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2013生物一轮复习:从杂交育种到基因工程徐


必修2 第三单元 变异、育种和进化

从杂交育种到基因工程

?考 纲 下 载 ? 1.生物变异在育种上的应用 ? 2.转基因食品的安全问题

Ⅱ Ⅰ

?热 点 提 示 ? 1.杂交育种、诱变育种、多倍体育种、基因 工程育种等各种育种方式的原理、过程、优缺 点的分类与比较。 ? 2.基因工程的简

单应用,转基因生物与转基 因食品的安全问题。

一、杂交育种与诱变育种 杂交育种 将 两个或多个品种的优良 ______________________ 概 _____________集中在一起, 念 性状通过交配 再经过选择和培育,获得新 品种的方法 原 理 基因重组 诱变育种 物理因素或化学因素 利用____________________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

基因突变

具有不同优良性状 选择__________________的 利用射线和化合物等理化因素 过 亲本通过杂交获得F1, 正在分裂 诱导__________的细胞发生 F1连续自交或杂交 程 ____________________,从 基因突变 ________,并选取需要的类型 中筛选获得需要的类型

应 用

改良作物品质 __________________,提 农作物育种和微生物育种 主要用于_____________________ 高农作物单位面积产量; 培育优良家畜、家禽

二、基因工程及其应用 1.基因工程的概念 基因拼接技术 基因工程又叫_______________或DNA重组技术,即按照人们的

加以修饰改造 意愿,把一种生物的某种基因提取出来,______________,然
定向地改造 后放到另一种生物的细胞里,___________生物的遗传性状。 2.基因操作的基本工具 限制性核酸内切酶 (1)基因的“剪刀”:指_________________,简称限制酶。 微生物体内 ①分布:主要在______________。

核苷酸序列 ②特性:一种限制酶只能识别一种特定的___________,并在特
定的切点上切割DNA分子。

DNA连接酶 (2)基因的“针线”:指__________,连接磷酸和脱氧核糖形成 磷酸二酯键 ____________。
运载体 (3)基因的“运输工具”:即________。 质粒 实例:______、噬菌体、动植物病毒。 3.基因操作的基本步骤 目的基因 提取目的基因→__________与运载体结合→将目的基因导入 受体细胞 检测与鉴定 __________→目的基因的____________。

几种常见育种方法的比较

原理

常用 方式

优点

缺点

举例

杂交 育种

基 因 重 组

杂交 ↓ 自交 ↓ 选种 ↓ 自交

①使不同 个体优良 性状集中 在一个个 体上; ②操作简 便

①育种时 间长; ②局限于 亲缘关系 较近的个 体

矮秆 抗病 小麦

原理

常用 方式

优点

缺点

举例

诱变 育种

基 因 突 变

辐射、 激光、 空间诱 变等

提高变异频 率,加速育 种进程,大 幅度改良性 状

有很大盲 目性,有利 变异少,需 大量处理 实验材料

青霉 素高 产菌 株

单倍 体育 种

染 色 体 变 异

花药离 体培 养,用 秋水仙 素处理

①明显缩 短育种年 限;②子代 均为纯合 子

技术复杂, 需与杂交 育种配合

单倍体 育种获 得矮秆 抗病小 麦

原理

常用 方式

优点

缺点

举例

多倍 体育 种

染 色 体 变 异
基 因 重 组

用秋水仙 素处理萌 发的种子 或幼苗

器官大,提 高营养物 质含量

只适用 于植物, 发育延 迟,结实 率低

三倍 体无 子西 瓜

基因 工程 育种

将一种生 物的特定 基因转移 到另一种 生物细胞 中

打破物种 界限,定向 改造生物 的遗传性 状

转基因 技术复杂, 生态安全 抗虫棉 问题较多 的培育

提醒:
1.为得到特殊性状,可选择诱变育种(如航天育种)或多倍体育 种。 2.若要将特殊性状组合到一起,还要克服远缘杂交的不亲和性, 可考虑运用基因工程育种,如抗虫棉的培育和“工程菌”的

培育。
3.杂种优势不同于杂交育种,杂种优势是杂交子一代所表现的 优良性状。 4.在所有育种方法中,最简捷、常规的育种方法——杂交育种。 5.根据不同育种需求选择不同的育种方法

(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上,可利
用杂交育种,亦可利用单倍体育种。 (2)要求快速育种,则运用单倍体育种。 (3)要求大幅度改良某一品种,使之出现前所未有的性状,可 利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。

(4)要求提高品种产量,提高营养物质含量,可运用多倍体育
种。 6.杂交育种选育的时间是从F2代开始,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。

【技巧点拨台】
根据育种目的选择育种方式 (1)若要培育隐性性状个体,可用自交或杂交,只要出现该性状 即可。 (2)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。
(3)若要快速获得纯种,可用单倍体育种方法。 (4)若要提高营养物质含量,可用多倍体育种方法。 (5)若要培育原先没有的性状,可用诱变育种。 (6)若培育植物为营养繁殖,如土豆、地瓜等,则只要出现所需

性状即可,不需要培育出纯种。

下列有关育种说法正确的是(

)

A.用杂交的方法进行育种,F1自交后代有可能筛选出符合人类 需要的优良品种 B.用辐射的方法进行诱变育种,诱变后的植株一定比诱变前的 植株具备更多的优良性状

C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种,所育的种自交后代
约有1/4为纯合子 D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种,所育的种和原品种 杂交一定能产生可育后代

A

下图是植物育种方式的简要概括图,请据图回答:

(1)①→④表示的育种方法称为________,这种育种方式 杂交育种 的目的是_________________________________________,同上 述育种方式相比较,⑤→⑧育种方式的优越性主要表现在
将控制两个亲本优良性状的基因集中到一个个体中

___________________________________________________。 育种年限短

基因突变 (2)⑨方法所运用的原理是________。过程?常用 秋水仙素(或低温) ______________________________________________处理萌 发的种子或幼苗。
转基因技术 (3)过程?使用的生物技术是________,该育种方式的

最大优点是 目的性强、育种周期短、可克服远缘杂交不亲和的障碍 ___________________________________________。

下列关于育种以及相关原理的说法正确的是(

)

A.通过杂交育种方法培育高产抗病小麦的原理是染色体 变异 B.可通过人工诱变后选择获得高产青霉素菌株 C.三倍体无子西瓜花粉可经培养得到单倍体但不育 D.培育无子番茄过程利用了多倍体育种的原理 B

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)存在: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。 (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:产生2个带有黏性末端的DNA片段。

(5)作用:基因工程中重要的切割工具,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

DNA连接酶的作用是在DNA分子连接过程中,黏合脱氧核糖
和磷酸之间的缺口。如果把DNA分子看成“梯子形”,DNA连接

酶的作用是把梯子的扶手连接起来。
3.常用的运载体——质粒 (1)本质:小型环状DNA分子。 (2)作用

①作为运载工具,将目的基因送到宿主细胞中去; ②用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 (3)作为运载体应具备的条件 ①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制;

②有多个限制酶切点;
③有标记基因。

二、操作步骤

有关基因工程的相关提醒
1.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。

2.质粒是最常用的运载体,不要把质粒和运载体等同,除此之
处,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。 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、细菌。 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。

【高考警示钟】
容易混淆的DNA连接酶和DNA聚合酶 (1)DNA连接酶:在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。

(2)DNA聚合酶:可将单个的脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸
序列上,形成磷酸二酯键。 (3)相同点:这两种酶都是蛋白质,可以形成两个脱氧核苷酸之 间的磷酸二酯键。

2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白” 的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起 来组成一个融合基因,再将该融合基因转入真核生物细胞内,

表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中
的主要作用是( )

A.追踪目的基因在细胞内的复制过程 B.追踪目的基因插入到染色体上的位置 C.追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布

D.追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构

C

下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表
示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的 正确顺序是( )

A.①②③④ C.①④②③

B.①②④③ D.①④③②

C

DNA连接酶、DNA聚合酶等的比较
名称 DNA连接酶 作用 连接两个DNA片段 基因工程 参与生理过程及应 用

限制性核酸内 切割某种特定的脱氧核 切酶 苷酸序列

DNA聚合酶
RNA聚合酶 解旋酶

在脱氧核苷酸链上添加 单个脱氧核苷酸 在核糖核苷酸链上添加 单个核糖核苷酸 使碱基间氢键断裂形成 脱氧核苷酸单链 以RNA为模板合成DNA

DNA复制
转录 DNA复制及转录

逆转录酶

逆转录,基因工程

如图是基因工程主要技术 环节的一个基因步骤,这一步骤需

要用到的工具是(

)

A.DNA连接酶和解旋酶 B.DNA聚合酶和限制性核酸内切酶 C.限制性核酸内切酶和DNA连接酶 D.DNA聚合酶和RNA聚合酶

C

正确理解基因重组与基因工程间的关系

比较项目 重组 基因 不 同 点 意义

基因重组 同一物种的不同基因

基因工程 一般是不同物种间的不同 基因 使人类有可能按自己的意 愿直接定向地改造生物的 遗传性状,培育出新品种

是生物变异的来源之 一,对生物进化有重 要意义

相同点

都实现了不同基因间的重新组合,都能使生物产 生变异

育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育 种、基因工程育种等,下面对这五种育种方式的说法正确的

是(

)

A.涉及的原理有基因突变、基因重组、染色体变异 B.都不可能产生定向的可遗传变异 C.都在细胞水平上进行操作 D.都不能通过产生新基因而产生新性状

A

提示信息在补充完善型实验中的应用 ——验证某基因对性状的控制
番茄(2n=24)的正常植株(A)对矮生植株(a)为显性,

红果(B)对黄果(b)为显性,两对基因独立遗传。请回答下列问
题: 4 (1)现有基因型AaBB与aaBb的番茄杂交,其后代的基因型有___ aaBb 种,______基因型的植株自交产生的矮生黄果植株比例最高, 矮生红果∶矮生黄果=3∶1 自交后代的表现型及比例为_________________。

(2)在♀AA×♂aa杂交中,若A基因所在的同源染色体在减数第 13或11 一次分裂时不分离,产生的雌配子染色体数目为______,这种
正常或矮生 情况下杂交后代的株高表现型可能是________。 (3)假设两种纯合突变体X和Y都是由控制株高的A基因突变产生 的,检测突变基因转录的mRNA,发现X的第二个密码子中第二个

碱基由C变为U,Y 在第二个密码子第二个碱基前多了一个U,与
正常植株相比,______突变体的株高变化可能更大,试从蛋白 Y Y突变体的蛋白质中氨基酸的改变比X突变体 质水平分析原因:_______________________________ 可能更多 _______________________。

(4)转基因技术可使某基因在植物体内过量表达,也可以抑制某 基因表达。假设A基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高, 请完成如下实验设计,以验证假设是否成立。

①实验设计:(借助转基因技术,但不要求转基因的具体步骤)
a.分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高。
通过转基因技术,抑制正常植株A基因的表达,测定其赤霉素含量和株高 b._________________________________________________。
通过转基因技术,使A基因在矮生植株中过量表达,测定其赤霉素含量和株高 c._________________________________________________。

②支持上述假设的预期结果:。
正常植株在A基因表达被抑制后,赤霉素含量降低,株高降低;与对照比较, A基因在矮生植株中过量表达后,该植株赤霉素含量增加,株高增加

③若假设成立,据此说明基因控制性状的方式: 基因通过控制酶的合成来控制代谢途径,进而控制生物性状 __________________________________________________

实验方法:新品种的育种方法

【理论指导】
育种目标不同培育新品种的方法不同。 (1)集中不同亲本的优良性状——杂交育种 选择具有不同优良性状的个体作为亲本,经过杂交→自交过程, 在F2中选择,如果选取显性个体,还需要连续自交。 (2)集中优良性状,又缩短育种年限——单倍体育种 选择具有不同优良性状的个体作为亲本,经过杂交获得F1,取

F1的花药进行离体培养,形成单倍体幼苗,再用秋水仙素处理。
(3)获得较大果实或大型植株或提高营养物质含量——多倍体 育种。用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗,使染色体加 倍而形成多倍体。

(4)提高变异频率,“改良”或“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。 (5)实现定向改变现有性状——基因工程育种 把目的基因导入受体细胞内,如果是动物方面的育种,需要导

入受精卵;如果是植物方面的育种,导入体细胞,再经过植物
组织培养即可。

普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种, 控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。现分别

用杂交育种、单倍体育种和诱变育种来培育矮秆抗病品种,分
析如下: 【分析】 (1)选择的品种抗病是显性,矮秆是隐性,杂交育种过程需要纯 合亲本杂交,在F2获得矮秆抗病个体之后再连续自交。

(2)单倍体育种包含杂交、花药离体培养和秋水仙素加倍过程。

(3)诱变育种需要利用射线处理。
具体过程如下:

杂交育种 P 高秆抗病×矮秆易感病 ↓ F1 高秆抗病 ↓ F2 矮秆抗病
诱变育种 P 高秆抗病 γ 射线 矮秆抗病

单倍体育种 P 高秆抗病×矮秆易感病 ↓ F1 高秆抗病 花药离体培养 矮秆抗病(单倍体) 秋水仙素处理 F2 矮秆抗病

【拓展】
(1)杂交育种由F1获得F2的方法是什么?F2矮秆抗病植株中不能 稳定遗传的占多少? 自交 2/3

(2)三组方法中,最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是什么方法? 诱变育种法。诱变育种具有突变率低且不定向等特点,所以最 不易获得矮秆抗病品种。 (3)单倍体育种为什么能明显缩短育种年限? 单倍体育种培养的个体都是纯合子

不同育种目的的杂交育种的基本步骤

1.培育杂合子品种 在农业生产上,可以将杂种子一代作为种子直接利用,如水 稻、玉米等。

(2)特点:高产、优质、抗性强,但种子只能用一年,需年年制 种。

2.培育纯合子品种 (1)培育隐性纯合子品种的基本步骤

选出表现型符合要求的个体种植推广。 (2)培育双显性纯合子或单显性纯合子品种的基本步骤。

(3)特点:操作简单,但需要的时间较长。

提醒:
1.杂交育种只能利用已有基因重新组合,按需选择,并不

产生新的基因。
2.进行杂交育种的个体一定是进行有性生殖的个体,只进 行无性生殖的个体无法通过杂交育种培育新品种。


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