高考生物總復習 第六章 從雜交育種到基因工程課件 新人教版必修2.ppt

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第6章 從雜交育種到基因工程,【知識梳理】 一、雜交育種與誘變育種 1.雜交育種： (1)概念：將___________品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起， 再經過_____和_____，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→_____，獲得F1→F1_____ →獲得F2→鑒別、選擇需要的類型→優(yōu)良品種。 (4)優(yōu)點：可以把___________________集中在一起。 (5)應用：培育性狀重組型優(yōu)良品種。,兩個或多個,選擇,培育,基因重組,雜交,自交,多個品種的優(yōu)良性狀,2.誘變育種： (1)概念：利用物理因素或化學因素來處理生物，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)過程：選擇生物→誘發(fā)基因突變→選擇_________→培育。 (4)特點。 ①可以提高_______，在較短時間內獲得更多的優(yōu)良變異類型。 ②大幅度地改良某些性狀。 ③具有盲目性，需大量處理材料。 (5)應用：培育具有_______的品種。,基因,突變,基因突變,理想類型,突變率,新性狀,3.生物育種原理、方法、實例(連線)：,,,,,,,,,,,二、基因工程的概念及其應用 1.基因工程的概念：,基因拼接,DNA重組,DNA分子,分子,定向,2.工具： (1)剪刀與針線(如圖)： ①a：基因的“剪刀”：_________________。 ②b：基因的“針線”：__________。 (2)基因的“運輸工具”：_______，常用_____、噬菌體、動植物 病毒等。,限制性核酸內切酶,DNA連接酶,運載體,質粒,3.基本步驟：,目的基因,運載體,受體細胞,檢測與鑒定,4.基因工程的應用： (1)作物 育種 (2) (3)環(huán)境保護：利用___________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。,目的：培育出具有各種_______的作物新品種 實例：抗棉鈴蟲的_____________ 意義：減少了_____用量，保護環(huán)境,,抗逆性,轉基因抗蟲棉,農藥,大腸桿菌,轉基因細菌,5.基因工程的安全性：,嚴格控制,大范圍推廣,【小題快練】 1.考題診斷： (1)(2013·全國卷T5D)用射線照射大豆使其基因結構發(fā)生改變，獲 得種子性狀發(fā)生變異的大豆。 ( ) 【分析】射線照射可以引起基因中堿基對的增添、缺失或替換，引 起基因突變，從而導致性狀發(fā)生改變。,√,(2)(2013·全國卷T5C)將含抗病基因的重組DNA導入玉米細胞，經組 織培養(yǎng)獲得抗病植株。 ( ) 【分析】植物基因工程育種，目的基因導入受體細胞后，需要經過 植物組織培養(yǎng)過程形成植株。,√,2.易錯診斷： (1)在誘變育種和雜交育種過程中均可產生新的基因和新的基因型。 ( ) 【分析】雜交育種的原理是基因重組，不能產生新的基因，只能 產生新的基因型。,×,(2)太空育種能按人的意愿定向產生所需優(yōu)良性狀。 ( ) 【分析】太空育種的原理是基因突變，而基因突變是不定向的， 此育種方式不能定向獲得新品種。 (3)培育無子西瓜是利用基因重組的原理。 ( ) 【分析】無子西瓜的培育是利用染色體變異的原理。,×,×,3.教材研習： (必修2 P101基礎題T3改編)利用60Co可進行誘變育種，有關說法錯誤的是( ) A.利用60Co放出的γ射線照射種子時一般不選用干種子 B.若處理后的種子萌發(fā)后不具備新性狀，即可拋棄 C.處理后只有少部分種子將發(fā)生基因突變 D.產生的新性狀大多對生產不利,【解析】選B?；蛲蛔兌喟l(fā)生于DNA復制時期，曬干的種子細胞分裂較慢，難以發(fā)生基因突變，A項正確；種子可能產生隱性突變，當代不表現(xiàn)有關性狀，B項錯誤；基因突變發(fā)生頻率較低，只有少部分種子發(fā)生基因突變，C項正確；基因突變具有多害少利性，D項正確。,4.可改變原有基因的分子結構的育種方法有( ) A.雜交育種 B.誘變育種 C.多倍體育種 D.單倍體育種 【解析】選B。誘變育種的原理是基因突變，基因突變可改變基因的分子結構。,5.兩個親本的基因型分別為AAbb和aaBB，這兩對基因按自由組合定律遺傳，要培育出基因型為aabb的新品種，最簡捷的方法是( ) A.單倍體育種 B.雜交育種 C.人工誘變育種 D.多倍體育種 【解析】選B。雜交育種是常規(guī)育種方法。兩個親本的基因型為AAbb和aaBB，通過雜交育種，在F2中即可獲得基因型為aabb的新品種。單倍體育種過程較復雜，操作要求高；誘變育種需處理大量的實驗材料。,6.通過單倍體的途徑培育小麥新品種可以大大縮短育種年限，培育單倍體幼苗所用的花藥應取自( ) A.某一優(yōu)良品種 B.被確定為父本的植株 C.F1 D.F2 【解析】選C。F1中含有來自雙親的不良基因和優(yōu)良基因，通過減數(shù)分裂產生的配子可能只含有優(yōu)良基因，通過單倍體育種可快速培育出具有優(yōu)良性狀的純合子。,7.玉米的種植面積越來越大，農民需要每年購買玉米雜交種子，不能自留種子來年再種的原因是( ) A.自留種子發(fā)芽率低 B.雜交種都具有雜種優(yōu)勢 C.自留種子容易患病蟲害 D.雜交種的有性繁殖后代會發(fā)生性狀分離 【解析】選D。玉米雜交種利用的是作物的雜種優(yōu)勢。雜交種的有性繁殖后代會發(fā)生性狀分離。,8.下列屬于利用基因工程技術培育新品種的是( ) A.耐寒的小黑麥 B.抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉 C.太空椒 D.試管牛 【解析】選B。耐寒的小黑麥是多倍體育種產生的；抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉是基因工程培育的新品種；太空椒是誘變育種產生的；試管牛是通過胚胎工程育種。,【速記卡片】 1.雜交育種的兩個特點：能將多個優(yōu)良性狀集中到同一生物個體上；耗時較長。 2.誘變育種的方法和特點： (1)兩種誘變方法：物理誘變、化學誘變。 (2)兩個特點：多害少利；能產生新基因，創(chuàng)造生物新類型。,3.基因工程的三種工具： (1)限制性核酸內切酶：能識別并切割特定的核苷酸序列。 (2)DNA連接酶：連接兩個DNA片段之間的脫氧核糖和磷酸。 (3)運載體：將外源基因送入受體細胞。常用的運載體有質粒、噬菌體和動植物病毒等。,考點一 五種育種方法的比較,【高考警示】不同育種方法需注意的問題 (1)誘變育種：多用于植物和微生物。原核生物不能進行減數(shù)分裂，所以不能運用雜交的方法進行育種，如細菌的育種一般采用的方法是誘變育種。 (2)雜交育種：不一定需要連續(xù)自交。若選育顯性優(yōu)良純種，需要連續(xù)自交篩選，直至性狀不再發(fā)生分離；若選育隱性優(yōu)良純種，則只要出現(xiàn)該性狀個體即可。,(3)花藥離體培養(yǎng)≠單倍體育種：花藥離體培養(yǎng)只是其中的一個程序，要想得到可育的品種，一般還需要用秋水仙素處理單倍體使染色體數(shù)目加倍。,【考題回訪】 1.(2014·江蘇高考)下圖是高產糖化酶菌株的育種過程，有關敘述錯誤的是( ),A.通過上圖篩選過程獲得的高產菌株未必能作為生產菌株 B.X射線處理既可以引起基因突變也可能導致染色體變異 C.上圖篩選高產菌株的過程是定向選擇過程 D.每輪誘變相關基因的突變率都會明顯提高 【解題指南】隱含知識：該菌株能形成糖化酶，則一定是真核生物，因為蛋白質的糖化是在內質網(wǎng)中完成的，所以該菌株能發(fā)生染色體變異。,【解析】選D。本題考查基因突變的特點和誘變育種過程。圖示育種過程為誘變育種，由于基因突變是不定向的，該過程獲得的高產菌株不一定符合生產的要求，A正確；X射線處理既可以引起基因突變，也可能導致染色體變異，B正確；上圖篩選高產菌株的過程是定向選擇符合人類特定要求菌株的過程，C正確；相同的射線每輪誘變相關基因的突變率不會明顯提高，因為每輪誘變的不一定是相同基因，故D錯誤。,【延伸探究】上題在高產糖化酶菌株定向篩選的過程中能否說明基因突變是定向的？ 提示：不能。定向選擇符合人類特定要求的菌株，關鍵在于“人類定向選擇”，而非基因突變具有定向性。,2.(2013·江蘇高考改編)現(xiàn)有小麥種質資源包括：①高產、感??； ②低產、抗??；③高產、晚熟等品種。為滿足不同地區(qū)及不同環(huán)境 條件下的栽培需求，育種專家要培育3類品種：a.高產、抗?。籦.高 產、早熟；c.高產、抗旱。下述育種方法可行的是( ) A.利用①③品種間雜交篩選獲得a B.對品種③進行染色體加倍處理篩選獲得b C.a、b和c的培育均可采用誘變育種方法 D.用轉基因技術將外源抗旱基因導入③中無法獲得c,【解析】選C。本題考查育種的相關知識。A項中，①③不具有抗病基因，二者雜交不能獲得a，故錯誤。B項中，③是高產、晚熟品種，染色體加倍之后，不能獲得早熟性狀，故錯誤。C項中，誘變育種具有不定向性，能獲得大量變異性狀，a、b和c的培育均可采用誘變育種方法，故正確。D項中，轉基因技術可以定向改變生物的性狀，將外源抗旱基因導入③中能獲得c，故錯誤。,【方法技巧】育種方法的選擇技巧 (1)一般育種。 ①一般作物育種可以選用雜交育種和單倍體育種。如果檢測純合子，則用測交或自交。 ②若既要檢測純合子又要分離純合子時，如果優(yōu)良性狀是顯性性狀則用連續(xù)自交；如果優(yōu)良性狀是隱性性狀則直接分離。 (2)特殊育種。 為了得到特殊性狀，可以選擇誘變育種或多倍體育種，如果將不同物種的性狀組合在一起，可以選用基因工程等。,3.(2014·安徽高考)香味性狀是優(yōu)質水稻品種的重要特性之一。 (1)香稻品種甲的香味性狀受隱性基因(a)控制，其香味性狀的表現(xiàn)是因為 ，導致香味物質積累。,(2)水稻香味性狀與抗病性狀獨立遺傳?？共?B)對感病(b)為顯性。為選育抗病香稻新品種，進行了一系列雜交實驗。其中，無香味感病與無香味抗病植株雜交的統(tǒng)計結果如下圖所示，則兩個親代的基因型是 。上述雜交的子代自交，后代群體中能穩(wěn)定遺傳的有香味抗病植株所占比例為 。,(3)用純合無香味植株作母本與香稻品種甲進行雜交，在F1中偶爾發(fā)現(xiàn)某一植株具有香味性狀。請對此現(xiàn)象給出兩種合理的解釋： ① ； ② 。 (4)單倍體育種可縮短育種年限。離體培養(yǎng)的花粉經脫分化形成 ，最終發(fā)育成單倍體植株，這表明花粉具有發(fā)育成完整植株所需的 。若要獲得二倍體植株，應在 時期用秋水仙素進行誘導處理。,【解題指南】(1)題干關鍵信息：“穩(wěn)定遺傳的有香味抗病植株”“偶爾”“秋水仙素進行誘導處理”。 (2)圖示信息：性狀分離比為抗病∶感病=1∶1，無香味∶有香味=3∶1。,【解析】本題考查基因對性狀的控制及雜交育種、基因突變和單倍體育種等有關知識。 (1)由題意可知，A基因存在無香味物質積累，可能A基因控制合成的酶促進了香味物質分解，而a基因不能控制合成分解香味物質的酶。 (2)根據(jù)雜交結果：抗病∶感病=1∶1，無香味∶有香味=3∶1，可知親本的基因型為Aabb、AaBb，則F1為1/8AABb、1/8AAbb、1/4AaBb、1/4Aabb、1/8aaBb、1/8aabb，其中只有1/4AaBb、1/8aaBb自交，才能獲得能穩(wěn)定遺傳的有香味抗病植株(aaBB)，所占比例為1/4×1/4 ×1/4+1/8×1×1/4=3/64。,(3)正常情況下AA與aa雜交，所得子代為Aa(無香味)，偶爾出現(xiàn)的有香味植株有可能是某一雌配子形成時A基因突變?yōu)閍基因，或某一雌配子形成時，含A基因的染色體片段缺失；還可能是受到環(huán)境因素的影響而產生的。 (4)花藥離體培養(yǎng)過程中，花粉先經脫分化形成愈傷組織，再通過再分化形成單倍體植株，此過程體現(xiàn)了花粉細胞的全能性，根本原因是花粉細胞中含有控制該植株個體發(fā)育所需的全部遺傳物質；形成的單倍體植株在幼苗期用一定濃度的秋水仙素處理，可形成二倍體植株。,答案：(1)a基因純合，參與香味物質代謝的某種酶缺失 (2)Aabb、AaBb 3/64 (3)某一雌配子形成時，A基因突變?yōu)閍基因 某一雌配子形成時，含A基因的染色體片段缺失 (4)愈傷組織 全部遺傳信息 幼苗,【延伸探究】 (1)A與a的根本區(qū)別是什么？ 提示：脫氧核苷酸排列順序的不同。 (2)水稻的香味性狀與抗病性狀獨立遺傳，說明控制這兩對相對性狀的基因位于什么位置？ 提示：非同源染色體上。,【加固訓練】 1.圖中，甲、乙表示兩個水稻品種，A、a和B、b分別表示位于兩對同源染色體上的兩對等位基因，①～⑤表示培育水稻新品種的過程，則下列說法錯誤的是( ),A.①→②過程簡便，原理是基因重組 B.④和⑤的變異都發(fā)生于有絲分裂間期 C.③→④過程可明顯縮短育種年限，③常用的方法是花藥離體培養(yǎng) D.③→④過程與⑤過程的育種原理相同,【解析】選B。分析題圖，①→②過程為雜交育種過程，目的是獲得AAbb個體，雜交育種操作簡便，但培育周期長，依據(jù)的原理是基因重組；④和⑤過程都是用秋水仙素處理，其發(fā)生的染色體變異是秋水仙素抑制有絲分裂前期紡錘體的形成而產生的；③→④表示單倍體育種過程，其優(yōu)點是明顯縮短育種年限，其中③過程常用的方法是花藥離體培養(yǎng)；單倍體育種與多倍體育種的原理都是染色體數(shù)目變異。,2.下列有關育種的說法中，正確的是( ) A.雜交育種所依據(jù)的主要遺傳學原理是基因突變 B.生產上通常采用多倍體育種的方法來獲得無子番茄 C.誘變育種可以快速獲得具有新基因的純合子 D.植物體細胞雜交育種可以克服遠緣雜交不親和的障礙,【解析】選D。雜交育種依據(jù)的遺傳學原理是基因重組，故A錯誤；生產上主要利用一定濃度的生長素或生長素類似物處理未受粉的雌蕊柱頭來獲得無子番茄，故B錯誤；誘變育種的原理是基因突變，即使得到具有新基因的個體，其基因純合的可能性也很低，所以誘變育種不能快速獲得具有新基因的純合子，故C錯誤。,3.(2015·嘉興模擬)某二倍體植物的體細胞中染色體數(shù)為24條，基因型為AaBbCCDd，這4對基因分別位于4對同源染色體上。下列說法錯誤的是( ) A.產生花粉的基因型有8種 B.C處是指用秋水仙素處理，則個體Ⅰ的體細胞中含有48條染色體 C.個體Ⅱ中能穩(wěn)定遺傳的占1/8，重組類型占37/64 D.若要盡快獲得優(yōu)良純種aaBBCCdd，則應采用圖中ABC過程進行育種,【解題指南】解答本題需要明確： (1)重組類型是指表現(xiàn)型，不是指基因型。 (2)多種育種方式中，單倍體育種所用時間最短。,【解析】選B。A項中，基因型為AaBbCCDd的植物，由于4對基因位于4對同源染色體上，遵循自由組合定律，AaBbCCDd產生8種配子。B項中，ABC為單倍體育種過程，因用秋水仙素處理，所以個體Ⅰ體細胞染色體數(shù)仍為24條。C項中，AEF為自交產生后代，子代重組類型為表現(xiàn)型不同于親代的類型，可將4對相對性狀分開考慮，所以后代中非重組類型為A_B_CCD_，共有3/4×3/4×1×3/4=27/64，重組類型為1-27/64=37/64。D項中，單倍體育種可明顯地縮短育種年限。,考點二 基因工程 1.基因工程操作工具： (1)限制性核酸內切酶(簡稱限制酶)。 ①分布：主要在微生物體內。 ②特性：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子。,③實例：EcoRⅠ限制酶能專一識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。 ④切割結果：產生兩個DNA片段。 ⑤作用：基因工程中重要的切割工具，能將外來的DNA切斷，對自己的DNA無損害。,(2)DNA連接酶。 ①催化對象：兩個具有相同黏性末端的DNA片段。 ②催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。 ③催化結果：形成重組DNA。,(3)常用的運載體——質粒。 ①本質：小型環(huán)狀DNA分子。 ②作用。 a.作為運載工具，將目的基因運送到受體細胞中去。 b.在受體細胞內對目的基因進行大量復制。 ③條件。 a.能在受體細胞內穩(wěn)定保存并大量復制。 b.有多個限制酶切點，供外源基因插入。 c.有標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。,2.對基因工程步驟的五點說明： (1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，只是前者切開，后者連接。 (2)要想從DNA上切下某個基因，應切2個切口，產生4個黏性末端。 (3)獲取目的基因和切割運載體需要用同一種限制酶，目的是產生相同的黏性末端。,(4)將目的基因導入受體細胞，沒有涉及堿基互補配對。 (5)動物一般用受精卵作為受體細胞；植物一般用體細胞作為受體細胞，再通過植物組織培養(yǎng)方式形成新個體；微生物常用不致病的大腸桿菌作為受體細胞。,【高考警示】(1)DNA連接酶和DNA聚合酶的作用對象不同。 ①DNA連接酶：作用于兩個DNA片段。 ②DNA聚合酶：將單個的脫氧核苷酸連接起來，形成DNA單鏈。 (2)相同點：這兩種酶都是蛋白質，都可以形成兩個脫氧核苷酸之間的化學鍵。 (3)運載體≠質粒：質粒是最常用的運載體，除此之外，λ噬菌體的衍生物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。,【考題回訪】 1.(2015·南京模擬)人們試圖利用基因工程的方法，用乙種生物生 產甲種生物的一種蛋白質。生產流程是：甲種生物的蛋白質→mRNA 目的基因 與質粒DNA重組 導入乙種生物的細胞中 獲得甲種生物的蛋白質。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、C B.②過程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A、U、G、C,【解題指南】解答本題的突破口： (1)①過程是由mRNA獲得目的基因的過程，屬于逆轉錄。 (2)④過程是轉錄和翻譯過程。 【解析】選B。①過程是逆轉錄，利用逆轉錄酶合成DNA片段，需要的原料是A、T、G、C；②過程是目的基因與質粒DNA重組，需要限制酶切斷質粒DNA，再用DNA連接酶將目的基因與質粒連接在一起；將重組質粒導入受體細胞時，如果受體細胞是細菌，則不應該用致病菌，而炭疽桿菌是致病菌；④過程是基因的表達過程，涉及轉錄和翻譯，原料中含有A、U、G、C四種堿基。,【延伸探究】寫出①過程堿基互補配對原則。 提示：堿基互補配對原則：U—A、A—T、C—G、G—C。,2.(2015·濟寧模擬)下圖是利用基因工程技術生產人胰島素的操作過程示意圖，請據(jù)圖作答。,(1)圖中基因工程的基本過程可以概括為“四步曲”： ； ； ； 。 (2)能否利用人的皮膚細胞來完成①過程？ ，為什么？ 。 (3)過程②必需的酶是 酶，過程③必需的酶是 酶。 (4)在利用A、B獲得C的過程中，常用 切割B，使它產生 ，再加入 才可形成C。,【解析】(1)基因工程的步驟包括：提取目的基因→目的基因與運載體結合→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定。 (2)圖中①過程是從細胞中獲取相應的mRNA，由于基因的選擇性表達，人的皮膚細胞中的胰島素基因不轉錄，不表達，因此不能形成胰島素mRNA。 (3)從mRNA→DNA是逆轉錄的過程，需要逆轉錄酶。DNA分子的擴增需用解旋酶將雙鏈DNA解旋為單鏈。 (4)構建基因表達載體時，必須將質粒用限制酶切割，產生一定的黏性末端，才可以在DNA連接酶的作用下與目的基因連接形成基因表達載體。,答案：(1)提取目的基因 目的基因與運載體結合 將目的基因導入受體細胞 目的基因的檢測與鑒定 (2)不能 皮膚細胞中的胰島素基因未表達(或未轉錄)，不能形成胰島素mRNA (3)逆轉錄 解旋 (4)限制性核酸內切酶 一定的黏性末端 DNA連接酶,【延伸探究】 (1)過程③除了使用解旋酶，還可以使用什么方法？ 提示：高溫可以使DNA雙鏈解開螺旋。 (2)體外大量獲得A的方法稱為什么技術？所需的酶有什么特點？ 提示：PCR技術，使用的DNA聚合酶具有耐高溫的特點。,【加固訓練】 1.下列關于基因工程的敘述，錯誤的是( ) A.目的基因和受體細胞均可來自動植物或微生物 B.限制性核酸內切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶 C.人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原有生物活性 D.運載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞 【解析】選C。因原核生物無內質網(wǎng)、高爾基體，不能對蛋白質進行加工和修飾，人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原沒有生物活性。,2.科學家在某種農桿菌中找到了抗枯萎病的基因，并以質粒為運載體，采用轉基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品種。下列有關敘述正確的是( ) A.質粒是最常用的運載體之一，質粒的存在與否對受體細胞的生存有決定性作用 B.為了保證金花茶植株抗枯萎病，只能以受精卵細胞作為基因工程的受體細胞 C.抗枯萎病基因進入金花茶細胞后，其傳遞和表達不再遵循中心法則 D.通過該方法獲得的抗枯萎病金花茶，將來產生的花粉中不一定含有抗病基因,【解析】選D。作為運載體的條件之一是能夠在受體細胞中保存并大量復制，且對受體細胞無害，不影響受體細胞正常的生命活動；轉基因植物通常以植物體細胞作為受體細胞；任何基因在任何細胞中，其傳遞和表達都遵循中心法則。,