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第23講 從雜交育種到基因工程,,第七單元 生物變異、育種和進(jìn)化,[考綱考頻] 1．生物變異在育種上的應(yīng)用 Ⅱ(3年13考) 2.轉(zhuǎn)基因食品的安全 Ⅰ(3年2考),,第七單元 生物變異、育種和進(jìn)化,一、雜交育種和誘變育種 1．雜交育種 (1)概念：將兩個(gè)或多個(gè)品種的_______________通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，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。,優(yōu)良性狀,基因重組,雜交,F1自交,獲得F2,(4)優(yōu)點(diǎn)：可以把多個(gè)品種的優(yōu)良性狀集中在一起； 缺點(diǎn)：獲得新品種的周期_______。 (5)應(yīng)用：根據(jù)需要培育理想類型。 2．誘變育種 (1)概念：利用物理因素或化學(xué)因素來(lái)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。,長(zhǎng),基因突變,基因突變,誘發(fā)基因突變,選擇理想類型,突變頻率,改良,有利,思考：誘變育種與雜交育種相比，最大的區(qū)別是什么？ 提示：二者最大的區(qū)別在于誘變育種能創(chuàng)造出新基因。,二、基因工程 1．概念：基因工程又叫基因拼接技術(shù)或_______________。通俗地說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，_______________地改造生物的遺傳性狀。 2．原理：不同生物間的_______________。,DNA重組技術(shù),定向,基因重組,限制性核酸內(nèi)切酶,DNA連接酶,質(zhì)粒,噬菌體,動(dòng)植物病毒,4．操作步驟 提取_______________→目的基因與_______________結(jié)合→將目的基因?qū)隷______________→目的基因的_______________,目的基因,運(yùn)載體,受體細(xì)胞,檢測(cè)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(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)為DNA。,抗蟲棉,干擾素,1．無(wú)籽西瓜的培育、高產(chǎn)青霉素菌株的產(chǎn)生、雜交育種所依據(jù)的原理分別是( ) ①基因突變 ②基因分離 ③基因重組 ④染色體變異 A．③②① B．④①② C．①③④ D．④①③ 解析：無(wú)籽西瓜的培育利用了染色體變異的原理，屬于多倍體育種。高產(chǎn)青霉素菌株的產(chǎn)生屬于人工誘變育種，原理是基因突變。雜交育種的原理是基因重組。,D,2．有一種塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解為無(wú)毒物質(zhì)，可以降解，不至于對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的“白色污染”。培育專門“吃”這種塑料的細(xì)菌能手的方法是( ) A．雜交育種 B．誘變育種 C．單倍體育種 D．多倍體育種 解析:細(xì)菌的生殖方式是無(wú)性生殖,其他三個(gè)選項(xiàng)都是不行的。誘變育種是在特殊條件下，對(duì)生物進(jìn)行處理，使之發(fā)生基因突變。,B,3．以基因型為RRYY和rryy的二倍體植株為親本，欲培育出基因型為RRrrYYyy的植株，下列方法可行的是( ) ①F1不斷自交 ②以秋水仙素處理F1 ③利用F1的花粉進(jìn)行離體培養(yǎng) ④運(yùn)用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育 A．②或③ B．③或④ C．①或② D．②或④ 解析：以基因型為RRYY和rryy的二倍體植株為親本，培育出基因型為RRrrYYyy的四倍體植株，染色體組的數(shù)目成倍增加,可用秋水仙素處理F1或用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)處理。而用F1的花粉進(jìn)行離體培養(yǎng)，會(huì)使染色體組的數(shù)目成倍減少。,D,4．基因工程是將目的基因通過一定過程，轉(zhuǎn)入到受體細(xì)胞，經(jīng)過受體細(xì)胞的分裂，使目的基因的遺傳信息擴(kuò)大，再進(jìn)行表達(dá)，從而培養(yǎng)成工程生物或生產(chǎn)基因產(chǎn)品的技術(shù)。你認(rèn)為支持基因工程技術(shù)的理論有( ) ①遺傳密碼的通用性 ②不同基因可獨(dú)立表達(dá) ③不同基因表達(dá)互相影響 ④DNA作為遺傳物質(zhì)能夠嚴(yán)格地自我復(fù)制 A．①②④ B．②③④ C．①③ D．①④ 解析：轉(zhuǎn)基因之所以在不同種生物間可以進(jìn)行，是因?yàn)檫z傳密碼的通用性，不同基因表達(dá)的獨(dú)立性，DNA自我復(fù)制的嚴(yán)格性。,A,考點(diǎn)一 以變異為基礎(chǔ)，考查生物育種,考點(diǎn)二 利用圖解法突破基因工程的操作工具及基本步驟,考 點(diǎn) 一 以變異為基礎(chǔ)，考查生物育種,基因突變,染色體變異,自交,自交,雜交,花藥離體,加倍,萌發(fā),目的基因,單倍體幼苗,育種年限,純合子,定向改變,遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,延遲,低,深度思考 1．欲利用aaBB和AAbb的親代個(gè)體選育出雙隱性狀的優(yōu)良植株個(gè)體如何培育？大約需幾年？ _____________________ 2．雜交育種和雜種優(yōu)勢(shì)含義相同嗎？ _____________________ 3．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：1.兩親本個(gè)體雜交,只要在F2中出現(xiàn)該性狀即可。3年。 2．不同。兩者都是將兩個(gè)品種中的優(yōu)良性狀集中到一個(gè)親本上，但雜交育種培育成能穩(wěn)定遺傳的純合子，雜種優(yōu)勢(shì)主要是利用雜種F1的優(yōu)良性狀，并不要求遺傳學(xué)上的穩(wěn)定。 3．①②③④；2年；第一年完成過程①，第二年完成過程②③④。 4．染色體數(shù)目不存在差異，遺傳物質(zhì)存在差異。,1．芥酸會(huì)降低菜籽油的品質(zhì)。油菜有兩對(duì)獨(dú)立遺傳的等位基因(H和h，G和g)控制菜籽的芥酸含量,如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(gè)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(cuò)誤的是( ) A．①、②兩過程均需要植物激素來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞脫分化 B．與④過程相比，③過程可能會(huì)產(chǎn)生二倍體再生植株,D,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 D．F1減數(shù)分裂時(shí)，H基因所在染色體會(huì)與G基因所在染色體發(fā)生聯(lián)會(huì) 解析：分析題圖可知,①、②兩過程均為細(xì)胞脫分化的過程，均需要植物激素來(lái)誘導(dǎo)，故A正確；由于花藥由花藥壁(2n)和大量花粉(n)等組分組成，由花藥壁培養(yǎng)成的再生植株可能為二倍體，故B正確；利用花粉培養(yǎng)成的再生植株為單倍體，再用秋水仙素處理，使其染色體數(shù)目加倍，成為可育的純合子，大大縮短了育種年限，故C正確；由于H基因所在的染色體與G基因所在的染色體不是一對(duì)同源染色體，因此,在減數(shù)分裂過程中,二者不會(huì)發(fā)生聯(lián)會(huì)現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。,C,A．過程①⑧育種方法運(yùn)用的原理是基因突變，最大優(yōu)點(diǎn)是能提高突變率，在短時(shí)間內(nèi)獲得更多的變異類型 B．過程⑤使用的試劑是秋水仙素，它可作用于正在分裂的細(xì)胞，抑制紡錘體的形成 C．過程②③④育種方法運(yùn)用的原理是基因重組，基因型aaB_的類型經(jīng)④后，子代中aaBB所占比例是5/6 D．過程②⑥⑦應(yīng)用了單倍體育種的方法，最大的優(yōu)點(diǎn)是明顯縮短育種年限 解析：①⑧是誘變育種。②③④是雜交育種,原理是基因重組,基因型aaB_的類型中aaBB占1/3，aaBb占2/3，經(jīng)過自交后，子代中aaBB所占比例是1/2，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。,方法技巧 生物育種方法的選擇 (1)集中不同親本的優(yōu)良性狀——雜交育種 選擇具有不同優(yōu)良性狀的個(gè)體作為親本，經(jīng)過雜交→自交過程，在F2中選擇，如果選取顯性個(gè)體，還需要連續(xù)自交。 (2)集中優(yōu)良性狀，又縮短育種年限——單倍體育種 選擇具有不同優(yōu)良性狀的個(gè)體作為親本，經(jīng)過雜交獲得F1，取F1的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)，形成單倍體幼苗，再用秋水仙素或低溫處理。,(3)獲得較大果實(shí)或大型植株或提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量——多倍體育種 用秋水仙素或低溫處理萌發(fā)的種子或幼苗，使染色體加倍而形成多倍體。 (4)提高變異頻率，“改良”或“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。 (5)實(shí)現(xiàn)定向改變現(xiàn)有性狀——基因工程育種。,考點(diǎn)二 利用圖解法突破基因工程的操作工具及基本步驟,基因工程操作步驟圖解 1．用_________________酶完成①②過程。 2．用______________酶完成③④過程。 3．⑤產(chǎn)物為________________________。,同一種限制,DNA連接,目的基因合成的蛋白質(zhì),深度思考 1．要想從DNA上切下某個(gè)基因，應(yīng)有幾個(gè)切口，產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？ _____________________ 2．運(yùn)載體與細(xì)胞膜上的載體在本質(zhì)上有何不同？ _____________________ 3．獲取目的基因和切割運(yùn)載體需要用同一種限制酶，目的是什么？ _____________________ 提示：1. 2。4。 2．運(yùn)載體為DNA，細(xì)胞膜上的載體為蛋白質(zhì)。 3．產(chǎn)生相同的黏性末端。,3．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(qǐng)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”：________________；___________________；__________________________；_______________________。,提取目的基因,構(gòu)建基因表達(dá)載體,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,目的基因的檢測(cè)與鑒定,(2)能否利用人的皮膚細(xì)胞來(lái)完成①過程？______,為什么? __________________________________________________________________。 (3)過程②必需的酶是________酶，過程③必需的酶是________酶。 (4)若A中共有a個(gè)堿基對(duì)，其中鳥嘌呤有b個(gè)，則③④⑤過程連續(xù)進(jìn)行4次，至少需提供胸腺嘧啶___________個(gè)。 (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。,不能,皮膚細(xì)胞中的胰島素基因未表達(dá)(或未轉(zhuǎn)錄)，不能形成胰島素mRNA,逆轉(zhuǎn)錄,解旋,15(a－b),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①過程是從細(xì)胞中獲取相應(yīng)的mRNA，由于基因的選擇性表達(dá)，人的皮膚細(xì)胞中的胰島素基因不轉(zhuǎn)錄，不表達(dá)，因此不能形成胰島素mRNA。(3)從mRNA→DNA是逆轉(zhuǎn)錄的過程，需要逆轉(zhuǎn)錄酶。DNA分子的擴(kuò)增需用解旋酶將雙鏈DNA解旋為單鏈。(4)一個(gè)DNA分子中的鳥嘌呤(b個(gè))和胸腺嘧啶之和占?jí)A基總數(shù)(2a個(gè))的一半，所以一個(gè)DNA分子片段中胸腺嘧啶數(shù)為(a－b)個(gè)。連續(xù)復(fù)制4次，共產(chǎn)生DNA分子24＝16個(gè)，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)量為(a－b)×(16－1)＝15(a－b)。(5)目的基因與運(yùn)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(dá)載體。,歸納提煉 酶與磷酸二酯鍵 (1)形成磷酸二酯鍵的酶：DNA連接酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶。 (2)斷裂磷酸二酯鍵的酶：限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)、DNA酶、RNA酶。 (3)解旋酶作用于氫鍵，不作用于磷酸二酯鍵。,易錯(cuò)點(diǎn)1 混淆“最簡(jiǎn)便”與“最快速” [點(diǎn)撥] “最簡(jiǎn)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(zhǎng)，但農(nóng)民自己可簡(jiǎn)單操作，但“最快速”則未必簡(jiǎn)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，單就花粉培養(yǎng)成幼苗已很難實(shí)現(xiàn)。,易錯(cuò)點(diǎn)2 混淆無(wú)籽西瓜培育過程中父本與母本的選擇與處理 [點(diǎn)撥] (1)無(wú)籽西瓜的培育過程中，兩次傳粉的目的：第一次傳粉是為了雜交得到三倍體種子，第二次傳粉是為了刺激子房發(fā)育成果實(shí)。(2)如果以二倍體西瓜為母本，四倍體西瓜為父本，也能得到三倍體種子，但這種三倍體種子結(jié)的西瓜，因珠被發(fā)育成厚硬的種皮，故達(dá)不到“無(wú)籽”的目的。(3)用秋水仙素處理二倍體西瓜幼苗使之成為四倍體時(shí)，處理的對(duì)象應(yīng)是“幼苗或萌發(fā)的種子”。因?yàn)槊劝l(fā)的種子和幼苗具有分生能力，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，秋水仙素處理后可達(dá)到使產(chǎn)生的新細(xì)胞染色體數(shù)目加倍的目的。,易錯(cuò)點(diǎn)3 對(duì)基因工程中一些觀點(diǎn)、說(shuō)法辨析不清 [點(diǎn)撥] (1)限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的作用部位都是脫氧核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵(不是氫鍵)，只是一個(gè)切開，一個(gè)連接。(2)DNA酶即DNA水解酶，是將DNA水解的酶；DNA聚合酶是在DNA復(fù)制過程中，催化形成新DNA分子的酶，是將單個(gè)游離的脫氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板。(3)質(zhì)粒是最常用的運(yùn)載體，不要把質(zhì)粒同運(yùn)載體等同，除此之外，噬菌體和動(dòng)植物病毒也可作為運(yùn)載體。運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)為DNA，其基本單位為脫氧核苷酸。(4)基因工程可按照人們的意愿定向培育新品種，且可突破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)不同物種間的基因重組。,1．判斷下列有關(guān)生物育種的敘述 (1)誘變育種和雜交育種均可形成新基因。( ) (2)若用AAbb和aaBB的植株培育出AABB的植株至少需用3年的時(shí)間。( ) (3)(2009·上海卷T21C)花藥離體培養(yǎng)可獲得抗銹病高產(chǎn)小麥新品種。( ) 2．判斷下列有關(guān)基因工程的敘述 (1)在所有的基因工程步驟中都涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)。( ) (2)(2013·上海卷T58F)沒有限制酶就無(wú)法使用質(zhì)粒運(yùn)載體。 ( ),×,×,×,×,√,(3)(2013·江蘇卷T15A)我國(guó)已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品強(qiáng)制實(shí)施了產(chǎn)品標(biāo)識(shí)制度。( ) (4)(2011·浙江卷T6C改編)重組質(zhì)粒中每個(gè)限制酶識(shí)別位點(diǎn)至少插入一個(gè)目的基因。( ) (5)(2010·全國(guó)卷ⅡT5D)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。( ),√,×,×,