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1、基因工程与杂交育种,一、杂交育种与诱变育种1.杂交育种(1)含义：将_的优良性状通过交配集中在一起，再经过_，获得新品种的方法。(2)育种原理：_。(3)方法：杂交_选种自交。2.诱变育种(1)含义：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生_。(2)育种原理：_。,两个或多个品种,选择和培育,基因重组,自交,基因突变,基因突变,二、基因工程及其应用1.基因工程的概念基因工程又叫_或DNA重组技术，即按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，_，然后放到另一种生物的细胞里，_生物的遗传性状。2.基因操作的基本工具(1)基因的“剪刀”：指_，简称限制酶。分布：主要在_。特性：一种限制酶只能
2、识别一种特定的_，并在特定的切点上切割DNA分子。,基因拼接技术,加以修饰改造,定向地改造,限制性核酸内切酶,微生物体内,核苷酸序列,(2)基因的“针线”：指_，连接磷酸和脱氧核糖形成_。(3)基因的“运输工具”：即_。实例：_、噬菌体、动植物病毒。3.基因操作的基本步骤提取目的基因_与运载体结合将目的基因导入_目的基因的_。,DNA连接酶,磷酸二酯键,质粒,目的基因,受体细胞,检测与鉴定,能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。,作用：将外源基因送入受体细胞。,【思维判断】1.诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体。()【分析】基因突变具有不定向性，产生的有害个体多于有利个体。2.杂交育种
3、和诱变育种都能产生前所未有的新基因，创造变异新类型。()【分析】诱变育种的原理是基因突变，基因突变产生了新的基因，故创造出变异新类型；杂交育种的原理是基因重组，没有产生新的基因，只是实现原有基因的重新组合。,3.杂合子品种的种子只能种一年，需要年年制种。()【分析】杂合子品种种植一代，子代发生性状分离，需要年年制种。4.基因工程定向改造生物性状，能够定向地引起基因突变。()【分析】基因工程能够定向改造生物性状，这属于基因重组，不属于基因突变。,几种遗传育种的方法比较,基因重组,杂交自交选种自交,使不同个体优良性状集中在一个个体上;操作简便,育种时间长;局限于亲缘关系较近的个体,矮秆抗病小麦,基
4、因突变,染色体变异,辐射、激光、空间诱变等,花药离体培养,用秋水仙素处理,提高变异频率,加速育种进程,大幅度改良性状,明显缩短育种年限;子代均为纯合子,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,单倍体育种获得矮秆抗病小麦,技术复杂,需与杂交育种配合,染色体变异,基因重组,用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中,器官大,提高营养物质含量,打破物种界限,定向改造生物的遗传性状,只适用于植物,发育延迟,结实率低,三倍体无子西瓜,转基因抗虫棉的培育,技术复杂,生态安全问题较多,【技巧点拨台】根据育种目的选择育种方式(1)若要培育隐性性状个体，可用
5、自交或杂交，只要出现该性状即可。(2)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其最简便的方法是自交。(3)若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。(4)若要提高营养物质含量，可用多倍体育种方法。(5)若要培育原先没有的性状，可用诱变育种。(6)若培育植物为营养繁殖，如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。,【典例训练1】下列有关育种说法正确的是()A.用杂交的方法进行育种，F1自交后代有可能筛选出符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的优良性状C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，所育的种自交后代约有1/4为纯合子D.
6、用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的种和原品种杂交一定能产生可育后代,【解题指南】1.知识储备：(1)诱变育种具有不定向性。(2)二倍体进行单倍体育种，形成的后代都是纯合子。2.考查实质：诱变育种、单倍体育种、杂交育种和多倍体育种的操作程序及特点。,【解析】选A。考查生物育种的方式。诱变育种的原理是基因突变，而基因突变具有不定向性，所以诱变后的植株在性状上也具有不确定性；单倍体育种得到的个体都是纯合子，其自交后代也都为纯合子；用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，得到的个体为DDddTTtt(四倍体)，DDddTTtt(四倍体)和原品种(DdTt)杂交后代为三倍体，三倍体不可育。,
7、【互动探究】(1)用杂交的方法进行育种，选取杂交种从哪一代开始选择？提示：F1。分析：选取杂交种是利用杂种优势，纯合个体杂交，F1是杂合子，应该从F1中选择。(2)基因型为DdTt的植株利用C项和D项的育种方式，所培育的子代中纯合子各占多少？提示：100%，0。,分析：C项育种方式是单倍体育种，经过花药离体培养形成单倍体，再经秋水仙素处理加倍，所培育的都是纯合子；D项育种方式是多倍体育种，利用秋水仙素或者低温处理，子代的基因型是DDddTTtt，均为杂合子。,【变式备选】某植物的基因型为AaBB，通过下列技术可以分别将它转变为以下基因型的植物：AABB aBAaBBC AAaaBBBB则以下排
8、列正确的是()A.诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合B.杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种C.花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术D.多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术,【解析】选B。由于某植物的基因型为AaBB，通过AaBB与A_B_杂交，则可获得基因型为AABB的植物；选取AaBB的花粉进行离体培养，则获得基因型为aB的单倍体；将外源基因C导入植物的某个细胞中，经组织培养获得基因型为AaBBC的植物；将植物AaBB用秋水仙素处理，则获得基因型为AAaaBBBB的四倍体植物。,基因工程育种1.基因工程的操作步骤,2.有关基因工程的相关提醒(1)限制
9、酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。(2)质粒是最常用的运载体，不要把质粒和运载体等同，除此之处，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。(3)目的基因表达的标志：通过翻译合成相应的蛋白质。(4)通过基因工程培育的抗虫棉，只能抗虫，不能抗病毒、细菌。,限制性内切酶（EcoR）作用过程,DNA连接酶的作用过程,？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？,从细胞中分离出DNA,【高考警示钟】容易混淆的DNA连接酶和DNA聚合酶(1)DNA连接酶：在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。(2)DNA聚合酶：可
10、将单个的脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸序列上，形成磷酸二酯键。(3)相同点：这两种酶都是蛋白质，可以形成两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,【典例训练2】2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是()A追踪目的基因在细胞内的复制过程B追踪目的基因插入到染色体上的位置C追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布D追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构,【解析】选C。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融
11、合基因，将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质带有绿色荧光，从而可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布。故C正确。,【互动探究】（1）将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因融合的过程，需要哪些工具？提示：限制性核酸内切酶和DNA连接酶。分析：将两个DNA片段连接起来时，需要有相同的黏性末端，然后再用DNA连接酶将其连接起来。（2）将该融合基因转入真核生物细胞时，需要哪种工具？提示：运载体。分析：需将融合基因与运载体构建成重组质粒后，再转入真核生物细胞。,【变式备选】下列有关基因工程的相关叙述中，正确的是（）A.基因治疗就是去除生物体细胞中有缺陷的突变基因B.运载体上抗性基因的存在有利于
12、对目的基因是否表达进行检测C.在基因工程操作中，必须用同种限制性核酸内切酶剪切目的基因和质粒D.转基因技术造成的变异，实质上相当于人为的基因重组，但却产生了定向变异,【解析】选D。基因治疗是将外源正常基因通过转基因技术插入病人适当的受体细胞中，用外源基因制造的产物治疗某种疾病。运载体上抗性基因的存在有利于检测运载体是否导入受体细胞。一般用同种限制性核酸内切酶剪切目的基因和质粒，但也有两种不同的限制酶产生相同的黏性末端，如GATTCG 和ATTC。通过转基因技术实现基因重组，可以定向改造生物的性状。,正确理解基因重组与基因工程间的关系,育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因
13、工程育种等，下面对这五种育种方式的说法正确的是()A.涉及的原理有基因突变、基因重组、染色体变异B.都不可能产生定向的可遗传变异C.都在细胞水平上进行操作D.都不能通过产生新基因而产生新性状,【解题指南】1.考查实质：不同育种方法的原理及相关操作。2.知识储备：杂交育种和基因工程育种的原理是基因重组，单倍体育种和多倍体育种的原理是染色体变异，诱变育种的原理是基因突变。,【解析】选A。杂交育种原理是基因重组，单倍体育种原理是染色体变异，诱变育种原理是基因突变，多倍体育种原理是染色体变异，基因工程育种原理是基因重组。基因工程育种可产生定向的可遗传变异；杂交育种、诱变育种、多倍体育种都是个体水平上的
14、操作，而单倍体育种的花药离体培养属细胞水平的操作，基因工程育种属分子水平上的操作；诱变育种可以产生新基因，进而形成新性状。,提示信息在补充完善型实验中的应用 验证某基因对性状的控制【案例】番茄(2n=24)的正常植株(A)对矮生植株(a)为显性，红果(B)对黄果(b)为显性，两对基因独立遗传。请回答下列问题：(1)现有基因型AaBB与aaBb的番茄杂交，其后代的基因型有_种，_基因型的植株自交产生的矮生黄果植株比例最高，自交后代的表现型及比例为_。,(2)在AAaa杂交中，若A基因所在的同源染色体在减数第一次分裂时不分离，产生的雌配子染色体数目为_，这种情况下杂交后代的株高表现型可能是_。(3
15、)假设两种纯合突变体X和Y都是由控制株高的A基因突变产生的，检测突变基因转录的mRNA，发现X的第二个密码子中第二个碱基由C变为U，Y 在第二个密码子第二个碱基前多了一个U，与正常植株相比，_突变体的株高变化可能更大，试从蛋白质水平分析原因：_。,(4)转基因技术可使某基因在植物体内过量表达，也可以抑制某基因表达。假设A基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高，请完成如下实验设计，以验证假设是否成立。实验设计：(借助转基因技术，但不要求转基因的具体步骤)a.分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高。b._。c._。支持上述假设的预期结果：_。,若假设成立，据此说明基因控制性状的方式：_。【命题
16、人透析】(1)异常减数分裂对配子染色体数目的影响:减数分裂过程中同源染色体未分离，移向同一极，导致减数第一次分裂结束后的两个细胞均异常，减数第二次分裂可看做一次特殊的有丝分裂，结果不变，因此异常雌配子可能多一条染色体，也可能少一条染色体。,(2)赤霉素含量对植株株高的影响:赤霉素的主要作用是促进细胞伸长，从而引起植株增高，即赤霉素含量高，植株增高。(3)题干信息的获取和利用:“转基因技术可使某基因在植物体内过量表达，也可以抑制某基因表达”，由此推出实验设计时一组是促进基因的表达，另一组是抑制基因的表达；“分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高”，由此推出接受处理的植株分别是正常植株和矮生植株
17、。,【标准答案】(1)4 aaBb 矮生红果矮生黄果=31(2)13或11 正常或矮生(3)Y Y突变体的蛋白质中氨基酸的改变比X突变体可能更多(或：X突变体的蛋白质可能只有一个氨基酸发生改变，Y突变体的蛋白质氨基酸序列可能从第一个氨基酸后都改变)(4)b.通过转基因技术，抑制正常植株A基因的表达，测定其赤霉素含量和株高c.通过转基因技术，使A基因在矮生植株中过量表达，测定其赤霉素含量和株高,与对照比较，正常植株在A基因表达被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；与对照比较，A基因在矮生植株中过量表达后，该植株赤霉素含量增加，株高增加基因通过控制酶的合成来控制代谢途径，进而控制生物性状,【阅卷人点
18、评】得分要点(2)必须答为“13或11 正常或矮生”才能得分，答“13和11 正常和矮生”不能得分。(4)必须体现如下内容：b.抑制正常植株A基因的表达，测定其赤霉素含量和株高。c.A基因在矮生植株过量表达，测定其赤霉素含量和株高。正常植株在A基因表达被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；A基因在矮生植株中过量表达后，该植株赤霉素含量增加，株高增加。,基因通过控制酶的合成来控制代谢途径，进而控制生物性状。失分案例(2)答案不全，第一空答为“13”或“11”，第二空答为“正常”或“矮生”。(3)错答为“不确定突变基因后面的基因翻译的氨基酸均发生了变化”。(4)答案不全，只答出其中的一种情况。,1.
19、与杂交育种、单倍体育种、多倍体育种和基因工程育种相比，尽管人工诱变育种具有很大的盲目性，但是该育种方法的独特之处是()A.可以将不同品种的优良性状集中到一个品种上B.育种周期短，加快育种的进程C.改变基因结构，创造前所未有的性状类型D.能够明显缩短育种年限，后代性状稳定快,【解析】选C。只有诱变育种能够产生新的基因，可以大幅度地改良某些性状；将不同品种的优良性状集中到一个品种上，应该用杂交育种的方法；育种周期短，能够加快育种的进程，明显缩短育种年限，后代性状稳定快，应该用单倍体育种的方法。,2.育种专家用高秆抗锈病水稻与矮秆不抗锈病水稻杂交，培育出了矮秆抗锈病水稻，与这种育种方式原理不相同的是
20、()A.基因工程B.肺炎双球菌转化C.三倍体无子西瓜的培育D.减数第一次分裂后期非同源染色体的自由组合【解析】选C。通过杂交让位于不同个体的优良性状集中到一个个体上，属于杂交育种，原理是基因重组。A、B、D都属于基因重组，C属于染色体变异。,3.下列有关育种的叙述中，错误的是()A.用于大田生产的优良品种不一定是纯合子B.通过植物组织培养技术培育脱毒苗，筛选培育抗病毒新品种C.杂交育种可用于家畜、家禽的育种D.为了避免对三倍体无子西瓜年年制种，可利用植物组织培养快速繁殖【解析】选B。通过植物组织培养技术培育的脱毒苗没有病毒，但不一定能抗病毒。,4.（2012南京模拟）用纯种的高秆（D）抗锈病（
21、T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是（）高秆抗锈病矮秆易染锈病 F1 雄配子 幼苗 选出符合生产要求的品种A.过程的作用原理为染色体变异B.过程必须经过受精作用C.过程必须使用生长素处理幼苗D.此育种方法可选出符合生产要求的品种占1/4,【解析】选D。图示为单倍体育种，过程原理为基因重组；是将花药培养为幼苗，属于植物组织培养；过程应该用一定浓度的秋水仙素处理幼苗。,5.（2012安徽联考）下列关于基因工程的叙述，不正确的是()A基因工程最基本的工具是限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体B基因的运载体目前常用的有质粒、噬
22、菌体和动植物病毒等C通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNAD为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时可以以受精卵为受体细胞,【解析】选C。通常用相同的限制性核酸内切酶切割目的基因的DNA和运载体DNA，从而得到相同的黏性末端，这样两者的黏性末端可以相互黏合，再经DNA连接酶处理就可得到重组的DNA分子，因此C项不正确。A、B、D三项叙述正确。D项也可以是植物体细胞，因为植物体细胞具有全能性。,6.(2012承德模拟)请根据提供的材料，设计两套育种方案。生物材料：A.小麦的高秆(显性)抗锈病(显性)纯种B.小麦的矮秆不抗锈病纯种C.水稻的迟熟种子非生物材
23、料(满足育种要求),【解析】A和B杂交，矮秆和抗锈病两种优良性状会集合在一起，在F2中选择出来，再经过连续自交，就会得到符合育种要求的纯合个体。水稻的迟熟性状如果要改变成早熟新性状，要经过基因突变过程，诱变育种符合要求。,答案：方案1：(1)杂交(2)A、B(3)矮秆抗锈病(4)高抗矮病 F1高抗 F2高抗、矮抗、高病、矮病(5)将F2矮抗品种连续自交、分离、淘汰、提纯，直到不分离为止方案2：(1)诱变(2)C(3)早熟水稻(4)用射线、激光照射或亚硝酸等化学试剂处理水稻，使之发生基因突变(5)将处理的水稻种植下去，进行观察，选择早熟水稻，并纯化,实验方法：新品种的育种方法【理论指导】育种目标
24、不同培育新品种的方法不同。(1)集中不同亲本的优良性状杂交育种选择具有不同优良性状的个体作为亲本，经过杂交自交过程，在F2中选择，如果选取显性个体，还需要连续自交。,(2)集中优良性状，又缩短育种年限单倍体育种选择具有不同优良性状的个体作为亲本，经过杂交获得F1，取F1的花药进行离体培养，形成单倍体幼苗，再用秋水仙素处理。(3)获得较大果实或大型植株或提高营养物质含量多倍体育种用秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗，使染色体加倍而形成多倍体。,(4)提高变异频率，“改良”或“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。(5)实现定向改变现有性状基因工程育种把目的基因导入受体细胞
25、内，如果是动物方面的育种，需要导入受精卵；如果是植物方面的育种，导入体细胞，再经过植物组织培养即可。,【典例分析】普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。现分别用杂交育种、单倍体育种和诱变育种来培育矮秆抗病品种，分析如下：【分析】(1)选择的品种抗病是显性，矮秆是隐性，杂交育种过程需要纯合亲本杂交，在F2获得矮秆抗病个体之后再连续自交。(2)单倍体育种包含杂交、花药离体培养和秋水仙素加倍过程。,(3)诱变育种需要利用射线处理。具体过程如下：,杂交育种P 高秆抗病矮秆易感病 F1 高秆抗病 F2 矮秆抗病诱变育种P 高秆抗
26、病 射线矮秆抗病,单倍体育种P 高秆抗病矮秆易感病 F1 高秆抗病 花药离体培养 矮秆抗病(单倍体)秋水仙素处理F2 矮秆抗病,【拓展】(1)杂交育种由F1获得F2的方法是什么？F2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占多少？提示：自交。2/3。将F1高秆抗病类型自交，在F2中可获得高秆抗病、矮秆抗病、高秆易感病和矮秆易感病四种类型，从四种类型中选择矮秆抗病类型。(2)三组方法中，最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是什么方法？提示：诱变育种法。诱变育种具有突变率低且不定向等特点，所以最不易获得矮秆抗病品种。,(3)单倍体育种为什么能明显缩短育种年限？提示：单倍体育种培养的个体都是纯合子。花药离体培养形成单倍体，经秋水仙素处理后染色体加倍，获得的个体都是纯合子，所以单倍体育种能够明显缩短育种年限。,
