【生物】2020届 一轮复习 人教版 从杂交育种到基因工程 学案

【生物】2020届 一轮复习 人教版 从杂交育种到基因工程 学案

‎2020届 一轮复习 人教版 从杂交育种到基因工程 学案 ‎【考纲解读】‎ 最新考纲 细解考点 核心素养 ‎1.生物变异在育种上的应用(Ⅱ)‎ ‎2.转基因食品的安全(Ⅰ)‎ ‎1.掌握育种原理、过程和方法 ‎2.考查育种方案的选择与设计 ‎3.考查基因工程的原理及应用 ‎1.科学思维——比较与综合:育种方法的比较;批判性思维:理性看待转基因技术 ‎2.生命观念——结构与功能观:通过育种技术改善作物品质,提高产量等 ‎3.科学探究——实验设计与方案实施:育种方案的选择与设计 考点一　杂交育种和诱变育种 ‎1.杂交育种 ‎(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)过程 ‎①培育杂合子品种 选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×)→F1(即为所需品种)。‎ ‎②培育隐性纯合子品种 选取符合要求的双亲杂交(♀×)→F1F2→选出表现型符合要求的个体种植并推广。‎ ‎③培育显性纯合子品种 a.植物:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得F1→F1自交→获得 F2→鉴别选择需要的类型,连续自交逐代筛选至不再发生性状分离 为止。‎ b.动物:不同于植物的方面主要在于从获得的F2中选育出需要类型与隐性类型测交,以鉴定其基因型。‎ ‎(3)优良性状的选择 ‎①若采用杂交育种,一般应从F2开始进行筛选,原因是F2开始出现性状分离。‎ ‎②若采用单倍体育种,对优良性状的选择应在秋水仙素处理之后(填“前”或“后”),原因是秋水仙素处理之前为单倍体;一般植株弱小,不表现出优良性状。‎ ‎【深挖教材】‎ 杂交育种实践过程中一定需要经过连续自交吗?说明理由。‎ 提示:不一定需要连续自交。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,则只要在F2出现该性状个体即可。‎ ‎2.诱变育种 ‎(1)概念: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)过程:选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。‎ ‎(3)诱变育种与上述杂交育种相比,二者最大的区别在于诱变育种能创造出新基因。‎ ‎(4)优点 ‎①可以提高变异频率,在较短时间内获得更多的优良变异类型。‎ ‎②大幅度地改良性状。‎ ‎(5)缺点:有利变异个体往往不多,需要处理大量材料。‎ ‎【深挖教材】‎ 研究发现低剂量的紫外线能诱发大肠杆菌基因突变,而高剂量的紫外线会导致菌体死亡,可能的原因是什么?因此紫外线诱发过程中要控制剂量,尝试写出控制剂量的三种方法。‎ 提示:高剂量的紫外线对细胞内的DNA损伤太大,导致细胞不能正常进行生命活动。紫外灯的功率、照射距离和照射时间。‎ ‎3.生物育种的原理、方法及实例[连线]‎ ‎1.依据育种目的和提供的材料选择合适的育种方法 ‎(1)集中不同亲本的优良性状 ‎①一般情况下,选择杂交育种,这也是最简捷的方法;‎ ‎②需要缩短育种年限(快速育种)时,选择单倍体育种。‎ ‎(2)培育果实较大或植株较大或营养物质含量较高的新物种——多倍体育种。‎ ‎(3)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。‎ ‎(4)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。‎ ‎(5)实现定向改变现有性状——基因工程育种。‎ ‎(6)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.根据育种流程图辨别育种方式 ‎(1)E方法所用的原理是基因突变,通过该方法获得优良性状个体的 概率很低,其原因是基因突变具有低频性,不定向性且突变大多是有害的。‎ ‎(2)上述育种过程中,哪两个过程所使用的方法相同?C、F(填写字母),具体使用的方法为秋水仙素处理(或低温处理)。‎ ‎(3)B过程中常用的方法是花药离体培养,为确认该过程得到的植株是否为单倍体,可在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体,观察的最佳时期为有丝分裂的中期。‎ ‎(4)图中最简便的育种途径是A→D。(用图中字母与箭头表示)‎ ‎【深度思考】‎ 上述图解中,若利用A→D培育显性纯合子品种,理论上最短育种年限为多少?写出主要的育种程序。‎ 提示:四年。第一年杂交→第二年自交→第三年自交、人工选择→第四年分别种植、自交、选育所需后代。‎ 题型一　考查生物育种原理、过程及方法等 ‎1.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①,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,由此造成不规则的染色体分离,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③,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)育种的目的是获得人类所需要的有价值的性状,只有由遗传物质改变引起的性状改变才能遗传下去,才具有育种价值。‎ ‎(2)方法①是自交,连续自交过程中,早熟基因逐渐纯合,培育成新品种1。单倍体育种能明显缩短育种年限,可先通过花药离体培养,再用秋水仙素处理单倍体幼苗。‎ ‎(3)若是由染色体组数目改变引起的变异,则该变异株减数分裂时联会紊乱,从而造成不规则的染色体分离,产生染色体数目不等、生活力很低的异常配子,只有极少数配子正常,故只能得到少量的种子。方法③需要先进行植物组织培养获得柑橘苗,此过程操作复杂、成本较高。‎ ‎(4)在新品种1的选育过程中,连续自交使早熟性状相关基因与其他性状相关基因发生了多次重组。而在植物组织培养过程中不发生基因重组。‎ 答案:(1)遗传　(2)纯合　花药　单倍体　(3)配子　组培苗　(4)‎ 重组 题型二　考查育种方案的选择与设计 ‎2.(2018·山东聊城二模)利用遗传和变异的原理培育农作物的新品种在现代农业生产上得到了广泛应用。用某闭花授粉的植物进行育种实验。请回答下列问题:‎ ‎(1)自然状态下该植物一般都是　　　　合子。若采用诱变育种,在γ射线处理时,需要处理大量种子,其原因是基因突变具有　　　　　、‎ ‎　　　　　　和多害性等特点。 ‎ ‎(2)生产中使用的该植物品种都是具有优良性状的杂合子(杂种优势),且该植物的穗大(A)对穗小(a)为显性,黄粒(B)对白粒(b)为显性。请利用现有的穗大白粒和穗小黄粒品种(基因型未知)设计一个快速的育种方案,以实现长期培育穗大黄粒(AaBb)优良品种的目的。‎ 解析:(1)该植物为闭花授粉,因此自然状态下该植物一般都是纯合子。诱变育种的原理是基因突变,而基因突变具有低频性、不定向性以及多害性,因此诱变育种时需处理大量种子。‎ ‎(2)因为穗大白粒和穗小黄粒两个品种的基因型未知,要快速培育出穗大黄粒(AaBb)的优良品种,应先进行单倍体育种,以获得二倍体纯合子,选择部分穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株进行杂交,获得所需杂合子品种。为了长期培育此杂合子品种,还需对部分穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株自交留种。‎ 答案:(1)纯　低频性　不定向性 ‎(2)①分别种植穗大白粒、穗小黄粒植株,性成熟后分别取其花药离体培养至单倍体幼苗,然后用秋水仙素处理得到二倍体纯合子,分别自交,选择穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。②‎ 分别种植穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株,选择其中的一部分植株进行杂交,获得穗大黄粒(AaBb)的杂合子品种。③其余另一部分植株进行自交,获得穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。(其他答案合理也可)‎ 考点二　基因工程及应用 ‎1.概念 基因工程别名 基因拼接技术或DNA重组技术 操作环境 生物体外 操作对象 基因 操作水平 分子水平 基本过程 剪切、拼接、导入、表达 结果 定向改造生物的遗传性状,获得人类需要的基因产物 ‎2.工具 ‎(1)剪刀与针线(如图)‎ ‎①基因的“剪刀”:限制酶,如图b。‎ ‎②基因的“针线”:DNA连接酶,如图a。‎ ‎(2)基因的“运输工具”:运载体,常用质粒、噬菌体、动植物病毒等。‎ ‎3.基因操作的基本步骤 提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。‎ ‎【深挖教材】‎ 基因工程中使用的DNA连接酶可否用DNA聚合酶代替?说明理由。‎ 提示:不可以。因为酶具有专一性,DNA连接酶是把两个具有相同末端的DNA片段通过磷酸二酯键连接起来,该过程不需模板。DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接到核苷酸链上,且该过程需要模板。‎ ‎4.基因工程的应用 ‎(1)作物育种 ‎ ‎(2)‎ ‎(3)环境保护: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。‎ ‎5.转基因生物和转基因食品的安全性 限制酶种类的确定 ‎(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 ‎①应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。‎ ‎②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。‎ ‎③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。‎ ‎(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 ‎①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致,以确保具有相同的黏性末端。‎ ‎②质粒作为载体必须具备标记基因等,所以选择的限制酶不要破坏这些结构,如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因(Ampr);若所选酶的切点不止一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。‎ ‎【深度思考】‎ ‎(1)若图中将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用 PstⅠ酶切,酶切产物再加入DNA连接酶,其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有几种?分别是什么?‎ ‎(2)若将上面题目中的PstⅠ酶改用PstⅠ和EcoRⅠ酶切,结果又会 怎样?‎ 提示:(1)3种。质粒载体—质粒载体连接物;目的基因—目的基因连接物;质粒载体—目的基因连接物。‎ ‎(2)1种。质粒载体—目的基因连接物。‎ 题型　基因工程的原理及应用 ‎(2018·山东烟台高三一模)高致病性禽流感暴发的地区,家禽养殖业蒙受巨大的经济损失,同时也威胁到人类的健康。科学家为提高家 禽对病毒的抵抗力,减轻禽流感的传播和流行,进行了相关研究,请 回答:‎ ‎(1)在鸡的多个品种中都存在Mx蛋白,但只有少数品种的Mx蛋白具有抗病毒的活性。比较两种Mx蛋白,发现其差异是第631号氨基酸的种类不同,这很可能是Mx蛋白基因发生了碱基对的　　　　而造成的。若对Mx蛋白缺陷的鸡进行基因治疗,该技术用来传递基因的载体多是病毒类载体,因为它们能　 　　　　　　　　　　 　　,但这类病毒必须经过基因改造才能使用,改造后的病毒具有的特点是 ‎　　　　 。 ‎ ‎(2)研究人员利用　　　　　　作探针,从某个品种的鸡体内成功提取出正常Mx蛋白的mRNA,通过　　　　法获取cDNA,再利用某种病毒将cDNA携带进入Mx蛋白缺陷的另一个品种的鸡受精卵中,并将这些受精卵培育成成体。检测发现,在上述获得的鸡体内cDNA成功表达了。从分子水平上说这项检测,通常采用　　　　　　　　　方法,但合成的Mx蛋白是否具有正常活性,还需要从个体水平上进行 ‎　 试验。 ‎ ‎(3)让转基因鸡的雌雄个体之间随机交配,所产生的子一代、子二代均按照孟德尔的分离定律遗传,这说明  ‎ ‎ 　。 ‎ 解析:(1)由于两种蛋白质在结构上的差异只是第631号氨基酸的种类不同,这很可能是由于Mx基因发生了碱基对的替换而造成的。病毒作为运载体能够将目的基因整合到宿主的DNA分子上,因此若对Mx蛋白缺陷的鸡进行基因治疗,用来传递基因的载体多是病毒类载体;‎ 但是病毒具有侵染性,必须进行改造,改造后的病毒无毒性(或无感 染性)。‎ ‎(2)研究人员利用Mx基因作探针,从某个品种的鸡体内成功提取出正常Mx蛋白的mRNA,以mRNA为模板通过逆转录法获取cDNA。检测发现,获得的鸡体内cDNA成功表达了,说明产生了相应的蛋白质,可以采用抗原—抗体杂交法进行检测;但所合成的Mx蛋白是否具有正常活性,还需要从个体水平上进行(禽流感)病毒感染试验。‎ ‎(3)基因分离的实质是减数分裂形成配子时,控制一对相对性状的等位基因随着同源染色体的分开而分离,分别进入子细胞中,而且这一定律只能适应真核生物细胞核遗传。因此让转基因鸡的雌雄个体之间随机交配,所产生的子一代、子二代均按照孟德尔的分离定律遗传,这说明Mx基因已经整合到转基因鸡的一条染色体上了。‎ 答案:(1)替换　将目的基因整合到宿主的DNA分子上　无毒性(或无感染性)‎ ‎(2)Mx基因　逆转录　抗原—抗体杂交　禽流感病毒感染 ‎(3)Mx基因已经整合到转基因鸡的一条染色体上 ‎【构建知识网络】‎ ‎【记忆核心要点】‎ ‎1.诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体。‎ ‎2.诱变育种能产生前所未有的新基因,创造变异新类型。‎ ‎3.杂交育种能将多个优良性状集中到同一生物个体上。‎ ‎4.杂合子品种的种子只能种一年,需要年年制种。‎ ‎5.一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。‎ ‎6.基因工程育种能定向改造生物性状。‎