

等。DNA重組技術(shù)某種基因定向DNA限制性內(nèi)切酶DNA連接酶質(zhì)粒動(dòng)植物病毒4．操作步驟(1)提取

。(2)目的基因與

結(jié)合。(3)將目的基因?qū)?/p>

。(4)目的基因的

。5．應(yīng)用基因工程主要在

、藥物研制和

等方面取得了重大成就。目的基因運(yùn)載體受體細(xì)胞檢測和鑒定作物育種環(huán)境保護(hù)名稱原理方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用雜交育種基因重組雜交↓自交↓篩選使分散在同一物種不同品種中的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于同一個(gè)體上①育種時(shí)間一般比較長②局限于同種或親緣關(guān)系較近的個(gè)體③需及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良品種用純種高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥培育矮稈抗病小麥培育雜合子品種：一般是選取純合雙親

子一代年年制種雜交水稻、雜交玉米等名稱原理方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用誘變育種基因突變誘變因素處理后篩選提高變異頻率，加快育種進(jìn)程，大幅度改良某些性狀盲目性大，有利變異少，工作量大，需要大量的供試材料高產(chǎn)青霉菌名稱原理方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用單倍體育種染色體變異雜交↓F1↓花藥離體培養(yǎng)↓秋水仙素加倍↓幼苗↓選育明顯縮短育種年限，子代均為純合子，加速育種進(jìn)程技術(shù)復(fù)雜用純種高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥快速培育矮稈抗病小麥名稱原理方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用多倍體育種染色體數(shù)目變異用一定濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗操作簡單，能較快獲得所需品種所獲品種發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低，一般只適用于植物三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥基因工程育種基因重組提取目的基因→目的基因與運(yùn)載體結(jié)合→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定→篩選獲得優(yōu)良個(gè)體①目的性強(qiáng)，育種周期短；②克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙技術(shù)復(fù)雜，安全性問題多，有可能引起生態(tài)危機(jī)轉(zhuǎn)基因“向日葵豆”、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉基因工程育種可按照人們的意愿定向培育新品種，且可突破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)不同物種間的基因重組。[例1]

如圖是植物育種方式的簡要概括圖，請據(jù)圖回答：(1)①→④表示的育種方法稱為________，這種育種方式的目的是______________________________________________________________________________________________；同上述育種方式比較，①→⑤→⑧育種方式的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在______________。(2)⑨方法所運(yùn)用的原理是________________。過程?常用__________________處理萌發(fā)的種子或幼苗。(3)過程?使用的生物技術(shù)是______________，該育種方式的最大優(yōu)點(diǎn)是_______________________________________。[課堂筆記]

圖中①→④是雜交育種，其目的是將兩個(gè)或多個(gè)優(yōu)良性狀通過雜交集中在一起，依據(jù)的原理是基因重組。圖中①→⑤→⑧是單倍體育種，其最大的優(yōu)點(diǎn)是明顯縮短了育種年限。(2)圖中⑨→⑩是誘變育種，依據(jù)的原理是基因突變。?→?是多倍體育種，常用秋水仙素(低溫)處理萌發(fā)的種子或幼苗。(3)過程?是基因工程育種，其優(yōu)點(diǎn)是能定向改造生物的性狀，克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。[答案]

(1)雜交育種將兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起明顯縮短育種年限(2)基因突變秋水仙素(或低溫)(3)轉(zhuǎn)基因技術(shù)按照人們的意愿直接定向改變生物性狀(目的性強(qiáng)、育種周期短、克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙)下列關(guān)于育種的敘述中，正確的是 (

)A．用物理因素誘變處理可提高突變率B．誘變育種和雜交育種均可形成新的基因C．三倍體植物不能由受精卵發(fā)育而來D．誘變獲得的突變體多數(shù)表現(xiàn)出優(yōu)良性狀解析：物理因素可以提高基因的突變率；雜交育種的原理是基因重組，并沒有形成新的基因；三倍體是指由受精卵發(fā)育而來，體細(xì)胞中含有三個(gè)染色體組的個(gè)體，如三倍體無子西瓜；誘變育種的原理是基因突變，而基因突變是不定向的。答案：A一、操作工具1．基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)(1)存在：主要在微生物體內(nèi)。(2)特性：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。(3)實(shí)例：EcoRI限制酶能專一識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。(4)切割結(jié)果：產(chǎn)生2個(gè)帶有黏性末端的DNA片段。(5)作用：基因工程中重要的切割工具，能將外來的DNA切斷，對自己的DNA無損害。2．基因的“針線”——DNA連接酶DNA連接酶的作用是在DNA分子連接過程中，黏合脫氧核糖和磷酸之間的缺口。如果把DNA分子看成“梯子形”，DNA連接酶的作用是把梯子的扶手連接起來。3．常用的運(yùn)載體——質(zhì)粒(1)本質(zhì)：小型環(huán)狀DNA分子。(2)作用①作為運(yùn)載工具，將目的基因送到宿主細(xì)胞中去；②用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。(3)作為運(yùn)載體應(yīng)具備的條件：①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；②有多個(gè)限制酶切點(diǎn)；③有標(biāo)記基因。二、操作步驟[例2]

(2010·河源質(zhì)檢)以下說法正確的是 (

)A．所有的限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列B．質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體C．運(yùn)載體必須具備的條件之一是：具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，

以便與外源基因連接D．DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵[課堂筆記]

選

每一種限制酶只能識(shí)別一種(或者一類)特定的核苷酸序列，不同的限制酶所識(shí)別的序列不同；質(zhì)粒是常用的運(yùn)載體，但不是唯一的。DNA連接酶連接的是兩個(gè)被限制酶切割的DNA片段的切口，互補(bǔ)的堿基之間通過氫鍵連接。C回顧考情從近幾年新課標(biāo)地區(qū)生物試題看，考查點(diǎn)主要在以下幾個(gè)方面：1．生物育種方法的比較與選擇。如2007年山東卷第26題考查了誘變育種、單倍體育種和雜交育種；2009年廣東卷第33題，綜合考查了單倍體育種和誘變育種。2．對于基因工程的考查，多在選修內(nèi)容中涉及。瞻望考向生物育種綜合了遺傳規(guī)律與變異及進(jìn)化的有關(guān)內(nèi)容，知識(shí)考查點(diǎn)全面，因此一直是高考命題的熱點(diǎn)。試題多以簡答題形式考查，也可以育種方案設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)題形式考查。為了快速培育抗某種除草劑的水稻，育種工作者綜合應(yīng)用了多種育種方法，過程如下。請回答問題。(1)從對該種除草劑敏感的二倍體水稻植株上取花藥離體培養(yǎng)，誘導(dǎo)成________幼苗。(2)用γ射線照射上述幼苗，目的是________；然后用該除草劑噴灑其幼葉，結(jié)果大部分葉片變黃，僅有個(gè)別幼葉的小片組織保持綠色，表明這部分組織具有________。命題設(shè)計(jì)(3)取該部分綠色組織再進(jìn)行組織培養(yǎng)，誘導(dǎo)植株再生后，用秋水仙素處理幼苗，使染色體________，獲得純合____________，移栽到大田后，在苗期噴灑該除草劑鑒定其抗性。(4)對抗性的遺傳基礎(chǔ)做進(jìn)一步研究，可以選用抗性植株與________雜交，如果________，表明抗性是隱性性狀。F1自交，若F2的性狀分離比為15(敏感)∶1(抗性)，初步推測________?！窘忸}指導(dǎo)】

二倍體水稻經(jīng)花藥離體培養(yǎng)可形成單倍體幼苗。用γ射線對單倍體幼苗進(jìn)行照射的目的是誘導(dǎo)產(chǎn)生抗除草劑的水稻幼苗，除草劑處理后葉片仍保持綠色的植株表明組織內(nèi)含有抗該除草劑的基因。單倍體幼苗經(jīng)秋水仙素處理后，使其染色體數(shù)加倍，從而獲得純合二倍體。選用抗性水稻與敏感水稻進(jìn)行雜交，如果F1表現(xiàn)為抗該除草劑，表明抗該除草劑為顯性性狀，如果F1表現(xiàn)敏感則表明抗該除草劑為隱性性狀。F1自交后得F2的性狀分離比15∶1，可初步推測水稻的抗除草劑性狀由兩對基因控制，基因型為雙隱性時(shí)才表現(xiàn)抗該除草劑，否則表現(xiàn)為敏感型?！敬鸢浮?/p>

(1)單倍體(2)誘發(fā)基因突變抗該除草劑的能力(3)加倍二倍體(4)(純合)敏感型植株F1都是敏感型該抗性植株中有兩個(gè)基因發(fā)生了突變探究性生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法探究性生物學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)在明確實(shí)驗(yàn)要求、目的的前提下，遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)“操作方便、程序合理、藥品節(jié)約、依據(jù)現(xiàn)象推測結(jié)論”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般可分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：理論指導(dǎo)1．理論假設(shè)的提出根據(jù)題目要求，確定實(shí)驗(yàn)的條件即實(shí)驗(yàn)變量x，實(shí)驗(yàn)中要注意控制“變量”。一般只確定一個(gè)變量，即唯一一個(gè)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能產(chǎn)生影響的變量。在此基礎(chǔ)上提出理論假設(shè)，它常?？梢悦枋鰹椋骸爱?dāng)條件x存在時(shí)，事件P(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)可能發(fā)生；當(dāng)條件x改變時(shí)，若事件P發(fā)生，能得出何結(jié)論：當(dāng)事件P不發(fā)生，能得出何結(jié)論?！?．設(shè)計(jì)探究性假設(shè)分五個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行：(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，包括必要的實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)藥品的準(zhǔn)備；(2)滿足條件x，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察事件P能否發(fā)生；(3)條件x改變，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察事件P能否發(fā)生，發(fā)生的程度如何？(4)設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)。對照實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循的原則，對照的常用方法有以下幾種：空白對照：不給對照組任何處理因素；條件對照：雖然給對照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素，但不是所要研究的實(shí)驗(yàn)因素；自身對照：對照和實(shí)驗(yàn)都在同一研究對象上進(jìn)行；相互對照：不單獨(dú)設(shè)立對照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對照；(5)梳理，實(shí)驗(yàn)是否遵循“單因子變量”、“平行重復(fù)”原則。3．觀察、記錄和結(jié)論仔細(xì)觀察并準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出相應(yīng)的結(jié)論，一般規(guī)律是：(1)若條件x存在，事件P能發(fā)生，條件x改變，事件P不能發(fā)生(或發(fā)生程度改變)，結(jié)論是“________”。(2)若條件x存在，事件P能發(fā)生，條件x改變，事件P能發(fā)生(或發(fā)生程度改變)，結(jié)論是“________”。(3)若條件x存在，事件P不能發(fā)生，條件x改變，事件P能發(fā)生(或發(fā)生程度改變)，結(jié)論是“________”。普通小麥中有高稈抗病(TTRR)和矮稈易感病(ttrr)兩個(gè)品種，控制兩對性狀的基因分別位于兩對同源染色體上。實(shí)驗(yàn)小組利用不同的方法進(jìn)行了如下三組實(shí)驗(yàn)：命題設(shè)計(jì)請分析回答：(1)A組由F1獲得F2的方法是________，F(xiàn)2矮稈抗病植株不能穩(wěn)定遺傳的占__________。(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類矮稈抗病植株中，最可能產(chǎn)生不育配子的是________類。(3)A、B、C三組方法中，最不容易獲得矮稈抗病小麥品種的是________組，原因是____________。(4)通過矮稈抗?、颢@得矮稈抗病小麥新品種的方法是__________________。獲得的矮稈抗病植株中能穩(wěn)定遺傳的占__________________。(5)在一塊高稈(純合體)小麥田中，發(fā)現(xiàn)了一株矮稈小麥。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案探究該矮稈性狀出現(xiàn)的可能原因(簡要寫出所用方法、結(jié)果和結(jié)論)?！窘忸}指導(dǎo)】

(1)將F1高稈抗病類型自交，在F2中可獲得高稈抗病、矮稈抗病、高稈易感病和矮稈易感病四種類型，從四種類型中選擇矮稈抗病Ⅰ。該矮稈抗病類型的基因組成為ttRR和ttRr，其中，不能穩(wěn)定遺傳的(ttRr)在矮抗植株中占2/3。(2)B組中矮稈抗病類型Ⅱ是由F1高稈抗病類型的花藥離體培養(yǎng)直接獲得，其基因組成為tR，屬單倍體，高度不育。(3)由題干信息可知，A為雜交育種，B為單倍體育種，C為誘變育種，因誘變育種具有突變率低且不定向等特點(diǎn)，所以C組最不易獲得矮稈抗病品種。(4)矮稈抗病Ⅱ是單倍體，要經(jīng)過秋水仙素(或低溫)誘導(dǎo)染色體加倍，才能得到矮稈抗病小麥新品種，基因型為ttRR，全部為純合體。(5)一塊高稈(純合體)小麥田中，發(fā)現(xiàn)了一株矮稈小麥，屬于變異。導(dǎo)致變異的原因有兩種：環(huán)境條件導(dǎo)致的不可遺傳的變異和遺傳物質(zhì)變化引起的可遺傳的變異，所以探究該矮稈性狀出現(xiàn)可能原因的實(shí)驗(yàn)思路是通過判斷該變異性狀能否遺傳來獲得結(jié)論，如該變異性狀能遺傳，則是基因突變的結(jié)果；如該變異性狀不能遺傳，則是由環(huán)境引起的。實(shí)驗(yàn)方法有兩種，其一將矮稈小麥與高稈小麥雜交，如果子二代高稈∶矮稈＝3∶1(或出現(xiàn)性狀分離)，則矮稈性狀是基因突變造成的，否則，矮稈性狀是環(huán)境引起的；其二，將矮稈小麥與高稈小麥種植在相同環(huán)境條件下，如果兩者未出現(xiàn)明顯差異，則矮稈性狀由環(huán)境引起，否則是基因突變的結(jié)果。【答案】

(1)自交2/3

(2)Ⅱ

(3)C基因突變頻率低且不定向(4)秋水仙素(或低溫)誘導(dǎo)染色體加倍100%(5)將矮稈小麥與高稈小麥雜交，如果子一代為高稈，子二代高稈∶矮稈＝3∶1(或出現(xiàn)性狀分離)，則矮稈性狀是基因突變造成的，否則，矮稈性狀是環(huán)境引起的。或?qū)捫←溑c高稈小麥種植在相同環(huán)境條件下，如果兩者未出現(xiàn)明顯差異，則矮稈性狀由環(huán)境引起，否則，矮稈性狀是基因突變的結(jié)果。1．育種的方法有雜交育種、單倍體育種、誘變育種、多倍體育種、基因工程育種等，下面對這五種育種的說法正確的是(雙選)(

)A．涉及的原理有：基因突變、基因重組、染色體變異B．都不可能產(chǎn)生定向的可遺傳變異C．都在細(xì)胞水平上進(jìn)行操作D．誘變育種可通過產(chǎn)生新基因從而產(chǎn)生新性狀解析：雜交育種和基因工程育種的原理為基因重組，單倍體、多倍體育種的原理為染色體變異，誘變育種的原理為基因突變。答案：AD2．用雜合子種子盡快獲得純合子植株的方法是(

)A．種植→F2→選取不分離者→純合子B．種植→秋水仙素處理→純合子C．種植→花藥離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子D．種植→秋水仙素處理→花藥離體培養(yǎng)→純合子解析：利用花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體，再經(jīng)人工誘導(dǎo)使染色體加倍，可迅速獲得純系植株。答案：C3．兩個(gè)親本的基因型分別為AAbb和aaBB，這兩對基因按自由組合定律遺傳，要培育出基因型為aabb的新品種，最簡捷的方法是 (

)A．單倍體育種B．雜交育種C．人工誘變育種

D．細(xì)胞工程育種解析：由于要培育基因型為aabb的新品種，為雙隱性個(gè)體，可從個(gè)體的表現(xiàn)型直接選擇出來，因此利用雜交育種的方法最簡捷，利用其他方法，技術(shù)含量要求高。答案：B4．改良缺乏某種抗病性的水稻品種，不宜采用的方法是(

)A．誘變育種

B．單倍體育種C．基因工程育種

D．雜交育種解析：本題考查幾種常見的育種方法。因題中交代是缺乏某種抗病性的水稻品種，欲改變其品種，可以用基因工程的方法，定向?qū)朐摲N抗病性基因以改變其性狀；也可以用雜交育種的方法，將該水稻品種與另一有該抗病性的水稻品種雜交，使優(yōu)良性狀集中在一起；或者可采用誘變育種的方法，誘導(dǎo)該水稻品種發(fā)生基因突變，產(chǎn)生該抗病性基因。答案：B5．DNA連接酶的主要功能是 (

)A．連接DNA復(fù)制時(shí)母鏈與子鏈之間形成的氫鍵B．連接黏性末端堿基之間形成的氫鍵C．將兩條DNA末端之間的縫隙連接起來D．將堿基、脫氧核糖、磷酸之間的鍵連接起來解析：DNA連接酶是通過催化連接DNA雙鏈外側(cè)磷酸和脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵，它與堿基之間的氫鍵無關(guān)。答案：C6．基因工程的操作步驟中，正確的操作順序是 (

)①使目的基因與運(yùn)載體相結(jié)合②將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞③檢測目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求④提取目的基因A．③②④① B．②④①③C．④①②③ D．③④①②解析：基因工程的操作過程有四步：一是提取目的基因，二是使目的基因與運(yùn)載體相結(jié)合；三是將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞；四是目的基因的檢測和表達(dá)。答案：C7