高考生物二轮练习精品学案专项24从杂交育种到基因工程师版.docx
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高考生物二轮练习精品学案专项24从杂交育种到基因工程师版
2019高考生物二轮练习精品学案：
专项24从杂交育种到基因工程（师版）
考纲浏览
1.生物变异在育种上的应用（Ⅱ）；
2.转基因食品的安全（Ⅰ）。
课前预习
【一】杂交育种
【二】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。
思考：
①杂交育种能否应用于微生物育种？
②卫星搭载种子育种的原理是什么？
①杂交育种利用基因重组的原理，一般发生在有性生殖的减数分裂过程中。
微生物一般不能进行减数分裂，因此一般不用杂交育种的方法对微生物进行育种。
②卫星搭载种子是利用宇宙空间的强辐射和微重力的作用诱发基因突变。
思考
【三】基因工程：
3、特点
⑴可以在不同种生物间进行，即可以将一种生物的优良性状移植到另一种生物身上。
⑵可以按照人们的意愿直接定向地改造生物，培育出新品种。
4、基因工具
⑴基因的“剪刀”：
指限制性核酸内切酶〔简称限制酶〕，具有专一性，即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。
⑵基因的“针线”：
指DNA连接酶，它能在脱氧核糖与磷酸之间形成一定的化学键，连接成脱氧核苷酸链，而互补的碱基之间通过氢键连接的。
⑶基因的运载体：
常用的运载体有质粒、噬菌体、动植物病毒等。
质粒主要存在于许多细菌及酵母菌等生物中，其作用是将外源基因送入受体细胞。
5、基本步骤
⑴过程：
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→目的基因的表达与检测。
⑵成功的标志：
获得转基因生物或产品。
思考：
DNA连接酶与DNA聚合酶有什么不同？
DNA连接酶连接的是双链DNA片段。
DNA聚合酶是在DNA复制时，将单个的脱氧核苷酸连接成单链DNA分子。
【四】基因工程的应用
1、作物育种：
利用基因工程的方法，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。
课堂讲解
考点一不同育种方法比较
1、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，通过自交到不发生性状分离
为止
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
①育种时间一般比较长
②局限于同种或亲缘关
系较近的个体
③需及时发现优良品种
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
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
单倍体
育种
染色体
变异
①先将花药离体培养，培养出单倍体植株
②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理
获得纯合子
③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
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
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→目的基因与运载体结合→将
目的基因导入受体细胞→目的基因的表达与
检测→筛选获得优良个体
①目的性强，育种周
期短
②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
知识拓展
1、诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。
2、在所有育种方法中，最简捷、常规的育种方法——杂交育种。
3、不同育种目的的杂交育种的基本步骤及特点
（1）培育杂合子品种——杂种优势的利用
在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。
①基本步骤：
选取双亲P（♀、♂）→杂交→F1。
②特点：
高产、优质、抗性强，但种子只能种一年。
（2）培育纯合子品种
①培育隐性纯合子品种的基本步骤
选取双亲P（♀、♂）→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体种植推广。
②培育双显纯合子或隐—显纯合子品种的基本步骤
选取双亲P（♀、♂）→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体自交→F3→……→选出稳定遗传的个体推广种植。
③特点：
操作简单，但需要的时间较长。
4、杂交育种选育的时间是F2，原因是从F2开始发生性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。
5、杂交育种是通过杂交培育具有优良性状且能稳定遗传（纯合子）的新品种，而杂种优势那么是通过杂交获得种子，一般不是纯合子，在杂种后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一代，因为后代会发生性状分离。
6、诱变育种尽管能提高突变率，但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的个体；突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，二者都增多。
例1、生物学家利用太空搭载的常规水稻种子做“太空条件下植物突变类型”的课题研究。
科学家将这些遨游太空后的种子播种后长出2000多株禾苗，只有其中1株出现与众不同的特性。
在此后15年的种植培养过程中，这株水稻的后代发生了变异，有糯化早熟型、长粒型、高粗秆大穗型、小粒型、大粒型等十多个品种，有的植株高达1.8米左右。
（1）实验结果说明该变异最有可能是____________，属于____________。
（2）通过太空搭载获得新的水稻品种，这种育种方法是________。
与之相比，传统杂交育种的时间较长，其依据的原理是____________。
（3）2000多株禾苗中，只有其中1株出现与众不同的特性，而其后代发生变异形成了十多个品种，说明突变具有__________________的特点。
（4）变异的水稻中，植株过高的品种不会成为理想的育种对象。
但是在能源匮乏的今天，这种水稻的秸秆也许会成为制备“生物能源”的材料。
在“秸秆乙醇”生产中主要采用的生物技术是__________，要获得较高的产量首先要____________________________。
变式训练1、（2018·北京东城区）将某种二倍体植物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。
以下分析不正确的选项是（）。
考点二基因工程的操作工具及基本步骤
【一】操作工具
1、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
（1）分布：
主要在微生物体内。
（2）特性：
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
2、基因的“针线”——DNA连接酶
（1）催化对象：
两个具有相同黏性末端的DNA片段。
（2）催化位置：
脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
（3）催化结果：
形成重组DNA。
3、常用的运载体——质粒
（1）本质：
小型环状DNA分子
（2）作用
（3）条件
【二】操作步骤
将目的基因导入受体细胞：
主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞
的方法
知识拓展：
1、基因工程的三种工具中，限制性核酸内切酶、DNA连接酶是基因操作过程中的酶工具，化学本质是蛋白质。
但它们的功能不同，前者切割磷酸二酯键，后者连接磷酸二酯键。
而运载体可能是质粒或病毒，它不是酶工具。
2、限制性核酸内切酶、DNA连接酶都是一类酶，不是一种酶。
3、质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。
运载体的化学本质为DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。
4、要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。
5、微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快、代谢快、目的基因产物多的特点。
6、动物受体细胞一般选用受精卵，植物受体细胞可以是体细胞，但需与植物组织培养技术相结合。
例2、以下表达符合基因工程概念的是（）
A、B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因
B、将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
C、用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株
D、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
变式训练2、（2017·哈尔滨九中测试）通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。
运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答：
（1）从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是__________________。
人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是________。
（2）人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是________________________________________________________________________。
（3）将人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状。
这种变异属于________，这里“成功地表达”的含义是________________________________________________________________________。
（4）你认为此类羊产生的奶安全可靠吗？
理由是什么？
考点三基因重组与基因工程
完成理解基因重组与基因工程比较表：
比较项目
基因重组
基因工程
不同点
概念
在生物体进行有性生殖过程中，控制不同性状的基因的重新组合
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
重组
基因
同一物种的不同基因
不同物种间的不同基因
繁殖
方式
有性生殖
无性生殖
变异
大小
小
大
意义
是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义
使人类有可能按自己的意愿直接定向地改造生物，培育出新品种
相同点
都实现了新品种不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异
知识拓展
1、基因重组发生于有性生殖中，不能打破生殖隔离，而基因工程那么可实现异种生物的基因转移。
2、基因工程可使受体获得新的基因，表现出新的性状，该技术可看作是一种广义的基因重组。
3、转基因动、植物的培育，因其细胞全能性不同，外源基因的受体细胞也不同。
培育转基因动物的受体细胞一般为受精卵；培育转基因植物的受体细胞可用生殖细胞，也可用体细胞。
基因工程常需与其他工程技术配合，才能实现目的。
例3、以下高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（）
①利用杂交技术培育出超级水稻②通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒③通过体细胞克隆技术培养出克隆牛④将苏云金芽孢杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉⑤将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病⑥用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄
A、①③⑤B、①②④
C、①④⑤D、①②⑥
变式训练3、继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。
最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。
请回答以下问题。
（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是________法。
（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入________中，原因是________________________________________________________________________。
（3）通常采用________技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。
（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的________转入________细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。
该技术称为________。
课堂练习
1、〔2018·惠州三调25〕以下关于育种的表达中，正确的选项是〔多项选择〕
A、诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
B、单倍体育种与多倍体育种的原理是一样的
C、用茎尖组织培养技术可获得脱毒草莓
D、基因工程育种的原理是基因突变；
答案：
BC
解析：
诱变可以产生新的基因，而杂交只能形成新的基因型，A错；单倍体育种与多倍体育种的原理都是染色体变异，B正确；用茎尖组织培养技术可获得脱毒草莓，C正确；基因工程育种的原理是基因重组，D错。
2、（2018·北京朝阳区统考）以下育种方式中培育原理相同的一组是（）。
A、太空椒和抗虫棉
B、“番茄—马铃薯”和无子西瓜
C、矮秆抗病杂交水稻和无子番茄
D、青霉素高产菌株和八倍体小黑麦
4、（2018·海口调研）要把两个不同物种的优良性状集中在一起，应采用的育种方法是（）。
A、杂交育种B、单倍体育种
C、诱变育种D、基因工程育种
5、（2018年湖州模拟）科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。
把它注射入组织中，可以通过细胞的胞吞作用的方式进入细胞内，DNA被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体中，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程，属于（）
A、基因突变B、基因重组
C、基因互换D、染色体变异
答案：
B
解析：
“生物导弹”携带DNA分子，注射入组织中，然后进入细胞内，DNA整合到细胞染色体中，利用了基因重组的原理。
6、（2018年常州质检）培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：
纯种的高秆（D）抗锈病（T）×纯种的矮秆（d）易染锈病（t）
F1
雄配子
幼苗
选出符合要求的品种以下有关该育种方法的表达中，正确的选项是（）
A、过程
（1）
（2）（3）是杂交
B、过程（4）必须使用生长素处理
C、过程（3）必须经过受精作用
D、过程
（2）有减数分裂
答案：
D
解析：
该育种过程中，
（1）为杂交，
（2）为减数分裂产生配子的过程，（3）为花药离体培养获得单倍体的过程，（4）为用秋水仙素处理，使染色体数目加倍，而恢复成正常纯合个体，故D对。
7、（2018年南京调研）以下各育种过程中，存在科学性错误的选项是（）
A、小麦育种，F1自交，选择F2中矮秆抗锈类型，不断自交，不断选择
B、亲本杂交，取F1花粉，花药离体培养，秋水仙素处理，选择所需类型
C、酶解法去除细胞壁，物理法或化学法诱导原生质体融合，植物组织培养
D、目的基因与运载体结合，导入受体细胞，需用鉴别培养基鉴定，用病原体感染
9、（2018年临沂一模）下图甲、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两对等位基因，①～⑦表示培育水稻新品种的过程，那么以下说法错误的选项是（）
A、①→②过程简便，但培育周期长
B、①和⑦的变异都发生于有丝分裂间期
C、③过程常用的方法是花药离体培养
D、③→⑥过程与⑦过程的育种原理相同
答案：
B
解析：
①过程属于杂交育种，杂交育种原理是基因重组，发生在减数分裂的过程中，该种育种方法操作简便，但培育周期长。
③→⑥过程是单倍体育种，⑦过程是多倍体育种，它们的原理相同都是染色体变异。
10、（2018年武汉模拟）太空育种是将农作物种子搭载于返回式地面卫星，借助于太空超真空、微重力及宇宙射线等地面无法模拟的环境变化，使种子发生变异，从而选择出对人类有益的物种类型。
以下有关表达不正确的选项是（）
A、太空育种的原理主要是基因突变
B、太空条件下产生的变异是不定向的
C、太空育种可以缩短育种周期，但从太空搭载回来以后，在地面上要进行不少于四代的培育，才可能培育出优良性状品种
D、不可能发生染色体变异产生新物种
11、（2017·淮安模拟）以下所列出的是四种常见育种方法的优、缺点，请填出①～④所对应的育种方法名称（）
育种名称
优点
缺点
①______
使位于不同个体的优良性状集中
在一个个体上
时间长、需及时发现优良性状
②______
可以提高变异频率或出现新性状，
加速育种进程
①有利变异少，需大量处理实验材料
②变异具有不确定性，盲目性大
③______
明显缩短育种年限
技术复杂
④______
提高产量和营养成分
适用于植物，在动物中很难开展
A、杂交育种单倍体育种多倍体育种诱变育种
B、基因工程育种杂交育种单倍体育种多倍体育种
C、诱变育种杂交育种多倍体育种单倍体育种
D、杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种
答案：
D
解析：
由表中优点和缺点可知：
①为杂交育种，②为诱变育种，③为单倍体育种，④为多倍体育种。
12、为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法，图中两对相对性状独立遗传。
据图分析，不正确的选项是（）
A、过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高
B、过程②可以取任一植株的适宜花药作培养材料
C、过程③包括脱分化和再分化两个过程
D、图中筛选过程不改变抗病基因频率
13、在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，以下操作正确的选项是（多项选择）（）
A、用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B、用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体
C、将重组DNA分子导入烟草原生质体
D、用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
14、（2017·连云港月考）搭乘“神舟七号”飞船进入太空诱变的87个品系的蔬菜种子，已运回甘肃天水航天育种基地，选育工作于2017年展开。
太空育种的原理及优势是利用太空特殊的环境（）
A、诱发基因突变、产生新基因和新性状
B、诱发基因重组、产生新性状和新的基因型
C、诱发染色体变异、产生新性状和新的基因型
D、诱发染色体变异、得到生育期短和产量高的新品种
答案：
A
解析：
太空育种也属于诱变育种，因此太空育种的原理是诱发基因突变，优势是利用太空特殊的环境产生新基因和新性状。
15、（2018·温州五校联考Ⅱ）现有甲、乙两种植株（均为二倍体纯种），其中甲种植株的光合作用能力高于乙种植株，但乙种植株很适宜在盐碱地种植。
要利用甲、乙两种植株各自的优势，培育出高产、耐盐的植株，有多种生物技术手段可以利用。
以下所采用的技术手段中不可行的是（）。
A、利用植物细胞融合技术，可获得满足要求的四倍体杂种目的植株
B、将乙种植株耐盐基因导入到甲种植株的受精卵中，可培育出目的植株
C、两种植株杂交后得到F1，取其花粉，进行花药离体培养获得目的植株
D、诱导两种植株的花粉融合并培育成幼苗，幼苗用秋水仙素处理，可培育出目的植株
16、（2018·洛阳、安阳统考）下图中的①②③表示培育番茄新品种的三种育种方法。
以下有关说法不正确的选项是（）。
A、方法①和③的育种原理都是基因重组，但采用方法③引起的变异是定向的
B、方法②诱导单倍体的过程中，细胞全能性的表达与植物激素密切相关
C、方法③可将抗病基因直接导入叶肉细胞，使其与细胞中的DNA分子整合
D、上述三种育种方法都没有培育出新物种
18、（2017·山东淄博一模）去冬今春，河北、山西、山东、河南、江苏和安徽等地的严重干旱导致农作物减产，故具有抗旱性状的农作物有重要的经济价值。
研究发现，多数抗旱性作物能通过细胞代谢，产生一种代谢产物，调节根部细胞液内的渗透压，此代谢产物在叶肉细胞中却很难找到。
（1）在抗旱性农作物的叶肉细胞中找不到与抗旱有关代谢产物的根本原因是________。
（2）现有一抗旱植物，其体细胞内有一个抗旱基因R，其等位基因为r（不抗旱）。
R、r基因转录链上部分核苷酸序列如下：
r：
…ATAAGCATGACATTA…
R：
…ATAAGCAAGACATTA…
①请写出R基因转录成的RNA链上的核苷酸序列：
…________…。
这一片段编码的肽链中对应的氨基酸数目是________个。
②旱敏型rr植株的某一细胞基因型变成了Rr，那么此变化是基因中________所导致的；假设该细胞是一卵原细胞，那么其分裂产生的卵细胞基因型是R的几率是________。
（3）现已制备足够多的R探针和r探针，通过探针来检测某植物相关的基因型。
据图回答以下问题：
①假设已提取到某抗旱植物Rr的叶肉细胞总DNA，（能、不能）________以DNA为模板直接扩增抗旱基因。
②细胞中R或r基因的解旋发生在________过程中。
③DNA杂交发生在________两者之间。
④假设被检植物发生A现象，不发生C现象，那么被检植物的基因型为________。
（4）为培育能稳定遗传、具抗旱性和多颗粒产量的农作物，科研人员按以下两种流程图进行育种。
（抗旱性和多颗粒是显性，两对性状各由一对等位基因控制）A、纯合旱敏性多颗粒产量农作物×纯合抗旱性少颗粒产量农作物→F1→F1
F2人工选择（汰劣留良）→自交→F3→人工选择→自交……→性状稳定的优良品种
B、纯合旱敏性多颗粒产量农作物×纯合抗旱性少颗粒产量农作物→F1→F1花药离体培养得到许多单倍体幼苗→人工诱导染色体数目加倍→假设干植株→F1人工选择→性状稳定的新品种
①杂交育种利用的变异原理是________。
②A流程图中的“筛选和自交”环节从F2代开始，这是因为F2才出现符合要求的________，具体操作是将F2代的种子种植在________环境中，经多年筛选才能获得理想品种。
③B流程与A流程图相比，B流程育种的突出优点是________。
花粉细胞能发育成单倍体植株，表现出全能性，原因是细胞内有________。
19、（2018·合肥二模）基因型为AaBb（两对基因自由组合）的二倍体水稻，其体细胞中含有24条染色体。
用它的花药进行离体培养，在获得由花粉发育成的单倍体植株的同时，也会得到一些由花药壁细胞发育成的二倍体植株。
（1）由花粉发育成的单倍体植株和由花药壁细胞发育成的二倍体植株，在幼胚期形态上并无明显差别，可以采用________的方法，对它们加以区分。
（2）对花药离体培养过程中得到的幼胚，用0.2%～0.4%的秋水仙素进行处理，得到了许多染色体数目增加一倍的植株。
其中，两对性状均为显性的基因型是________；只表现出一种显性性状的基因型有两种，统计这两种植株，其比例与1∶1相差甚远，可能原因是：
①________；②________。
20、（2017·四川卷，31Ⅱ）小麦的染色体数为42条。
下图表示小麦的三个纯种品系的部分染色体及基因组成：
Ⅰ、Ⅱ表示染色体，A为矮秆基因，B为抗矮黄病基因，E为抗条斑病基因，均为显性。
乙品系和丙品系由普通小麦与近缘种偃麦草杂交后，经多代选育而来（图中黑色部分是来自偃麦草的染色体片段）。
（1）乙、丙品系在培育过程发生了染色体的________变异。
该现象如在自然条件下发生，可为________提供原材料。
（2）甲与乙杂交所得到的F1自交，所有染色体正常联会，那么基因A与a可随____________的分开而分离。
F1自交所得F2中有______
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