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1、必 修 遺 傳 與 進 化 第三章生物的變異、進化與育種 第23講從雜交育種到基因工程 考綱考情 識記要點1.雜交育種、誘變育種、多倍體育種、基因工程育種等各種育種方式的原理、過程、優(yōu)缺點2.各種育種方法在實踐中的應(yīng)用3.基因工程的原理、工具、步驟和應(yīng)用及轉(zhuǎn)基因食品的安全性評估我的問題(記錄下來，重點突破)_ 1.誘變育種時突變的個體中有害個體多于有利個體。2.雜交育種能將多個優(yōu)良性狀集中到同一生物個體上。3.誘變育種是利用物理因素(如X射線、射線，紫外線、激光等)或化學(xué)因素(如亞硝酸、硫酸二乙酯等)來處理生物，使生物發(fā)生基因突變，獲得新品種的方法。4.雜合子品種的種子只能種一年，需要年年制種

2、。5.一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列并在特定的切點上切割DNA分子。6.DNA連接酶的作用是在DNA片段之間的磷酸與脫氧核糖之間形成磷酸二酯鍵。7.基因工程育種能定向改造生物性狀。 Z整合 核心考點 雜交育種和誘變育種 1雜交育種 (1)概念：將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過_和_，獲得新品種的方法。 (2)原理：_。 (3)過程：選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本_，獲得F1_鑒別、選擇需要的類型。 (4)優(yōu)點：可以把多個品種的優(yōu)良性狀集中在一起； 缺點：獲得新品種的周期_。 (5)應(yīng)用：根據(jù)需要培育理想類型。選擇培育基因重組雜交F1自交獲得F2長 2誘變育種 (1)概念

3、：利用物理因素或化學(xué)因素來處理生物，使生物發(fā)生_，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法。 (2)原理：。 (3)過程：選擇生物_培育。 (5)缺點：誘發(fā)產(chǎn)生突變，有利的個體往往不多，需處理大量材料。 (6)應(yīng)用：培育具有新性狀的品種?；蛲蛔兓蛲蛔冋T發(fā)基因突變選擇理想類型 3單倍體育種和多倍體育種比較 (1)圖中和的操作是處理，其作用原理是抑制_。 (2)圖中過程是。 (3)單倍體育種的優(yōu)點是。秋水仙素紡錘體的形成花藥離體培養(yǎng)能明顯縮短育種年限 下列哪些過程屬于單倍體育種？需經(jīng)幾年完成？每一年完成哪些過程？ 提示2年第一年完成過程，第二年完成過程 (2015浙江理綜)某自花且閉花授粉植物，抗病性和

4、莖的高度是獨立遺傳的性狀?？共『透胁∮苫騌和r控制，抗病為顯性；莖的高度由兩對獨立遺傳的基因(D、d，E、e)控制，同時含有D和E表現(xiàn)為矮莖，只含有D或E表現(xiàn)為中莖，其他表現(xiàn)為高莖?，F(xiàn)有感病矮莖和抗病高莖兩品種的純合種子，欲培育純合的抗病矮莖品種。請回答： (1)自然狀態(tài)下該植物一般都是_合子。 (2)若采用誘變育種，在射線處理時，需要處理大量種子，其原因是基因突變具有_和有害性這三個特點。純多方向性、稀有性 (3)若采用雜交育種，可通過將上述兩個親本雜交，在F2等分離世代中_抗病矮莖個體，再經(jīng)連續(xù)自交等_手段，最后得到穩(wěn)定遺傳的抗病矮莖品種。據(jù)此推測，一般情況下，控制性狀的基因數(shù)越多，其育

5、種過程所需的_。若只考慮莖的高度，親本雜交所得的F1在自然狀態(tài)下繁殖，則理論上F2的表現(xiàn)型及其比例為_。 (4)若采用單倍體育種，該過程涉及的原理有_。請用遺傳圖解表示其過程(說明：選育結(jié)果只需寫出所選育品種的基因型、表現(xiàn)型及其比例)。選擇純合化年限越長高莖中莖矮莖1 6 9基因重組和染色體變異 解析本題考查遺傳定律、變異的應(yīng)用等內(nèi)容，意在考查考生的應(yīng)用能力、邏輯推理能力和應(yīng)用知識解決問題的能力。(1)該植物是自花且閉花傳粉，所以在自然狀態(tài)下，該植物一般都是純合子。(2)由于基因突變具有稀有性、多方向性和有害性等特點，所以采用誘變育種獲得優(yōu)良品種時需要處理大量種子。(3)若采用雜交育種獲得所需

6、要的穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，需要將兩個親本雜交獲得F1，F(xiàn)1自交獲得所需要的性狀后再連續(xù)自交，直到不再出現(xiàn)性狀分離，最終獲得所需要的穩(wěn)定遺傳的品種。由此可推測，一般情況下，控制性狀的基因數(shù)越多，育種年限越長；只考慮莖的高度，兩親本雜交獲得F 1的基因型為DdEe，F(xiàn)1自交后代F2的基因型(表現(xiàn)型)為：9/16D_E_(矮莖)、3/16D_ee(中莖)、3/16ddE_(中莖)、1/16ddee(高莖)，故F2的表現(xiàn)型及其比例為高莖中莖矮莖1 6 9。(4)單倍體育種分為三步：第一步是親本雜交得到F1，第二步是將F1的花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體幼苗，第三步是用秋水仙素處理單倍體幼苗。單倍體育種涉及的原理

7、有基因重組和染色體變異。 1.根據(jù)育種目的和提供的材料選擇合適的育種方法 (1)集中不同親本的優(yōu)良性狀：a.一般情況下，選擇雜交育種，這也是最簡捷的方法，b.需要縮短育種年限(快速育種)時，選擇單倍體育種。 (2)培育果實較大或植株較大或營養(yǎng)物質(zhì)含量較高的新物種多倍體育種。 (3)提高變異頻率，“改良”“改造”或“直接改變”現(xiàn)有性狀，獲得當(dāng)前不存在的基因或性狀誘變育種。 (4)若要培育隱性性狀個體，可選擇自交或雜交育種，只要出現(xiàn)該性狀即可。 (5)實現(xiàn)定向改變現(xiàn)有性狀基因工程育種。 (6)若培育的植物的生殖方式為營養(yǎng)繁殖(如馬鈴薯)，則不需要培育成純種，只要出現(xiàn)該性狀即可。 2根據(jù)育種流程圖來

8、辨別育種方式 (1)雜交育種：涉及親本的雜交和子代的自交。 (2)誘變育種：涉及誘變因子，產(chǎn)生的子代中會出現(xiàn)新的基因，但基因的總數(shù)不變。 (3)單倍體育種：常用方法為花藥離體培養(yǎng)，然后人工誘導(dǎo)染色體加倍，形成純合子。 (4)多倍體育種：用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。 (5)基因工程育種：與原有生物相比，出現(xiàn)了新的基因。 基因工程 1概念 基因工程又叫或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里,_地改造生物的_。 2原理 不同生物間的_?；蚱唇蛹夹g(shù)定向遺傳性狀基因重組 3基本工具 4操作步驟 提取 目的基因與結(jié)合 將

9、目的基因?qū)?目的基因的限制性核酸內(nèi)切酶 DNA連接酶 質(zhì)粒 噬菌體 動植物病毒 目的基因運載體受體細(xì)胞檢測與鑒定 5應(yīng)用 (1)作物育種：利用基因工程的方法，獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各種抗逆性的作物新品種，如等。 (2)藥物研制：利用基因工程的方法，培育轉(zhuǎn)基因生物，利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如胰島素、乙肝疫苗等。 解惑(1)DNA連接酶和DNA聚合酶都可形成磷酸二酯鍵。 (2)操作工具有三種，但工具酶只有兩種限制酶和DNA連接酶，另一種工具運載體的化學(xué)本質(zhì)為DNA?？瓜x棉干擾素 1運載體與細(xì)胞膜上的載體在本質(zhì)上有何不同？ 提示運載體為DNA，細(xì)胞膜

10、上的載體為蛋白質(zhì)。 2獲取目的基因和切割運載體需要用同一種限制酶，目的是什么？ 提示產(chǎn)生相同的黏性末端。 下圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)人胰島素的操作過程示意圖，請據(jù)圖作答。 (1)圖中基因工程的基本過程可以概括為“四步曲”：_；_；_；_。 (2)能否利用人的皮膚細(xì)胞來完成過程？_，為什么？_。 (3)過程必需的酶是_酶，過程所需的酶是_酶。 (4)若A中共有a個堿基對，其中鳥嘌呤有b個，則過程連續(xù)進行4次，至少需提供胸腺嘧啶_個。 (5)在利用A、B獲得C的過程中，常用_切割A(yù)和B，使它們產(chǎn)生_，再加入_才可形成C。提取目的基因構(gòu)建基因表達載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定不能皮膚

11、細(xì)胞中的胰島素基因未表達(或未轉(zhuǎn)錄)，不能形成胰島素mRNA逆轉(zhuǎn)錄解旋15(ab)同一種限制性核酸內(nèi)切酶相同的黏性末端DNA連接酶 解析(2)圖中過程是從細(xì)胞中獲取相應(yīng)的m RNA，由于基因的選擇性表達，人的皮膚細(xì)胞中的胰島素基因不轉(zhuǎn)錄，不表達，因此不能形成胰島素m RNA。(3)從m RNADNA是逆轉(zhuǎn)錄的過程，需要逆轉(zhuǎn)錄酶。DNA分子的擴增需用解旋酶將雙鏈DNA解旋為單鏈。(4)一個DNA分子中的鳥嘌呤(b個)和胸腺嘧啶之和占堿基總數(shù)(2a個)的一半，所以一個DNA分子片段中胸腺嘧啶數(shù)為(ab)個。連續(xù)復(fù)制4次，共產(chǎn)生DNA分子2416個，由于復(fù)制方式為半保留復(fù)制，故需要提供的胸腺嘧啶數(shù)量

12、為(ab)(161)15(ab)。(5)目的基因與運載體需用同一種限制酶切割，產(chǎn)生相同的黏性末端，才可以在DNA連接酶的作用下連接形成基因表達載體。 T突破 考疑考技 1混淆“最簡便”與“最快速”。 “最簡便”著重于技術(shù)含量應(yīng)為“易操作”如雜交育種，雖然年限長，但農(nóng)民自己可簡單操作，但“最快速”則未必簡便，如單倍體育種可明顯縮短育種年限，但其技術(shù)含量卻較高，花粉培養(yǎng)成幼苗就很難實現(xiàn)。 2不能區(qū)分花藥離體培養(yǎng)與單倍體育種的關(guān)系。單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理兩個過程。花藥離體培養(yǎng)只得到單倍體，只有經(jīng)過秋水仙素處理才能得到純合可育植株。 3不明確雜交育種中純合子的篩選方法。植物雜交育種一

13、般用自交，動物雜交育種一般用測交。 4原核生物不能進行減數(shù)分裂，所以不能運用雜交的方法進行育種，如細(xì)菌的育種一般采用的方法是誘變育種。 5雜交育種不一定需要連續(xù)自交。若選育顯性優(yōu)良純種，需要連續(xù)自交篩選，直至性狀不再發(fā)生分離；若選育隱性優(yōu)良純種，則只要出現(xiàn)該性狀個體即可。 【思維診斷】 1考題診斷： (1)(2016黃岡中學(xué)期末)若用AAbb和aaBB的植株培育出AABB的植株至少需用3年的時間。( ) (2)(2012上海高考T21C)花藥離體培養(yǎng)可獲得抗銹病高產(chǎn)小麥新品種。( ) (3)(2016啟東中學(xué)期末)在所有的基因工程步驟中都涉及堿基互補配對。( ) (4)(2013上海高考T58

14、F)沒有限制酶就無法使用質(zhì)粒運載體。( ) (5)(2013浙江高考T6C改編)重組質(zhì)粒中每個限制酶識別位點至少插入一個目的基因。( ) (6)(2012全國新課標(biāo)T5D)自然界中天然存在的噬菌體自行感染細(xì)菌后其DNA整合到細(xì)菌DNA上屬于基因工程。( ) 2易錯診斷： (1)在誘變育種和雜交育種過程中均可產(chǎn)生新的基因和新的基因型。( ) (2)太空育種能按人的意愿定向產(chǎn)生所需優(yōu)良性狀。( ) (3)培育無子西瓜是利用基因重組的原理。( ) 1(多選)(2016全國名校聯(lián)盟)現(xiàn)有小麥種質(zhì)資源包括：高產(chǎn)、感??；低產(chǎn)、抗??；高產(chǎn)、晚熟等品種。為滿足不同地區(qū)及不同環(huán)境條件下的栽培需求，育種專家要培育

15、3類品種：a.高產(chǎn)、抗?。籦.高產(chǎn)、早熟；c.高產(chǎn)、抗旱。下述育種方法可行的是() A利用、品種間雜交篩選獲得a B對品種進行染色體加倍處理篩選獲得b Ca、b和c的培育均可采用誘變育種方法 D用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將外源抗旱基因?qū)胫蝎@得c、 解析品種都無抗病性狀，因此，和品種間雜交不能得到高產(chǎn)、抗病的品種a，A項錯誤。品種高產(chǎn)、晚熟，染色體加倍處理后，不能產(chǎn)生早熟品種，B項錯誤。誘變育種變異頻率高、速度快，可大幅度改良某些性狀，變異范圍廣，因此，a、b、c的培育均可用誘變育種的方法，C項正確。用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將外源抗旱基因?qū)胫锌墒蛊贩N獲得抗旱性狀，因此可得到高產(chǎn)、抗旱的品種c，D項正確。 答案CD 2

16、(2016鹽城模擬)芥酸會降低菜籽油的品質(zhì)。油菜有兩對獨立遺傳的等位基因(H和h，G和g)控制菜籽的芥酸含量，下圖是獲得低芥酸油菜新品種(HHGG)的技術(shù)路線。已知油菜單個花藥由花藥壁(2n)及大量花粉(n)等組分組成，這些組分的細(xì)胞都具有全能性。 據(jù)圖分析，下列敘述錯誤的是() A、兩過程均需要植物激素來誘導(dǎo)細(xì)胞脫分化 B與過程相比，過程可能會產(chǎn)生二倍體再生植株 C圖中三種途徑中，利用花粉培養(yǎng)篩選低芥酸植株(HHGG)的效率最高 DF 1減數(shù)分裂時，H基因所在染色體會與G基因所在染色體發(fā)生聯(lián)會 解析通過分析比較三種不同育種過程的本質(zhì)快速解答。過程均為植物組織培養(yǎng)中的脫分化，均需要利用植物激素

17、來誘導(dǎo)，A項正確。兩親本雜交使H基因和G基因集中到一個生物個體中，可通過雜交育種的方法獲得雙顯性性狀個體，但要獲得HHGG純合子需要H_G_個體連續(xù)多年自交，育種效率不高；根據(jù)自由組合定律推知：F1產(chǎn)生的花粉有HG、Hg、hG、hg四種，花藥離體培養(yǎng)獲得的再生單倍體植株也是四種，使用秋水仙素處理后可根據(jù)性狀直接篩選獲得純合的HHGG植株，其效率最高；F1花藥離體培養(yǎng)所得的再生植株中，除HG、Hg、hG、hg四種單倍體植株外，還可能有花藥壁細(xì)胞組織培養(yǎng)獲得的HhGg二倍體植株，因而其育種效率較花粉離體培養(yǎng)低，B、C兩項正確。分析題干得出：H基因和G基因位于兩對同源染色體上，減數(shù)分裂時非同源染色體

18、不發(fā)生聯(lián)會，D項錯誤。 答案D 3(2016浙江四校調(diào)研)下列有關(guān)育種的敘述，正確的是() A用雜交的方法進行育種，從F1自交后代中可篩選出符合人們需要的優(yōu)良品種 B用輻射的方法進行誘變育種，誘變后的植株一定比誘變前的具備更多的優(yōu)良性狀 C用基因型為DdTt的植株進行單倍體育種，所育的新品種自交后代約有1/4為純合體 D用二倍體的植株進行多倍體育種，所育的新品種和原品種雜交一定能產(chǎn)生可育后代 解析隱性品種一旦出現(xiàn)就是隱性純合子，因此，F(xiàn)1自交后代中可篩選出符合人們需要的隱性優(yōu)良品種。誘變育種的原理是基因突變，基因突變具有不定向性，因此，誘變后的植株不一定比誘變前的具備更多優(yōu)良性狀。單倍體育種所

19、育新品種都是純合體，其自交后代都是純合體。二倍體的植株進行多倍體育種，若新品種是四倍體，與原品種雜交，子代是不可育的三倍體。 答案A 4(2015東城期末)某致病基因h位于X染色體上，該基因和正?；騂中的某一特定序列經(jīng)Bcl酶切后，可產(chǎn)生大小不同的片段(如圖，bp表示堿基對)，據(jù)此可進行基因診斷。圖為某家庭該病的遺傳系譜。 下列敘述錯誤的是() Ah基因特定序列中Bcl酶切位點的消失是堿基序列改變的結(jié)果 B1的基因診斷中只出現(xiàn)142 bp片段，其致病基因來自母親 C2的基因診斷中出現(xiàn)142 bp、99 bp和43 bp三個片段，其基因型為XHXh D3的丈夫表現(xiàn)型正常，其兒子的基因診斷中出現(xiàn)

20、142 bp片段的概率為1/2 解析圖顯示：這個過程的基因突變是改變了H基因的特定序列，使Bcl酶切位點消失。因此基因位于X染色體上，1的父親與母親都正常，所以1的致病基因來自其母親，其父母的基因型分別為XHY、XHXh，2表現(xiàn)為正常女性，出現(xiàn)了142 bp、99 bp、43 bp三個片段，其基因型應(yīng)為XHXh，3的基因型為XHXH或XHXh，丈夫表現(xiàn)正常，基因型為XHY，所生兒子基因型為XhY的概率為1/4。 答案D 5(2015東師大附中期末)下圖表示番茄植株(HhRr)作為實驗材料培育新品種的途徑。請據(jù)圖分析回答： (1)通過途徑2、3獲得幼苗的過程都應(yīng)用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，該技術(shù)依據(jù)的

21、生物學(xué)原理是_。 (2)要盡快獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種應(yīng)采用途徑_，該過程中秋水仙素的作用機理是_。植物細(xì)胞的全能性 2抑制細(xì)胞分裂時形成紡錘體 (3)品種A與途徑3中幼苗基因型相同的概率為_，品種C的基因型是_。 (4)品種C與B是否為同一個物種，_， 原因是_。 (5)途徑4依據(jù)的原理是_，此途徑與雜交育種相比，最突出的優(yōu)點是_。1/4H H hhRRrr否 存在生殖隔離 基因突變能夠產(chǎn)生新基因 解析(1)通過途徑2和3，植物由細(xì)胞發(fā)育成了個體(幼苗)，體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。 (2)二倍體植株通過單倍體育種獲得的個體都是純合子，育種時間短，且穩(wěn)定，該過程要使用秋水仙素，其作用是抑制細(xì)胞分裂時形成紡錘體。 (3)通過途徑3獲得的幼苗的基因型與母本一樣，為HhRr。通過途徑1雜交育種獲得的個體中HhRr占個體總數(shù)的1/4；正常體細(xì)胞加倍后其基因型由HhRrHHhhRRrr。 (4)品種C屬于四倍體，品種B是二倍體，不屬于同一物種，因為它們的雜交后代是三倍體，不能繁殖后代。 (5)途徑4的處理手段是用射線處理，屬于誘變育種，其原理是基因突變，這種方法雖然突變率低，但能夠產(chǎn)生新基因，是進一步育種的基礎(chǔ)。