学案32 从杂交育种到基因工程届高考生物第一轮复习学案教案.docx
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学案32从杂交育种到基因工程届高考生物第一轮复习学案教案
第七单元生物变异、育种和进化
学案32从杂交育种到基因工程
考纲要求
生物变异在育种上的应用（Ⅱ）。
2.转基因食品的安全（Ⅰ）。
复习要求
1.简述基因工程的基本原理。
2.举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
3.关注转基因生物和转基因食品的安全性。
基础自查
一、杂交育种
1．概念
2．原理
3．过程
4．优点。
5．缺点
（1）
（2）。
6．意义：
培育优良新品种。
二、诱变育种
1．概念。
2．原理：
。
3．过程：
。
4．优点
（1）。
（2）。
5．缺点：
诱发产生的突变，有利的个体往往不多，需处理大量材料，使选育工作量大，具有盲目性。
6．培育具有新性状的品种。
三．基因工程的操作工具
1．基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
（1）分布：
。
（2）特性：
。
（3）实例：
EcoRⅠ限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。
（4）切割结果。
（5）作用：
基因工程中重要的切割工具。
在微生物体内能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。
2．基因的“针线”——DNA连接酶
（1）催化对象：
。
（2）催化位置：
。
（3）催化结果：
形成重组DNA。
3．常用的运载体——
（1）本质：
小型环状DNA分子
（2）作用
（3）条件
四、试用流程图表示基因工程的操作步骤
课堂深化探究
一．常见育种方式的比较
杂交育种
诱变育种
单倍体育种
多倍体育种
基因工程育种
原理
基因重组
基因突变
染色体变异
染色体变异
基因重组
常用
方式
育种
程序
优点
缺点
应用
特别提醒：
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，而杂种优势则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。
二．基因工程
1．基因工程的原理是什么？
2．简述基因操作工具的特性。
3．简述基因工程的基本操作程序？
4．DNA连接酶、DNA聚合酶和DNA酶有何不同？
5．基因工程中的运载体和细胞膜上的载体相同吗？
特别提醒
（1）微生物常做受体细胞的原因是因其繁殖速度快、代谢旺盛、目的产物多。
（2）目的基因表达的标志：
通过转录翻译合成出相应的蛋白质。
（3）只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及到碱基互补配对。
（4）限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键（不是氢键），只是一个切开，一个连接。
（5）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。
（6）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。
（7）DNA酶即DNA水解酶，是将DNA水解的酶；DNA聚合酶是在DNA复制过程中，催化形成新DNA分子的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板；但DNA连接酶是将两个DNA片段的两个缺口同时连接，不需要模板，两者作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。
（8）原核生物基因（如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌）可为真核生物（如棉花）提供目的基因。
（9）限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。
（10）受体细胞动物一般用受精卵，植物若用体细胞则通过组织培养的方式形成新个体。
（11）抗虫棉只能抗虫，不能抗病毒、细菌。
对应训练
1．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，然后进行培育的一种育种方法。
下列说法正确的是（ ）
A．太空育种产生的突变总是有益的
B．太空育种产生的性状是定向的
C．太空育种培育的植物是地球上原本不存在的
D．太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的
2．将①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如图所示。
下列分析错误的是（ ）
A．由③到④过程一定发生了等位基因分离、非同源染色体上非等位基因自由组合
B．由⑤×⑥到⑧的育种过程中，遵循的主要原理是染色体变异
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1/4
D．由③到⑦过程可能发生突变和重组，为生物进化提供原材料
3．如图表示某种农作物品种①和②培育出⑥的几种方法，下列有关说法中错误的是（ ）
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培育能稳定遗传的品种⑥的最快途径是Ⅰ→Ⅴ
4．用高秆抗锈病（DDTT）和矮秆不抗锈病（ddtt）的二倍体水稻品种进行育种时，方法一是杂交得到F1，F1再自交得到F2，然后选育所需类型；方法二是用F1的花药进行离体培养，再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株。
下列叙述正确的是（ ）
A．方法一所得F2中重组类型、纯合子各占3/8、1/4
B．方法二所得植株中纯合子、可用于生产的类型比例分别为1/2、1/4
C．方法一和方法二依据的主要原理分别是基因重组和染色体结构变异
D．方法二的最终目的是获得单倍体植株，秋水仙素可提高基因突变频率
5．在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是（ ）
A．用mRNA为模板反转录合成DNA
B．以4种脱氧核苷酸为原料人工合成
C．将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选
D．由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA
6．在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作中错误的是（ ）
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
实验探究
现有三个番茄品种，基因型分别为AABBdd、AAbbDD、aaBBDD，三对等位基因分别位于三对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形三对相对性状。
如何运用杂交育种的方法利用以上三个品种的种子获得基因型为aabbdd的植株？
（要写出详细的方法和步骤）
（1）。
（2）。
（3）。
（4）。
限时训练
题组一 育种方法
1．已知水稻的抗病（R）对感病（r）为显性，有芒（B）对无芒（b）为显性。
现有抗病有芒和感病无芒两个品种，要想选育出抗病无芒的新品种，生产中一般选用的育种方法是（ ）
A．诱变育种 B．多倍体育种C．基因工程育种D．杂交育种
2．在自然界的谷物中，水稻、玉米等都具有糯性，而小麦没有糯性。
江苏某农科所通过江苏自火麦与日本关东107、美国IKE等种间杂交后获得糯性基因，再用其后代与扬麦158品种进行多次回交，将糯性品质固定在扬麦158品种上，培育出糯性小麦。
相关的育种过程如图。
下列叙述正确的是（ ）
A．上述材料中，江苏某农科所培育糯性小麦的过程中运用的遗传学原理是基因突变
B．要想在短时间内获得糯性小麦的育种方法是a，此方法能提高突变率
C．a、c过程都需要使用秋水仙素，都作用于萌发的种子
D．要获得yyRR，b过程需要进行不断地自交来提高纯合率，理论上F2中获得yyRR的几率是1/16
3．用基因型为DDee与ddEE的个体杂交的豌豆种子（DdEe）获得纯合子（ddee），最简捷的方法是（ ）
A．种植→F2→选不分离者→纯合子
B．种植→秋水仙素处理→纯合子
C．种植→花药离体培养→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
4．下列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
5．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
题组二 基因工程
6．基因工程是将目的基因通过一定过程，转入到受体细胞，经过受体细胞的分裂，使目的基因的遗传信息扩大，再进行表达，从而培养成工程生物或生产基因产品的技术。
你认为支持基因工程技术的理论有（多选）（ ）
A．遗传密码的通用性
B．不同基因可独立表达
C．不同基因表达互相影响
D．DNA作为遗传物质能够严格地自我复制
7．人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。
生产流程是：
甲生物的蛋白质→mRNA
目的基因
与质粒DNA重组
导入乙细胞
获得甲生物的蛋白质，下列说法正确的是（ ）
A．①过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、C
B．②要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起
C．如果受体细胞是细菌，可以选用枯草杆菌、炭疽杆菌等
D．④过程中用的原料不含有A、U、G、C
8．利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。
下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是（ ）
A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
9．在基因工程中不会出现（ ）
A．DNA连接酶将黏性末端的碱基连接起来C．目的基因需由运载体导入受体细胞
B．限制性核酸内切酶用于目的基因的获得D．人工合成目的基因要用限制性内切酶
题组三 应用提升
10．生物世界广泛存在着变异，人们研究并利用变异可以培育高产、优质的作物新品种。
下列能产生新基因的育种方式是（ ）
A．“杂交水稻之父”袁隆平通过杂交筛选技术培育出高产的超级水稻
B．用X射线进行大豆人工诱变育种，从诱变后代中选出抗病性强的优良品种
C．通过杂交筛选和人工染色体加倍技术，成功培育出抗逆能力强的八倍体小黑麦
D．把合成β胡萝卜素的有关基因转进水稻，培育成可防止人类VA缺乏症的转基因水稻
11（2012·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。
下列分析不正确的是（ ）。
A．由③到④的育种过程依据的主要原理是基因突变
B．由⑤×⑥过程形成的⑧植株属于新物种
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．由⑦到⑨的过程会发生突变和重组，可为生物进化提供原材料
12下面为6种不同的育种方法。
据图回答下列问题。
（1）图中A至D方向所示的途径表示________育种方式，这种方法属常规育种，一般从F2代开始选种，这是因为__________________。
A―→B―→C的途径表示________育种方式，这两种育种方式中后者的优越性主要表现在______________________________。
（2）B常用的方法为______________。
（3）E方法所用的原理是____________，所用的方法如______________、______________。
育种时所需处理的种子应是萌动的（而非休眠的）种子，原因是______________________。
（4）C、F过程最常用的药剂是____________，其作用的原理______________________。
（5）由G到H过程中涉及的生物技术有___________________和______________。
（6）K―→L―→M这种育种方法的优越性表现在_______________________________。
高考真题体验
1（2012浙江）32.（18分）玉米的抗病和不抗病（基因为Ａ、ａ）、高杆和矮杆（基因为Ｂ、ｂ）是两对独立遗传的相对性状。
现有不抗病矮杆玉米种子（甲），研究人员欲培育抗病高杆玉米，进行以下实验：
取适量的甲，用合适剂量的γ射线照射后种植，在后代中观察到白化苗4株、抗病矮杆1株（乙）和不抗病高杆1株（丙）。
将乙与丙杂交，Ｆ１中出现抗病高杆、抗病矮杆、不抗病高杆、不抗病矮杆。
选Ｆ1中的抗病高杆植株上的花药进行离体培养获得幼苗，经秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高杆植株（丁）。
另一实验表明，以甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高杆。
请回答：
（1）对上述1株白化苗的研究发现，控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA，因此该基因不能正常 ，功能丧失，无法合成叶绿素，表明该白化苗的变异具有 的特点，该变异类型属于 。
（2）上述培育抗病高杆玉米的实验运用了 、单倍体育种和杂交育种技术，其中杂交育种技术依据的原理是 。
花药离体培养中，可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株，也可通过诱导分化成 获得再生植株。
（3）从基因组成看，乙与丙植株杂交的Ｆ１中抗病高杆植株能产生 种配子。
（4）请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到Ｆ1的过程。
2（2012江苏）科学家将培育的异源多倍体的抗叶锈病基因转移到普通小麦中，育成了抗叶锈病的小麦，育种过程见图。
图中A、B、C、D表示4个不同的染色体组，每组有7条染色体，C染色体组中含携带抗病基因的染色体。
请回答下列问题：
（1）异源多倍体是由两种植物AABB与CC远源杂交形成的后代，经方法培育而成，还可用植物细胞工程中方法进行培育。
（2）杂交后代①染色体组的组成为，进行减数分裂时形成个四分体，体细胞中含有条染色体。
（3）杂交后代②中C组的染色体减数分裂时易丢失，这是因为减数分裂时这些染色体。
（4）为使杂交后代③的抗病基因稳定遗传，常用射线照射花粉，使含抗病基因的染色体片段转接到小麦染色体上，这种变异称为。
3（2012海南）无子西瓜是由二倍体（2n=22）与同源四倍体杂交后形成的三倍体。
回答下列问题：
（1）杂交时选用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植株的______上，授粉后套袋。
四倍体植株上产生的雌配子含有______条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合，形成含有______条染色体的合子。
（2）上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。
该植株会产生无子果实，该果实无子的原因是三倍体的细胞不能进行正常的分裂。
（3）为了在短期内大量繁殖三倍体植株，理论上可以采用____的方法。
4（2011福建）回答下列Ⅰ、Ⅱ题
Ⅰ.机体的免疫系统对核辐射损伤很敏感，主要表现在核辐射会诱导免疫细胞凋亡。
人白细胞介素18（IL-18）能促进免疫细胞的增殖和分化，提高机体免疫功能。
某科研小组开展了“IL-18对核辐射诱导小鼠脾细胞凋亡的抑制作用”的研究，方法如下：
选取若干实验小鼠，随机分成三组：
①组无辐射损伤；②组辐射损伤（60Co照射，下同）；③组先辐射损伤，1天后注射IL-18。
14天后分别取各组小鼠脾细胞进行体外培养，在培养了Oh、12h、24h、48h后，进行细胞凋亡检测，得到的细胞凋亡相对值如下表：
组别
处理方法
0h
12h
24h
48h
①
无辐射损伤
0.046
0.056
0.048
0.038
②
辐射损伤
0.460
0.420
0.530
0.520
③
辐射损伤+IL–18
0.239
0.265
0.279
0.269
（1）选择脾细胞作为本实验材料，是因为脾脏是机体重要的_____器官。
已知IL-18是一种淋巴因子，淋巴因子与______都属于免疫活性物质。
（2）细胞凋亡是由遗传机制决定的________死亡。
从表中数据可知，细胞凋亡相对值越小，说明发生凋亡的脾细胞数目越_____;从_______（组别）两组数据可知，IL-18能够抑制脾细胞凋亡。
（3）科研小组还设置了第④组实验，方法是先注射IL-18，3天后进行辐射损伤，14天后的实验操作同前三组。
与第③组相比，设置第④组的目的是_________________________
________________________。
（4）在作物育种中，可用60Co放出的γ射线使作物发生基因突变，从中筛选出优良的变异类型，这种育种方法叫做______育种，其特点是________________________________
_________________________（至少答出两点）。
Ⅱ.使用染色剂染色是生物学实验常用的方法，某同学对有关实验做了如下归纳：
实验
观察对象
染色剂
实验结果
①
花生子叶细胞的脂肪颗粒
苏丹Ⅲ
脂肪颗粒被染成橘黄色
②
人口腔上皮细胞中的DNA和RNA分布
吡罗红、甲基绿
细胞内染成绿色的面积显著大于染成红色的面积
③
人口腔上皮细胞中的线粒体
健那绿
线粒体呈现蓝绿色
④
洋葱根尖分生组织细胞的有丝分裂
龙胆紫
间期细胞不着色，分裂期细胞染色体着色
（1）上述实验结果的归纳，正确的有___________。
（2）实验②和实验④在染色之前，都使用了一定浓度的盐酸处理。
其中，实验②用盐酸可改变__________通透性，加速染色剂进入细胞；实验④用盐酸与酒精混合，对材料进行解离。
在两个实验操作中，都要注意盐酸浓度，处理材料时的温度和_________。
（3）健那绿使线粒体着色与线粒体内膜的酶系统有关。
线粒体内膜上的酶主要催化有氧呼吸的第______阶反应，该反应变化是______________________。
5.（2010·全国Ⅱ，5）下列叙述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
6．（2010·安徽卷）如图所示，科研小组用60Co照射棉花种子。
诱变当代获得棕色（纤维颜色）新性状，诱变Ⅰ代获得低酚（棉酚含量）新性状。
已知棉花的纤维颜色由一对基因（A、a）控制，棉酚含量由另一对基因（B、b）控制，两对基因独立遗传。
（1）两个新性状中，棕色是________性状，低酚是________性状。
（2）诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株基因型是________，白色、高酚的棉花植株基因型是________。
（3）棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。
为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变I代中棕色、高酚植株自交。
每株自交后代种植在一个单独的区域，从________的区域中得到纯合棕色、高酚植株。
请你利用该纯合体作为一个亲本，再从诱变Ⅰ代中选择另一个亲本，设计一方案，尽快选育出抗虫高产（棕色、低酚）的纯合棉花新品种（用遗传图解和必要的文字表示）。
7．（2010·四川卷）回答下列Ⅰ、Ⅱ两个小题。
Ⅰ.为提高小麦的抗旱性，有人将大麦的抗旱基因（HVA）导入小麦，筛选出HVA基因成功整合到染色体上的高抗旱性T植株（假定HVA基因都能正常表达）。
（1）某T植株体细胞含一个HVA基因。
让该植株自交，在所得种子中，种皮含HVA基因的种子所占比例为________，胚含HVA基因的种子所占比例为________。
（2）某些T植株体细胞含两个HVA基因，这两个基因在染色体上的整合情况有下图所示的三种类型（黑点表示HVA基因的整合位点）。
①将T植株与非转基因小麦杂交：
若子代高抗旱性植株所占的比例为50%，则两个HVA基因的整合位点属于图________类型；若子代高抗旱性植株所占的比例为100%，则两个HVA基因的整合位点属于图________类型。
②让图C所示类型的T植株自交，子代中高抗旱性植株所占比例为________。
学案32从杂交育种到基因工程
答案与解析
基础自查
一、杂交育种
1．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．基因重组。
3．选择具有不同优良性状的亲本杂交→获得F1→F1自交或杂交→获得F2→鉴别、选择需要的类型→优良品种。
4．可以把多个品种的优良性状集中在一起。
5．
（1）育种年限较长；
（2）存在远源杂交不亲和的现象。
二、诱变育种
1．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，从而获得优良变异类型的育种方法。
2．基因突变。
3．选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。
4．
（1）可以提高突变频率，在较短时间内获得较多的优良变异类型。
（2）大幅度地改良某些性状。
6．培育具有新性状的品种。
三．基因工程的操作工具
1．限制性核酸内切酶（简称限制酶）
（1）主要在微生物体内。
（2）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。
（4）产生两个带有黏性末端的DNA片段。
2．
（1）两个具有相同黏性末端的DNA片段（或两个具有平末端的DNA片段）。
（2）脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
（3）形成重组DNA。
3．质粒
（2）
（3）
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