(完整版)第6章從雜交育種到基因工程(教案)

1、高考生物第一輪復(fù)習(xí)資料（教案）§ 2-6 從雜交育種到基因工程第6章 從雜交育種到基因工程第 1節(jié) 雜交育種與誘變育種【課標(biāo)定位】1. 理解雜交育種和誘變育種的原理。2. 了解雜交育種和誘變育種的優(yōu)點(diǎn)和局限性?！窘滩幕貧w】一、雜交育種（一）雜交育種的實(shí)例以高產(chǎn)抗病小麥品種的選育為例P 高產(chǎn)不抗病小麥 × 低產(chǎn)抗病小麥F1高產(chǎn)抗病小麥（均為顯性性狀）F2保留高產(chǎn)抗病個(gè)體（淘汰高產(chǎn)不抗病、低產(chǎn)抗病、低產(chǎn)不抗病個(gè)體）高產(chǎn)抗病小麥（不再發(fā)生性狀分離）新的優(yōu)良品種（二）雜交育種的概念 將同一物種兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀通過(guò)交配集中在一起，再經(jīng)過(guò)選擇和培育獲得生 物新品種的方法叫做雜交

2、育種。（三）雜交育種的原理 雜交育種依據(jù)的遺傳學(xué)原理是基因重組。（四）雜交育種的過(guò)程 選擇同一物種具有不同優(yōu)良性狀的親本雜交得F1，F(xiàn)1 自交或雜交得 F2，從 F2中選擇具有所需優(yōu)良性狀的個(gè)體。（五）雜交育種的優(yōu)缺點(diǎn)1. 雜交育種的優(yōu)點(diǎn) 可將同一物種不同品種的優(yōu)良性狀集中在一個(gè)個(gè)體上，而且操作簡(jiǎn)便。2. 雜交育種的缺點(diǎn)（ 1）只能利用已有基因的重組，產(chǎn)生新的基因型，不能產(chǎn)生新的基因，因而雜交育種只 能出現(xiàn)新的性狀組合，而不會(huì)出現(xiàn)新的性狀。（ 2）由于雜交過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象，因而育種進(jìn)程緩慢，所需時(shí)間較長(zhǎng)。（ 3）親本的選擇范圍比較局限：親本的選擇一般限制在同種生物范圍之內(nèi)，而且只適用

3、于進(jìn)行有性生殖的生物。（六）雜交育種的應(yīng)用 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，雜交育種是改良作物品質(zhì)，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的常規(guī)方法，同時(shí) 也可用于家畜和家禽的育種。二、誘變育種（一）誘變育種的原理 誘變育種依據(jù)的遺傳學(xué)原理是基因突變。（二）誘變育種的方法利用物理因素（如 X 射線、射線、紫外線、激光等）或化學(xué)因素（如亞硝酸、硫酸二乙 酯等）來(lái)處理生物，使生物發(fā)生基因突變。（三）誘變育種的優(yōu)缺點(diǎn) 誘變育種最突出的優(yōu)點(diǎn)在于：可以提高突變率，加速育種進(jìn)程，在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多 的優(yōu)良變異類(lèi)型。但是，有利變異不多，需大量處理供應(yīng)材料并且具有盲目性。（四）誘變育種的實(shí)例 “黑農(nóng)五號(hào)”大豆、青霉素高產(chǎn)菌株的選育等。（五）

4、誘變育種的應(yīng)用 誘變育種是創(chuàng)造動(dòng)植物新品種和微生物新類(lèi)型的重要方法。【要點(diǎn)突破】一、雜交育種過(guò)程分析1. 雜交育種過(guò)程圖解 （假設(shè)親本的基因型分別是 AAbb 和 aaBB，欲獲得雙顯性?xún)?yōu)良性狀 的純合子）PF1F2AAbb×aaBBAAbb×aaBBAaBbA-B- A-bb不再發(fā)生性狀分離aaB- aabb5 -AABB1）若親本是不同純種，則2. 有關(guān)雜交育種的幾點(diǎn)說(shuō)明F1往往表現(xiàn)一致，但從 F2 開(kāi)始便會(huì)出現(xiàn)性狀分離，因此在雜 交育種過(guò)程中選擇往往從 F2 開(kāi)始。2）若需培育顯性純合子，應(yīng)讓具有該性狀的個(gè)體連續(xù)自交，直至不再發(fā)生性狀分離才能推廣使用。（ 3）若需培育

5、隱性純合子，從F2 中選出具有該性狀的個(gè)體即可推廣使用，因?yàn)殡[性性狀一旦出現(xiàn)即為純合子，自交后代不再發(fā)生性狀分離。（ 4）若需利用雜種優(yōu)勢(shì)，選取親本雜交，將母本所結(jié)種子直接利用即可，但需年年育種。（ 5）植株抗病性的檢測(cè)：在無(wú)相應(yīng)病原體的環(huán)境中，需用相應(yīng)病原體感染植株，以檢測(cè) 植株是否具有抗病性。（ 6）在進(jìn)行動(dòng)物雜交育種時(shí)，若需選育顯性純合子，一般采用測(cè)交的方法檢測(cè)顯性個(gè)體 是否為純合子。（ 7）雜交育種的適用范圍：同一物種的不同品種；能進(jìn)行有性生殖；將不同品種 的優(yōu)良性狀集在中一個(gè)個(gè)體上。二、誘變育種1. 人工誘變的最佳處理時(shí)期是細(xì)胞分裂間期。2. 人工誘變只能提高突變率，而不能決定生物產(chǎn)

6、生的突變是否有利，因而人工誘變不能 提高生物有利變異的頻率。三、幾種常規(guī)育種方法的比較種類(lèi)項(xiàng)目雜交育種誘變育種多倍體育種單倍體育種原理基因重組基因突變?nèi)旧w變異方法雜交自交選擇自交利用物理因素或化學(xué) 因素處理生物用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗花藥離體培養(yǎng)秋水仙素處理幼苗優(yōu)點(diǎn)能將不同個(gè)體的優(yōu)良性 狀集中于一個(gè)個(gè)體上且 操作過(guò)程簡(jiǎn)單能提高突變率或出現(xiàn) 新的性狀，從而加速育 種進(jìn)程葉片、種子和果實(shí)比 較大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含 量有所增加可以明顯縮短育種年限缺點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)，須及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu) 良性狀，難以克服遠(yuǎn)源 雜交不親和的障礙有利變異少， 需大量處 理供試材料并且具有 盲目性適用于植物， 在動(dòng)物方面難以實(shí)施技術(shù)復(fù)

7、雜，需與雜 交育種配合適用范圍能夠進(jìn)行有性生殖的植物和動(dòng)物所有生物真核生物主要適用于能夠進(jìn)行有性生殖的植物實(shí)例雜交水稻青霉素高產(chǎn)菌株三倍體無(wú)籽西瓜普通小麥純合體四、解決育種問(wèn)題時(shí)育種方法的選擇1. 若需將同一物種不同親本的優(yōu)良性狀集中在一個(gè)個(gè)體上，既可進(jìn)行雜交育種，也可進(jìn)行單倍體育種（需配合使用雜交的方法）。2. 若需設(shè)計(jì)快速育種方案，則采用單倍體育種的方法。3. 若需大幅度改良某一品種，使之出現(xiàn)前所未有的性狀，則可采用誘變育種和雜交育種 相結(jié)合的方法。4. 若需培育高產(chǎn)量的無(wú)子果實(shí)，則可采用多倍體育種的方法。5. 若需將不同物種的優(yōu)良性狀組合到一起，則可采用基因工程育種的方法。達(dá)標(biāo)自測(cè)1.

8、已知小麥的高稈對(duì)矮稈為顯性，紅粒對(duì)白粒為顯性。某科研人員在紅粒高稈麥田里偶然 發(fā)現(xiàn)一株白粒矮稈小麥，若需在兩、三年時(shí)間內(nèi)獲得大量白粒矮稈麥種，你認(rèn)為應(yīng)該采 用的最佳育種方法是 （ B ） A.誘變育種B.自交育種 C. 人工嫁接 D.單倍體育種2. 人們利用激光或亞硝酸處理萌發(fā)的種子或幼苗能夠誘發(fā)基因突變，則激光或亞硝酸發(fā)揮 誘變作用的時(shí)間是有絲分裂的 （ A ） A.分裂間期B.分裂中期 C. 分裂后期 D.任意時(shí)期3. 現(xiàn)有基因型為 AAbb 和aaBB的兩個(gè)親本，兩對(duì)基因按自由組合定律遺傳。若需培育出基因 型為 aabb的新品種，你認(rèn)為最簡(jiǎn)便的方法是（ B ）A.單倍體育種B.雜交育種

9、C. 誘變育種 D.多倍體育種自我校對(duì)】二）同一 兩個(gè)或多 選擇和培育三）基因重組四）雜交 F2五） 1. 同一 一 簡(jiǎn)便 2. （ 1）已有 基因型 基因 性狀組合 性狀2）性狀分離 緩慢 較長(zhǎng)3）同種 有性一）基因突變二）物理 化學(xué) 基因突變?nèi)┩蛔兟视N進(jìn)程 較短 不多 大量 盲第2節(jié) 基因工程及其應(yīng)用【課標(biāo)定位】1. 簡(jiǎn)述基因工程的基本原理。2. 舉例說(shuō)出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。 【教材回歸】一、基因工程的原理（一）基因工程的概念基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或 DNA 重組技術(shù)。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

10、，定向地改造生物 的遺傳性狀。（二）基因操作的基本工具1. 基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶 限制性核酸內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶）。一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在 特定的切點(diǎn)上切割 DNA 分子。例如， 大腸桿菌中的一種叫做 EcoRI 的限制酶能夠?qū)Ｒ坏刈R(shí)別 GAATTC 的序列，并在 G 和 A 之間將這段序列切開(kāi)。2. 基因的“針線” DNA連接酶兩種來(lái)源不同的 DNA 用同種限制酶切割后，末端可以相互黏合，但是，這種黏合只能使 互補(bǔ)的堿基連接起來(lái)，脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的 DNA 骨架上的缺口（連接磷酸與脫 氧核糖之間的化學(xué)鍵 3，5 磷酸二酯鍵），需要靠 DNA 連接酶來(lái)

11、“縫合”。3. 基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體 要將外源基因送入受體細(xì)胞，還需要有專(zhuān)門(mén)的運(yùn)輸工具運(yùn)載體。目前常用的運(yùn)載體 有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物的細(xì)胞中，是擬核 或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀 DNA 分子。（三）基因工程的操作步驟“四步曲” 基因工程的操作一般要經(jīng)歷四個(gè)步驟：提取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合將目的 基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定。二、基因工程的應(yīng)用（一）基因工程與作物育種1. 目的：在作物育種方面，欲獲得高產(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。2. 實(shí)例：目前已成功培育出了抗蟲(chóng)煙草、玉米、水稻和棉等多種作

12、物。此外，還培育出 了耐貯存的番茄、耐鹽堿的棉花、抗除草劑的玉米、油菜、大豆等多種轉(zhuǎn)基因作物。在畜牧 養(yǎng)殖業(yè)上，科學(xué)家利用基因工程的方法培育出了轉(zhuǎn)基因奶牛、超級(jí)綿羊等多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。3. 意義：抗蟲(chóng)基因作物的使用，不僅減少了農(nóng)藥的用量，降低了生產(chǎn)成本，而且還減少 了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。（二）基因工程與藥物研制 在藥品生產(chǎn)中，有些藥品是直接從生物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的。由于受到原料 來(lái)源的限制，價(jià)格十分昂貴。用基因工程的方法能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的 藥品，如胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素，以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒和瘧疾的疫苗等。（三）基因工程與環(huán)境保護(hù) 在環(huán)境保護(hù)方面，利用轉(zhuǎn)基因細(xì)

13、菌降解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解 泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性【要點(diǎn)突破】一、基因工程的基本原理基因重組 基因工程是把一種生物的某種基因作為整體轉(zhuǎn)移到另一種生物的體細(xì)胞內(nèi)，基因仍然具 有一定的獨(dú)立性和完整性，基因的結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化，只是位置改變而已。特別提示： 通過(guò)基因工程產(chǎn)生的變異是定向的，然而基因重組、基因突變和染色體變異產(chǎn)生的變異 是不定向的。二、基因操作的基本工具1. 限制酶（ 1）作用特點(diǎn)專(zhuān)一性：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切 點(diǎn)上切割 DNA 分子。（ 2）作用結(jié)果產(chǎn)生黏性末端：被限制酶切開(kāi)的DNA 兩條單鏈的切口

14、，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸序列，它們之間的堿基正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫做黏性末端。（ 3）作用部位 3，5 磷酸二酯鍵：磷酸與脫氧核苷酸之間的化學(xué)鍵。特別提示：限制酶能夠切割外來(lái) DNA ，也就是能限制異源 DNA 的侵入并使之失去活力，但對(duì)自身的 DNA 無(wú)損害作用。因此，目的基因必須與運(yùn)載體結(jié)合后才能導(dǎo)入受體細(xì)胞。2.DNA 連接酶與 DNA聚合酶的比較比較項(xiàng)目DNA 連接酶DNA 聚合酶作用對(duì)象連接 DNA 片段連接游離的脫氧核苷酸作用條件不需要模板需要模板作用結(jié)果連接不同脫氧核苷酸之間的磷酸和脫氧核糖3. 基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體1）作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。（ 2）必須具備的條件：能在

15、宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制這樣可保證目的基因 能在細(xì)胞分裂過(guò)程中復(fù)制并傳遞給子細(xì)胞；有多個(gè)限制酶切點(diǎn)這是運(yùn)載體能夠接入多 種目的基因所必需的條件；有標(biāo)記基因這是檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中的重要 判斷依據(jù)。特別提示： 基因操作的“工具”與“工具酶”的區(qū)別：基因操作的工具包括限制酶、 DNA 連接酶以 及運(yùn)載體，而基因操作的工具酶僅指限制酶和 DNA 連接酶。三、基因工程操作的基本步驟1. 提取目的基因 目的基因是指人們所需要的特定基因，提取目的基因的方法有直接分離基因和人工合成 基因兩條途徑。2. 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合首先用同一種限制酶切割質(zhì)粒，然后加入 DNA 連接酶和目的基因，使質(zhì)粒與

16、目的基因結(jié) 合成重組 DNA 分子。3. 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的方法。4. 目的基因的檢測(cè)和鑒定 根據(jù)受體細(xì)胞中是否具有標(biāo)記基因，判斷目的基因?qū)肱c否；根據(jù)受體細(xì)胞表現(xiàn)出的特 定性狀（如棉花的抗蟲(chóng)性狀），判斷目的基因是否表達(dá)。四、基因工程的應(yīng)用與安全性1. 受體細(xì)胞的選擇 培育轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，植物根、莖、葉等生活細(xì)胞均可作為受體細(xì)胞。但是，在培育轉(zhuǎn)基 因動(dòng)物個(gè)體時(shí)，受體細(xì)胞一般選用受精卵。2. 基因工程的安全性 因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，在很多方面展示出美好的應(yīng)用前景，但基因工程也給人們 帶來(lái)了許多潛在的危險(xiǎn)。因此要辯證看待基因工程所引發(fā)的問(wèn)題，如可能制造超級(jí)細(xì)菌

17、和超 級(jí)雜草等；制造出難以制服的病原體、生物武品；轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的出現(xiàn)引發(fā)物種入侵，有可 能破壞原有的生態(tài)平衡，對(duì)原有物種產(chǎn)生威脅；還可能帶來(lái)轉(zhuǎn)基因食品的安全性等問(wèn)題。 【達(dá)標(biāo)自測(cè)】1. 某科研人員將兔子血紅蛋白的 mRNA 加入含有大腸桿菌的培養(yǎng)液中，不久在大腸桿菌體 內(nèi)合成了兔子的血紅蛋白。上述事實(shí)說(shuō)明 （ B ） A.蛋白質(zhì)的合成是在核糖體上進(jìn)行的B. 各種生物共用一套遺傳密碼C. 兔子與大腸桿菌的基因發(fā)生了重組D .兔子的基因發(fā)生了誘發(fā)突變2. 利用“鳥(niǎo)槍法”將目的基因從供體細(xì)胞中分離出來(lái)需使用限制酶，而一種限制酶只能識(shí) 別一種特定的核苷酸序列，并從特點(diǎn)的切點(diǎn)進(jìn)行切割。這是利用了酶的 （ B ） A.高效性B.專(zhuān)一性