第7单元 第3讲 从杂交育种到基因工程.docx

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第7单元第3讲从杂交育种到基因工程

第3讲__从杂交育种到基因工程

[考纲导学]　1.生物变异在育种上的应用（Ⅱ）　2.转基因食品的安全（Ⅰ）

知识梳理|夯实高考双基

回扣教材

一、杂交育种

1．定义：

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→优良品种。

4．优点：

操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。

5．缺点

（1）只能利用已有的基因进行重组，不能创造新基因。

（2）杂交后代会出现分离现象，育种进程缓慢。

二、诱变育种

1．定义：

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。

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．特点

（1）可以提高突变率，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。

（3）具有盲目性，需大量处理材料。

5．应用：

培育具有新性状的品种。

三、基因工程及其应用

1．定义：

又叫基因拼接技术或DNA重组技术。

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．工具

（1）基因的“剪刀”—限制性核酸内切酶（简称限制酶）：

识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。

（2）基因的“针线”—DNA连接酶：

连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口。

（3）基因的运载体：

将外源基因送入受体细胞，常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。

3．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。

4．应用

（3）环境保护：

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。

5．基因工程的安全性

基础自测

1．判断

（1）太空育种能按人的意愿定向产生优良性状。

（×）

（2）诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体。

（√）

（3）杂交育种和诱变育种都能产生前所未有的新基因，创造变异新类型。

（×）

（4）杂合子品种的种子只能种一年，需要年年制种。

（√）

（5）采用诱变育种可改良缺乏某种抗病性的水稻品种。

（√）

（6）没有限制酶就无法使用质粒运载体。

（√）

（7）我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度。

（√）

（8）重组质粒中每个限制酶识别位点至少插入一个目的基因。

（×）

（9）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。

（×）

2．小麦高茎（D）对矮茎（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性（两对基因独立遗传）。

现有高茎抗锈病纯合子和矮茎不抗锈病纯合子两个亲本，要想获得矮茎抗锈病的纯合新品种，育种专家提出了两种育种方案。

如下图所示，请回答下列问题：

（1）图中

（一）、

（二）所示过程在遗传学上分别叫________和________。

（2）图中表示的两种常见的育种方法是____________育种和________育种，其中哪种育种方法较为理想？

________，其优越性是_____________________。

（3）图中（四）处理的方法是_________________________________________，

目的是_________________________________________________________

______________________________________________________________。

（4）图中

（二）产生的矮茎抗锈病的个体比例是________，ddT_中能够稳定遗传的个体占________。

【解析】　

（1）

（2）方案甲是用两个纯合的亲本进行杂交，获得杂种一代，通过对杂种后代的不断优选自交，获得所需的能够稳定遗传的个体，属于杂交育种；而方案乙只利用了其中的一个亲本，经过（四）获得新个体（ddTt），由于基因T是亲本中所没有的，因此只能来自基因突变，由于基因突变具有不定向性，多数是不利的变异，因而影响育种效率。

而杂交育种目的性更强一些。

（3）诱发基因突变可以用物理或化学的方法，诱变育种的特点是能够提高突变的频率，增加所需性状出现的概率。

（4）DdTt自交，所得后代中性状符合要求的占3/16，ddT_中能够稳定遗传的个体占1/3。

【答案】　

（1）杂交　自交

（2）杂交　诱变　杂交育种　目的性强，能够将多个品种的优良性状集中在一起

（3）用物理方法或化学方法诱发基因突变　提高变异频率，获得所需要的变异个体

（4）3/16　1/3

3．农业科技工作者在烟草中找到一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。

请回答下列问题：

（1）要获得该抗病基因，可采用______、______等方法。

为了能把抗病基因转入棉花细胞中，常用的运载体是________。

（2）要使运载体与该抗病基因连接，首先应使用________进行切割。

假如运载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该运载体连接的抗病基因分子末端是________。

A.　　　　　　B.

C.D.

（3）切割完成后，采用________酶将运载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为________。

（4）再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，然后用该农杆菌去________棉花细胞，利用植物细胞具有的________性进行组织培养，从培养出的植株中________出抗病的棉花。

（5）该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是________。

A．淀粉　　　B．脂质

C．蛋白质　　D．核酸

（6）转基因棉花获得的______是由该表达产物来体现的。

【答案】　

（1）从细胞中分离　人工合成　Ti质粒

（2）限制性内切酶（限制酶）　A

（3）DNA连接　重组DNA分子

（4）感染　全能　筛选（选择）

（5）C

（6）抗病性状

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重点突破|领悟高考方向

重点1　遗传育种的原理及应用

[典例导悟1]

（2015·浙江高考）某自花且闭花授粉植物，抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。

抗病和感病由基因R和r控制，抗病为显性；茎的高度由两对独立遗传的基因（D、d，E、e）控制，同时含有D和E表现为矮茎，只含有D或E表现为中茎，其他表现为高茎。

现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子，欲培育纯合的抗病矮茎品种。

请回答：

（1）自然状态下该植物一般都是________合子。

（2）若采用诱变育种，在γ射线处理时，需要处理大量种子，其原因是基因突变具有________和有害性这三个特点。

（3）若采用杂交育种，可通过将上述两个亲本杂交，在F2等分离世代中________抗病矮茎个体，再经连续自交等________手段，最后得到稳定遗传的抗病矮茎品种。

据此推测，一般情况下，控制性状的基因数越多，其育种过程所需的________。

若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的F1在自然状态下繁殖，则理论上F2的表现型及其比例为________。

（4）若采用单倍体育种，该过程涉及的原理有________。

请用遗传图解表示其过程（说明：

选育结果只需写出所选育品种的基因型、表现型及其比例）。

【解析】　

（1）杂合子连续自交，后代纯合子比例逐渐增加，杂合子比例逐渐减小。

因此，自然状态下闭花授粉（连续自交）的植物一般都是纯合子。

（2）基因突变有多方向性、稀有性和有害性等特点，这决定了诱变育种需处理大量的材料。

（3）杂交育种一般通过杂交、选择、纯合化手段培育新品种，控制性状的基因数越多，通过自交进行纯合化的时间会越长。

根据题干信息可知，两个亲本感病矮茎和抗病高茎的基因型分别为rrDDEE和RRddee，若只考虑茎的高度，杂交得到的F1的基因型为DdEe，则F1自交后代F2有3种表现型：

矮茎、中茎、高茎，其比例为9（D__E__）∶6（3D__ee、3ddE__）∶1（1ddee）。

（4）单倍体育种的过程包括花药离体培养和染色体加倍两个过程，其中涉及基因重组、染色体畸变等原理。

单倍体育种的遗传图解见答案。

【答案】　

（1）纯　

（2）多方向性、稀有性　（3）选择　纯合化　年限越长　高茎∶中茎∶矮茎＝1∶6∶9　（4）基因重组和染色体畸变

[考点精讲]

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

培育纯合子品种：

杂交→自交→筛选出符合要求的表现型，自交到不发生性状分离为止（纯合子）

使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体上，即“集优”

①育种时间长

②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

培育杂种优势品种：

一般是选取纯合双亲杂交

年年制种

杂交水稻、玉米

诱变

育种

基因

突变

①物理：

紫外线、X射线或γ射线，微重力、激光等处理，再筛选；

②化学：

亚硝酸、硫酸二乙酯处理，再选择

提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状

有利变异少，需处理大量实验材料（有很大盲目性）

高产青霉菌，“黑农五号”大豆品种等的培育和高产雄性家蚕的培育

单倍体

育种

染色体数

目变异

①先杂交，使优良性状集中于同一个体；

②先花药离体培养，培养出单倍体幼苗；

③将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子；④从中选择优良植株

明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程

技术复杂且需与杂交育种配合

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

染色体数

目变异

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

所获品种发育延迟，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

基因工

程育种

基因

重组

提取目的基因→转入运载体→导入受体细胞→目的基因的表达与检测→筛选出符合要求的新品种

能定向地改变生物遗传性状；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

转基因“向日葵豆”、转基因抗虫棉

[命题视角]

视角1　不同育种方法的比较

1．假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。

现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良品种AAbb，可采用的方法如图所示，有关叙述不正确的是（　　）

A．由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种的育种方式的优点在于可以将多种优良性状集中在一个生物体上

B．与①②③过程的育种方法相比，⑤⑥过程的优势是明显缩短了育种年限

C．图中A_bb的类型经过③过程，子代中AAbb与aabb的数量比是3∶1

D．④过程在完成目的基因和运载体的结合时，必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶

【解析】　④过程在完成目的基因和运载体的结合时，必须用到的工具酶除了限制性核酸内切酶外还需DNA连接酶，D错误。

【答案】　D

视角2　育种原理的应用

2．番茄的抗病（R）对感病（r）为显性，高秆（D）对矮秆（d）为显性，控制上述两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。

为获得纯合高秆抗病番茄植株，研究人员采用了如图所示的方法。

据图分析，正确的是（　　）

A．若过程①的F1自交一代，产生的高秆抗病植株中纯合子占1/9

B．过程②常用一定浓度的秋水仙素处理单倍体的种子

C．过程③应用的原理是细胞增殖

D．过程④“航天育种”方法中主要的变异类型是基因重组

【解析】　①中的F1基因型为DdRr，自交一代后高秆抗病（D_R_）中纯合子（DDRR）占1/9。

②过程用一