【生物】2018届一轮复习人教版从杂交育种到基因工程教案（适用全国）

【生物】2018届一轮复习人教版从杂交育种到基因工程教案（适用全国）

第3讲　从杂交育种到基因工程 考点一| 五种常见育种方法的比较 ‎1．杂交育种 ‎(1)原理：基因重组。‎ ‎(2)过程：‎ ‎①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，自交至不发生性状分离为止。‎ ‎②动物：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。‎ ‎(3)优点：操作简便，可以把多个品种的优良性状集中在一起。‎ ‎(4)缺点：获得新品种的周期长。‎ ‎(5)应用：培育性状重组型优良品种。‎ ‎2．诱变育种 ‎(1)原理：基因突变。‎ ‎(2)过程：选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。‎ ‎(3)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。‎ ‎(4)缺点：有利变异个体往往不多，需处理大量材料。‎ ‎(5)应用：培育具有新性状的品种。‎ ‎3．生物育种方法、实例(连线)‎ ‎ 　　　 　　 　 a．杂交育种 Ⅰ.高产青霉菌 b．单倍体育种 Ⅱ.京花1号小麦 c．诱变育种 Ⅲ.抗虫棉 D．多倍体育种 Ⅳ.三倍体无子西瓜 e．基因工程育种 Ⅴ.杂交水稻 ‎【提示】　a－Ⅴ　b－Ⅱ　c－Ⅰ　d－Ⅳ　e－Ⅲ ‎1．判断下列生物育种方法及原理叙述的正误。‎ ‎(1)通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育，培育出作物新类型。(√)‎ ‎(2)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，此实践活动包含基因工程技术。(×)‎ ‎【提示】　此育种方式属于杂交育种，原理是基因重组，不包含基因工程技术。‎ ‎(3)将大豆种子用60Co处理后，筛选出一株杂合子抗病植株连续自交若干代，则其纯合抗病植株的比例逐代下降。(×)‎ ‎【提示】　杂合子自交，随自交后代数增加，纯合子逐代增多。‎ ‎(4)通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。(√)‎ ‎(5)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的，将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系。(×)‎ ‎【提示】　花粉离体培养获得的是单倍体，需用秋水仙素处理单倍体幼苗，才能获得稳定遗传的纯合品系。‎ ‎(6)最简捷的育种方法是杂交育种，快速育种时常选用单倍体育种。(√)‎ ‎2．据图回答下列问题：‎ 如图甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因，①～⑥表示培育水稻新品种的过程，请思考：‎ ‎(1)图中③→⑤为单倍体育种。(用序号及箭头表示)‎ ‎(2)图中哪一标号处需用秋水仙素处理？应如何处理？‎ 图中⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合子；图中⑥处，需用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。‎ ‎(3)图中④、⑥的育种原理分别是基因突变、染色体变异。‎ ‎(4)图中最简便的育种途径是①→②所示的杂交育种，最难以达到育种目的是④诱变育种。‎ 填表比较各类育种方法 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 诱变育种 基因突变 辐射、激光、太空诱变等 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 多倍体育种 染色体变异 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 基因重组 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 技术复杂，生态安全问题较多 转基因抗虫棉的培育 视角　 1 生物育种过程分析及应用 ‎1．(2017·东北四校调研)黑龙江省农科院欲通过下图所示的育种过程培育出高品质的糯玉米。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．a过程中运用的遗传学原理是基因重组 B．a过程需要用秋水仙素处理萌发的种子 C．利用c过程定能更快获得高品质的糯玉米 D．b过程需要通过逐代自交来提高纯合率 D　[a过程为单倍体育种，育种过程中需用秋水仙素处理萌发的单倍体幼苗，育种原理是染色体变异，A、B错误；c过程为诱变育种，由于基因突变具有不定向性，在较短的时间内不一定能获得高品质的糯玉米，C错误；b过程为杂交育种，需通过逐代自交来提高纯合率，D正确。]‎ ‎2．(2017·山西四校联考)野生猕猴桃是一种多年生富含VC的二倍体(2n＝58)小野果。下图是某科研小组以大量的野生猕猴桃种子(aa)为实验材料培育抗虫猕猴桃无籽新品种的过程，分析正确的是(　　)‎ A．该培育过程中不可使用花药离体培养 B．③⑦过程必须使用秋水仙素 C．⑤的亲本不是同一物种 D．⑥过程得到的个体是四倍体 C　[图中②过程中可用花药离体培养，再诱导染色体加倍获得AA的个体，A错误；秋水仙素或低温诱导均可导致染色体数加倍，B错误；⑤的亲本中，AA为二倍体，AAAA为四倍体，不是同一物种，C正确；⑥过程为基因工程导入抗虫基因，获得的仍是三倍体，D错误。]‎ 视角　 2 生物育种方法的选择 ‎3．(2017·河南省百校联盟质检)某植物的三对相对性状的控制基因 及其所在染色体情况，如表所示。现有各种具有显性性状的纯合子，为了培育纯隐性性状的植株，下列选用的植株及对应育种方法中，较为简捷可行的是(　　)‎ 花色(红对白为显性)‎ 株高(高对矮为显性)‎ 叶形(宽叶对窄叶为显性)‎ 控制基因 A、a C、c D、d 基因的位置 第3号染色体 第5号染色体 第6号染色体 A.红花矮茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，杂交育种 B．红花高茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，诱变育种 C．红花矮茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，基因工程育种 D．红花高茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株，单倍体育种 A　[根据题意可知，选择红花矮茎窄叶植株(AAccdd)、白花高茎窄叶(aaCCdd)植株为亲本，进行杂交育种获得纯隐性性状的植株(aaccdd)只需要两年时间，并且方法比较简单，A正确；诱变育种利用的原理为基因突变，由于基因突变具有不定向性，因此能够得到目标植株还不确定，并且时间长短也是未知，此法不可取，B错误；利用基因工程技术育种，技术比较繁琐，不符合题干中的“简捷”，C错误；单倍体育种和杂交育种相比，时间比较短，但是操作过程比杂交育种复杂，D错误。]‎ 如何根据育种目标确定育种方法 育种目标 育种方案 集中双亲优良性状 单倍体育种(明显缩短育种年限)‎ 杂交育种(耗时较长，但简便易行)‎ 对原品系实施“定向”改造 基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种 让原品系产生新性状(无中生有)‎ 诱变育种(可提高变异频率，期望获得理想性状) ‎ 使原品系营养器官“增大”或“加强”‎ 多倍体育种 考点二| 基因工程的操作工具及步骤 ‎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 DNA分子 操作水平 DNA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，获得人类需要的优良性状 ‎2.原理 不同生物之间的基因重组。‎ ‎3．工具 ‎(1)剪刀与针线(如图)‎ ‎①基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶，如图a。‎ ‎②基因的“针线”：DNA连接酶，如图b。‎ ‎(2)基因的“运输工具”：运载体，常用质粒、噬菌体、动植物病毒等。‎ ‎4．基本步骤 ‎5．应用 ‎(1)育种，如抗虫棉。‎ ‎(2)药物研制，如胰岛素等。‎ ‎(3)环境保护，如转基因细菌分解石油。‎ ‎6．转基因生物和转基因食品的安全性——“两种态度”‎ ‎(1)转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制；‎ ‎(2)转基因生物和转基因食品安全，应该大范围推广。‎ ‎1．判断下列有关基因工程原理的叙述的正误。‎ ‎(1)为达到相应目的，“携带链霉素抗性基因受体菌的筛选”必须通过分子检测。(×)‎ ‎【提示】　根据受体菌是否对链霉素产生抗性进行筛选，不需要分子检测。‎ ‎(2)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。(×)‎ ‎【提示】　载体质粒上抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，不是抗生素合成基因。‎ ‎(3)转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中。(×)‎ ‎【提示】　动物食入转基因植物后，其消化系统能将植物基因分解成小分子物质，基因不能转入动物体细胞中。‎ ‎(4)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株，属于基因工程。(√)‎ ‎(5)DNA连接酶和限制酶是基因工程中两类常用的工具酶。(√)‎ ‎(6)自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后，其DNA整合到细菌DNA上属于基因工程。(×)‎ ‎【提示】　基因工程是在人为作用下进行的，噬菌体感染细菌无人为因素，所以不属于基因工程。‎ ‎(7)没有限制酶就无法使用质粒运载体。(√)‎ ‎2．据图填空。‎ 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”：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。‎ ‎(2)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？不能，为什么？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)过程②必需用的酶是逆转录酶。‎ ‎(4)在利用A、B获得C的过程中，常用限制性核酸内切酶切割B，使它产生一定的黏性末端，再加入DNA连接酶才可形成C。‎ ‎1．基因工程操作工具 ‎(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)‎ ‎①分布：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：产生两个带有黏性末端或平末端的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)DNA连接酶 ‎①催化对象：两个具有相同黏性末端或平末端的DNA片段。‎ ‎②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。‎ ‎③催化结果：形成重组DNA。‎ ‎(3)常用的运载体——质粒 ‎①本质：小型环状DNA分子。‎ ‎②作用：‎ a．作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去；‎ b．用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。‎ ‎③条件：‎ a．能在受体细胞内稳定保存并大量复制；‎ b．有多个限制酶切点；‎ c．有标记基因。‎ ‎2．对基因工程步骤的五点说明 ‎(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，只是前者切开，后者连接。‎ ‎(2)要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。‎ ‎(3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶，‎ 目的是产生相同的黏性末端。‎ ‎(4)将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。‎ ‎(5)动物一般用受精卵作为受体细胞；植物一般用体细胞作为受体细胞，再通过植物组织培养方式形成新个体；微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。‎ 视角 考查基因工程的原理及应用 为增加油菜种子的含油量，研究人员尝试将酶D基因与位于叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。‎ ‎(1)外源基因导入受体细胞，常用的运载体有____________________。‎ ‎(2)欲获取转运肽基因，所需三种限制酶(ClaⅠ、SacⅠ、XbaⅠ)的切点如图所示。‎ 则用________和________酶处理两个酶D基因和转运肽基因后，可得到________端与________端(填图中字母)相连的融合基因。‎ ‎(3)将上述融合基因插入图所示Ti质粒的T－DNA中，构建________并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含________的固体平板上培养得到含融合基因的单菌落，再利用液体培养基震荡培养，可以得到用于转化的侵染液。‎ ‎(4)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是________________________，进一步筛选后获得转基因油菜细胞，该细胞通过____________技术，可培育成转基因油菜植株。‎ ‎【解析】　(1)外源基因导入受体细胞，目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。‎ ‎(2)读图知，切割酶D基因与转运肽基因的限制酶中相同的为ClaⅠ限制酶，因此对两种基因处理时用ClaⅠ限制酶切割，然后用DNA连接酶进行连接，继而可得到A、D端相连的融合基因。‎ ‎(3)将上述融合基因插入图所示Ti质粒的T－DNA中，‎ 构建表达载体即重组质粒并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含四环素的固体平板上培养得到单菌落，再利用液体培养基震荡培养，可以得到用于转化的侵染液。‎ ‎(4)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞，进一步筛选后获得转基因油菜细胞，该细胞通过植物组织培养技术，可培育成转基因油菜植株。‎ ‎【答案】　(1)质粒、噬菌体和动植物病毒　(2)ClaⅠ　DNA连接　A　D　(3)基因表达载体(或“重组质粒”)　四环素　(4)利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞　植物组织培养 真题验收| 感悟高考　淬炼考能 ‎1．(2013·大纲全国卷)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 C　[A项属于单倍体育种，原理是染色体变异；B项属于杂交育种，原理是基因重组；C项属于基因工程，原理是基因重组；D项属于诱变育种，原理是基因突变。]‎ ‎2．(2014·全国卷Ⅰ)现有两个纯合的某作物品种：抗病高秆(易倒伏)和感病矮秆(抗倒伏)品种。已知抗病对感病为显性，高秆对矮秆为显性，但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)在育种实践中，若利用这两个品种进行杂交育种，一般来说，育种目的是获得具有________优良性状的新品种。‎ ‎(2)杂交育种前，为了确定F2代的种植规模，需要正确预测杂交结果。若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，需要满足3个条件：条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；其余两个条件是______________________________________________________________。‎ ‎(3)为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述3个条件，可用测交实验来进行检验，请简要写出该测交实验的过程。‎ ‎【解析】　(1)杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起，抗病与矮秆(抗倒伏)为优良性状。(2)杂交育种依据的原理是基因重组，‎ 控制两对相对性状的基因位于非同源染色体上，遵循基因的自由组合定律，每对基因单独考虑时符合分离定律。(3)测交是指用F1和隐性纯合子杂交，故应先用纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交得到F1，然后再进行测交实验。‎ ‎【答案】　(1)抗病矮秆 ‎(2)高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；控制这两对相对性状的基因位于非同源染色体上 ‎(3)将纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交，产生F1，让F1与感病矮秆植株杂交。‎ ‎3．(2015·天津高考)白粉菌和条锈菌能分别导致小麦感白粉病和条锈病，引起减产。采用适宜播种方式可控制感病程度。下表是株高和株型相近的小麦A、B两品种在不同播种方式下的试验结果。‎ 试验编号 播种方式 植株密度(×106株/公顷)‎ 白粉病 感染程度 条锈病 感染程度 单位面 积产量 A品种 B品种 Ⅰ 单播 ‎4‎ ‎0‎ ‎－‎ ‎＋＋＋‎ ‎＋‎ Ⅱ 单播 ‎2‎ ‎0‎ ‎－‎ ‎＋＋‎ ‎＋‎ Ⅲ 混播 ‎2‎ ‎2‎ ‎＋‎ ‎＋‎ ‎＋＋＋‎ Ⅳ 单播 ‎0‎ ‎4‎ ‎＋＋＋‎ ‎－‎ ‎＋‎ Ⅴ 单播 ‎0‎ ‎2‎ ‎＋＋‎ ‎－‎ ‎＋＋‎ 注：“＋”的数目表示感染程度或产量高低；“－”表示未感染。‎ 据表回答：‎ ‎(1)抗白粉病的小麦品种是________，判断依据是____________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(2)设计Ⅳ、Ⅴ两组试验，可探究___________________________________。‎ ‎(3)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ三组相比，第Ⅲ组产量最高，原因是_________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(4)小麦抗条锈病性状由基因T/t控制，抗白粉病性状由基因R/r控制，两对等位基因位于非同源染色体上。以A、B品种的植株为亲本，取其F2中的甲、乙、丙单株自交，收获籽粒并分别播种于不同处理的试验小区中，统计各区F3中的无病植株比例。结果如下表。‎ 试 验 处 理 F3‎ 无 病 植 ‎　‎ 株 的 比 例 ‎（‎ ‎%‎ ‎）‎ F2‎ 植 株 无菌 水 以条锈菌 进行感染 以白粉菌 进行感染 以条锈菌＋白粉菌进 行双感染 甲 ‎100‎ ‎25‎ ‎0‎ ‎0‎ 乙 ‎100‎ ‎100‎ ‎75‎ ‎75‎ 丙 ‎100‎ ‎25‎ ‎75‎ ‎？‎ 据表推测，甲的基因型是________，乙的基因型是________，双菌感染后丙的子代中无病植株的比例为________。‎ ‎【解析】　(1)根据试验Ⅰ、Ⅱ单播A品种，感染条锈病而未感染白粉病，可证明A品种具有抗白粉病的性状。‎ ‎(2)试验Ⅳ、Ⅴ相比，自变量为植株密度，因变量为白粉病感染程度和单位面积产量，所以两者对照可探究植株密度对B品种小麦感病程度及产量的影响。‎ ‎(3)由表可知Ⅲ组为A、B品种小麦混播，其感病程度最低，产量最高。‎ ‎(4)由表中F3无病植株的比例数据可知：甲自交后代中抗条锈病个体占25%，乙自交后代中抗白粉病的个体占75%，可说明抗条锈病为隐性性状，抗白粉病为显性性状。依据甲自交后代抗白粉病个体比例为0，抗条锈病个体比例为25%，可推测甲的基因型为Ttrr。依据乙自交后代抗条锈病个体比例为100%，抗白粉病个体比例为75%，可推测乙的基因型为ttRr。根据丙自交后代中抗条锈病个体占25%，抗白粉病个体占75%，可知丙的基因型为TtRr，其自交后代中无病植株即基因型为ttR_的植株占3/16，即18.75%。‎ ‎【答案】　(1)A　Ⅰ、Ⅱ组小麦未感染白粉病 ‎(2)植株密度对B品种小麦感病程度及产量的影响 ‎(3)混播后小麦感病程度下降 ‎(4)Ttrr　ttRr　18.75%(或3/16)‎ ‎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 DNA连接酶的作用是在DNA片段之间的磷酸与脱氧核糖之间形成磷酸二酯键。‎ ‎7．基因工程育种能定向改造生物性状。‎