【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 【最新考纲】 1.生物变异在育种上的应用(Ⅱ)。2.转基因食品的安全(Ⅰ)。 考点一 生物的变异与育种 见学生用书 P120 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)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 F1→F1 自交→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； 缺点：获得新品种的周期长。 (5)应用：根据需要培育理想类型。 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)原理：基因突变。 (3)过程：选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。 (4)优点 ①可以提高突变频率，在较短时间内获得 更多的优良变异类型 ②大幅度地改良某些性状 (5)缺点：诱发产生突变，有利的个体往往不多，需处理大量材料。 (6)应用：培育具有新性状的品种。 3．单倍体育种和多倍体育种比较 (1)图中①和③的操作是秋水仙素处理，其作用原理是抑制纺锤体的形成。 (2)图中②过程是花药离体培养。 (3)单倍体育种的优点是能明显缩短育种年限。 诊断辨析 (1)杂交育种一定需要连续自交。( × ) (2)花药离体培养就是单倍体育种。( × ) (3)抗病植株连续自交若干代，纯合抗病植株的比例逐代降低。( × ) (4)花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种。( × ) (5)诱变育种和杂交育种均可形成新基因。( × ) (6)利用高产、感病小麦与高产、晚熟小麦品种间杂交筛选可获得高产、抗 病小麦的品种。( × ) 热图解读 下列________过程属于单倍体育种，需经________年完成，第一年完成过 程________，第二年完成过程________。 提示 ①②③④ 2 ① ②③④ 考向一 常规育种方法的比较 1．(2017·江苏)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________，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)生物的可遗传性状是由基因控制的，培育得到的新品种，与原种 控制相关性状的遗传物质(基因)可能有所差异，因而可根据变异株中的遗传物质 是否发生变化来判断变异株是否具有育种价值。(2)连续自交过程中早熟基因逐 渐纯合，培育成新品种 1。可先通过花药离体培养，再用秋水仙素处理单倍体幼 苗，从而获得高度纯合的后代，这种方法属于单倍体育种。(3)若是染色体组数 目改变引起的变异，则在减数分裂过程中同源染色体配对会发生紊乱，不规则的 染色体分离导致产生染色体数目不等、生活力低的异常配子，只有极少数配子正 常，故只得到极少量的种子。育种方法③需首先经植物组织培养获得柑橘苗，而 植物组织培养技术操作复杂，成本较高。(4)育种方法①需连续自交，每次减数 分裂时与早熟性状相关的基因和其他性状相关的基因都会发生基因重组，产生多 种基因型，经选育只有一部分基因型保留下来。植物组织培养过程中不进行减数 分裂，无基因重组发生。 答案 (1)遗传 (2)纯合 花药 单倍体 (3)染色体分离 配子 组培苗 (4)重组 高考 教材 本题以必修二 P98～P110“杂交育种与诱变育种”、P85“染色体变异”、P80～ P83“基因突变和基因重组”为源，从知识方面考查基因重组、基因突变和染色 体变异在育种中的应用，从目标要求上考查考生获取信息的能力和综合运用能力 。 跟|题|变|式 2.豌豆的高产和抗病基因分别用 A、B 表示，为了培育能稳定遗传的高产抗 病豌豆植株，某同学做了如图所示的育种图解，下列说法合理的是( ) A．基因的自由组合定律仅发生在图示①③过程中 B．图中①②③属于单倍体育种，过程③所获得的豌豆植株不但弱小且高度 不育 C．图中③④过程均需要用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 D．④过程得到的是四倍体高产抗病豌豆 解析 基因的自由组合定律发生在减数分裂①过程中，在减数第一次分裂后 期，同源染色体分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合，A 项错误； 图中①②③属于单倍体育种过程，③为人工诱导染色体加倍的过程，所获得的豌 豆为可育的二倍体纯合子，B 项错误；过程③用秋水仙素处理的是单倍体幼苗， 此过程中无种子产生，过程④可以用秋水仙素处理二倍体萌发的种子或幼苗获得 四倍体，C 项错误、D 项正确。 答案 D 3．某自花且闭花授粉植物，抗病性和茎的高度是独立遗传的性状。抗病和 感病由基因 R 和 r 控制，抗病为显性；茎的高度由两对独立遗传的基因(D、d， E、e)控制，同时含有 D 和 E 表现为矮茎，只含有 D 或 E 表现为中茎，其他表现 为高茎。现有感病矮茎和抗病高茎两品种的纯合种子，欲培育纯合的抗病矮茎品 种。请回答： (1)自然状态下该植物一般都是________合子。 (2)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________、________和有害性这三个特点。 (3)若采用杂交育种，可通过将上述两个亲本杂交，在 F2 等分离世代中 ________抗病矮茎个体，再经连续自交等________手段，最后得到稳定遗传的抗 病矮茎品种。据此推测，一般情况下，控制性状的基因数越多，其育种过程所需 的________。若只考虑茎的高度，亲本杂交所得的 F1 在自然状态下繁殖，则理 论上 F2 的表现型及其比例为_____________________________________。 (4) 若 采 用 单 倍 体 育 种 ， 该 过 程 涉 及 的 原 理 有 __________________________________。请用遗传图解表示其过程(说明：选育 结果只需写出所选育品种的基因型、表现型及其比例)。 解析 本题考查遗传定律、变异的应用等内容，意在考查考生的应用能力、 逻辑推理能力和应用知识解决问题的能力。(1)该植物是自花且闭花传粉，所以 在自然状态下，该植物一般都是纯合子。(2)由于基因突变具有低频性、不定向 性和有害性等特点，所以采用诱变育种获得优良品种时需要处理大量种子。(3) 若采用杂交育种获得所需要的稳定遗传的优良品种，需要将两个亲本杂交获得 F1，F1 自交获得所需要的性状后再连续自交，直到不再出现性状分离，最终获得 所需要的稳定遗传的品种。由此可推测，一般情况下，控制性状的基因数越多， 育种年限越长；只考虑茎的高度，两亲本杂交获得 F1 的基因型为 DdEe，F1 自交 后代 F2 的基因型(表现型)为：9/16D_E_(矮茎)、3/16D_ee(中茎)、3/16ddE_(中茎)、 1/16ddee(高茎)，故 F2 的表现型及其比例为高茎∶中茎∶矮茎＝1∶6∶9。(4)单 倍体育种分为三步：第一步是亲本杂交得到 F1，第二步是将 F1 的花药离体培养 获得单倍体幼苗，第三步是用秋水仙素处理单倍体幼苗。单倍体育种涉及的原理 有基因重组和染色体变异。 答案 (1)纯 (2)不定向性 低频性 (3)选择 纯合化 年限越长 高茎∶中茎∶矮茎＝1∶6∶9 (4)基因重组和染色体变异 如图 整合提升 根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：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。 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．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。 考向二 杂交育种的实施过程 4．现有三种番茄品种，A 品种的基因型为 AABBdd，B 品种的基因型为 AAbbDD，C 品种的基因型为 aaBBDD。三对等位基因分别位于三对同源染色体 上，并且分别控制叶形、花色和果形的三对相对性状。请回答下列问题： (1)欲利用以上三个品种获得基因型为 aabbdd 的植株，可将 A 与 B 杂交得到 杂交一代 F1，基因型为________，杂交一代 F1 与________杂交，得到杂交二代 F2，杂交二代________，收获种子 F3。种植种子 F3，选叶形、花色和果形三对 相对性状都是隐性性状植株，就是基因型为 aabbdd 的植株，这种育种方法叫 ________。 (2)如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为 aabbdd 的植株最少需要 ________年。 (3)如果要缩短获得 aabbdd 植株的时间，可采用________________技术。 解析 杂交育种通过反复杂交可将优良性状的基因组合在一起。要获得基因 型为 aabbdd 的植株需将第 3 年获得的种子在第 4 年种下，据植株性状选出三对 相对性状都是隐性的植株。单倍体育种可缩短育种年限。 答案 (1)AABbDd C 自交 杂交育种 (2)4 (3)单倍体育种 整合提升 杂交育种类型及程序分析 1．培育常规的纯合子品种 (1)培育隐性纯合子品种：选出双亲――→ 杂交 子一代――→ 自交 子二代―→选出符合 要求的优良性状个体即可推广。 (2)培育显性纯合子品种：选出双亲――→ 杂交 子一代――→ 自交 子二代―→选出符合 要 求 的 优 良 性 状 个 体 ――→ 自交 子 三 代 ―→ 选 出 符 合 要 求 的 优 良 性 状 个 体 ――→ 自交 ……―→选出能稳定遗传的个体推广。 特别说明 如果选育显性纯合子动物，则步骤如下： 选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得 F1―→F1 雌雄个体交配―→获得 F2―→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的 F2 个体。 2．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。 (1)基本步骤：选取双亲 P(♀♂)→杂交→F1。 (2)特点：高产、优质、抗性强，但种子只能用一年，需年年育种(因杂合子 自交后代会发生性状分离)。可采用无性繁殖技术如植物组织培养、营养繁殖(如 甘薯、马铃薯等)达到长期利用杂种子一代的目的。 考点二 基因工程育种 见学生用书 P121 基因工程 1．概念 基因工程又叫基因拼接技术或 DNA 重组技术。通俗地说，就是按照人们的 意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的 细胞里，定向地改造生物的遗传性状。 2．原理 不同生物间的基因重组。 3．基本工具 基因的剪刀：限制性核酸内切酶 基因的针线：DNA 连接酶 基因的运载体：常用的有质粒、噬菌体 和动植物病毒等 4．操作步骤 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 5．应用 (1)作物育种：利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农 作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种，如抗虫棉等。 (2)药物研制：利用基因工程的方法，培育转基因生物，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、乙肝疫苗等。 助学巧记 (1)DNA 连接酶和 DNA 聚合酶都可催化磷酸二酯键形成。 (2)操作工具有三种，但工具酶只有两种——限制酶和 DNA 连接酶，另一种 工具——运载体的化学本质为 DNA。 6．易错比较 运载体与细胞膜上的载体在本质上有何不同？ 提示 运载体为 DNA，细胞膜上的载体为蛋白质。 1．下列实践活动包含基因工程技术的是( ) A．水稻 F1 花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种 B．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦 C．将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株 D．用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆 解析 水稻 F1 花药经培养和染色体加倍所获得的基因型纯合新品种的过程 中，用到的是植物组织培养技术；抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得 抗虫矮秆小麦，属于杂交育种的范畴；将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞， 经组织培养获得抗病植株，用到了转基因技术；用射线照射大豆使其基因结构发 生改变，获得种子性状发生变异的大豆，属于人工诱变育种。 答案 C 2．下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。 (1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”： ____________________________；____________________________； ____________________________；____________________________。 (2) 能 否 利 用 人 的 皮 肤 细 胞 来 完 成 ① 过 程 ？ ________ ， 为 什 么 ？ ______________________________________________________________。 (3)过程②必需的酶是___________酶，过程③所需的酶是________酶。 (4)若 A 中共有 a 个碱基对，其中鸟嘌呤有 b 个，则③④⑤过程连续进行 4 次，至少需提供胸腺嘧啶_____________个。 (5)在利用 A、B 获得 C 的过程中，常用________________________切割 A 和 B，使它们产生_______________________________，再加入________________ 才可形成 C。 解析 (2)图中①过程是从细胞中获取相应的 mRNA，由于基因的选择性表 达，人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录，不表达，因此不能形成胰岛素 mRNA。 (3)mRNA→DNA 是逆转录的过程，需要逆转录酶。DNA 分子的扩增需用解旋酶 将双链 DNA 解旋为单链。(4)一个 DNA 分子中的鸟嘌呤(b 个)和胸腺嘧啶之和占 碱基总数(2a 个)的一半，所以一个 DNA 分子片段中胸腺嘧啶数为(a－b)个。连 续复制 4 次，共产生 DNA 分子 24＝16 个，由于复制方式为半保留复制，故需要 提供的胸腺嘧啶数量为(a－b)×(16－1)＝15(a－b)。(5)目的基因与运载体需用同 一种限制酶切割，产生相同的黏性末端，才可以在 DNA 连接酶的作用下连接形 成基因表达载体。 答案 (1)提取目的基因 构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 (2)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素 mRNA (3)逆转录 解旋 (4)15(a－b) (5)同一种限制性核酸内切酶 相同的黏性末端 DNA 连接酶 微平台·通关必备 【答题术语】 1．杂交育种的两个特点 (1)能将多个优良性状集中到同一生物个体上。 (2)耗时较长。 2．诱变育种的方法和特点 (1)两种诱变方法：物理诱变、化学诱变。 (2)两个特点：多害少利；能产生新基因，创造生物新类型。 3．基因工程的三种工具 (1)限制性核酸内切酶：能识别并切割特定的核苷酸序列。 (2)DNA 连接酶：连接两个 DNA 片段之间的脱氧核糖和磷酸。 (3)运载体：将外源基因送入受体细胞。目前常用的运载体有质粒、噬菌体 和动植物病毒等。 4．关注育种“三最”定方向 (1)最简便——侧重于技术操作，杂交育种操作最简便。 (2)最快——侧重于育种时间，单倍体育种所需时间明显缩短。 (3)最准确——侧重于目标精准度，基因工程技术可“定向”改变生物性状。 【误区警示】 1．不能区分花药离体培养与单倍体育种的关系。单倍体育种包括花药离体 培养和秋水仙素处理两个过程。花药离体培养只得到单倍体，只有经过秋水仙素 处理才能得到纯合可育植株。 2．杂交育种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，则只要出现该性状个体即可。 3．杂交育种与杂种优势不同 (1)杂交育种是在杂交后代众多类型中选择符合育种目标的个体进一步培 育，直到获得稳定遗传的具有优良性状的新品种； (2)杂种优势是杂合子(F1)在一种或多种性状上优于两个亲本的现象。具有杂 种优势的杂交子代一般都表现自交衰退现象。例如玉米的植株高度显示杂种优 势，也可以明显地看到自交衰退现象，因此玉米不能自己留种。