高考生物大一輪復習 學案30 從雜交育種到基因工程

學案30從雜交育種到基因工程考綱要求1.生物變異在育種上的應用(Ⅱ)。2.轉基因食品的安全(Ⅰ)。一、雜交育種1．概念：將兩個或多個品種的________通過交配集中在一起，再經(jīng)過__________，獲得新品種的方法。2．原理：________。3．過程：選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本通過________獲得F1，F(xiàn)1連續(xù)________或雜交，從中篩選獲得需要的類型。思考在雜交育種中，如果新品種是雜合子，如玉米、水稻應注意什么？如果新品種是純合子，如小麥應注意什么？二、誘變育種1．概念：利用物理因素或化學因素處理生物，使生物發(fā)生________，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法。2．原理：________。3．特點：可以____________，在較短時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。思考衛(wèi)星搭載種子育種的原理是什么？三、基因工程1．概念：又叫基因拼接技術或____________，是按照人們的意愿，把一種生物的________提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，________地改造生物的遺傳性狀。2．基本工具：(1)基因的剪刀：________________。(2)基因的針線：________________。(3)基因的運載體：常用的有________、噬菌體和________________等。3．操作步驟：(1)提取________。(2)目的基因與________結合。(3)將目的基因導入__________。(4)目的基因的________________。4．應用：基因工程主要在________、藥物研制和________等方面取得了重大成就。思考DNA連接酶與DNA聚合酶有什么不同？探究點一雜交育種和誘變育種完成雜交育種和誘變育種比較表，并掌握理解：雜交育種誘變育種概念將_______________________集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法利用__________________處理生物，使生物發(fā)生________，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法原理________________范圍________的生物所有生物方法eq\a\vs4\al(雜交→自交→選優(yōu),→自交)物理______處理、化學______處理特點①不能產(chǎn)生______，原有基因性狀的重新組合②育種進程緩慢①提高______，加快育種進程②產(chǎn)生______，新性狀，大幅改良性狀③盲目性大，有利變異__________思維拓展1．誘變育種與雜交育種相比，前者能產(chǎn)生前所未有的新基因，創(chuàng)造變異新類型；后者不能產(chǎn)生新基因，只是實現(xiàn)原有基因的重新組合。2．在所有育種方法中，最簡捷、常規(guī)的育種方法——雜交育種。3．不同育種目的的雜交育種的基本步驟及特點(1)培育雜合子品種——雜種優(yōu)勢的利用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，可以將雜種一代作為種子直接利用，如水稻、玉米等。①基本步驟：選取雙親P(♀、♂)→雜交→F1。②特點：高產(chǎn)、優(yōu)質、抗性強，但種子只能種一年。(2)培育純合子品種①培育隱性純合子品種的基本步驟選取雙親P(♀、♂)→雜交→F1→自交→F2→選出表現(xiàn)型符合要求的個體種植推廣。②培育雙顯純合子或隱—顯純合子品種的基本步驟選取雙親P(♀、♂)→雜交→F1→自交→F2→選出表現(xiàn)型符合要求的個體自交→F3→……→選出穩(wěn)定遺傳的個體推廣種植。③特點：操作簡單，但需要的時間較長。4．雜交育種選育的時間是F2，原因是從F2開始發(fā)生性狀分離；選育后是否連續(xù)自交取決于所選優(yōu)良性狀是顯性還是隱性。5．雜交育種是通過雜交培育具有優(yōu)良性狀且能穩(wěn)定遺傳(純合子)的新品種，而雜種優(yōu)勢則是通過雜交獲得種子，一般不是純合子，在雜種后代上表現(xiàn)出多個優(yōu)良性狀，但只能用雜種一代，因為后代會發(fā)生性狀分離。6．誘變育種盡管能提高突變率，但處理材料時仍然是未突變的遠遠多于突變的個體；突變的不定向性和一般有害的特性決定了在突變的個體中有害仍多于有利，只是與自然突變相比較，二者都增多。探究示例1下列關于雜交育種與誘變育種的敘述正確的是()A．誘變育種是通過改變原有基因結構而導致新品種出現(xiàn)的方法B．基因重組是雜交育種的原理，基因重組發(fā)生在受精作用過程中C．誘變育種一定能較快選育出新的優(yōu)良品種D．通過雜交育種方式培育新品種，從F1就可以進行選擇聽課記錄：變式訓練1(·蘇州質檢)1993年，生物學家利用太空搭載的常規(guī)水稻種子做“太空條件下植物突變類型”的課題研究。當年，科學家將這些遨游太空后的種子播種后長出2000多株禾苗，只有其中1株出現(xiàn)與眾不同的特性。在此后15年的種植培養(yǎng)過程中，這株水稻的后代發(fā)生了變異，有糯化早熟型、長粒型、高粗稈大穗型、小粒型、大粒型等十多個品種，有的植株高達1.8米左右。(1)實驗結果表明該變異最有可能是____________，屬于____________。(2)通過太空搭載獲得新的水稻品種，這種育種方法是________。與之相比，傳統(tǒng)雜交育種的時間較長，其依據(jù)的原理是____________。(3)2000多株禾苗中，只有其中1株出現(xiàn)與眾不同的特性，而其后代發(fā)生變異形成了十多個品種，說明突變具有__________________的特點。(4)變異的水稻中，植株過高的品種不會成為理想的育種對象。但是在能源匱乏的今天，這種水稻的秸稈也許會成為制備“生物能源”的材料。在“秸稈乙醇”生產(chǎn)中主要采用的生物技術是__________，要獲得較高的產(chǎn)量首先要____________________________。探究點二基因工程1．基因工程的原理是什么？2．簡述基因操作工具的特性。3．簡述基因工程的基本操作程序？思維拓展1．基因工程的三種工具中，限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶是基因操作過程中的酶工具，化學本質是蛋白質。但它們的功能不同，前者切割磷酸二酯鍵，后者連接磷酸二酯鍵。而運載體可能是質?；虿《荆皇敲腹ぞ?。2．限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶都是一類酶，不是一種酶。3．質粒是最常用的運載體，不要把質粒同運載體等同，除此之外，噬菌體和動植物病毒也可作為運載體。運載體的化學本質為DNA，其基本單位為脫氧核苷酸。4．要想從DNA上切下某個基因，應切2個切口，產(chǎn)生4個黏性末端。探究示例2利用外源基因在受體細胞中表達，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列能說明目的基因完成了在受體細胞中表達的是()A．棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因B．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及mRNAC．山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素DNA序列D．酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白聽課記錄：變式訓練2(·哈爾濱九中測試)通過DNA重組技術使原有基因得以改造的動物稱為轉基因動物。運用這一技術使羊奶中含有人體蛋白質，下圖表示了這一技術的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是—G↓GATCC—，請回答：(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質基因的酶是__________________。人體蛋白質基因“插入”后連接在羊體細胞染色體中時需要的酶是________。(2)人體蛋白質基因之所以能“插入”到羊的染色體內(nèi)，原因是________________________________________________________________________。(3)將人體蛋白質基因導入羊體內(nèi)并成功地表達，使羊產(chǎn)生新的性狀。這種變異屬于________，這里“成功地表達”的含義是________________________________________________________________________。(4)你認為此類羊產(chǎn)生的奶安全可靠嗎？理由是什么？探究點三基因重組與基因工程完成理解基因重組與基因工程比較表：比較項目基因重組基因工程不同點概念在生物體進行______過程中，控制______的基因的重新組合按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，____地改造生物的遺傳性狀重組基因____物種的不同基因____物種間的不同基因繁殖方式________________變異大小________意義是生物變異的來源之一，對生物進化有重要意義使人類有可能按自己的意愿________地改造生物，培育出新品種相同點都實現(xiàn)了__________基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生____思維拓展1．基因重組發(fā)生于有性生殖中，不能打破生殖隔離，而基因工程則可實現(xiàn)異種生物的基因轉移。2．基因工程可使受體獲得新的基因，表現(xiàn)出新的性狀，該技術可看作是一種廣義的基因重組。3．轉基因動、植物的培育，因其細胞全能性不同，外源基因的受體細胞也不同。培育轉基因動物的受體細胞一般為受精卵；培育轉基因植物的受體細胞可用生殖細胞，也可用體細胞。基因工程常需與其他工程技術配合，才能實現(xiàn)目的。探究示例3下列高科技成果中，根據(jù)基因重組原理進行的是()①利用雜交技術培育出超級水稻②通過返回式衛(wèi)星搭載種子培育出太空椒③通過體細胞克隆技術培養(yǎng)出克隆牛④將蘇云金芽孢桿菌的某些基因移植到棉花體內(nèi)，培育出抗蟲棉⑤將健康人的正?；蛑踩氩∪梭w內(nèi)治療基因病⑥用一定濃度的生長素處理，獲得無子番茄A．①③⑤ B．①②④C．①④⑤ D．①②⑥聽課記錄：拓展提升(1)單倍體育種：利用植物的花藥進行離體培養(yǎng)獲取單倍體幼苗，再應用秋水仙素處理，獲取所需品種的育種方式。與雜交育種相比，明顯縮短育種年限，且性狀穩(wěn)定遺傳。(2)多倍體育種：利用秋水仙素對植物正在萌發(fā)的種子或幼苗處理，使其染色體加倍，獲取新品種的育種方式，如：六倍體小麥、三倍體無子西瓜的培育。題組一育種方法1．在紅粒高稈的麥田里，偶然發(fā)現(xiàn)一株白粒矮稈優(yōu)質小麥，欲在兩三年內(nèi)能獲得大量的白粒矮稈麥種，通常用的育種方法是()A．自交(雜交)育種 B．誘變育種C．人工嫁接 D．單倍體育種2．與雜交育種、單倍體育種、多倍體育種和基因工程育種相比，盡管人工誘變育種具有很大的盲目性，但是該育種方法的獨特之處是()A．可以將不同品種的優(yōu)良性狀集中到一個品種上B．育種周期短，加快育種的進程C．改變基因結構，創(chuàng)造前所未有的性狀類型D．能夠明顯縮短育種年限，后代性狀穩(wěn)定快3．(·淮安模擬)下列所列出的是四種常見育種方法的優(yōu)、缺點，請?zhí)畛觫佟芩鶎挠N方法名稱()育種名稱優(yōu)點缺點①______使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中在一個個體上時間長、需及時發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀②______可以提高變異頻率或出現(xiàn)新性狀，加速育種進程①有利變異少，需大量處理實驗材料②變異具有不確定性，盲目性大③______明顯縮短育種年限技術復雜④______提高產(chǎn)量和營養(yǎng)成分適用于植物，在動物中很難開展A．雜交育種單倍體育種多倍體育種誘變育種B．基因工程育種雜交育種單倍體育種多倍體育種C．誘變育種雜交育種多倍體育種單倍體育種D．雜交育種誘變育種單倍體育種多倍體育種4．(新題快遞)為獲得純合高蔓抗病番茄植株，采用了下圖所示的方法，圖中兩對相對性狀獨立遺傳。據(jù)圖分析，不正確的是()A．過程①的自交代數(shù)越多，純合高蔓抗病植株的比例越高B．過程②可以取任一植株的適宜花藥作培養(yǎng)材料C．過程③包括脫分化和再分化兩個過程D．圖中篩選過程不改變抗病基因頻率題組二基因工程5．在用基因工程技術構建抗除草劑的轉基因煙草過程中，下列操作正確的是(多選)()A．用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸B．用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體C．將重組DNA分子導入煙草原生質體D．用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉基因煙草細胞6．基因工程是將目的基因通過一定過程，轉入到受體細胞，經(jīng)過受體細胞的分裂，使目的基因的遺傳信息擴大，再進行表達，從而培養(yǎng)成工程生物或生產(chǎn)基因產(chǎn)品的技術。你認為支持基因工程技術的理論有(多選)()A．遺傳密碼的通用性B．不同基因可獨立表達C．不同基因表達互相影響D．DNA作為遺傳物質能夠嚴格地自我復制7．人們試圖利用基因工程的方法，用乙種生物生產(chǎn)甲種生物的一種蛋白質。生產(chǎn)流程是：甲生物的蛋白質→mRNAeq\o(→,\s\up7(①))目的基因eq\o(→,\s\up7(②))與質粒DNA重組eq\o(→,\s\up7(③))導入乙細胞eq\o(→,\s\up7(④))獲得甲生物的蛋白質，下列說法正確的是()A．①過程需要的酶是逆轉錄酶，原料是A、U、G、CB．②要用限制酶切斷質粒DNA，再用DNA連接酶將目的基因與質粒連接在一起C．如果受體細胞是細菌，可以選用枯草桿菌、炭疽桿菌等D．④過程中用的原料不含有A、U、G、C題組三應用提升8．生物世界廣泛存在著變異，人們研究并利用變異可以培育高產(chǎn)、優(yōu)質的作物新品種。下列能產(chǎn)生新基因的育種方式是()A．“雜交水稻之父”袁隆平通過雜交篩選技術培育出高產(chǎn)的超級水稻B．用X射線進行大豆人工誘變育種，從誘變后代中選出抗病性強的優(yōu)良品種C．通過雜交篩選和人工染色體加倍技術，成功培育出抗逆能力強的八倍體小黑麥D．把合成β胡蘿卜素的有關基因轉進水稻，培育成可防止人類VA缺乏癥的轉基因水稻9．(·連云港月考)搭乘“神舟七號”飛船進入太空誘變的87個品系的蔬菜種子，已運回甘肅天水航天育種基地，選育工作于年展開。太空育種的原理及優(yōu)勢是利用太空特殊的環(huán)境()A．誘發(fā)基因突變、產(chǎn)生新基因和新性狀B．誘發(fā)基因重組、產(chǎn)生新性狀和新的基因型C．誘發(fā)染色體變異、產(chǎn)生新性狀和新的基因型D．誘發(fā)染色體變異、得到生育期短和產(chǎn)量高的新品種題號123456789答案10.(·四川卷，31Ⅱ)小麥的染色體數(shù)為42條。下圖表示小麥的三個純種品系的部分染色體及基因組成：Ⅰ、Ⅱ表示染色體，A為矮稈基因，B為抗矮黃病基因，E為抗條斑病基因，均為顯性。乙品系和丙品系由普通小麥與近緣種偃麥草雜交后，經(jīng)多代選育而來(圖中黑色部分是來自偃麥草的染色體片段)。(1)乙、丙品系在培育過程發(fā)生了染色體的________變異。該現(xiàn)象如在自然條件下發(fā)生，可為________提供原材料。(2)甲與乙雜交所得到的F1自交，所有染色體正常聯(lián)會，則基因A與a可隨____________的分開而分離。F1自交所得F2中有______種基因型，其中僅表現(xiàn)抗矮黃病的基因型有________種。(3)甲與丙雜交所得到的F1自交，減數(shù)分裂中Ⅰ甲與Ⅰ丙因差異較大不能正常配對，而其他染色體正常配對，可觀察到________個四分體；該減數(shù)分裂正常完成，可產(chǎn)生________種基因型的配子，配子中最多含有________條染色體。(4)讓(2)中F1與(3)中F1雜交，若各種配子的形成機會和可育性相等，產(chǎn)生的種子均發(fā)育正常，則后代植株同時表現(xiàn)三種性狀的幾率為________。11．下圖為基因工程技術生產(chǎn)人胰島素的操作過程示意圖，請據(jù)圖回答：(1)能否利用人的皮膚細胞來完成①過程________，為什么？____________________________________________________________________________________________。(2)過程②代表的生理過程是________；過程③常用的方法是________，根據(jù)圖中信息，過程④完成需要的物質是_____________________________________________________。(3)若A中共有a個堿基對，其中鳥嘌呤有b個，則③④⑤過程連續(xù)進行4次，至少需要提供胸腺嘧啶________個。(4)在利用A、B獲得C的過程中，必須用__________________切割A和B，再加入________，才可形成C。(5)中心法則的表達式為___________________________________________________。學案30從雜交育種到基因工程課前準備區(qū)一、1.優(yōu)良性狀選擇和培育2.基因重組3.雜交自交思考在雜交育種中，如果新品種是雜合子，每年都要育種。如果新品種是純合子，要通過多代自交淘汰雜合子。二、1.基因突變2.基因突變3.提高突變率思考衛(wèi)星搭載種子是利用宇宙空間的強輻射和微重力的作用誘發(fā)基因突變。三、1.DNA重組技術某種基因定向2.(1)限制性核酸內(nèi)切酶(2)DNA連接酶(3)質粒動植物病毒3.(1)目的基因(2)運載體(3)受體細胞(4)檢測和鑒定4.作物育種環(huán)境保護思考DNA連接酶連接的是雙鏈DNA片段。DNA聚合酶是在DNA復制時，將單個的脫氧核苷酸連接成單鏈DNA分子。課堂活動區(qū)探究點一兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配物理因素或化學因素基因突變基因重組基因突變有性生殖射線誘變劑新基因突變率新基因少探究示例1A[誘變育種的原理是基因突變，通過物理、化學等方法使基因結構發(fā)生改變，從而使基因控制的相應性狀發(fā)生改變；基因重組一般發(fā)生在減數(shù)第一次分裂的四分體時期或后期；由于基因突變的不定向性，通過誘變育種的方法培育新品種，需要處理大量材料，才能從中選擇出優(yōu)良品種；雜交育種選育品種時，F(xiàn)1一般是雜合子，自交后代的性狀會發(fā)生分離，因此一般從F2進行選種。]變式訓練1(1)基因突變可遺傳變異(2)誘變育種基因重組(3)發(fā)生頻率低、不定向(4)發(fā)酵工程選育優(yōu)良菌種解析(1)從“這株水稻的后代發(fā)生了變異”的事實說明該變異為基因突變，屬于可遺傳的變異。(2)這種利用太空微重力和強輻射條件進行的育種屬于誘變育種，其原理為基因突變；而傳統(tǒng)雜交育種的原理是基因重組。(3)基因突變具有突變頻率低、不定向性和弊多利少性等特點。探究點二1．(1)不同生物的DNA分子具有相同結構。(2)基因是控制生物性狀的基本結構單位和功能單位。(3)各種生物共用一套遺傳密碼。2．(1)限制性核酸內(nèi)切酶——基因的“剪刀”一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能夠在特定的切點上切割DNA分子。(2)DNA連接酶——基因的“針錢”連接限制性核酸內(nèi)切酶切開的斷口。(3)運載體——基因的運輸工具作為運載體必須具備的條件：①能夠在宿主細胞內(nèi)復制并穩(wěn)定地保存。②含有多個限制酶切點，以便和外源基因相連。③含有標記基因，以便于篩選。3．(1)提取目的基因；(2)目的基因與運載體的結合；(3)將目的基因導入受體細胞；(4)目的基因的檢測和鑒定。探究示例2D[若能在受體細胞中檢測到目的基因產(chǎn)物，則可表明目的基因完成了在受體細胞中的表達，D選項表明人的干擾素基因已經(jīng)在受體細胞酵母菌中成功表達。]eq\x(思路導引解答此題的關鍵是題干問的是什么？說明目的基因完成了表達。明確基因表達的含義，提出解決方法，選擇選項。)變式訓練2(1)限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶(2)人和羊DNA分子的空間結構、化學組成相同；有互補的堿基序列(答出其中一點即可)(3)基因重組人體蛋白質基因在羊體細胞內(nèi)控制合成人體蛋白質(4)安全，因為目的基因導入受體細胞后沒有改變，控制合成的人體蛋白質成分沒有改變。(或不安全，因為目的基因導入受體細胞后，可能由于羊細胞中某些成分的影響，合成的蛋白質成分可能發(fā)生一定的改變。)解析本題主要考查基因工程的一般步驟、操作工具、應用以及轉基因技術的安全性等知識。(1)基因工程的基本操作中用到的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶。(2)不同生物的DNA分子的化學組成和空間結構相同，即都具有相同的物質基礎和結構基礎。(3)人體蛋白質基因導入羊體內(nèi)并成功地表達，使羊產(chǎn)生新的性狀，這是將一種基因導入另一種生物，變異類型屬于基因重組，目的基因成功表達的含義是人體蛋白質基因在羊體細胞內(nèi)通過轉錄、翻譯兩個過程控制合成人體蛋白質。(4)為開放性的題目，但要注意回答的理由要與觀點相對應。探究點三有性生殖不同性狀定向同一不同有性生殖無性生殖小大直接定向新品種不同變異探究示例3C[通過返回式衛(wèi)星搭載種子培育出太空椒屬于太空育種，其原理為基因突變；通過體細胞克隆技術培養(yǎng)出克隆牛屬于無性生殖，應用的原理是細胞核的全能性；用一定濃度的生長素處理，獲得無子番茄應用的是生長素的生理作用。]構建知識網(wǎng)絡基因工程育種雜交誘變單倍體DNA連接酶課后練習區(qū)1．A[小麥一般無法用人工嫁接方法，白粒矮稈性狀已出現(xiàn)，不需要誘變育種。單倍體育種技術要求高，而小麥的雜交育種操作簡單，并且可以在兩三年內(nèi)獲得大量麥種。]2．C方法鏈接聚焦“育種方法”(1)各種育種方式中雜交育種、單倍體育種、多倍體育種都是不改變生物原有的基因，只是對原有的基因進行重組或純合，培育出新基因型的新品種。誘變育種和轉基因育種可以增加該物種沒有的新基因。(2)選擇育種方式要根據(jù)育種目的和提供的材料選擇合適的育種方法。比如培育無子西瓜，就選擇多倍體育種；培育從沒有過的優(yōu)良性狀的品種，則選擇誘變品種；如果要將兩個個體的優(yōu)良性狀集中到一個個體上，則可以選擇雜交育種或單倍體育種，單倍體育種的進程更快；如果要克服遠源雜交不親和的障礙，則可以選擇基因工程育種。(3)根據(jù)個體的基因型變化分析育種圖解，如下圖根據(jù)基因型的變化可以判斷：“aabb×AABB→AaBb→AAbb”為雜交育種，“aabb×AABB→AaBb→Ab→AAbb”為單倍體育種，“aabb×AABB→AaBb→AaBB→aaBB”為誘變育種，“aabb×AABB→AaBb→AAaaBBbb”為多倍體育種。3．D[由表中優(yōu)點和缺點可知：①為雜交育種，②為誘變育種，③為單倍體育種，④為多倍體育種。]4．D[過程①為從F2中選擇高蔓抗病植株連續(xù)自交，F(xiàn)2中的高蔓抗病植株中有純合子和雜合子，雜合子自交發(fā)生性狀分離，通過篩選再自交，自交代數(shù)越多，純合子所占比例越高；F1代植株的基因型是相同的，都是雙雜合子，所以在進行花藥離體培養(yǎng)時可以用F1代任一植株的花藥作培養(yǎng)材料；過程③是植物組織培養(yǎng)的過程，包括脫分化和再分化兩個過程；通過圖中的篩選可以使抗病的基因頻率增加。]5．BCD