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第22讲 从杂交育种到基因工程,考情分析备考导航,1.杂交育种与诱变育种的概念 (1)杂交育种:将两个或多个品种的优良性状通过 集中在一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。 (2)诱变育种:利用 或 来处理生物,使生物发生 ,从而获得优良变异类型的育种方法。,考点一 杂交育种与诱变育种,知识梳理 自主学习 夯实基础,交配,物理因素,化学因素,基因突变,2.杂交育种与诱变育种比较,基因重组,基因突变,不定向,3.生物育种原理、方法及实例连线,答案：,【深挖教材】 (1)杂交育种实践过程中一定需要连续自交吗?为什么? 提示: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,则只要在F2出现该性状个体即可。 (2)原核生物常选哪种育种方式,为什么? 提示:诱变育种。原核生物无减数分裂,不能进行杂交育种,所以一般选诱变育种。 (3)为什么从F2开始选育? 提示:因为从F2开始出现性状分离。,1.杂交育种过程深度剖析(一年生植物,亲本纯合),重点透析 剖析考点 拓展深化,(1)亲代杂交的目的是让优良性状的基因集中到一个个体当中,第一年在母本上得到子一代的种子。F1的性状第二年才能表现出来。 (2)第一次自交的目的是得到理想性状,虽然杂种F2所需性状中有纯合子,但此时掺和杂合子无法分辨,因此第三年不能得到理想种子。 (3)第二次以上自交的目的是得到稳定遗传的理想性状,因此第四年可以得到理想种子。但由于有些植物分株保存困难且种子需求量大,因此应选择所需性状个体逐代自交淘汰,扩大培养,直到不发生性状分离。,2.针对不同目的的杂交育种程序 (1)培育杂合子品种 在农业生产上,可以将杂种一代作为种子直接使用,如水稻、玉米等。其特点是可以利用杂种优势,获得的品种高产、抗性强,但种子只能种一年。培育的基本步骤如下: 选取符合要求的纯种双亲杂交()F1(即为所需品种)。理论上育种时间为一年。,(2)培育隐性纯合子品种 选取双亲杂交()F1 F2选出表现型符合要求的个体种植并推广。理论上第三年就可以得到所需品种。,(3)培育显性纯合子品种 选取双亲杂交()F1 F2选出表现型符合要求的个体F3选出稳定遗传的个体推广种植。理论上最短育种年限为四年。,【易错点拨】 (1)正确理解“杂交育种”与“杂种优势” 杂交育种是在杂交后代众多类型中选择符合育种目标的个体进一步培育,直到获得稳定遗传的具有优良性状的新品种; 杂种优势是杂合体(F1)在一种或多种性状上优于两个亲本的现象。具有杂种优势的杂交子代一般都表现自交衰退现象。例如玉米的植株高度显示杂种优势,也可以明显地看到自交衰退现象,因此玉米不能自己留种。 (2)正确理解育种中“最简便”与“最快速” “最简便”着重于技术含量应为“易操作”,如杂交育种,虽然年限长,但农民自己可简单操作。但“最快速”则未必简便,如单倍体育种可明显缩短育种年限,但其技术含量却较高。 (3)杂交育种的选育目标不一定都是获得稳定遗传的优良性状。,1.杂交育种是通过品种间杂交,创造新变异类型而选育新品种的方法。将两个各具有期望优点的纯合亲本进行杂交,F1自交能产生多种非亲本类型,再经过选育就可能获得符合需要的新品种。下列相关叙述错误的是( ) A.杂交育种所依据的主要遗传学原理是基因重组 B.F1形成配子时,同源染色体上的非等位基因可通过非姐妹染色单体的交换进行重组 C.F1形成配子时,非同源染色体上的非等位基因自由组合 D.杂交育种能定向改造生物性状,育种进程较快,题组一,杂交育种过程、特点及原理,D,题组例练 分类例练 提炼方法,解析:杂交育种的原理是基因重组,是原有基因的重新组合,可以将不同亲本的优良性状集中到同一个后代的身上;F1形成配子时,在减数第一次分裂的四分体时期,同源染色体上的非等位基因可通过非姐妹染色单体的交换进行重组,在减数第一次分裂的后期非同源染色体上的非等位基因自由组合;杂交育种不能定向改造生物性状,且获得的个体自交后代发生性状分离,所以育种周期较长。,解析: (1)根据题意和图示分析可知:有B基因存在时,开白花,没有B基因有A基因存在时,开黄花,所以开黄花的报春花植株的基因型可能是AAbb或Aabb。,2.(2016江西宜春期中)报春花的花色表现为白色(只含白色素)和黄色(含黄色锦葵色素)一对相对性状,由两对等位基因(A和a,B和b)共同控制,显性基因A控制以白色素为前体物合成黄色锦葵色素的代谢过程,但当显性基因B存在时可抑制其表达(生化机制如图所示)。据此完成下列要求。 (1)开黄花的报春花植株的基因型可能是 。,答案: (1)AAbb或Aabb,解析: (2)在只有纯种白花的情况下,为了培育出能稳定遗传的黄色品种,可以选择基因型为AABB、aabb的两个品种进行杂交,得到F1种子,其基因型为AaBb。F1种子种下得F1植株,再F1自交得F2种子,F2种子种下得F2植株,F2自交,并选择开黄花植株的种子混合留种,不断重复自交,直到后代不出现性状分离为止,就可以得到纯种。由于A和a、B和b分别位于3号和1号染色体上,产生配子时非同源染色体上的非等位基因自由组合,所以F1植株能产生比例相等的四种配子。,(2)现有AABB、aaBB和aabb三个纯种白色报春花品种,为了培育出能稳定遗传的黄色品种,某同学设计了如下程序: .选择 两个品种进行杂交,得到F1种子; .F1种子种下得F1植株,F1随机交配得F2种子; . ; .重复步骤若干代,直到后代不出现性状分离为止。 补充完整以上步骤。 F1植株能产生比例相等的四种配子,原因是 。,答案: (2)AABB和aabb F2种子种下得F2植株,F2自交,然后选择开黄色花植株的种子留种 A和a、B和b分别位于3号和1号染色体上,产生配子时候等位基因分离,非同源染色体上的非等位基因自由组合,解析: 已知报春花的雌蕊和雄蕊不等长,自然状态下可以进行异花传粉。为了让F2自交,应该从花蕾期开始套袋直到受精结束。第1年,亲本杂交获得F1种子;第2年,F1植株随机交配获得F2种子;第三年,让每株开黄花的F2植株自花传粉,每株收获的F3种子单独存放;第四年将每株收获的F3种子分地块隔离种下获得F3植株,F3自交,选择只开黄花(即无性状分离)的地块留种,就可以得到纯种。,报春花的雌蕊和雄蕊不等长,自然状态下可以进行异花传粉。为了让F2自交,应该怎样处理? 。 如果从播种到获得种子需要一年,若想第4年就能获得能稳定遗传的黄色品种,设计程序中的、应如何操作? 。,答案: 从花蕾期开始套袋直到受精结束(答出套袋即可) :F2种子种下得F2植株,让每株开黄花的F2植株自花传粉,每株收获的F3种子单独存放;:将每株收获的F3种子分地块隔离种下获得F3植株,F3自交,选择只开黄花(即无性状分离)的地块留种,3.(2016河北邢台二模)诱变育种有很多突出优点,也存在一些缺点,下列分析正确的是( ) 结实率低,发育迟缓 提高变异频率,使后代变异性状较快稳定,因而加快育种进程 大幅度改良某些性状 茎秆粗壮,果实种子大,营养物质含量高 有利个体不多,需要大量的材料 A. B. C. D.,题组二,诱变育种原理及特点,B,解析:结实率低,发育迟缓属于多倍体的特点;由于基因突变具有低频性的特点,所以人工诱变可以提高变异频率,加快育种进程;由于基因突变能产生新基因,所以能大幅度改良某些性状;茎秆粗壮,果实种子大,营养物质含量高属于多倍体的特点;由于基因突变具有少利多害性和不定向性的特点,所以人工诱变产生的有利个体不多,需要大量的材料。,4.诱变育种在微生物育种方面也发挥着重要作用。如图曲线a表示使用诱变剂前青霉菌菌株数和青霉素产量之间的关系,曲线b、c、d表示使用诱变剂后菌株数和产量之间的关系。下列说法正确的是( ) A.由a变为b、c、d体现了基因突变的随机性 B.诱变剂决定了青霉菌的变异方向,加快了育种进程 C.d是符合人们生产要求的变异类型 D.青霉菌在诱变剂作用下发生的变异可能有突变和基因重组,C,解析:b、c、d青霉菌的菌株数和产量不同,可见,由a变为b、c、d体现了基因突变的不定向性;诱变剂不能决定青霉菌的变异方向,因为变异是不定向的;曲线d所示的青霉菌的产量最高,是最符合人们生产要求的变异类型;青霉菌在诱变剂作用下发生的变异可能有基因突变或染色体变异。,考点二 基因工程及其应用,1.基因工程概念的理解,知识梳理 自主学习 夯实基础,DNA重组,基因,分子,定向,遗传性状,基因产物,2.基因工程的基本工具连线,答案：,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 。,目的基因,受体细胞,检测与鉴定,【深挖教材】 (1)基因工程中使用的DNA连接酶可用DNA聚合酶代替吗?为什么? 提示:不可以。因为DNA连接酶是把两个具有相同末端的DNA片段通过磷酸二酯键连接起来,该过程不需模板。DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接到有单链的末端,且该过程需要模板。 (2)与诱变育种、杂交育种相比,基因工程育种的优点又是什么? 提示:目的性强,定向改造生物的性状;克服远缘杂交不亲和的障碍。,4.基因工程的应用,抗逆性,转基因抗虫棉,农药,(2),大肠杆菌,(3)环境保护:利用 降解有毒、有害的化合物,吸收环境中的重金属,分解泄漏的石油,处理工业废水等。,转基因细菌,5.转基因生物和转基因食品的安全性,严格控制,大范围推广,1.基因工程操作步骤图解,重点透析 剖析考点 拓展深化,(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。 (2)要想将目的基因整合到质粒上,必须保证目的基因与质粒的黏性末端相同。因此,获得目的基因、切割运载体需用同种限制酶。,2.五种育种方法的比较,【易错点拨】 运载体细胞膜上的载体质粒 运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具,其化学本质为DNA,常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等。细胞膜上的载体是位于细胞膜上的载体蛋白质,与控制物质进出细胞有关系。,1.ch1L基因是蓝细菌拟核DNA上控制叶绿素合成的相关基因。为研究该基因对叶绿素合成的控制,需要构建该种生物缺失ch1L基因的变异株细胞。过程如图所示,对此描述不正确的是( ) A.ch1L基因的基本组成单位是脱氧核苷酸 B.同源替换ch1L基因过程中,蓝细菌发生了 染色体变异 C.过程都要使用限制酶和DNA连接酶 D.可用含红霉素的培养基筛选出该变异株,题组一,基因工程原理和应用,B,题组例练 分类例练 提炼方法,解析:基因是有遗传效应的DNA片段,其基本组成单位是脱氧核苷酸;过程都是形成重组质粒的过程,都要使用限制酶和DNA连接酶;过程插入了红霉素抗性基因,可作为标记基因,若操作成功,可用含红霉素的培养基筛选出该变异株;同源替换ch1L基因过程中,蓝细菌发生了基因重组。,2.(2016天津静海期末)玫瑰没有生成蓝色翠雀花素所需的“黄酮类化合物3,5氢氧化酶”的基因,因此蓝玫瑰被认为是不可能培育成功的。但日本科研人员将蓝三叶草中的蓝色素基因植入普通玫瑰而成功培育出了蓝玫瑰,这株玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色。下列有关叙述正确的是( ) A.蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞的液泡和叶绿体中 B.培育蓝玫瑰用到的工具酶是限制性内切酶和DNA连接酶 C.蓝色素基因在所有玫瑰细胞中都能控制合成蓝色翠雀花素 D.蓝玫瑰的培育成功意味着人类创造了一个新的物种,B,解析:蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞的液泡中,但没有分布在叶绿体中;培育蓝玫瑰用到的技术是转基因技术,所以需要的工具酶是限制性内切酶和DNA连接酶;基因的表达具有选择性,蓝色素基因在玫瑰的花瓣细胞中都能控制合成蓝色翠雀花素;利用基因工程培育出的是生物新品种,但没有形成新物种。,3.现有基因型为AaBbDd(三对基因独立遗传)的玉米幼苗,希望获得基因型为AAbbDD的个体,要短时间内达到育种目标,下列育种方案最合理的是( ) A.通过多次射线处理,实现人工诱变 B.通过连续自交、逐代筛选获得 C.先用花药离体培养,再用秋水仙素处理 D.先用秋水仙素处理,再用花药离体培养,题组二,育种方法的选择和比较,C,解析:诱变育种具有盲目性,在短期内不一定能获得基因型为AAbbDD的个体;杂交育种需要不断筛选、自交,育种周期较长;单倍体育种后代不发生性状分离,能明显缩短育种年限,所以最合理;先用秋水仙素处理获得四倍体玉米后再花药离体培养,获得的个体不一定是纯合子。,4.(2016四川广安二诊)如图表示培育新品种(或新物种)的不同育种方法,下列分析正确的是( ) A.若过程是动物育种则可用射线处理幼年动物 B.、育种过程可加速农作物进化,但不产生新物种 C.过程需要用秋水仙素处理单倍体种子获得纯合品种 D.若过程采用低温处理,低温可抑制着丝点的分裂导致染色体加倍,B,解析:根据题意和图示分析可知:、为杂交育种,并对筛选植株连续自交;、是单倍体育种,是选取花药进行离体培养;是诱变育种;是多倍体育种。若过程是动物育种,不能用射线直接处理幼年动物,可用射线处理受精卵;杂交育种筛选过程可改变基因频率,加速农作物进化,但不产生新物种;过程中秋水仙素处理的是单倍体幼苗而不是种子;多倍体育种过程中,低温可抑制纺锤体的形成导致染色体加倍。,方法突破,从育种材料和方法特点的角度确定育种方法,构建知识网络 强化答题语句,知识网络,填充: 、 、 、,基因重组,诱变育种,基因突变,花药离体培养、秋水仙素处理,染色体数目变异,基因工程育种,基因重组,限制酶、DNA连接酶、运载体,要语强记,1.杂交育种的两个特点 能将多个优良性状集中到同一生物个体上;耗时较长。 2.诱变育种的方法和特点 (1)两种诱变方法:物理诱变、化学诱变。 (2)两个特点:多害少利;能产生新基因,创造生物新类型。 3.基因工程的三种工具 (1)限制酶: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。 (2)DNA连接酶:在DNA片段之间的磷酸与脱氧核糖之间形成磷酸二酯键。 (3)运载体:将目的基因导入受体细胞。常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。,
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