【创新设计】2015届高考生物总复* 2-3-3 从杂交育种到基因工程课件

发布于:2021-06-18 16:39:43

第3讲 从杂交育种到基因工程

2015备考·最新考纲 1.生物变异在育种上的应用 (Ⅱ)。 全 (Ⅰ )。 2.转基因食品的安

考点1

几种常见育种方式的比较(5年21考)

(2013四川卷、江苏卷、天津卷、浙江卷,2012天津卷,
2011四川卷、福建卷??)

杂交育种

诱变育 种
基因 突变

单倍体育 种
染色体 变异

多倍 体育 种 染色 体变 异

基因工程 育种
基因重组

原 基因重组 理

常 用 方 式

①选育纯种: 杂交→自交→ 选优→自交 ②选育杂种: 杂交 →杂交种

秋水 辐射诱 花药离体 仙素 变、激 培养,然 处理 光诱变、 后再使染 萌发 空间诱 色体数目 的种 变 子或 加倍 幼苗

转基因 (DNA重 组)技术将 目的基因 导入生物 体内,培 育新品种

甲品种× 乙品种 F1

生物
地面理 化处理 太空飞 船搭载

取相关植株 花粉
花药离 体培养

育 ? F2 种 程 序 人工 ? 选育

多种变异
人工 选育

单倍体 幼苗
人工诱导染, 色体数目加倍

正常幼 苗 秋 水仙素 染 色体数 目加倍 人工 选育 新品种

目的基因 +运载体 重组 DNA分 子 导入 受体细胞 培育 转基因生 物

若干植株 人工 选育 新品种

性状稳定遗 新品种 传的新品种

①使位于

器官

不同个体
优 的优良性 状集中 到 一个个体 上②操作 简便

可以提高变异
的频率、加速 育种进程且大 幅度地改良某 些性状

①明显缩短 育种年限

巨大,
提高 产量 和营 养成

打破物种 界限,定



②所得品种
为纯合子

向改变生
物的性状



缺 点

① 育种时间长 ②不能克服远 缘杂交不亲和 的*

有利变异 少,需大 量处理实 验材料 (有很大 盲目性)

技术复杂 且需与杂 交育种配 合

只适用于 有可能引 植物,发 发生态危 育延迟 , 机 结实率 低

应 用

用纯种高秆抗 病小麦与矮秆 不抗病小麦培 育矮秆抗病小 麦

用纯种高 秆抗病小 麦与矮秆 高产青霉 不抗病小 菌 麦快速培 育矮秆抗 病小麦

转基因 三倍体无 “向日葵 子西瓜、 豆”、转 八倍体小 基因抗虫 黑麦 棉

?拓展提升 1.诱变育种与杂交育种相比,前者能产生前所未有的新基因, 创造变异新类型;后者不能产生新基因,只是实现原有基因 的重新组合。 2 .在所有育种方法中,最简捷、常规的育种方法 —— 杂交育种。

3.根据不同育种需求选择不同的育种方法。
(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上, 可利用杂交育种,亦可利用单倍体育种。 (2)要求快速育种,则运用单倍体育种。 (3)要求大幅度改良某一品种,使之出现前所未有的性状,

可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。
(4)要求提高品种产量,提高营养物质含量,可运用多倍 体育种。

4.随着我国航天技术的日趋成熟,太空育种正在兴起,有 两个优势:①太空失重、真空状态,将很多在地球重力场

中无法完成的育种实验变为容易实现的现实;②太空高辐
射环境为动、植物、微生物发生基因突变提供良好条件!

?思维激活 1.判断正误

(1)太空育种能按人的意愿定向产生优良性状
(2)杂交育种的范围只能在有性生殖的植物中

(
(

)。
)。 )。 )。

(3)诱变育种的优点之一是需大量处理实验材料(

(4)诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体
( (5)杂交育种和诱变育种都能产生前所未有的新基因,创

造变异新类型

(
(

)。
)。

(6)杂合子品种的种子只能种一年,需要年年制种 答案 (1)× (4)√ (2)× (5)× (3)× (6)√ 提示 此特点为缺点,不是

优点。

2.思考感悟 (1)杂交育种与杂种优势是一回事吗?

(2)诱变育种与杂交育种相比,最大的区别是什么?
提示 (1)不是。两者都是将两个品种中的优良性状集中

到一个亲本上,但杂交育种培育成能稳定遗传的纯合子, 杂种优势主要是利用杂种 F1 的优良性状,并不要求遗传 学上的稳定。 (2) 二者最大的区别在于诱变育种能创造出

新基因。

考查生物变异在育种上的应用 1.(2013·四川理综,5)大豆植株的体细胞含40条染色体。用放

射性60Co处理大豆种子后,筛选出一株抗花叶病的植株X,
取其花粉经离体培养得到若干单倍体植株,其中抗病植株 占50%。下列叙述正确的是

(

)。

A.用花粉离体培养获得的抗病植株,其细胞仍具有全能性 B.单倍体植株的细胞在有丝分裂后期,共含有20条染色体 C.植株X连续自交若干代,纯合抗病植株的比例逐代降低 D.放射性60Co诱发的基因突变,可以决定大豆的进化方向

解析

单倍体植株体细胞仍具全能性,故 A正确;单倍体植

株的细胞中有20条染色体,在有丝分裂后期染色体加倍,应

含40条染色体;杂合子连续自交,其纯合度提升;基因突变
可为生物进化提供原材料,不能决定生物进化方向;生物进 化方向取决于“自然选择”,故B、C、D选项所述不正确。 答案 A

2.(2013·江苏卷改编)现有小麦种质资源包括:①高产、感

病;②低产、抗病;③高产、晚熟等品种。为满足不同
地区及不同环境条件下的栽培需求,育种专家要培育3类 品种:a.高产、抗病;b.高产、早熟;c.高产、抗旱。下 述育种方法可行的是 ( (1)利用①、③品种间杂交筛选获得a (2)对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b )。

(3)a、b和c的培育均可采用诱变育种方法
(4)用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得c A.(1)(2) B.(2)(3) C.(3)(4) D.(1)(4)

解析

欲获得高产、抗病品种,应利用①和②进行品种间杂

交筛选,(1)错误;欲获得高产、早熟品种,则应对③进行诱

变育种,(2)错误;诱变育种可以产生新基因,因此a、b、c
都可以通过诱变育种获得,(3)正确;基因工程可定向改变生 物性状,要获得高产、抗旱品种,可通过基因工程转入抗旱 基因实现,(4)正确。 答案 C

?题后反思
(1)杂交育种选育的时间是从F2代开始,原因是从F2开始发生 性状分离;选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性 还是隐性。 (2)诱变育种大幅度改良生物性状,这是优点;能提高突变率, 但突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中 有害远多于有利,因而需要大量处理材料,工作量大,能否

产生有价值的变异类型,不以人的意志为转移,目的性差。

[对点强化] 1.(2013· 襄阳调研)下列关于育种方法的叙述正确的是 ( 合人类需要的优良品种 B.用辐射的方法进行诱变育种, 诱变后的植株一定比诱变前的 植株具备更多优良性状 C.用基因型为 DdTt 的植株进行单倍体育种,所育的新品种 1 自交后代中约有 为纯合子 4 D.用基因型为 DdTt 的植株进行多倍体育种,所育的新品种 和原品种杂交一定能产生可育后代 )。 A.用杂交的方法进行育种,往往从 F1 自交后代中可筛选出符

解析

诱变育种的生物学原理为基因突变,基因突变具有多

害少利和不定向的特点,故诱变后的植株不一定比诱变前的 植株具备更多优良性状,故B错误。用基因型为DdTt的植株 进行单倍体育种,产生的新品种全为纯合子,其自交后代也 全为纯合子,故C错误。二倍体植株染色体加倍后成为四倍

体植株,四倍体植株和原二倍体植株杂交得到的三倍体植株
是高度不育的,故D错误。 答案 A

2.(经典题)下面为6种不同的育种方法。

据图回答下列问题。

(1) 图中 A至 D方向所示的途径表示 ________育种方式,这种
方 法 属 常 规 育 种 , 一 般 从 F2 代 开 始 选 种 , 这 是 因 为 __________________。A→B→C的途径表示________育种方 式,这两种育种方式中后者的优越性主要表现在 __________________________。 (2)B常用的方法为______________。 (3)E方法所用的原理是____________,所用的方法如

____________、________________________。育种时所需处
理的种子应是萌动的(而非休眠的)种子,原因是 __________________________________________

(4)C 、 F 过程最常用的药剂是 ____________ ,其作用的原理
是__________________________。 (5)由G到H过程中涉及的生物技术有____________________ ________和______________。 (6)K→L→M这种育种方法的优越性表现在

___________________________

答案

(1)杂交

从F2代开始发生性状分离

单倍体

明显缩

短育种年限
线、激光 说出一项)

(2)花药离体培养

(3)基因突变

X射线、紫外

亚硝酸、硫酸二乙酯、秋水仙素(理化因素需各 种子萌动后进行细胞分裂,DNA在复制过程中 (4)秋水仙素 在细

可能由于某种因素的影响发生基因突变

胞分裂时,抑制纺锤体形成,引起染色体数目加倍

(5)基因

工程(或DNA拼接技术或DNA重组技术或转基因技术)
组织培养

植物

(6)克服了远缘杂交不亲和的*蟠罄┱沽丝

用于杂交的亲本组合范围

考点2

基因工程的操作工具及基本步骤

(2013新课标卷Ⅰ、Ⅱ,广东卷、浙江卷、福建卷、天津卷、
山东卷,2012新课标卷、浙江卷、福建卷??)

一、概念 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 。

二、操作工具

1.基因的“剪刀”——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:EcoR Ⅰ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 的DNA片段。 (5)作用:基因工程中重要的切割工具。在微生物体内能 将外来的DNA切断,对自己的DNA无损害。

2.基因的“针线”——DNA连接酶
(1)催化对象:两个具有相同黏性末端的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
? ?①作为运载工具,将目的基因送到宿主细胞中去 (2)作用? ? ?②用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制

?①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 ? (3)条件?②有多个 限制酶切点 ?③有 标记基因 ?

三、操作步骤
?目的基因:人们所需的特定基因 ? ? ? ?直接分离目的基因 ? ? ? 反转录法 ① ? ? ? 提取目 ? ?②根据蛋白质中氨基 ? ? 的基因 ?取得途径? 人工合成 ? ?酸的序列推测出核苷 ? ? 目的基因 ? ? ? 酸序列,通过 化学方法 ? ? ? ? ?人工合成DNA ? ? ? ?

质粒 ? ?用一定的限制酶切割 目的基因与 ?用同一种限制酶切割 目的基因 ? 运载体结合 ?加入DNA连接酶 ? ?质粒和目的基因结合成重组DNA分子

将目的基因导入受体细胞 :主要是借鉴细菌或病毒侵染
细胞的方法

标记基因 , ? ?检测:根据受体细胞中是否具有 目的基因的 ? 判断目的基因导入与否 ? 检测与鉴定 ?鉴定:受体细胞是否表现 目的基因 控制的性 ? ? 状,如棉花抗虫性状的表现

特别提醒 (1)微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖 快、代谢快、目的基因产物多的特点。(2)动物受体细胞

一般选用受精卵,植物受体细胞可以是体细胞,但需与植
物组织培养技术相结合。

四、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。 3 . 环境保护 : 如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。

?思维激活

(1)DNA连接酶和DNA聚合酶有何不同?
(2)运载体和细胞膜上的载体相同吗? 提示 (1)DNA连接酶是修复愈合 DNA 片段间单链上的缺

口,使之形成磷酸二酯键。 DNA 聚合酶是 DNA 分子复制 时,按模板链的要求,逐个把脱氧核苷酸连接起来,形成 DNA的子链。 (2) 不同。①运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运

输工具,常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等。
②位于细胞膜上的载体是蛋白质,与控制物质进出细胞有 关系。

考查杂交育种与基因工程育种
(2013·浙江理综, 32) 在 玉米中,控制某种除草剂抗性 ( 简称 抗性, T) 与除草剂敏感 (简称非抗, t) 、非糯性(G)与糯性 (g) 的基因分别位于两对同源染色体上。有人以纯合的非抗非糯 性玉米(甲)为材料,经过EMS诱变处理获得抗性非糯性个体

(乙);甲的花粉经EMS诱变处理并培养等,获得可育的非抗
糯性个体(丙)。 请回答:

(1) 获得丙的过程中,运用了诱变育种和 ______________ 育
种技术。 (2)若要培育抗性糯性的新品种,采用乙与丙杂交,F1只出现 抗 性 非 糯 性 和 非 抗 非 糯 性 的 个 体 ; 从 F1 中 选 择 表 现 型 为 ______________的个体自交,F2中有抗性糯性个体,其比例

是__________。
(3)采用自交法鉴定F2中抗性糯性个体是否为纯合子。若自交 后代中没有表现型为____________的个体,则被鉴定个体为 纯合子;反之则为杂合子。请用遗传图解表示杂合子的鉴定 过程。

(4)拟采用转基因技术改良上述抗性糯性玉米的抗虫性。通常 从其它物种获得________,将其和农杆菌的________用合适

的限制性核酸内切酶分别切割,然后借助________连接,形
成重组DNA分子,再转移到该玉米的培养细胞中,经筛选和 培养等获得转基因抗虫植株。

解析

(1)甲 ttGG 产生的花粉为 tG,在 EMS 在诱变下通过花药

离体培养获得单倍体 tg,再由单倍体 tg 获得可育的丙非抗糯性 ttgg,需要秋水仙素处理使染色体加倍,这个过程属于单倍体育 种。(2)甲 ttGG 通过诱变产生乙 TtGG,乙和丙 ttgg 杂交,可以 获得 TtGg 和 ttGg,从中选出表现型为抗性非糯性 TtGg 的个体 3 自交,F2 中有抗性糯性 T__gg 的个体,其比例为 。(3)采用自交 16 法,纯合子不会发生性状分离,杂合子出现性状分离。F2 中抗性 糯性 T__gg 的个体有可能为 TTgg,其自交结果不会出现性状分 离。如果出现性状分离且抗性糯性∶非抗糯性=3∶1 则为杂合子 Ttgg。

(4)转基因技术的第一步是获取目的基因,可以从其它生物

直接获取抗虫基因,用同一种限制性核酸内切酶分别切割目
的基因和质粒,然后在DNA连接酶的作用下将其拼接到载体 质粒上构建基因表达载体(农杆菌转化法中是将目的基因插 入Ti质粒的T—DNA中),然后通过农杆菌转化法导入到受体 细胞玉米细胞中,通过组织培养获得抗虫植株,最后鉴定和

筛选。

答案

(1)单倍体

(2)抗性非糯性

3 16

(3)非抗糯性

如图

抗性糯性∶非抗糯性=3∶1 (4)抗虫基因(或目的基因) Ti质粒 DNA连接酶

[对点强化]

1.下列关于基因工程及转基因食品的安全性的叙述,正确
的是 ( A.基因工程经常以抗生素抗性基因作为目的基因 B .通过转基因技术可获得抗虫粮食作物,从而增加粮 )。

食产量,减少农药使用
C .通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的 DNA,用另一种限制性核酸内切酶处理运载体DNA D .若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界,则生产出 来的甘蔗不存在安全性问题

解析

基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因;在基因

工程的实验操作中一定要注意用同一种限制性核酸内切酶来

处理含目的基因的 DNA 和运载体 DNA ,使它们产生相同的
黏性末端;若转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界,则仍 可能存在食品安全、环境安全等安全性问题。 答案 B

2.(2013·西城区质检)我们日常吃的大米中铁含量极低,科

研人员通过基因工程等技术,培育出了铁含量比普通大
米高60%的转基因水稻,改良了稻米的营养品质。下图 为培育转基因水稻过程示意图,请分析回答有关问题。

(1)铁结合蛋白基因来自菜豆,且基因的脱氧核苷酸序列已知, 可以用________法获得此目的基因或用________扩增目的基

因。
(2)构建重组Ti质粒时,通常要用________分别切割________。 将重组Ti质粒转入农杆菌时,可以用________处理农杆菌, 使重组Ti质粒易于导入。 (3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时,

通过培养基2的筛选培养,可以获得________;培养基3与培
养基 2 的区别是 ________。检测培育转基因水稻的目的是否 达到,需要检测转基因水稻________。

(4)为研究外源基因的遗传方式,将T0代植株上收获的种子 种植成T1代株系,检测各单株的潮霉素抗性。在检测的多数 T1代株系内,抗潮霉素植株与潮霉素敏感植株的比例为3∶1, 此结果说明外源基因的遗传符合________。有少数T1代株系 的所有植株都表现为对潮霉素敏感,但其体内能检测到铁结

合蛋白基因,造成这一结果最可能的原因是
____________________________________________________ ____________________。

解析 对脱氧核苷酸序列已知的基因可以用化学合成法得到, 或用PCR技术扩增。用来切割目的基因和质粒的是限制性核 酸内切酶。将目的基因导入细菌时,需要用CaCl2处理使细 菌处于感受态,便于目的基因导入。将含有重组Ti质粒的农 杆菌与水稻愈伤组织共同培养时,通过培养基2的筛选培养, 可获得含重组质粒的愈伤组织;培养基3的作用是诱导愈伤 组织再分化,所以与培养基2的区别是生长素和细胞分裂素 的比例不同。检测培育转基因水稻的目的基因(铁结合蛋白 基因)是否表达,需要检测转基因水稻种子中铁的含量。潮 霉素抗性植株的后代出现抗潮霉素植株与潮霉素敏感植株的 比例为3∶1,说明其遗传符合孟德尔的基因分离定律。若转 基因植株中检测到铁结合蛋白基因,却对潮霉素敏感,可能 是潮霉素抗性其因没表达或丢失。

答案

(1)化学合成(从基因文库中获取)

PCR

(2)(同种)限

制性核酸内切酶 CaCl2

含目的基因的DNA片段和质粒 生长

(3)含有重组质粒(有潮霉素抗性)的愈伤组织 (成熟)种子中铁含量

素和细胞分裂素的比例不同

(4)基因分离定律
性基因丢失”)

潮霉素抗性基因没有表达(或“潮霉素抗


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