高三生物一轮复习 第7单元 第3讲 从杂交育种到基因工程讲义 新人教版必修2Word文档下载推荐.docx
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(2)抗虫小麦与矮秆小麦杂交,通过基因重组获得抗虫矮秆小麦,此实践活动包含基因工程技术。
(×
)
【提示】此育种方式属于杂交育种,原理是基因重组,不包含基因工程技术。
(3)将大豆种子用60Co处理后,筛选出一株杂合子抗病植株连续自交若干代,则其纯合抗病植株的比例逐代下降。
【提示】杂合子自交,随自交后代数增加,纯合子逐代增多。
(4)通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。
(5)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株,经鉴定该变异性状是由基因突变引起的,将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系。
【提示】花粉离体培养获得的是单倍体,需用秋水仙素处理单倍体幼苗,才能获得稳定遗传的纯合品系。
(6)最简捷的育种方法是杂交育种,快速育种时常选用单倍体育种。
2.据图回答下列问题:
如图甲、乙表示水稻两个品种,A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体上的两对等位基因,①~⑥表示培育水稻新品种的过程,请思考:
(1)图中③→⑤为单倍体育种。
(用序号及箭头表示)
(2)图中哪一标号处需用秋水仙素处理?
应如何处理?
图中⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗,从而获得纯合子;
图中⑥处,需用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,以诱导染色体加倍。
(3)图中④、⑥的育种原理分别是基因突变、染色体变异。
(4)图中最简便的育种途径是①→②所示的杂交育种,最难以达到育种目的是④诱变育种。
填表比较各类育种方法
原理
常用方式
优点
缺点
举例
杂交育种
基因重组
杂交
↓
自交
选种
①使不同个体优良性状集中在一个个体上
②操作简便
①育种时间长
②局限于亲缘关系较近的个体
矮秆抗
病小麦
诱变育种
基因突变
辐射、激光、太空诱变等
提高变异频率,加速育种进程,大幅度改良性状
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
染色体变异
花药离体培养,用秋水仙素处理
①明显缩短育种年限
②子代均为纯合子
技术复杂,需与杂交育种配合
单倍体
育种获
得矮秆
抗病小麦
多倍体育种
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
器官大,提高营养物质含量
只适用于植物,发育延迟,结实率低
三倍体无子西瓜
基因工程育种
将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中
打破物种界限,定向改造生物的遗传性状
技术复杂,生态安全问题较多
转基因抗虫棉的培育
视角1生物育种过程分析及应用
1.(2017·
东北四校调研)黑龙江省农科院欲通过下图所示的育种过程培育出高品质的糯玉米。
下列有关叙述正确的是()
A.a过程中运用的遗传学原理是基因重组
B.a过程需要用秋水仙素处理萌发的种子
C.利用c过程定能更快获得高品质的糯玉米
D.b过程需要通过逐代自交来提高纯合率
D[a过程为单倍体育种,育种过程中需用秋水仙素处理萌发的单倍体幼苗,育种原理是染色体变异,A、B错误;
c过程为诱变育种,由于基因突变具有不定向性,在较短的时间内不一定能获得高品质的糯玉米,C错误;
b过程为杂交育种,需通过逐代自交来提高纯合率,D正确。
]
2.(2017·
山西四校联考)野生猕猴桃是一种多年生富含VC的二倍体(2n=58)小野果。
下图是某科研小组以大量的野生猕猴桃种子(aa)为实验材料培育抗虫猕猴桃无籽新品种的过程,分析正确的是()
A.该培育过程中不可使用花药离体培养
B.③⑦过程必须使用秋水仙素
C.⑤的亲本不是同一物种
D.⑥过程得到的个体是四倍体
C[图中②过程中可用花药离体培养,再诱导染色体加倍获得AA的个体,A错误;
秋水仙素或低温诱导均可导致染色体数加倍,B错误;
⑤的亲本中,AA为二倍体,AAAA为四倍体,不是同一物种,C正确;
⑥过程为基因工程导入抗虫基因,获得的仍是三倍体,D错误。
视角2生物育种方法的选择
3.(2017·
河南省百校联盟质检)某植物的三对相对性状的控制基因及其所在染色体情况,如表所示。
现有各种具有显性性状的纯合子,为了培育纯隐性性状的植株,下列选用的植株及对应育种方法中,较为简捷可行的是()
花色(红对白为显性)
株高(高对矮为显性)
叶形(宽叶对窄叶为显性)
控制基因
A、a
C、c
D、d
基因的位置
第3号染色体
第5号染色体
第6号染色体
A.红花矮茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株,杂交育种
B.红花高茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株,诱变育种
C.红花矮茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株,基因工程育种
D.红花高茎窄叶植株、白花高茎窄叶植株,单倍体育种
A[根据题意可知,选择红花矮茎窄叶植株(AAccdd)、白花高茎窄叶(aaCCdd)植株为亲本,进行杂交育种获得纯隐性性状的植株(aaccdd)只需要两年时间,并且方法比较简单,A正确;
诱变育种利用的原理为基因突变,由于基因突变具有不定向性,因此能够得到目标植株还不确定,并且时间长短也是未知,此法不可取,B错误;
利用基因工程技术育种,技术比较繁琐,不符合题干中的“简捷”,C错误;
单倍体育种和杂交育种相比,时间比较短,但是操作过程比杂交育种复杂,D错误。
如何根据育种目标确定育种方法
育种目标
育种方案
集中双亲优良性状
单倍体育种(明显缩短育种年限)
杂交育种(耗时较长,但简便易行)
对原品系实施“定向”改造
基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交)育种
让原品系产生新性状(无中生有)
诱变育种(可提高变异频率,期望获得理想性状)
使原品系营养器官“增大”或“加强”
考点二|基因工程的操作工具及步骤
1.概念
基因工程别名
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
DNA分子
操作水平
DNA分子水平
基本过程
剪切、拼接、导入、表达
结果
定向改造生物的遗传性状,获得人类需要的优良性状
2.原理
不同生物之间的基因重组。
3.工具
(1)剪刀与针线(如图)
①基因的“剪刀”:
限制性核酸内切酶,如图a。
②基因的“针线”:
DNA连接酶,如图b。
(2)基因的“运输工具”:
运载体,常用质粒、噬菌体、动植物病毒等。
4.基本步骤
5.应用
(1)育种,如抗虫棉。
(2)药物研制,如胰岛素等。
(3)环境保护,如转基因细菌分解石油。
6.转基因生物和转基因食品的安全性——“两种态度”
(1)转基因生物和转基因食品不安全,要严格控制;
(2)转基因生物和转基因食品安全,应该大范围推广。
1.判断下列有关基因工程原理的叙述的正误。
(1)为达到相应目的,“携带链霉素抗性基因受体菌的筛选”必须通过分子检测。
【提示】根据受体菌是否对链霉素产生抗性进行筛选,不需要分子检测。
(2)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。
【提示】载体质粒上抗生素抗性基因可作为标记基因,供重组DNA的鉴定和选择,不是抗生素合成基因。
(3)转基因作物被动物食用后,目的基因会转入动物体细胞中。
【提示】动物食入转基因植物后,其消化系统能将植物基因分解成小分子物质,基因不能转入动物体细胞中。
(4)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株,属于基因工程。
(5)DNA连接酶和限制酶是基因工程中两类常用的工具酶。
(6)自然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。
【提示】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。
(7)没有限制酶就无法使用质粒运载体。
2.据图填空。
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”:
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)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程?
不能,为什么?
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)过程②必需用的酶是逆转录酶。
(4)在利用A、B获得C的过程中,常用限制性核酸内切酶切割B,使它产生一定的黏性末端,再加入DNA连接酶才可形成C。
1.基因工程操作工具
(1)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:
EcoRⅠ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或平末端的DNA片段。
⑤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
①催化对象:
两个具有相同黏性末端或平末端的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。
②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。
③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;
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。
视角考查基因工程的原理及应用
为增加油菜种子的含油量,研究人员尝试将酶D基因与位于叶绿体膜上的转运肽基因相连,导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。
(1)外源基因导入受体细胞,常用的运载体有____________________。
(2)欲获取转运肽基因,所需三种限制酶(ClaⅠ、SacⅠ、XbaⅠ)的切点如图所示。
则用________和________酶处理两个酶D基因和转运肽基因后,可得到________端与________端(填图中字母)相连的融合基因。
(3)将上述融合基因插入图所示Ti质粒的T-DNA中,构建________并导入农杆菌中。
将获得的农杆菌接种在含________的固体平板上培养得到含融合基因的单菌落,再利用液体培养基震荡培养,可以得到用于转化的侵染液。
(4)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间,此过程的目的是________________________,进一步筛选后获得转基因油菜细胞,该细胞通过____________技术,可培育成转基因油菜植株。
【解析】
(1)外源基因导入受体细胞,目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
(2)读图知,切割酶D基因与转运肽基因的限制酶中相同的为ClaⅠ限制酶,因此对两种基因处理时用ClaⅠ限制酶切割,然后用DNA连接酶进行连接,继而可得到A、D端相连的融合基因。
(3)将上述融合基因插入图所示Ti质粒的T-DNA中,构建表达载体即重组质粒并导入农杆菌中。
将获得的农杆菌接种在含四环素的固体平板上培养得到单菌落,再利用液体培养基震荡培养,可以得到用于转化的侵染液。
(4)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间,此过程的目的是利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞,进一步筛选后获得转基因油菜细胞,该细胞通过植物组织培养技术,可培育成转基因油菜植株。
【答案】
(1)质粒、噬菌体和动植物病毒
(2)ClaⅠDNA连接AD(3)基因表达载体(或“重组质粒”)四环素(4)利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞植物组织培养
真题验收|感悟高考淬炼考能
1.(2013·
大纲全国卷)下列实践活动包含基因工程技术的是()
A.水稻F1花药经培养和染色体加倍,获得基因型纯合新品种
B.抗虫小麦与矮秆小麦杂交,通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
C.将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞,经组织培养获得抗病植株
D.用射线照射大豆使其基因结构发生改变,获得种子性状发生变异的大豆
C[A项属于单倍体育种,原理是染色体变异;
B项属于杂交育种,原理是基因重组;
C项属于基因工程,原理是基因重组;
D项属于诱变育种,原理是基因突变。
2.(2014·
全国卷Ⅰ)现有两个纯合的某作物品种:
抗病高秆(易倒伏)和感病矮秆(抗倒伏)品种。
已知抗病对感病为显性,高秆对矮秆为显性,但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。
回答下列问题:
(1)在育种实践中,若利用这两个品种进行杂交育种,一般来说,育种目的是获得具有________优良性状的新品种。
(2)杂交育种前,为了确定F2代的种植规模,需要正确预测杂交结果。
若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果,需要满足3个条件:
条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制,且符合分离定律;
其余两个条件是______________________________________________________________。
(3)为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述3个条件,可用测交实验来进行检验,请简要写出该测交实验的过程。
【解析】
(1)杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起,抗病与矮秆(抗倒伏)为优良性状。
(2)杂交育种依据的原理是基因重组,控制两对相对性状的基因位于非同源染色体上,遵循基因的自由组合定律,每对基因单独考虑时符合分离定律。
(3)测交是指用F1和隐性纯合子杂交,故应先用纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交得到F1,然后再进行测交实验。
【答案】
(1)抗病矮秆
(2)高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制,且符合分离定律;
控制这两对相对性状的基因位于非同源染色体上
(3)将纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交,产生F1,让F1与感病矮秆植株杂交。
3.(2015·
天津高考)白粉菌和条锈菌能分别导致小麦感白粉病和条锈病,引起减产。
采用适宜播种方式可控制感病程度。
下表是株高和株型相近的小麦A、B两品种在不同播种方式下的试验结果。
试验编号
播种方式
植株密度(×
106株/公顷)
白粉病
感染程度
条锈病
单位面
积产量
A品种
B品种
Ⅰ
单播
4
-
+++
+
Ⅱ
2
++
Ⅲ
混播
Ⅳ
Ⅴ
注:
“+”的数目表示感染程度或产量高低;
“-”表示未感染。
据表回答:
(1)抗白粉病的小麦品种是________,判断依据是____________________
______________________________________________________________。
(2)设计Ⅳ、Ⅴ两组试验,可探究___________________________________。
(3)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ三组相比,第Ⅲ组产量最高,原因是_________________
(4)小麦抗条锈病性状由基因T/t控制,抗白粉病性状由基因R/r控制,两对等位基因位于非同源染色体上。
以A、B品种的植株为亲本,取其F2中的甲、乙、丙单株自交,收获籽粒并分别播种于不同处理的试验小区中,统计各区F3中的无病植株比例。
结果如下表。
无菌
水
以条锈菌
进行感染
以白粉菌
以条锈菌+白粉菌进
行双感染
甲
100
25
乙
75
丙
?
据表推测,甲的基因型是________,乙的基因型是________,双菌感染后丙的子代中无病植株的比例为________。
【解析】
(1)根据试验Ⅰ、Ⅱ单播A品种,感染条锈病而未感染白粉病,可证明A品种具有抗白粉病的性状。
(2)试验Ⅳ、Ⅴ相比,自变量为植株密度,因变量为白粉病感染程度和单位面积产量,所以两者对照可探究植株密度对B品种小麦感病程度及产量的影响。
(3)由表可知Ⅲ组为A、B品种小麦混播,其感病程度最低,产量最高。
(4)由表中F3无病植株的比例数据可知:
甲自交后代中抗条锈病个体占25%,乙自交后代中抗白粉病的个体占75%,可说明抗条锈病为隐性性状,抗白粉病为显性性状。
依据甲自交后代抗白粉病个体比例为0,抗条锈病个体比例为25%,可推测甲的基因型为Ttrr。
依据乙自交后代抗条锈病个体比例为100%,抗白粉病个体比例为75%,可推测乙的基因型为ttRr。
根据丙自交后代中抗条锈病个体占25%,抗白粉病个体占75%,可知丙的基因型为TtRr,其自交后代中无病植株即基因型为ttR_的植株占3/16,即18.75%。
【答案】
(1)AⅠ、Ⅱ组小麦未感染白粉病
(2)植株密度对B品种小麦感病程度及产量的影响
(3)混播后小麦感病程度下降
(4)TtrrttRr18.75%(或3/16)
1.诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体。
2.诱变育种能产生前所未有的新基因,创造变异新类型。
3.杂交育种能将多个优良性状集中到同一生物个体上。
4.杂合子品种的种子只能种一年,需要年年制种。
5.一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。
6DNA连接酶的作用是在DNA片段之间的磷酸与脱氧核糖之间形成磷酸二酯键。
7.基因工程育种能定向改造生物性状。
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