高考 一轮复习 人教版 生物育种 学案doc.docx

1、高考 一轮复习 人教版 生物育种 学案doc2020届 一轮复习 人教版 生物育种 学案见自学听讲P146学科素养课程标准学习指导1.生命观念:转基因食品的安全性。2.科学思维:比较不同育种方法,综合运用解决问题。3.科学探究:基因工程的操作程序。4.社会责任:关注转基因生物的安全性。1.举例说出生物变异在育种上应用的事例。2.简述杂交育种和诱变育种的作用及其局限性。3.简述基因工程的原理及其应用。通过列表比较各种育种方法的原理、过程、优缺点、事例及注意问题。综合运用遗传规律、基因突变、基因重组、染色体变异等相关知识解决实际问题。复习中加强理解能力和综合运用能力的训练及语言表述能力的培养。杂交

2、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:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得F1F1自交或杂交获得F2鉴别,选择需要的类型。4.优点:可以把多个品种的优良性状集中在一起。5.缺点:获得新品种的周期长。6.应用:是改良作物品质,提高农作物单位面积产量的常规方法,同时也可用于家畜、家禽的育种。诱变育种1.概念:利用物理因素或化学因素等来处理生物,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.原理:基因突变。3.过程:选择生物诱发突变选择优良性状培育。4.优点:(1)可以提高突变率,在较短时间内获得更多的

3、优良变异性状;(2)大幅度地改良某些性状。5.缺点:诱发产生的突变,具有优良性状的的个体往往不多,需处理大量材料。6.意义:培育具有新性状的品种。基因工程1.概念基因工程别名操作对象操作水平原理操作环境结果(目的)基因拼接技术或DNA重组技术基因DNA分子水平基因重组生物体外定向地改造生物的遗传性状2.原理不同生物之间的基因重组。3.工具(1)“剪刀”与“针线”基因的“剪刀”:限制性核酸内切酶,如图中的a。基因的“针线”:DNA连接酶,如图中的b。(2)基因的“运输工具”:运载体,常用质粒、噬菌体、动植物病毒等。4.基本步骤5.应用(1)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

4、农作物,培育出具有各种抗逆性的作物新品种,如抗虫棉。(2)药物研制:利用基因工程的方法,培养转基因生物,利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品,如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。(3)环境保护:如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。6.转基因生物和转基因食品的安全性“两种态度”(1)转基因生物和转基因食品不安全,要严格控制。(2)转基因生物和转基因食品是安全的,应该大范围推广。1.不同育种方法四点易错提醒(1)原核生物不能进行减数分裂,所以不能运用杂交的方法进行育种,如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。(2)杂交育种不一定需要连续自交。

5、若选育显性优良纯种,需要连续自交筛选,直至性状不再发生分离;若选育隐性优良纯种,则只要出现该性状个体即可。(3)花药离体培养只是单倍体育种中的一个程序,要想得到可育的品种,一般还需要用秋水仙素处理单倍体幼苗使染色体数目加倍。(4)有些植物如小麦、水稻等,杂交实验较难操作,其最简便的方法是自交。2.基因工程中的几种酶易错提醒(1)DNA聚合酶与DNA连接酶:相同点都是形成磷酸二酯键;不同点:DNA聚合酶是在DNA复制的过程中连接单个游离的脱氧核苷酸,DNA连接酶是连接两个DNA片段。(2)限制酶与解旋酶:限制酶断开的是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,解旋酶断开的是氢键。见自学听讲P147 遗传变异在

6、生物育种上的应用1.结合流程图比较(1)“甲乙AaBbAAbb”为杂交育种。(2)“甲乙AaBbAbAAbb”为单倍体育种。(3)“乙AaBBaaBB”为诱变育种。(4)为多倍体育种。 2.列表比较项目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 染色体数目变异 染色体数目变异基因重组常用方式选育纯种:杂交自交选育自交选育杂种:纯合双亲杂交杂种 用辐射诱变、激光诱变、太空诱变等方式处理萌发的种子或幼苗花药离体培养,然后人工诱导染色体数目加倍秋水仙素处理萌发的种子或幼苗通过转基因(DNA重组)技术将目的基因导入生物体内,培育出新品种育种程序优点使位于不同个体上的优良性状集

7、中到一个个体上操作简便 可以提高变异的频率,加速育种进程,且大幅度地改良某些性状明显缩短育种年限所得品种一般为纯合子 器官巨大,提高产量和营养成分的含量 打破物种间的界限,定向改变生物性状缺点育种时间长,杂种需年年制种只能在同一物种不同品种间进行 有利变异少,需大量处理实验材料(有很大的盲目性) 技术复杂且需与杂交育种配合 一般只适用于植物,发育延迟,结实率低 技术复杂,安全性问题多,有可能引发生态危机应用 用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育出矮秆抗病小麦 高产青霉素菌株 用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦快速培育出纯种矮秆抗病小麦 三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦 转基因“向日葵豆”、转

8、基因抗虫棉1.根据育种目的和提供的材料选择合适的育种方法集中不同亲本的优良性状:a.一般情况下,选择杂交育种,这也是最简捷的方法;b.需要缩短育种年限(快速育种)时,选择单倍体育种。培育果实大或植株高大或营养物质含量较高的新物种多倍体育种。提高变异频率,“改良”“改造”或“直接改变”现有性状,获得当前不存在的基因或性状诱变育种。若要培育隐性性状个体,可选择自交或杂交育种,只要出现该性状即可。实现定向改变现有性状基因工程育种。若培育的植物的生殖方式为营养繁殖(如马铃薯),则不需要培育成纯种,只要出现该性状即可。2.根据育种流程图判别育种方式杂交育种:涉及亲本的杂交和子代的自交。诱变育种:涉及诱变

9、因子,产生的子代中会出现新的基因,但细胞内基因的总数不变。单倍体育种:常用的方法为花药离体培养,然后人工诱导染色体数目加倍,形成纯合子。多倍体育种:用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。基因工程育种:与原有生物相比,出现了新的基因且基因数目增多。例1(2018年徐州模拟)玉米(2N=20)是一种雌雄同株的植物,是重要的粮食作物之一。请回答下列问题:(1)育种学家要测定玉米基因组DNA序列,需测定条染色体的DNA上碱基序列。(2)某品种玉米2号染色体上的基因S在编码蛋白质时,控制最前端几个氨基酸的DNA序列如图2所示,已知起始密码子为AUG或GUG,基因S发生转录时模板链是链。若基因S中箭头所指碱基对

10、G/C缺失,则该处对应的密码子将改变为。(3)玉米花序的正常和异常是由一对等位基因控制的相对性状。某显性植株X自交,F1表现为正常花序异常花序=11。取F1正常花序植株的花粉进行离体培养,获得的幼苗用秋水仙素处理后都是异常花序植株。由此推测,是显性性状,植株X自交的子代性状分离比为11的原因是。(4)玉米的易倒伏(H)对抗倒伏(h)为显性,抗病(R)对易感病(r)为显性,两对基因分别位于两对同源染色体上。上图1表示利用品种甲(HHRR)和乙(hhrr)通过三种育种方法()培育优良品种(hhRR)的过程。方法、的育种原理分别是,三种方法中难以获得优良品种(hhRR)的是方法,原因是。方法中HhR

11、r自交获得F2,假设只保留F2中抗倒伏抗病植株的雄蕊(其他雄蕊全部去除),所有植株雌蕊全部保留且都能成功受粉和发育,则所得F3中能稳定遗传的抗倒伏抗病植株占。解析(1)由于玉米是雌雄同体植株,所以育种学家要测定玉米基因组DNA序列,只需要测定玉米的一个染色体组的10条染色体的DNA序列。(2)起始密码子为AUG或GUG,则转录起始密码子的模板链是TAC或CAC,分析基因中的a链和b链,TAC位于b链,因此基因S转录的模板链是b链;基因S的b链中箭头所指碱基对G/C缺失,转录形成的mRNA该处顺延一个碱基,该处的密码子变成GUU。(3)根据题意可知,玉米花序的正常和异常是由一对等位基因控制的相对

12、性状。某显性植株X自交,F1表现为正常花序异常花序=11,说明显性植株X为杂合子;取F1正常花序植株的花粉进行离体培养,获得的幼苗用秋水仙素处理后都是异常花序植株(隐性个体),说明显性基因的花粉致死。由此推断,正常花序是显性性状,植株X自交的子代性状分离比为11的原因是含有正常花序(显性)基因的花粉不育,而含有异常花序基因的花粉可育。(4)方法是单倍体育种,其原理是染色体变异;方法是杂交育种,其原理是基因重组,方法是诱变育种,由于基因突变是不定向的而且频率很低,运用方法难以获得优良品种(hhRR)。方法中HhRr自交, F2中抗倒伏抗病植株的基因型及其比例是hhRRhhRr=12,产生配子类型

13、及其比例为hRhr=21,F2中其他能产生hR配子的个体的基因型及比例为4/16HhRr、2/16HhRR、1/16hhRR、2/16hhRr,这四种基因型的个体产生hR配子的概率之和为(4/16)(1/4)+(2/16)(1/2)+1/16+(2/16)(1/2)=1/4,只有抗倒伏抗病植株产生的雄配子(hR)与其他个体产生的基因型为hR的雌配子随机结合,才会产生能稳定遗传的抗倒伏抗病植株,因此F3中能稳定遗传的抗倒伏抗病植株占(2/3)(1/4)=1/6。答案(1)10(2)bGUU(3)正常花序含有正常花序(显性)基因的花粉不育,而含有异常花序(或隐性)基因的花粉可育(4)染色体变异、基

14、因重组基因突变是不定向的,而且频率很低1/6基因工程及其应用1.基因工程的理论基础2.四种酶的比较比较项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶 作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA 分子 作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键氢键 作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子3.基因工程育种及操作步骤的说明(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,只是前者切开,后者连接。(2)从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生4个末端。(3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。(4)将目的基因

15、导入受体细胞,没有涉及碱基互补配对。(5)动物一般用受精卵作为受体细胞;植物一般用体细胞作为受体细胞,再通过植物组织培养方式形成新个体;微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。4.有关基因工程的注意事项(1)限制酶在第一步和第二步操作中都有用到,且要求使用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端;第二步中两种工具酶都有用到。(2)不要把质粒和运载体等同,质粒是最常用的运载体,除此之外,噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。质粒的化学本质为DNA,其基本单位为脱氧核苷酸。(3)目的基因表达的标志:通过翻译合成相应的蛋白质。(4)通过基因工程培育的抗虫棉,只能抗虫不能抗病毒、抗细菌。例2酵母菌的维生素、

16、蛋白质含量高,可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌细胞中,获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白,并酿出泡沫丰富的啤酒,基本的操作过程如图。请回答下列有关问题:(1)该技术能定向改变酵母菌的遗传性状,其遗传学原理是,该技术又称为或。该技术是在DNA上进行的水平的设计施工。(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内,所用的运载体是。该运载体的化学本质是,除此外,目前常用的运载体还有。(3)要使运载体与LTP1基因连接,首先应使用进行切割,该酶作用的化学键是。(4)切割完成后,利用将运载体与LTP1基因连接,原理是。解析题图表示将LTP1基因植入啤酒酵母菌中,使

17、其产生LTP1蛋白,该蛋白能使酿出的啤酒有丰富泡沫。图中a为获取目的基因的过程;b为质粒;c为基因表达载体(重组质粒)。(1)图示技术称为转基因技术、DNA重组技术或基因拼接技术,它实现了不同物种之间的基因重组,能定向地改造某种生物的性状,是在DNA上进行的分子水平的设计施工。(2)图示中的运载体为质粒。该运载体的化学本质是环状DNA,除此之外,目前常用的运载体还有噬菌体和动植物病毒。(3)要使目的基因与运载体连接,需用同一种限制酶切割运载体和含目的基因的DNA分子,使它们具有相同的黏性末端。(4)当用限制酶切割以后,可采用DNA连接酶将运载体与目的基因连接,连接后得到的DNA分子称为重组DN

18、A分子,这个过程的原理是碱基互补配对。答案(1)基因重组基因拼接技术DNA重组技术分子(2)质粒环状DNA噬菌体和动植物病毒(3)限制性核酸内切酶磷酸二酯键(4)DNA连接酶碱基互补配对1.单倍体育种主要包括杂交、花药离体培养、秋水仙素处理和筛选四个过程,不能认为花药离体培养就是单倍体育种的全部;产生花粉的减数分裂过程中发生基因重组,通过杂交能将控制不同优良性状的基因集合到一起,花药离体培养则是依据细胞的全能性,秋水仙素处理抑制纺锤体形成,使染色体数目加倍。2.若所需性状表现于“种子(胚或胚乳)”时,理论上育种年限比性状表现于“植株”时应节省一年,原因是胚、胚乳性状出现在当年母本植株所结的种子

19、中。3.混淆“最简便”与“最快速”“最简便”着重于技术含量应为“易操作”,如杂交育种,虽然年限长,但农民自己可简单操作,但“最快速”则未必简便,如单倍体育种可明显缩短育种年限,但其技术含量较高,单将花粉培养成幼苗就很难实现。1.(2015年广东高考)用秋水仙素处理某二倍体植物的愈伤组织,从获得的再生植株中筛选四倍体植株,预实验结果如下表,正式实验时秋水仙素浓度设计最合理的是()。秋水仙素浓度(g/L)再生植株(棵)四倍体植株(棵)0480244443786281181851092A.2、3、4、5、6B.4、5、6、7、8C.6、7、8、9、10 D.3、6、9、12、15解析进行预实验是为进

20、一步摸索条件。由表中数据可知,在秋水仙素浓度为48 g/L范围内,四倍体植株数所占比例都较高,因此正式实验时应在此范围内设计更小浓度梯度。答案B2.(2013年四川高考)大豆植株的体细胞含40条染色体。用放射性60Co处理大豆种子后,筛选出一株抗花叶病的植株X,取其花粉经离体培养得到若干单倍体植株,其中抗病植株占50%。下列叙述正确的是()。A.用花粉离体培养获得的抗病植株,其细胞仍具有全能性B.单倍体植株的细胞在有丝分裂后期,共含有20条染色体C.植株X连续自交若干代,纯合抗病植株的比例逐代降低D.放射性60Co诱发的基因突变,可以决定大豆的进化方向答案A3.(2018年天津高考)为获得玉米

21、多倍体植株,采用以下技术路线。据图回答:(1)可用对图中发芽的种子进行诱导处理。(2)筛选鉴定多倍体时,剪取幼苗根尖固定后,经过解离、漂洗、染色、制片,观察区的细胞。若装片中的细胞均多层重叠,原因是。统计细胞周期各时期的细胞数和细胞染色体数。下表分别为幼苗中的甲株和幼苗中的乙株的统计结果。幼苗计数项目细胞周期间期前期中期后期末期甲株细胞数x1x2x3x4x5细胞染色体数/y2y/乙株细胞染色体数/2y4y/可以利用表中数值和,比较甲株细胞周期中的间期与分裂期的时间长短。(3)依表结果,绘出形成乙株的过程中,诱导处理使染色体数加倍的细胞周期及下一个细胞周期的染色体数变化曲线。解析(1)据题意“为

22、获得玉米多倍体植株”可用秋水仙素对萌发的种子进行处理,抑制有丝分裂前期纺锤体的形成,导致细胞内的染色体数目加倍,从而得到多倍体。(2)筛选鉴定多倍体时,需要观察染色体数目,选择观察分生区的细胞。若装片中的细胞均多层重叠,原因可能是解离不充分或压片不充分使细胞没有相互分散开。观察细胞分裂时,材料经解离细胞已经死亡,某一状态的细胞数目越多,说明该时期持续时间长。因此可用x1表示甲株细胞周期中的间期时间长短,用x2+x3+x4+x5表示甲株细胞周期中的分裂期时间长短。(3)秋水仙素诱导导致幼苗在有丝分裂前期不出现纺锤体,因此后期染色体数目加倍后细胞不会分裂为两个子细胞,进而使细胞内的染色体数目是诱导

23、之前染色体数目的两倍。再进行下一次细胞分裂时,按照加倍后的染色体数目进行正常的有丝分裂。答案(1)秋水仙素(或低温)(2)分生解离不充分或压片不充分x1x2+x3+x4+x5(3)4.(2017年江苏高考)研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株,决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。 请回答下列问题:(1)要判断该变异株的育种价值,首先要确定它的物质是否发生了变化。 (2)在选择育种方法时,需要判断该变异株的变异类型。如果变异株是个别基因的突变体,则可采用育种方法,使早熟基因逐渐,培育成新品种1。为了加快这一进程,还可以采集变异株的进行处理,获得高度纯合的后代,选育成新品种2,这种方法称

24、为育种。(3)如果该早熟植株属于染色体组变异株,可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式,由此造成不规则的,产生染色体数目不等、生活力很低的,因而得不到足量的种子。即使得到少量后代,早熟性状也很难稳定遗传。这种情况下,可考虑选择育种方法,其不足之处是需要不断制备,成本较高。 (4)新品种1与新品种3均具有早熟性状,但其他性状有差异,这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次,产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。解析(1)具有育种价值的变异属于可遗传变异,需先确定变异株的遗传物质是否发生了变化。(2)变异株是个别基因的突变体,则利用杂交育种,通过连续自交、选育,使早熟基因逐渐纯

25、合,培育成新品种。若要加快育种进程,缩短育种年限,则采用单倍体育种,即采集变异株的花药进行处理,获得单倍体,然后用秋水仙素处理单倍体幼苗,诱导染色体数目加倍,获得纯合子。(3)染色体组变异株中染色体组发生了变化,则减数分裂中染色体有多种联会方式,染色体分离时不规则,就会形成染色体数目不等、生活力很低的配子,结果不能完成受精作用,得不到足量的种子。育种是植物组织培养,需不断制备组培苗,成本较高。(4)新品种1是通过杂交育种培育形成的,属于有性生殖,是基因重组的结果,新品种3是植物组织培育的结果,属于无性繁殖,基因没有重组,所以前者产生的多种基因型中只有一部分保留下来,后者全部保留下来。答案(1)

26、遗传(2)纯合花药单倍体(3)染色体分离配子组培苗(4)重组见高效训练P571.通过下列育种方法产生的后代,其染色体数目一定发生变化的是()。A.杂交育种B.多倍体育种C.诱变育种 D.基因工程育种解析多倍体育种会使染色体数目加倍,B项正确。答案B2.(2018年河南联考)下列关于生物育种技术操作及应用的叙述中,合理的是()。A.用紫外线照射青霉菌一定能获得高产菌株B.马铃薯等用营养器官繁殖的作物只要杂交后代出现所需性状即可留种C.单倍体育种时需用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗D.广泛推广种植的杂交水稻种子通常都是纯合子解析由于基因突变是不定向的,诱变育种不能定向改造生物的性状,因此用紫外线照射

27、青霉菌不一定能获得高产菌株,A项不合理;用营养器官繁殖属于无性繁殖,无性繁殖能够保持亲本的优良性状,因此只要杂交后代出现所需性状即可留种,B项合理;由于单倍体高度不育,不能得到种子,因此不能用秋水仙素处理萌发的种子,C项不合理;广泛推广种植的杂交水稻种子通常都是杂合子,D项不合理。答案B3.将纯种的某二倍体植物品种甲(AA)与近缘纯种乙(EE)杂交后,经多代选育,培养出如右图所示的新品种丙(图中的同源染色体黑色部分是来自品种乙的染色体片段,品种甲没有此片段)。下列相关叙述错误的是()。A.杂交选育过程中一定发生过染色体结构上的变异B.杂交选育过程中一定发生过DNA上碱基对的替换C.丙品种的产生

28、为生物的进化提供了原材料D.丙品种自交后代中有1/2个体能稳定遗传解析据丙品种中染色体上基因的种类可知,在杂交选育过程中一定发生了染色体结构变异,A项正确,B项错误;染色体结构变异属于生物可遗传变异的来源之一,能够为生物进化提供原材料,C项正确;图示丙品种自交后代的基因型及比例为AAEEAaEEaaEE=121,其中AAEE和aaEE为纯合子能稳定遗传,D项正确。答案B4.(2018年榆林模拟)下列有关生物变异和育种的叙述,正确的是()。A.单倍体育种的目的是获得茎秆粗壮、营养丰富的植株B.杂交育种可将优良性状从一个物种转移到另一个物种C.诱变育种能定向改变生物的性状,获得人们所需的品种D.秋

29、水仙素在单倍体育种和多倍体育种过程中的作用相同解析一般来说,单倍体育种的目的是获得能够稳定遗传的纯合子,A项错误;杂交育种是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,B项错误;诱变育种的原理是基因突变,而基因突变具有不定向性,C项错误;秋水仙素在单倍体育种和多倍体育种过程中的作用相同,都是抑制纺锤体的形成,D项正确。答案D5.(2018年泉州联考)假设A、b代表玉米的优良基因,这两种基因可以自由组合。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。下列有关叙述错误的是()。A.经过程培育的新品种可将多种优良性状集中在一个生物体上B.与杂交育种方法相比,过程的优