1、第三课时生 物 育 种知识诠释思维发散一、杂交育种1.概念:将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。2.原理:基因重组。3.过程:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得F1F1自交或杂交获得F2鉴别,选择需要的类型。4.优点:可以把多个品种的优良性状集中在一起。5.缺点:获得新品种的周期长。6.应用:改良作物品质,提高农作物单位面积的产量的常规方法,同时也可用于家畜、家禽的育种。二、诱变育种1.概念:利用物理因素或化学因素来处理生物,使生物发生基因突变从而获得优良变异类型的育种方法。2.原理:基因突变。3.过程:选择生物诱发突变选优良性状培育。4.优点:
2、(1)可以 提高突变率,在较短时间内获得更多的 优良变异性状;(2)大幅度地改良某些性状。5.缺点:诱发产生的突变,优良的个体往往不多,需处理大量材料。6.意义:培育具有新性状的品种。三、基因工程1.基因工程的概念理解基因工程别名操作对象操作水平原理操作环境结果(目的)基因拼接技术或DNA重组技术基因 DNA分子水平 基因重组生物体外 定向地改造生物的遗传性状2.基因工程的基本工具(1)基因剪刀:限制性核酸内切酶(一种限制酶只能识别并切割一种特定的脱氧核苷酸序列,产生两个黏性末端)。(2)基因针线:DNA连接酶将由同一种限制酶切割后的黏性末端(碱基互补)的 脱氧核糖和 磷酸连接起来。(3)基因
3、的运载体常用的有 质粒、噬菌体、动植物病毒等。3.基因工程的基本步骤提取目的基因 目的基因与运载体的结合将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定。核心突围技能聚合 一、各种生物育种方法对比1.根据不同育种需求选择不同的育种方法(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上,可利用杂交育种,亦可利用单倍体育种。(2)要求快速育种,则运用单倍体育种。(3)要求大幅度改良某一品种,使之出现前所未有的性状,可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。(4)要求提高品种产量,提高营养物质含量,可运用多倍体育种。2.常规育种方法比较 杂交育种人工诱变育种单倍体育种多倍体育种生物工程育种基因重组基因突变染
4、色体组成倍减少染色体组成倍增加生物工程原理杂交自交筛选自交纯种辐射诱变、激光诱变、化学诱变花药离体培养秋水仙素处理萌发的种子或幼苗基因工程或细胞工程使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上可以提高变异频率,加速育种进程明显缩短育种年限个体较大,提高产量和营养成分含量定向改变物种,克服远缘杂交不亲和的障碍育种时间长突变后有利个体少,工作量大方法复杂,成活率低多倍体发育延迟,结实率低方法复杂,成功率低杂交水稻太空育种花粉的组织培养三倍体无子西瓜的培育抗虫棉 思维误区规避1.杂交育种选育的是F2,原因是从F2开始发生性状分离;选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。2.杂交育种是通过杂交
5、的方法培育具有优良性状且能稳定遗传(纯合子)的新品种,而杂种优势则是通过杂交获得种子,一般不是纯合子,在杂种后代上表现出多个优良性状,但只能用杂种一代,因为后代会发生性状分离。3.诱变育种尽管提高突变率,但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的;突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害仍多于有利,只是与自然突变相比较,二者都增多。典例1 在试验田中偶然出现了一株抗旱、抗盐的玉米,设想利用该植株培育能稳定遗传的抗旱、抗盐水稻品种,用到的育种方法和技术应有()诱变育种单倍体育种转基因技术组织培养技术A.B.C.D.【思路剖析】解答本题的关键是注意题中信息是利用已有的抗旱、抗盐玉米培育
6、能稳定遗传的抗旱、抗盐水稻品种。抗旱、抗盐基因已存在于玉米中,所以不需要再进行诱变育种;要想让水稻具备抗旱、抗盐性状,必须借助于转基因技术和组织培养技术,运用单倍体育种可以尽快实现培育能稳定遗传的抗旱、抗盐水稻品种的目的。【答案】B1.基因重组与基因工程的比较二、基因工程及其应用不同点概念在生物体进行有性生殖过程中,控制不同性状基因的重新组合按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状重组基因同一物种的不同基因不同物种间的不同基因繁殖方式有性生殖无性生殖意义是生物变异的来源之一,对生物进化有重要义使人类有可能按自己的意愿直接定
7、向地改变生物,培育出新品种相同点都实现了不同基因间的重新组合,都能使生物产生变异比较项目基因重组基因工程2.基因工程的应用(1)基因工程与作物育种。人们利用基因工程的方法,获得了高产、稳产和具有优良品种的农作物,培育出了具有各种抗逆性的作物新品种,如抗虫棉。(2)基因工程与药物研制。用基因工程方法能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药物,如胰岛素、乙肝疫苗等。(3)基因工程与环境保护。如超级菌分解泄漏石油。3.转基因生物和转基因产品的安全性(1)有两种观点,一种观点是转基因生物和转基因食品不安全,要严格控制;另一种观点是转基因生物和转基因食品是安全的,应该大范围推广。(2)转基因生物的优缺点
8、分析优点缺点解决粮食短缺问题减少农药使用,减少环境污染增加食物营养,提高附加值增加食物种类,提升食物品质提高生产效率,带动相关产业发展可能产生新病毒或新过敏原可能产生抗除草剂的杂草可能使疾病的传播跨越物种障碍可能会损害生物多样性可能干扰生态系统的多样性4.基因工程应注意的若干个问题(1)限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键(不是氢键),只是一个切开,一个连接。(2)质粒是最常用的运载体,不要把质粒与运载体等同,除质粒之外,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)基因工程中工具酶有两种限制性内切酶和DNA连接酶;
9、工具有三种,除上述两种工具酶外还包括运载体。(4)基因工程四个步骤中只有第3步将目的基因导入受体细胞不涉及到碱基互补配对。(5)受体细胞常用微生物的原因繁殖快、代谢快、目的基因产物多。(6)培育转基因植物,受体细胞可选用受精卵或体细胞。若受体细胞是体细胞,再将含目的基因的体细胞进行植物组织培养,即可获得转基因植株。(7)目的基因的检测是利用质粒中的标记基因,如大肠杆菌质粒中含有抗青霉素基因。把某种生物放入带有青霉素的培养基中培养,若有抗性,说明导入成功;若无抗性,说明导入失败。(8)重组DNA分子进入受体细胞后,受体细胞必须表现出特定的性状,才能说明目的基因完成了表达过程。例如检验抗虫棉的抗虫
10、性,可让棉铃虫食用棉花的叶片,食用后棉铃虫中毒死亡,则说明抗虫基因在棉株中得到了表达。典例2 (2011年重庆理综)拟南芥是遗传学研究的模式植物,其突变体可用于验证相关基因的功能。野生型拟南芥的种皮为深褐色(TT),某突变体的种皮为黄色(tt),下图是利用该突变体验证油菜种皮颜色基因(Tn)功能的流程示意图。(1)与拟南芥t基因的mRNA相比,若油菜Tn基因的mR-NA中UGA变为AGA,其末端序列成为“AGCGC-GACCAGACUCUAA”,则Tn比t多编码 个氨基酸(起始密码子位置相同,UGA、UAA为终止密码子)。(2)图中应为 ,若不能在含抗生素Kan的培养基上生长,则原因是 。若的
11、种皮颜色为 ,则说明油菜Tn基因与拟南芥T基因的功能相同。(3)假设该油菜Tn基因连接到拟南芥染色体并替换其中一个t基因,则中进行减数分裂的细胞在联会时的基因型为 ;同时,的叶片卷曲(叶片正常对叶片卷曲为显性,且与种皮性状独立遗传),用它与种皮深褐色、叶片正常的双杂合体拟南芥杂交,其后代中所占比例最小的个体表现型为 ;取的茎尖培养成16棵植株,其性状通常 (填“不变”或“改变”)。(4)所得的转基因拟南芥与野生型拟南芥 (填“是是”或或“不是不是”)同一个物种。同一个物种。【思路剖析】油菜Tn基因的mRNA中UGA变为AGA,而末端序列为“-AGCGCGACCAGACUCUAA”,在拟南芥中的
12、UGA本是终止密码子,不编码氨基酸,而在油菜中变为AGA可编码一个氨基酸,而CUC还可编码一个氨基酸,直到UAA终止密码子不编码氨基酸,故多编码2个氨基酸。假设油菜Tn基因连接到该突变体拟南芥染色体并替换其中一个t基因,则转基因拟南芥基因型为Tnt,减数分裂联会时形成四分体是由于染色体进行了复制,基因也进行了复制,因而基因型为TnTntt。设转基因拟南芥的叶片卷曲与正常叶是由B、b基因控制,正常叶为显性,而该对性状与种皮性状为独立遗传,则这两对性状遵循基因的分离与自由组合定律。则:转基因拟南芥 双杂合拟南芥TntbbTtBb进行逐对分析:TntTt1/4TnT、1/4Tnt、1/4 Tt、1/
13、4 tt由于Tn和T的功能相同,所以表现为3/4T_(深褐色)、1/4tt(黄色)bbBb1/2 Bb(正常叶)、1/2 bb(卷曲叶)所以后代中有四种表现型:3/8种皮深褐色正常叶;3/8种皮深褐色卷曲叶;1/8种皮黄色正常叶;1/8种皮黄色卷曲叶。取转基因拟南芥的茎尖培养为植物组织培养,故为无性生殖,所以后代性状一般不变(排除基因突变)。由上可知,所得转基因拟南芥Tnt和野生型拟南芥TT两个品种相当于发生基因突变,没有隔离,能杂交产生可育后代,因此是同一个物种。【答案】(1)2 (2)重组质粒(重组DNA分子)重组质粒未导入深褐色 (3)TnTntt黄色正常、黄色卷曲不变 (4)是 1.诱
14、变育种与杂交育种的不同之处是()能大幅度改良某些性状能形成新的基因能形成新基因型一般对个体生存有利A.B.C.D.【思路剖析】该诱变育种与杂交育种都能形成新基因型,故不对;诱变育种原理是基因突变,一般对个体有害,所以不是诱变育种的特点。【答案】A2.下列品种的培育与育种原理相符的是()A.无子西瓜的培育染色体数目变异B.高产青霉菌株的培育基因重组C.用花粉(Ab)培养成幼苗,再用秋水仙素处理获得纯种植株(AAbb)单倍体育种D.培育能产生人胰岛素的大肠杆菌基因突变植株(AAbb),其原理是染色体变异;培育能产生人胰岛素的大肠杆菌利用了基因工程技术,其原理是基因重组。【答案】A【思路剖析】高产青
15、霉菌株的培育原理是基因突变;用花粉(Ab)培养成幼苗,再用秋水仙素处理获得纯种3.萤火虫体内的荧光素酶催化的系列反应导致萤火虫发光。如果荧光素酶存在于植物体内,也可以使植物体发光。一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取。但科学家成功地通过基因工程将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内,使其产生荧光素酶。请分析回答下列问题:(1)在此基因工程中,目的基因是 。(2)将此目的基因导入受体细胞内需要载体的帮助。下列各项在选取载体时不必考虑的是 (用字母表示)。A.能够在宿主细胞内复制并稳定保存B.具有多个限制酶的切点C.具有与目的基因完全相同的碱基序列D.具有某些标记基因(3)在基因表达载体构建的过
16、程中,需要 、等多种酶的参与。(4)在此基因工程中受体细胞为 。(5)通过基因工程来培育新品种的主要优势是 。【思路剖析】(1)此基因工程的目的是将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内,使其产生荧光素酶,所以荧光素酶基因是人类所需要的基因,是目的基因。(2)作为基因工程的载体必须具备三个条件,即能够在宿主细胞内复制并稳定保存、具有多个限制酶的切点、具有某些标记基因,但不一定具有与目的基因相同的碱基片断。(3)基因表达载体的构建需要限制酶、DNA连接酶等参与。(4)根据本基因工程的目的可确定受体细胞是大肠杆菌。(5)通过基因工程育种的优势主要是能定向改造生物的遗传性状。【答案】(1)荧光素酶基因 (2
17、)C (3)限制性核酸内切酶(或限制酶)DNA连接酶 (4)大肠杆菌 (5)定向地改造生物的遗传性状基础角度思路一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分)1.(基础再现)中国返回式卫星上搭载的水稻种子返回地面后,经种植培育出的水稻穗多粒大,亩产达600 kg,蛋白质含量增加8%20%,生长周期平均缩短10天。这种育种方式属于()A.杂交育种B.单倍体育种C.诱变育种 D.多倍体育种【思路剖析】此育种是利用太空育种技术,在太空中通过强辐射、微重力和高真空等条件诱发植物种子的基因发生突变的作物育种技术。【答案】C2.(基础再现)研究人员想将生长激素基因通过质粒导入大肠杆菌细胞内,以表达产生生
18、长激素。已知质粒中存在两个抗性基因;A是抗链霉素基因,B是抗氨苄青霉素基因,且目的基因不插入到基因A、B中。大肠杆菌不带有任何抗性基因,则筛选获得“工程菌”的培养基的抗生素首先应该()A.仅有链霉素B.仅有氨苄青霉素C.同时含链霉素和氨苄青霉素D.无链霉素和氨苄青霉素【思路剖析】筛选“工程菌”应用选择性培养基。因混合细胞中同时存在没有导入重组质粒的大肠杆菌和导入重组质粒的大肠杆菌两种细胞,要筛选出导入了重组质粒的大肠杆菌就需在培养基中加入与质粒中标记基因所对应的抗生素。【答案】C3.(基础再现)下图是培育高品质的糯小麦的过程。有关叙述正确的是()A.a过程中运用的原理是基因重组B.b过程可以通
19、过自交来提高纯合率C.a过程用秋水仙素作用于萌发的种子D.a、b过程均能快速获得目的植株【思路剖析】a过程为单倍体育种,其原理是染色体变异;b为自交过程,不能提高突变率和缩短育种年限;a过程需要使用秋水仙素,但其作用对象是花药离体培养形成的单倍体幼苗;杂合子自交可以提高后代中纯合子的比例。【答案】B4.(基础再现)下列育种过程中需要对母本进行去雄处理的是()A.用杂合抗病小麦连续自交得到纯合抗病植株B.无子番茄的培育C.培育四倍体西瓜植株D.对三倍体无子西瓜授以二倍体西瓜花粉,结出无子西瓜物处理未受粉的雌蕊柱头,所以应对母本进行去雄处理。【答案】B【思路剖析】无子番茄培育的原理是用生长素类似5
20、.(视角拓展)单倍体育种是植物育种手段之一。以下有关叙述正确的是()A.普通小麦的配子培养产生的植株是三倍体植株B.单倍体是具有一个染色体组的植株体C.可以利用花药培养的方法直接能产生结果实的纯合子D.单倍体育种的方法可明显缩短种年限但由配子培养成的个体,无论含有多少个染色体组,均属于单倍体,所以单倍体不一定只含有一个染色体组。由于单倍体通常是含有奇数染色体组,所以是高度不育的。【答案】D【思路剖析】虽然普通小麦配子中有三个染色体组,6.(视角拓展)用现代生物技术能创造生物新类型,其原因不包括()A.可通过诱变提高基因突变率B.可通过转基因迅速改变生物的基因组成C.可通过多倍体育种使新物种的产
21、生不需要经过生殖隔离D.可通过组织培养迅速使新品种形成种群多倍体育种可使新物种的产生不经过地理隔离。【答案】C【思路剖析】新物种的形成必需经过生殖隔离,通过7.(视角拓展)美国生物学家Craig Venter宣布开发出了第一个由一个合成的基因组所控制的细胞。在这项研究中,Craig Venter博士等人通过化学的方法合成了蕈状支原体的基因组,然后将其植入到与它亲缘关系很近的山羊支原体的细胞里,获得了全新的蕈状支原体,植入的基因组能调控这一细胞,新移植的基因组取代原基因组发挥作用,把寄主细胞转变成蕈状支原体。下列有关叙述正确的是()A.蕈状支原体基因组即其一个染色体组所包含的全套基因B.寄主细胞
22、转变成蕈状支原体是利用了基因突变的原理C.这个合成的基因组一定是通过逆转录得到的D.支原体是目前发现的最小的、最简单的具有自我繁殖能力的细胞,其基因组也是原核生物中最小的,因此便于操作中最小的,故D项正确;支原体是原核生物,没有染色体,故A项错误;该转变过程原理为基因重组,而非基因突变,故B项错误;该基因组的合成不一定通过逆转录得到,故C项错误。【答案】D【思路剖析】支原体是目前发现的最小的、最简单的具有自我繁殖能力的细胞,其基因组也是原核生物8.(视角拓展)在某作物育种时,将、两个植株杂交,得到,将再作如图所示处理。下列分析错误的是()A.由到过程一定发生了非同源染色体上非等位基因的自由组合
23、异C.若的基因型为AaBbdd,则植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4D.由到过程可能发生突变和基因重组【思路剖析】由到过程的原理是基因突变,不存在等位基因分离、非同源染色体上非等位基因自由组合。【答案】AB.由的育种过程中,依据的主要原理是染色体变二、非选择题(本题共4小题,共52分)9.(基础再现,12分)2008年9月25号,随“神舟”七号航天飞船飞入太空的还有小麦种子,科学家将这些遨游太空后的种子播种后,长出的众多秧苗中,只有其中1株出现与众不同的特性。在此后几年的种植培养过程中,这株小麦的后代发生了变异,有早熟型、长粒型、高粗秆大穗型、小粒型、大粒型等十多个品种。(1)实验结果表明该
24、变异最有可能是 ,这种育种方法是 。(2)众多秧苗中,只有其中1株出现与众不同的特性,而其后代发生变异形成了十多个品种,说明突变具有 的特点。(3)小麦矮秆是一种优良性状。某纯种高秆小麦种子经太空搭载后仍表现为高秆,但其自交后代中出现了一定数量的矮秆植株。请简述该矮秆植株形成的过程:。(4)已知小麦的穗形受两对等位基因(Sd1和sd1、Sd2 和sd2)共同控制,两对基因独立遗传,并表现为基因的累加效应,即:基因型为Sd1_Sd2_的植株表现为大穗,基因型为sd1sd1Sd2_、Sd1_sd2sd2的植株均表现为中穗,而基因型为sd1sd1sd2sd2的植株则表现为小穗。某小穗小麦种子经诱变处
25、理后,表现为大穗。为了获得稳定遗传的大穗品种,下一步应该采取的方法可以是 。(或F1)因性状分离出现矮秆 (4)取大穗水稻品种连续自交,直至获得能稳定遗传的大穗品种(或取该大穗水稻的花药离体培养,用秋水仙素处理幼苗获取纯合子,选取其中的大穗个体即可)【答案】(1)基因突变诱变育种 (2)发生频率低、不定向 (3)高秆基因经宇宙射线诱变发生(隐性)突变,自交后代10.(视角拓展,15分)中国是世界上最大的茄子生产国,为培育优良品种,育种工作者应用了多种育种方法。请回答:(1)茄子的早期栽培品种为二倍体,有人利用秋水仙素处理二倍体茄子的幼苗,选出四倍体茄子。其原理是:秋水仙素作用于正在分裂的植物细
26、胞,会抑制 的形成,导致 加倍。(2)茄子晚开花(A)对早开花(a)为显性,果实颜色有深紫色(BB)、淡紫色(Bb)与白色(bb)之分,两对基因自由组合。为培育早开花深紫色果实的茄子,选择基因型AABB与aabb的植株为亲本杂交,F1自交得到的F2中有 种表现型,其中早开花深紫色果实的植株应占 。(3)青枯病是茄子的主要病害,抗青枯病(T)对易感青枯病(t)为显性,基因T、t与控制开花期的基因A、a自由组合。若采用二倍体早开花、易感青枯病茄子(aatt)与四倍体晚开花、抗青枯病茄子(AAAATTTT)为育种材料,运用杂交和花药离体培养的方法,培育出纯合的二倍体早开花、抗青枯病茄子,则主要步骤为
27、:第一步:。第二步:以基因型为 和 的茄子为亲本杂交,得到F1(AaTt)第三步:(用遗传图解或文字简要描述)。后代表现型和基因型的种类分步相乘,分类相加。【答案】(1)纺锤体(或纺锤丝)染色体数目 (2)6 1/16 (3)种植四倍体晚开花、抗青枯病茄子(AAAATTTT)取花药离体培养,获得基因型为AATT的子代(用图解方式作答亦可)aattAATT【思路剖析】本题主要考查染色体变异在育种方面的应用,秋水仙素的作用是抑制有丝分裂纺锤体的形成,使染色体数量增加一倍。对于多对相对性状来说,11.(高度提升,12分)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
28、品种,为培育出优良新品种AAbb,可以采用的方法如图所示。(1)由品种AABB、aabb经过、过程培育出新品种的育种方法称为 。若经过过程产生的子代总数为1552株,则其中基因型为AAbb的植株理论上有 株。基因型Aabb的类型经过过程,子代中AAbb与aabb的数量比是 。(2)过程常采用 由AaBb得到Ab个体。与过程、的育种方法相比,过程、育种的优势是 。(3)过程在完成目的基因与运载体的结合时,必须用到的工具酶是 。与过程的育种方法相比,过程育种的优势是 。【思路剖析】AABB、aabb经过、过程培育出新品种的育种方式是杂交育种,经过过程产生的子代总数为1552株,其中基因型为AAbb
29、的植株理论上占总数的1/16,共97株。过程为单倍体育种,常采用花药离体培养法由AaBb得到Ab个体。与杂交育种方法相比,单倍体育种可明显缩短育种年限。过程为基因工程育种,与过程的诱变育种相比,基因工程育种的优势是能定向地改造生物的遗传性状。【答案】(1)杂交育种971 1 (2)花药离体培养明显缩短了育种年限 (3)限制性核酸内切酶(限制酶)、DNA连接酶定向地改造生物的遗传性状12.(能力综合,13分)下列是基因工程的有关问题,请回答:(1)限制性核酸内切酶可以识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列,并可以使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的 (填化学键名称)断裂。(2)目的基因和运载体重组
30、时需要的工具酶是 ,和限制性核酸内切酶相比,它对所重组的DNA两端碱基序列 (填“有”或“无”)专一性要求。(3)图1表示构建表达载体时的某种质粒与目的基因。已知限制酶的识别序列和切点是-GGATCC-,限制酶的识别序列和切点是-GATC-。分析可知,最好选择限制酶 切割质粒,限制酶 切割目的基因所在的DNA,这样做的好处分别是 、。(4)人的肤色正常与白化病受常染色体上基因A和a控制。若白化病基因与相对应的正常基因相比,白化病基因缺失了一个限制酶的切点,甲、乙、丙3人白化基因或相对应正常基因酶切后的电泳结果如图2。由图2可以判断出,乙和丙的基因型分别是 、。如果甲与丙婚配,后代患病的概率为 。【思路剖析】(1)限制性核酸内切酶作用于磷酸二酯键。(2)DNA连接酶连接目的基因和运载体,和限制性核酸内切酶相比,DNA连接酶对所重组的DNA两端碱基序列无专一性要求。(3)解析见答案。(4)甲、乙、丙的基因型分别是Aa、AA、aa。如果甲与丙婚配,后代患病的概率为1/2。【答案】(1)磷酸二酯键 (2)DNA连接酶无 (3)酶切割质粒不会把两个标记基因都破坏 目的基因两端均有酶的识别序列 (4)AAaa1/2
