杂交育种到基因工程.ppt

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1、第六章从杂交育种到基因工程,考纲点击1、生物变异在育种上的应用 2、转基因食品的安全性,考向预测 三种可遗传变异在育种方面的应用及流程设计,第一课时 阅读教材P98-106的内容，梳理知识点。并完成状元360P142的考点四的知识清单填空。,1.诱变育种和杂交育种均可形成新基因。()【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。2.花药离体培养技术也能培育获得抗锈高产小麦新品种。()【分析】花药离体培养只能得到单倍体植株，必须经过秋水仙素处理使染色体数目加倍，才可能获得高产新品种。,3.自然

2、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。()【分析】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。,4.可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸，进行构建抗除草剂的转基因烟草。()【分析】限制性核酸内切酶可以用来切割获取抗除草剂基因片段，而不能切割烟草花叶病毒的核酸RNA。5.单倍体育种在所有育种方法中所用的年限最短。()【分析】育种年限的长短取决于所需要的品种，如果需要隐性纯合子，诱变育种所用年限短。,6.杂交育种第一步杂交的目的是将两个亲本的优良性状集中到一个个体上。()【分析】杂交过程能产生基因重组，使优良的基因集中在一

3、起。7.太空育种能按人的意愿定向产生优良性状。()【分析】太空育种利用基因突变的原理。基因突变具有不定向性，产生的有害个体多于有利个体。8.在所有的基因工程步骤中都涉及碱基互补配对。()【分析】将重组DNA导入受体细胞中，这一步骤中没有涉及碱基互补配对。,一、几种育种方法的比较,杂交,说明：杂交育种与杂种优势的区别：杂交育种是通过有性生殖，使不同品种的优良性状通过交配组合到后代的一个个体中，从而选育出优良品种的方法。杂种优势是指基因型不同的个体杂交产生的杂交一代，在适应能力上优于两个亲本的现象。,杂交育种问题的分析1.育种原理：通过基因的重新组合，把两亲本的优良性状组合在一起。2.适用范围：一

4、般用于同种生物的不同品系间。3.优缺点：方法简单，但需要较长年限的选择才能获得所需类型的纯合子。4.动植物杂交育种比较（以获得基因型为AAbb的个体为例）P AABBaabb 动物一般选 多对同时杂交F1 AaBb 动物为相同基因型 的个体间交配 F2 9A_B_ 3A_bb 3aaB_ 1aabb,所需类型 AAbb5.程序归纳选择具有不同优良性状的亲本 F1 F2 纯合体（品种）,植物以连续自交的方式获得所需类型，不能用测交的方式动物可用测交的方式获得纯合子,杂交,自交,从中选出性状符合要求的个体连续自交选择，淘汰不符合要求的个体，至不再分离为止,【高考警示】不同育种方法需注意的问题(1)

5、原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。(2)杂交育种不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状个体即可。(3)花药离体培养只是单倍体育种中的一个程序，要想得到可育的品种，一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体加倍。,【典例1】现有三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。若要通过杂交育种获得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，至少需要的时间为()A.2年 B.3年

6、C.4年 D.5年【解析】选C。aaBBDDAAbbDDAaBbDD 1年，AaBbDDAABBddAaBbDd 1年，AaBbDd aabbdd 1 年，种植aabbdd种子1年得aabbdd植株，所以至少需要4年的时间。,【变式训练】如图表示以某种作物中的和两个品种分别培育出三个新品种的过程，相关叙述正确的是(),A.用和培育成的过程中所采用的方法和分别称为杂交和测交B.用培育出常用的方法是花药离体培养C.培育出常用的是化学或物理的方法进行诱变处理D.图中培育出所依据的原理是基因突变和基因重组,B,【典例1】玉米是雌雄同株异花植物，有宽叶和窄叶、抗病和不抗病等性状。已知宽叶(A)对窄叶(a

7、)为显性，在苗期便能识别出来，并且杂交种(Aa)所结果实与纯合品种相比表现为高产。某农场在培育杂交种时，将纯种宽叶玉米和纯种窄叶玉米进行了间行种植，但由于错过了人工授粉的时机，结果导致大面积自然受粉。(1)按照上述栽种方式，F1植株的基因型有_种。,3,(2)如果用上述自然受粉收获的种子用于第二年种植，预计收成将比单独种植杂交种减产8%，因此到了收获季节，应收集_(填“宽叶”或“窄叶”)植株的种子，第二年播种后，在幼苗期选择_(填“宽叶”或“窄叶”)植株栽种，才能保证产量不下降。,宽叶,窄叶,(3)玉米花叶病由花叶病毒引起，苗期出现黄绿相间条纹状叶。已知抗花叶病(b)为隐性。现有纯种宽叶不抗病

8、与纯种窄叶抗病两品种玉米，要获得高产且抗花叶病的品种，可用两纯合亲本进行_，得到F1，再用F1进行_，即能在较短时间内获得所需品种植株，其基因型是_。选出该玉米植株的简要过程是_。,将测交后代种子全部种下，在培养过程中用花叶病毒进行筛选，在苗期选出正常宽叶植株,杂交,测交,Aabb,(4)如果玉米抗花叶病毒的基因与易感花叶病毒基因的转录产物相比，只有一个密码子的碱基序列不同，导致翻译到mRNA的该位点时蛋白质合成提前终止，其根本原因是基因中碱基对的_。,替换,考点二 基因工程的操作工具及基本步骤1.基因工程操作工具(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)：分布：主要在微生物体内。特性：一种限制酶只

9、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。实例：EcoR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。切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段。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：催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。催化结果：形成重组DNA。(3)常用的运载体质粒：本质：小型环状DNA分子。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。,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

10、；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。,【思维拓展】与DNA有关酶的作用(1)DNA酶：即DNA水解酶，可以将DNA水解成脱氧核苷酸。(2)DNA聚合酶：在DNA

11、复制的过程中，连接单个游离的脱氧核苷酸到DNA片段上，需要模板。(3)DNA连接酶：连接两个DNA片段，形成磷酸二酯键，不需要模板。(4)解旋酶：在DNA复制时，破坏氢键，使DNA双链打开。(5)限制性核酸内切酶：破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。,【典例2】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”：_；_；_；_。(2)能否利用人的皮肤细胞来完成过程？_，为什么？_。(3)过程必需的酶是_酶，过程必需的酶是_酶。(4)若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，若过程连续进行4次，至少需提供胸腺嘧啶_个。(5)在利用A、B获

12、得C的过程中，常用_切割A和B，使它们产生_，再加入_，才可形成C。,【解析】(2)图中过程是从细胞中获取相应的mRNA，由于基因的选择性表达，人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录，不表达，因此不能形成胰岛素mRNA。(3)从mRNADNA是逆转录的过程，需要逆转录酶。DNA分子的扩增需用解旋酶将双链DNA解旋为单链。(4)一个DNA分子中的鸟嘌呤(b个)和胸腺嘧啶之和占碱基总数(2a个)的一半，所以一个DNA分子片段中胸腺嘧啶数为(a-b)个。连续复制4次，共产生DNA分子24=16个，由于复制方式为半保留复制，故需要提供的胸腺嘧啶数量为(a-b)(16-1)=15(a-b)。,(5)构建基因表

13、达载体时目的基因与运载体需用同一种限制酶切割，产生相同的黏性末端，才可以在DNA连接酶的作用下连接形成基因表达载体。答案：(1)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)不能 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)逆转录 解旋(4)15(a-b)(5)同一种限制性核酸内切酶 相同的黏性末端DNA连接酶,【互动探究】(1)图中是什么过程？提示：DNA分子扩增，获得大量目的基因。(2)图中从大肠杆菌获得的B结构，其作用是什么？提示：B是质粒，作为运载体，其作用是与目的基因结合，将目的基因导入受体细胞。,【变式训练】(2012

14、郑州四校联考)人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程是：甲种生物的蛋白质 mRNA 目的基因 与质粒DNA重组 导入乙种生物的细胞中 获得甲种生物的蛋白质。下列说法正确的是()A.过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、CB.过程要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起C.如果受体细胞是细菌，可以选用枯草杆菌、炭疽杆菌等D.过程中用的原料不含A、U、G、C,【解析】选B。过程是逆转录，利用逆转录酶合成DNA片段，需要的原料是A、T、G、C；过程是目的基因与质粒DNA重组，需要限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连

15、接在一起；将重组质粒导入受体细胞时，如果受体细胞是细菌，则不应该用致病菌，而炭疽杆菌是致病菌；过程是基因的表达过程，涉及转录和翻译，原料中含有A、U、G、C四种碱基。,正确理解基因重组与基因工程间的关系,合理选择育种的方法【典例】某植物的基因型为AaBB，通过不同的生物技术可以分别将它转变为以下基因型的植物：AABB aB AaBBC AAaaBBBB则所用到的生物技术排列正确的是()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

16、。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，则可获得基因型为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。,【方法归纳】育种目的不同，选择育种方法也不同，具体分析如下：(1)将同一物种两亲本的性状集中到同一生物体上，可利用杂交育种，这是最简便的育种方法。(2)将两物种的优良性状集中在一起，可用基因工程，也可用细胞杂交。(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

17、种方法。(5)若要培育原物种没有的性状，可用诱变育种和基因工程，其中基因工程是有目的地改良。,(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。【易错提醒】(1)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。(2)单倍体育种包括两个过程：花药离体培养和秋水仙素处理。如只有花药离体培养则得到单倍体，植株弱小，高度不育。,【变式训练】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

18、D.都不能通过产生新基因而产生新性状,【解析】选A。杂交育种利用的原理是基因重组，单倍体育种利用的原理是染色体变异，诱变育种利用的原理是基因突变，多倍体育种利用的原理是染色体变异，基因工程育种利用的原理是基因重组。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。,1.下列关于育种的叙述中，正确的是()A.培育无子西瓜的原理是生长素促进果实发育B.培育八倍体小黑麦的原理是染色体变异C.青霉素高产菌株的选育原理和杂交育种相同D.培育无子番茄的原

19、理是基因重组,【解析】选B。培育无子西瓜的原理是染色体变异。青霉素高产菌株的选育利用了基因突变的原理。无子番茄的获得利用了生长素促进果实发育的原理。八倍体小黑麦的培育原理是染色体变异。,2.下图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工具是(),A.DNA连接酶和解旋酶B.DNA聚合酶和限制性核酸内切酶C.限制性核酸内切酶和DNA连接酶D.DNA聚合酶和RNA聚合酶【解析】选C。如图所示是目的基因与运载体结合的过程，需要用到的工具是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。,3.(2013台州模拟)现有三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型

20、为AABBdd，三种等位基因分别位于三对同源染色体上。若要通过杂交育种获得aabbdd植株，且每年只繁殖一代，至少需要的时间为()A.2年 B.3年 C.4年 D.5年【解析】选C。aaBBDDAAbbDDAaBbDD 1年，AaBbDDAABBddAaBbDd 1年，AaBbDd aabbdd 1 年，种植aabbdd种子1年得aabbdd植株，所以至少需要4年的时间。,4.(2013安庆模拟)水稻的雄性可育(能产生可育花粉)性状由显性基因A、B控制(水稻植株中有A、B或两者之一为雄性可育)。现有甲、乙、丙三种基因型不同的水稻，甲不含A、B基因，乙含有A、b基因，丙含有 a、B基因，若甲与乙

21、杂交得到的F1全部雄性可育，甲与丙杂交得到的F1全部雄性不育。根据上述杂交实验结果可以确定这两对基因存在的部位是()A.两者均存在于细胞核中B.两者均存在于细胞质中C.仅A、a基因位于细胞核中D.仅B、b基因位于细胞核中,【解析】选C。甲与乙杂交得到的F1全部雄性可育，说明基因可以传递给子代，A基因位于细胞核中；甲与丙杂交得到的F1全部雄性不育，说明B基因不能传给子代，B基因位于细胞质中。,5.下列关于转基因植物的叙述，正确的是()A.转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中B.转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加C.动物的生长激素基因转入植物后不能表达D.如转基因植物的

22、外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题,【解析】选A。若转入到油菜的抗除草剂基因存在于油菜的染色体上，则可能通过花粉传入环境中，由此判断A项正确；转抗虫基因的植物，对昆虫进行了定向选择，会导致昆虫群体抗性基因频率增加，由此判断B项错误；因生物体共用一套遗传密码，动物的生长激素基因转入植物后可表达，由此判断C项错误；如转基因植物的外源基因来源于自然界，可能打破原有的基因结构，或通过转基因植物散播，具有不确定性，存在一定的安全性问题，由此判断D项错误。,6.假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良品种AAbb，可采用的方法如图所示。请据图

23、回答问题：,(1)由品种AABB、aabb经过过程培育出新品种的育种方式称为_，其原理是_。用此育种方式一般从_才能开始选育AAbb个体，是因为_。(2)若经过过程产生的子代总数为1 552株，则其中基因型为AAbb的植株在理论上有_株。基因型为Aabb的植株经过过程，子代中AAbb与aabb的数量比是_。(3)过程常采用_技术得到Ab个体。与过程的育种方法相比，过程的优势是_。,(4)过程的育种方式是_，与过程比较，过程的明显优势是_。【解析】本题以图解的形式考查识图、析图能力，并且涉及相关计算。根据孟德尔自由组合定律，F2中基因型为AAbb的植株占1/16，所以共97株。Aabb自交后代A

24、Abb和aabb的数量比例为11。过程是单倍体育种，包括了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍两个步骤，可以明显缩短育种年限。属于诱变育种，过程与过程相比，具有的明显优势是能定向地改造生物的遗传性状。,答案：(1)杂交育种 基因重组 F2 从F2开始出现AAbb个体(或从F2开始出现性状分离)(2)9 711(3)花药离体培养 能明显缩短育种年限(4)诱变育种 过程产生的变异是定向的(或基因工程育种转入的基因是已知的，用基因工程手段产生的变异是定向的),7.(2011天津高考)玉米花药培养的单倍体幼苗，经秋水仙素处理后形成二倍体植株，下图是该过程中某时段细胞核DNA含量变化示意图。下列叙述错误

25、的是(),A.ab过程中细胞内不会发生基因重组B.cd过程中细胞内发生了染色体数目加倍C.e点后细胞内各染色体组的基因组成相同D.fg过程中同源染色体分离，染色体数减半【解析】选D。ab表示有丝分裂过程，其中不会发生基因重组；cd过程中姐妹染色单体分离后，未进入两个子细胞中，使染色体数目加倍；玉米为二倍体植物，e点后获得的个体为纯合子，各染色体组基因组成相同；fg过程中着丝点分裂，姐妹染色单体分离，但同源染色体不分离。,8.(2012海南高考)无子西瓜是由二倍体(2n=22)与同源四倍体杂交后形成的三倍体。回答下列问题：(1)杂交时选用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植

26、株的_上，授粉后套袋。四倍体植株上产生的雌配子含有_条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合，形成含有_条染色体的合子。(2)上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。该植株会产生无子果实，该果实无子的原因是三倍体的细胞不能进行正常的_分裂。(3)为了在短期内大量繁殖三倍体植株，理论上可以采用_的方法。,【解析】(1)利用多倍体育种技术培育无子西瓜时，在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理得到四倍体植株，用其作母本，用二倍体植株作父本，两者杂交，把得到的种子种下去会长出三倍体植株，由于三倍体植株在减数分裂时联会紊乱，无法形成正常配子，在其开花后用二倍体的花粉涂抹其雌蕊(或柱头)，即可利用花粉

27、产生的生长素刺激子房发育成果实，由于没有受精，所以果实里没有种子，即为无子西瓜。四倍体植株由二倍体植株经染色体加倍而来，体细胞中含有222=44条染色体，减数分裂产生的雌配子所含的染色体数目为体细胞的,一半(=22)，二倍体植株产生的雄配子含=11条染色体，两者结合形成含有33条染色体的合子。(2)三倍体植株体细胞中的染色体含有3个染色体组，减数分裂时会发生联会紊乱，而无法形成正常的配子。(3)利用植物组织培养技术可以快速、大量繁殖三倍体植株。答案：(1)雌蕊(或柱头)22 33(2)减数(3)植物组织培养(其他合理答案也可),9.(2012浙江高考)玉米的抗病和不抗病(基因为A、a)、高秆和

28、矮秆(基因为B、b)是两对独立遗传的相对性状。现有不抗病矮秆玉米种子(甲)，研究人员欲培育抗病高秆玉米，进行以下实验：取适量的甲，用合适剂量的射线照射后种植，在后代中观察到白化苗4株、抗病矮秆1株(乙)和不抗病高秆1株(丙)，将乙与丙杂交，F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗病矮秆。选取F1中抗病高秆植株上的花药进行离体培养获得幼苗，经秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株(丁)。另一实验表明，以甲和丁为亲本进行杂交，子一代均为抗病高秆。,请回答：(1)对上述1株白化苗的研究发现，控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA，因此该基因不能正常_，功能丧失，无法合成叶绿素，表明该白化苗

29、的变异具有_的特点，该变异类型属于_。(2)上述培育抗病高秆玉米的实验运用了_、单倍体育种和杂交育种技术，其中杂交育种技术依据的原理是_。花药离体培养中，可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株，也可通过诱导分化成_获得再生植株。,(3)从基因组成看，乙与丙植株杂交的F1中抗病高秆植株能产生_种配子。(4)请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到F1的过程。【解题指南】解答本题的突破口是根据F1中四种表现型推测出乙和丙的基因型。,【解析】(1)从题意知白化苗是由于控制叶绿素合成的基因缺失了一段DNA，不能表达出叶绿素；这样的变异对生物不利，所以具有有害性的特点；由于是基因缺失了一段DNA，所以是基

30、因突变。(2)题干中用到射线照射，为诱变育种；杂交育种的原理为基因重组；花药离体培养为单倍体育种的一部分，属于植物组织培养，所以可通过诱导脱分化产生愈伤组织，再分化形成芽和根，获得再生植株，也可以通过诱导形成大量胚状体获得再生植株。,(3)由题干甲和丁杂交，子一代都为抗病高秆，可知抗病和高秆都为显性。由乙和丙杂交得到后代可知：抗病不抗病抗病、不抗病，所以亲本抗病基因型为Aa，不抗病基因型为aa，矮秆高秆矮秆、高秆，所以亲本高秆基因型为Bb，矮秆基因型为bb，即乙的基因型为Aabb、丙的基因型为aaBb，所以F1中抗病高秆基因型为AaBb，可以产生4种配子。,(4)乙的基因型为Aabb、丙的基因型为aaBb，所以F1中抗病高秆基因型为AaBb。遗传图解表示乙和丙杂交得到F1为：,答案：(1)表达 有害性 基因突变(2)诱变育种 基因重组 胚状体(3)4(4),