学年人教版必修2 第6章 从杂交育种到基因工程 学案.docx

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学年人教版必修2第6章从杂交育种到基因工程学案

学习目标导引

核心素养对接

关键术语

1.说出杂交育种和诱变育种的概念、原理、优点和不足；

2.举例说明杂交育种的技术流程。

1.科学思维——分析、归纳两种育种方案，明确其原理和优缺点；

2.科学探究——探究基因突变和基因重组在育种方面的应用，培养设计和分析实验能力；

3.社会责任——运用遗传定律知识指导设计育种方案，指导农业生产。

杂交育种

诱变育种

|预知概念|

一、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（以高产抗病小麦品种的选育为例）：

亲代　　　　　高产、不抗病×低产、抗病

↓

杂种第一代　　高产、抗病（均为显性性状）

↓⊗

第二代　　　　　　　选出高产、抗病个体

↓连续自交

　选出不发生性状分离的所有高产、抗病个体留种

4.优点　可以把多个品种的优良性状集中在一起。

二、诱变育种

项目

内容

处理方法

物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）

原理

基因突变

优点

提高了突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型

应用

主要用于农作物和微生物育种

|过程评价|

1.杂交育种和诱变育种的原理相同（　　）

2.杂交育种培育的优良品种所具有的优良性状已经存在于育种材料中（　　）

3.杂交育种往往在杂交之后要连续进行自交（　　）

4.杂交育种不一定需要连续自交，若选育的是隐性优良纯种，则只要在子二代出现该性状的个体即可（　　）

5.诱变育种能提高突变率，在较短时间内一定实现育种目标（　　）

6.诱变育种的原理是基因突变，不适用于细菌等原核生物（　　）

答案　1.×　2.√　3.√　4.√　5.×　6.×

|联想·质疑|

★杂种优势是指基因型不同的亲本间杂交产生的杂种子一代，在长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。

★太空诱变育种：

在太空高辐射、微重力等综合因素下，被载植物种子的基因易发生突变。

（1）在杂交育种中，选育所需要的类型从子几代开始选择？

提示：

从子二代开始，因为子二代开始才有性状分离。

（2）杂交育种能否克服不同物种间带来的远缘杂交不亲和的障碍？

为什么？

提示：

不能，因为杂交育种只能在同一物种间进行。

科学探究1　杂交育种与诱变育种的过程及其特点

1.有两种纯种的小麦，一为高秆（D）抗锈病（T），另一为矮秆（d）易感锈病（t），这两对性状独立遗传，现要培育矮秆抗锈病新品种，方法如下：

高秆抗锈病×矮秆易感锈病

F1

F2

稳定遗传的矮秆抗锈病新品种

请思考下列问题：

（1）图中a、b、c的含义分别是什么？

提示：

a是杂交，b是自交，c是连续自交。

（2）通过过程a得到的F1是否同时出现了矮秆、抗病的性状？

过程a的目的是什么？

提示：

F1没有同时出现矮秆、抗病的性状，杂交的目的是将矮秆基因和抗病基因集中到F1。

（3）图中的哪一代开始出现矮秆抗锈病植株？

所出现的矮秆抗锈病植株是否为符合要求的新品种？

为什么？

提示：

从F2中开始出现矮秆抗锈病植株，其中既有纯合体（占1/3）也有杂合体（占2/3），所以F2出现的矮秆抗锈病还不能算是符合要求的新品种。

（4）上述杂交育种过程至少需要几年的时间（假设每年只繁殖一代）？

提示：

4年。

第一年：

种植亲代，杂交，收获F1种子；

第二年：

种植F1，自交，收获F2种子；

第三年：

种植F2，获得表现型符合要求的小麦（矮抗），同时矮抗自交，收获F3种子，分单株保存；

第四年：

分别种植符合要求的F3，观察是否发生性状分离，不发生性状分离的为合乎要求的新品种。

（5）若上述过程改为单倍体育种的过程，则后代中ddTT占所有后代的比例是多少？

单倍体育种获得新品种至少需要几年（假设每年只繁殖一代）？

提示：

；2年。

第一年：

种植亲代，杂交，收获F1种子；

第二年：

种植杂交种子，长成植株开花后，取其花粉粒（精子的基因型有四种，为DT、Dt、dT、dt）进行植物组织培养，得到单倍体植株（基因型也是四种，为DT、Dt、dT、dt）。

在单倍体植株的幼苗期，用秋水仙素处理使染色体加倍，得到纯合的二倍体植株（基因型分别为DDTT、DDtt、ddTT、ddtt）。

选取表现型合乎要求的植株所结种子即可。

（6）培育细菌新品种时，能否用杂交育种的方法？

提示：

杂交育种只适用于进行有性生殖的生物，如植物和动物。

细菌是原核生物，不能进行有性生殖。

2.思考下列关于诱变育种的问题：

（1）诱变育种中为什么要用物理因素或化学因素处理育种材料？

提示：

诱变育种的原理是基因突变，而基因突变在自然状态下频率较低，用物理因素或化学因素处理后，可大大提高突变频率。

（2）为什么要处理萌发的种子或幼苗，而不能处理一些成熟的或老化的组织？

提示：

因为萌发的种子和幼苗中，细胞分裂能力强，DNA进行复制过程中容易发生基因突变。

（3）杂交育种和诱变育种中，哪种最可能达不到育种目的？

为什么？

提示：

诱变育种，因为诱变育种的原理是基因突变，而基因突变具有不定向性，不一定按照人们的意愿进行突变。

【探究应用】

用杂合子（DdEe）种子获得纯合子（ddee），最简捷的方法是（　　）

A.种植→F1→选双隐性者→纯合子

B.种植→秋水仙素处理→纯合子

C.种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合子

D.种植→秋水仙素处理→花药离体培养→纯合子

解析　杂合子（DdEe）种子中含有d、e基因，自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传，方法简捷。

答案　A

【一题多变】

（1）如果培育的品种基因型是DDEE，则最快的育种方式是哪种？

提示：

是单倍体育种，即C选项中的育种方式。

（2）单倍体育种中，为什么得到单倍体后还需要用秋水仙素处理单倍体幼苗？

提示：

因为二倍体的花粉培养成的单倍体只有一个染色体组，是不育的，需要经过秋水仙素处理后，使染色体组加倍后才会产生可育的植株。

几种杂交育种步骤的区别

（1）培育常规的纯合子品种

①培育隐性纯合子品种：

选取双亲

子一代

子二代→选出符合要求的优良性状个体就可以推广。

②培育显性纯合子品种：

选取双亲

子一代

子二代→选出符合要求的优良性状个体

子三代→选出符合要求的优良性状个体

……选出稳定遗传的个体推广。

（2）培育杂合子品种：

选取双亲

子一代，年年制种。

（3）对于进行无性繁殖的生物，如马铃薯、果树等，只要获得该优良性状的个体，即可通过无性生殖产生优良后代，而不必连续自交。

科学探究2　多种生物育种方式的比较

如图甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑥表示培育水稻新品种的过程，请思考：

（1）图中哪种途径为单倍体育种？

提示：

图中①→③→⑤过程表示单倍体育种。

（2）图中哪些标号处需用秋水仙素处理？

应如何处理？

提示：

图示⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合子，⑥处需用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。

（3）④⑥的育种原理分别是什么？

提示：

④的育种原理为基因突变，⑥的育种原理为染色体变异。

（4）图中最简便及最难以达到育种目的的育种途径分别是哪种？

提示：

图中最简便的育种途径为①→②过程所示的杂交育种，但育种周期较长；最难以达到育种目的的途径为④诱变育种。

（5）是不是所有的杂交育种过程都必须从F2开始筛选？

是不是也都需要连续自交提高纯合度？

举例说明。

提示：

不一定。

如果培育杂合子品种，选亲本杂交得到的F1即可。

如果选育的优良性状是隐性性状，一旦出现就是纯合的，不需要再连续自交了。

【探究应用】

如图所示，将二倍体植株①和②杂交得到③，再将③做进一步处理。

对此分析错误的是（　　）

A．由⑤得到⑥的育种原理是基因重组

B．图中秋水仙素的作用是使染色体数目加倍

C．若③的基因型是AaBbdd，则⑨的基因型可能是aBd

D．③至④的过程中，所产生的变异都有利于生产

解析　⑤→⑥的育种是杂交育种，其原理是基因重组，A正确；秋水仙素可以抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，从而导致染色体数目加倍，B正确；若③的基因型是AaBbdd，能产生4种配子，则⑨的基因型可能是aBd，也可能是ABd、Abd或abd，C正确；基因突变具有多害少利性，故③→④过程中产生的变异大多数不利于生产，D错误。

答案　D

【一题多变】

（1）杂交育种能否获得新物种？

提示：

不能获得新物种，只能获得新品种。

（2）秋水仙素的作用时期和机理？

提示：

作用于细胞分裂前期，抑制纺锤体的形成。

（1）杂交育种只应用于进行有性生殖的生物，而诱变育种不仅应用于进行有性生殖的生物，也可应用于进行无性生殖的生物。

（2）杂交育种主要应用于植物和动物（如家畜、家禽等），而诱变育种主要应用于植物和微生物。

（3）根据育种目标及要求选择育种方式

育种目标

育种方式

集中双亲优良性状

快速育种

单倍体育种

操作简单

杂交育种

让原品系产生“新”性状

诱变育种

对原品种性状进行“增大”或“加强”

多倍体育种

保持原品种“优良”特性，快速繁殖（植物）

植物组织培养

【运用概念】

1．下列关于几种常见育种方法的叙述，错误的是（　　）

A．在杂交育种中，一般从F2开始选种，因为从F2开始发生性状分离

B．在单倍体育种中，常先筛选F1花粉类型再分别进行花药离体培养

C．在多倍体育种中，用秋水仙素处理的目的是使染色体数目加倍

D．在诱变育种中，人工诱变能提高变异频率

解析　由于杂交育种要从F2才发生性状分离，开始出现所需要的表现型，所以从F2开始选种；在单倍体育种中，先对F1的花粉进行离体培养，后经秋水仙素处理，长成植株后再进行筛选；在多倍体育种中，用秋水仙素处理的目的是抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍获得多倍体；在诱变育种中，人工诱变能提高变异的频率，大幅改良某些性状，可加速育种进程。

答案　B

2．小麦抗锈病对易染锈病为显性，人们在育种过程中需要鉴别和保留纯合的抗锈病小麦。

现有Ⅰ、Ⅱ两种抗锈病的小麦，鉴别其是否纯合的最简便易行的方法是（　　）

A.Ⅰ×Ⅱ

B.Ⅰ×Ⅱ→F1，F1再自交

C.Ⅰ、Ⅱ分别和易染锈病植株测交

D.Ⅰ、Ⅱ分别自交

解析　鉴别一株显性植株是不是纯合体，可用测交法和自交法，其中自交法最简便易行。

答案　D

3.下列4种育种方法中，变异类型相同的是（　　）

①用玉米花药离体培养得到单倍体植株

②用秋水仙素处理西瓜幼苗得到多倍体植株

③通过杂交育种获得抗病抗倒伏小麦品种

④用X射线处理青霉菌得到高产菌株

A.①②B..③④

C.①③D..②④

解析　玉米花药离体培养得到单倍体植株、秋水仙素处理西瓜幼苗得到多倍体植株变异类型都是染色体变异；通过杂交育种获得抗病抗倒伏小麦品种变异类型是基因重组；用X射线处理青霉菌得到高产菌株变异类型是基因突变。

答案　A

【科学思维】

4.杂交玉米的种植面积越来越广，农民需要购买玉米杂交种。

不能自留种子来年再种的原因是（　　）

A.自留种子发芽率低

B.杂交种都具有杂种优势

C.自留种子容易患病虫害

D.杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离

解析　杂交种具有杂种优势，但杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离而不再具有杂种优势。

答案　D

5.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”这种塑料的细菌的方法是（　　）

A.杂交育种B..单倍体育种

C.诱变育种D..多倍体育种

解析　能分解这种塑料的乳酸菌应含有相应的酶，控制合成该酶的基因是从无到有的，应属于基因突变。

答案　C

课时提升训练

（时间：

30分钟　满分：

50分）

【运用概念】

1.把同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上，并能使性状稳定遗传，常用的方法是（　　）

A.诱变育种B..杂交育种

C.花药离体培养D..自交

解析　将同种生物的不同优良性状集中在同一个个体上的方法是杂交得到F1，这样F1体内就集中了控制不同优良性状的基因，F1自交，产生F2，在子二代中选择出优良性状个体，经过多代选育，选择出稳定遗传个体即可，该方法属于杂交育种。

答案　B

2.太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等，诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异，然后进行选育的一种育种方法。

下列说法正确的是（　　）

A.太空育种产生的突变总是有益的

B.太空育种培育的植物是地球上原本不存在的

C.太空育种产生的性状是定向的

D.太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的

解析　基因突变具有不定向性，多数有害，少数有利，可以产生新基因，但不能改变生物的种类。

太空育种的实质是诱变育种，和其他诱变方法一样，依据的原理是基因突变。

答案　D

3.下列不属于诱变育种实例的是（　　）

A.一定剂量的γ射线引起变异得到新品种

B.用一定剂量X射线处理青霉菌菌株获得高产菌株

C.玉米单株自交后代中出现一定比例的白化苗

D.激光照射植物或动物引起突变得到新品种

解析　A、B、D三项均是物理因素诱变育种的实例。

玉米单株自交后代出现一定比例的白化苗可能是由于杂合子自交出现了性状分离。

答案　C

4.下列关于诱变育种的优点和缺点分析不正确的是（　　）

A.提高变异频率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程

B.结实率低、发育迟缓、茎秆粗壮、果实种子大、营养物质含量高

C.大幅度改良某些性状

D.有利个体不多，需要大量的实验材料

解析　选项B为多倍体的特点，故为多倍体育种的特点分析。

答案　B

5.下列关于育种的叙述中，正确的是（　　）

A.人工诱变处理可提高作物的突变率

B.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因

C.诱变获得的突变体多数表现出优良性状

D.与诱变育种相比，杂交育种可以大幅度地改良某些性状

解析　

答案　A

6.将①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如下图所示。

下列分析错误的是（　　）

A.由③到⑦过程发生了等位基因的分离、非等位基因的自由组合

B.获得④和⑧植株的原理不同

C.若③的基因型为AaBbdd，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的

D.图中各种筛选过程利用的原理相同

解析　③到⑦过程要进行减数分裂产生花粉，所以该过程发生等位基因的分离和非等位基因的自由组合；③到④是诱变育种，原理是基因突变，而③到⑧是多倍体育种，原理是染色体变异；若③的基因型为AaBbdd，则其自交后代只有纯合子才能稳定遗传，纯合子的概率是

×

×1＝

。

答案　D

7.通过下列技术培育得到的新个体属于单倍体的是（　　）

A.秋水仙素处理水稻萌发的种子

B.紫外线照射青霉菌株

C.玉米的花药进行离体培养

D.高秆抗病小麦与矮秆易感小麦杂交

解析　玉米的花药进行离体培养得到的新个体属于单倍体。

答案　C

8.我国科学家精选的农作物种子通过“天宫一号”搭载上天，利用宇宙空间的特殊环境诱发的变异育种，这些变异（　　）

A.是定向的

B.对人类都有益

C.为人工选择提供原材料

D.不能遗传给后代

解析　利用宇宙空间的特殊环境诱发的变异育种属于诱变育种，原理是基因突变，基因突变是不定向的。

答案　C

9.为获得优良性状的纯合体，将基因型为Aa的小麦逐代自交，且逐代淘汰aa，下列说法错误的是（　　）

A.该育种方式与单倍体育种相比所需育种年限长

B.此过程中F1出现aa个体的基础是等位基因分离

C.育种过程中Aa个体所占比例保持不变

D.可通过单倍体育种方式得到100%的纯合品种

解析　由题意可知，在育种过程中Aa个体和aa个体所占比例，逐代减小，而AA个体所占比例，逐代增大。

答案　C

10.我国航天科研工作者成功培育出了“太空花”。

下列相关叙述不正确的是（　　）

A.培育“太空花”的原理是基因突变

B.从飞船上带回的实验植物并非都长成如愿的美丽“太空花”

C.“太空花”是地球上原本不存在的物种

D.“太空花”的出现丰富了自然界的基因种类

解析　“太空花”的出现是由于控制该性状的基因发生了突变，产生了新的基因，从而丰富了自然界中基因的种类，但并未产生新物种，只是个别性状的改变，由于基因突变具有低频性、不定向性，所以实验植物并非都长成如愿的“太空花”。

答案　C

【科学思维】

11.在红粒高秆的麦田里，偶然发现一株白粒矮秆优质小麦，欲在两三年内能获得大量的白粒矮秆麦种，通常用的育种方法是（　　）

A.自交（杂交）育种B..诱变育种

C.人工嫁接D..单倍体育种

解析　由于不确定突变出来的白粒矮秆个体是显性突变还是隐性突变，也就不能确定此个体是纯合子还是杂合子，只能进行自交，使之纯化。

因此，欲在两三年内能获得大量的白粒矮秆麦种，通常用的育种方法是自交或杂交育种。

答案　A

12.黑龙江省农科院欲通过下图所示的育种过程培育出高品质的糯玉米（yyRR）。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.a过程中运用的遗传学原理是基因重组

B.a过程需要用秋水仙素处理萌发的种子

C.利用c过程定能更快获得高品质的糯玉米

D.b过程需要通过逐代自交来提高纯合率

解析　由图可知，a是染色体变异；a过程属于单倍体育种，单倍体没有种子；c过程用射线处理，基因突变具有低频性和不定向性，所以通过该过程不一定能更快获得所需品种；b过程属于杂交育种过程，通过连续自交提高纯合率。

答案　D

13.如图表示某种农作物品种①和②培育出⑥的几种方法，下列有关说法错误的是（　　）

A.经过Ⅲ培育形成④常用的方法是花药离体培养

B.过程Ⅵ常用一定浓度的秋水仙素处理④的幼苗

C.由品种①直接形成⑤的过程必须经过基因突变

D.由品种①和②培育出能稳定遗传的品种⑥的最快途径是Ⅰ→Ⅴ

解析　品种①的基因型为AABB，品种②的基因型为aabb，要培育出基因型为AAbb的品种⑥，最快的途径应为单倍体育种，所以应为途径Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ，而Ⅰ→Ⅴ途径获得的子代中既有纯合子又有杂合子，还需要不断地连续自交进行筛选才能获得需要的品种⑥。

答案　D

14.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　途径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选优自交，获得所需要的且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，经过处理（四）获得新个体（ddTt），由于基因T是原亲本中所没有的，因此只能来自基因突变，所采用的育种方法为诱变育种。

由于诱变育种利用的原理是基因突变，而基因突变具有不定向性，多数是不利的变异，出现所需特定性状的可能性小，进而影响育种效率。

而题目提供的另一亲本中含有所需要的基因T，所以采用杂交育种的方法目的性更强，成功的可能性更大，所以是一种较理想的选择。

F2中矮茎抗锈病个体的基因型有ddTt和ddTT，能稳定遗传的个体占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

15.（科学探究）小香猪“天资聪颖”，略通人性，成为人们的新宠。

其背部皮毛颜色由位于不同常染色体上的两对基因（A、a和B、b）控制，共有四种表现型，黑色（A_B_）、褐色（aaB_）、棕色（A_bb）和白色（aabb）。

现有多对黑色杂合的小香猪，要选育出纯合的棕色小香猪，请简要写出步骤（假设亲本足够多，产生的后代也足够多）。

（1）_________________________________________________________________；

（2）_________________________________________________________________。

解析　育种的方法一般为杂交→自交→筛选，对于动物育种来说，叙述中要注意：

①动物一般为雌雄异体，叙述时不要写成“自交”，应说明雌雄个体进行杂交；②动物繁殖一代后一般不会死亡，所以选育纯种时不要采用连续自交，一般用测交法即可测定其基因型，确定是否为所需品种。

答案　

（1）杂交：

选择亲本中多对雌雄个体进行杂交

（2）测交：

选择F1中的棕色小香猪与异性白色小香猪测交，不出现性状分离的即为纯合子。