從雜交育種到基因工程_導(dǎo)學(xué)案

1、從雜交育種到基因工程考綱知識(shí)梳理一、雜交育種和誘變育種雜交育種誘變育種概念將 集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法利用 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原理范圍 的生物所有生物方法雜交自交選優(yōu)自交物理 處理、化學(xué) 處理特點(diǎn)不能產(chǎn)生 ，原有基因性狀的重新組合育種進(jìn)程緩慢提高 ，加快育種進(jìn)程產(chǎn)生 ，新性狀，大幅改良性狀盲目性大，有利變異 練一練：（2008·江蘇卷，23）下列關(guān)于育種的敘述中，正確的是 （ ） A.用物理因素誘變處理可提高突變率 B.誘變育種和雜交育種均可形成新的基因 C.三倍體植物不能由受精卵發(fā)育而來 D.誘變獲得的突變體多數(shù)表現(xiàn)出優(yōu)良性

2、狀二、基因工程及其應(yīng)用1.概念的理解基因工程別名基因拼接技術(shù)或 技術(shù)操作環(huán)境生物體體外操作對(duì)象 操作水平DNA 水平基本過程剪切、拼接、導(dǎo)入、表達(dá)結(jié)果 改造生物的遺傳性狀，獲得人類需要的 原理基因的“剪刀”： 基因的“針線”： 基因的 ：常用的有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等，目的是將_基因送入 細(xì)胞優(yōu)點(diǎn)與雜交育種相比較明顯的優(yōu)點(diǎn)：與誘變育種相比較明顯的優(yōu)點(diǎn)： 2工具3步驟：提取目的基因目的基因與 結(jié)合將目的基因?qū)?目的基因的 基因工程與作物 ，如抗蟲棉基因工程與 研制，如胰島素、乙肝疫苗等基因工程與 保護(hù)，如超級(jí)菌分解泄漏石油4基因工程的應(yīng)用：練一練：下列屬于基因工程工具酶的是 （ ）限制性核

3、酸內(nèi)切酶 DNA水解酶 DNA聚合酶DNA連接酶RNA聚合酶解旋酶 A. B. C. D.構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò) 依據(jù)原理常用方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)舉例雜交育種誘變育種單倍體育種常見考點(diǎn)考點(diǎn)一：幾種常見育種方式的比較名稱原理方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用雜交育種基因重組雜交自交篩選出符合要求的表現(xiàn)型，通過自交至不發(fā)生性狀分離為止（5-6代）使分散在同一物種或不同品種中的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于同一個(gè)體上育種時(shí)間長(zhǎng)；局限于同一種或親緣關(guān)系較近個(gè)體用純種高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥培育矮稈抗病小麥誘變育種基因突變物理：紫外線、射線、微重力、激光等處理、再篩選；化學(xué)：秋水仙素、硫酸二乙酯處理，再篩選提高變異頻率，加快育種進(jìn)程，大

4、幅度改良某些性狀有利變異少，工作量大，需要大量的供試材料高產(chǎn)青霉菌、“黑農(nóng)五號(hào)”大豆品種等的培育單倍體育種染色體變異先將花藥離體培養(yǎng)，培養(yǎng)出單倍體植株再將單倍體幼苗經(jīng)一定濃度的秋水仙素處理獲得純合子明顯縮短育種年限，加快育種進(jìn)程易獲得純種個(gè)體技術(shù)復(fù)雜限于植物純種高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥快速培育矮抗小麥多倍體育種染色體變異用一定濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗植物莖稈粗壯，葉片果實(shí)種子均大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量提高技術(shù)復(fù)雜，發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥、四倍體水稻轉(zhuǎn)基因育種基因重組提取目的基因裝入運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與表達(dá)篩選出符合要求的新品種目的性強(qiáng)；育種周期短；克

5、服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙技術(shù)復(fù)雜，安全性問題多轉(zhuǎn)基因“向日葵豆”；轉(zhuǎn)基因抗蟲棉細(xì)胞核移植技術(shù)細(xì)胞核的全能性將具備所需性狀的體細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞中可改良動(dòng)物品種或保護(hù)瀕危物種技術(shù)要求高克隆羊、鯉鯽移核魚細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞膜流動(dòng)性、細(xì)胞全能性讓不同生物細(xì)胞原生質(zhì)融合，同種生物細(xì)胞可融合為多倍體按照人們意愿改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品且克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙技術(shù)難度高白菜甘藍(lán)、番茄馬鈴薯深化拓展1.誘變育種與雜交育種相比，前者能產(chǎn)生前所未有的新基因，創(chuàng)造變異新類型；后者不能產(chǎn)生新基因，只是實(shí)現(xiàn)原有基因的重新組合。2.在所有育種方法中，最簡(jiǎn)捷、常規(guī)的育種方法雜交育種。3.根據(jù)不同育種需求選擇

6、不同的育種方法 （1）將兩親本的兩個(gè)不同優(yōu)良性狀集中于同一生物體上，可利用雜交育種，亦可利用單倍體育種。 （2）要求快速育種，則運(yùn)用單倍體育種。 （3）要求大幅度改良某一品種，使之出現(xiàn)前所未有的性狀，可利用誘變育種和雜交育種相結(jié)合的方法。 （4）要求提高品種產(chǎn)量，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，可運(yùn)用多倍體育種。4.雜交育種選育的時(shí)間是F2，原因是從F2開始發(fā)生性狀分離；選育后是否連續(xù)自交取決于所選優(yōu)良性狀是顯性還是隱性。5.雜交育種是通過雜交培育具有優(yōu)良性狀且能穩(wěn)定遺傳（純合子）的新品種，而雜種優(yōu)勢(shì)則是通過雜交獲得種子，一般不是純合子，在雜種后代上表現(xiàn)出多個(gè)優(yōu)良性狀，但只能用雜種一代，因?yàn)楹蟠鷷?huì)發(fā)生性狀分

7、離。6.誘變育種盡管能提高突變率，但處理材料時(shí)仍然是未突變的遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于突變的個(gè)體；突變的不定向性和一般有害的特性決定了在突變的個(gè)體中有害仍多于有利，只是與自然突變相比較，二者都增多。鞏固訓(xùn)練1.下面為6種不同的育種方法。據(jù)圖回答下列問題:(1)圖中A至D方向所示的途徑表示 育種方式，這種方法屬常規(guī)育種，一般從F2代開始選種，這是因?yàn)?。ABC的途徑表示育種方式，這兩種育種方式中后者的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在 。（2）B常用的方法為 。（3）E方法所用的原理是 ，所用的方法如 、 。育種時(shí)所需處理的種子應(yīng)是萌發(fā)的（而非休眠的）種子，原因是 。（4）上述育種過程中，哪兩個(gè)過程所使用的方法相同？ （填寫字母）

8、，具體使用的方法有 (至少回答兩個(gè))，其作用機(jī)理是 。（5）G過程原理是 ，H和I分別表示 和 過程。（6）KLM這種育種方法的優(yōu)越性表現(xiàn)在 。（7）上述AI過程中，哪些過程作用前后沒有改變作用對(duì)象的基因型 ？（填寫字母）?？键c(diǎn)二 基因工程的操作工具和步驟1.基因工程操作工具（1）基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶） 分布：主要在原核生物體內(nèi)。 特性：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。 實(shí)例：EcoR限制酶能專一識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。切割結(jié)果：產(chǎn)生兩個(gè)帶有黏性末端的DNA片段。作用：基因工程中重要的切割工具，能將外來的

9、DNA切斷，對(duì)自己的DNA（要不五次序列，要不就是被特異性的甲基化酶甲基化）無損害。(2)基因的“針線”DNA連接酶催化對(duì)象：兩個(gè)具有相同黏性末端的DNA片段。催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。催化結(jié)果：形成重組DNA。(3)常用的運(yùn)載體質(zhì)粒本質(zhì)：小型環(huán)狀DNA分子。作用：a.作為運(yùn)載工具，將目的基因送到宿主細(xì)胞中去；b.用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。條件：a.能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；b.有多個(gè)限制酶切點(diǎn)；c.有標(biāo)記基因。2.基因工程操作步驟圖解：鞏固訓(xùn)練2.基因工程是在現(xiàn)代生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的，并有賴于微生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在基因工程在動(dòng)植物

10、育種上有廣泛而重要的應(yīng)用?；蚬こ袒静僮髁鞒倘缦聢D，請(qǐng)據(jù)圖分析回答：（1）圖中A是 ，最常用的是 ；在基因工程中，需要在 酶的作用下才能完成剪接過程。（2）在上述基因工程的操作過程中，可以遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的步驟有 （用圖解中序號(hào)表示）。（3）不同種生物之間的基因移植成功，從分子水平分析，進(jìn)行基因工程的主要理論依據(jù)是 ，也說明了生物共用一套 。（4）研究中發(fā)現(xiàn)，番茄體內(nèi)的蛋白酶抑制劑對(duì)害蟲的消化酶有抑制作用，導(dǎo)致害蟲無法消化食物而被殺死，人們成功地將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)胗衩左w內(nèi)，玉米獲得了與番茄相似的抗蟲性狀，玉米這種變異的來源是 。（5）科學(xué)家在某種植物中找到了抗枯萎病的基因，并用

11、基因工程的方法將該基因?qū)虢鸩杌ㄈ~片細(xì)胞的染色體DNA上，經(jīng)培養(yǎng)長(zhǎng)成的植株具備了抗病性，這說明 。如果把該基因?qū)肴~綠體DNA中，將來產(chǎn)生的配子中 (填“一定”或“不一定”)含有抗病基因。思維誤區(qū)警示1、易錯(cuò)分析：對(duì)基因工程中一些觀點(diǎn)說法辨析不清（1）限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶的作用部位都是脫氧核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵（不是氫鍵），只是一個(gè)切開，一個(gè)連接。 （2）質(zhì)粒是最常用的運(yùn)載體，不要把質(zhì)粒同運(yùn)載體等同，除此之外，噬菌體和動(dòng)植物病毒也可作為運(yùn)載體。運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)為DNA，其基本單位為脫氧核苷酸。 （3）要想從DNA上切下某個(gè)基因，應(yīng)切2個(gè)切口，產(chǎn)生4個(gè)黏性末端。（4）DNA酶即DNA水

12、解酶，是將DNA水解的酶；DNA聚合酶是在DNA復(fù)制過程中，催化形成新DNA分子的酶，是將單個(gè)游離的脫氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板；但DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段的兩個(gè)缺口同時(shí)連接，不需要模板，兩者作用的化學(xué)鍵相同，都是磷酸二酯鍵。 （5）原核生物基因（如抗蟲基因來自蘇云金芽孢桿菌）可為真核生物（如棉花）提供目的基因。 （6）限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一種酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端；第二步中兩種工具酶都用到。 （7）受體細(xì)胞動(dòng)物一般用受精卵，植物若用體細(xì)胞則通過組織培養(yǎng)的方式形成新個(gè)體。 （8）抗蟲棉只能抗蟲，不能抗病毒、細(xì)菌。糾正訓(xùn)練1.要將目的基因與運(yùn)載體連接起

13、來，在基因操作上應(yīng)選用 （ ） A.只需DNA連接酶 B.同一種限制酶和DNA連接酶 C.只需限制酶 D.不同的限制酶與DNA連接酶2.下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的理解正確的是 （ ） A.其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì) B.DNA連接酶可以恢復(fù)DNA分子中的氫鍵 C.它們不能被反復(fù)使用 D.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA連接酶典例分析：1.（2009·廣東卷，33）為了快速培育抗某種除草劑的水稻，育種工作者綜合應(yīng)用了多種育種方法，過程如下。請(qǐng)回答問題。 （1）從對(duì)該種除草劑敏感的二倍體水稻植株上取花藥離體培養(yǎng)，誘導(dǎo)成 幼苗。 （2）用射線照射上述幼苗，目的是 ；然后用該除草劑

14、噴灑其幼葉，結(jié)果大部分葉片變黃，僅有個(gè)別幼葉的小片組織保持綠色，表明這部分組織具有 。（3）取該部分綠色組織再進(jìn)行組織培養(yǎng)，誘導(dǎo)植株再生后，用秋水仙素處理幼苗，使染色體 ，獲得純合 ，移栽到大田后，在苗期噴灑該除草劑鑒定其抗性。（4）對(duì)抗性的遺傳基礎(chǔ)做進(jìn)一步研究，可以選用抗性植株與 雜交，如果 ，表明抗性是隱性性狀。F1自交，若F2的性狀分離比為15（敏感）：1（抗性），初步推測(cè) 。2.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，培育農(nóng)作物新品種是提高糧食產(chǎn)量的重要途徑之一。下圖是某生命科學(xué)研究院培育作物新品種的幾種方法示意圖。請(qǐng)分析回答有關(guān)問題： （1）培育新品種甲依據(jù)的遺傳學(xué)原理是 、 。從F1單倍體的形成常用的方法為

15、 ； 圖中單倍體植株的基因型有 。（2）培育新品種乙所運(yùn)用的生物工程技術(shù)有 ，A代表的是 ，這種育種方式的優(yōu)越性在于（3）經(jīng)過太空飛船搭載后，返回的太空種子不一定都是需要的新品種丙，需要進(jìn)行篩選，其根本原因是 。（4）若用黃粒玉米種子經(jīng)飛船搭載進(jìn)行失重和宇宙射線處理后，培養(yǎng)得到了從未有過的“紅粒”性狀。經(jīng)鑒定，玉米的紅粒和黃粒是一對(duì)相對(duì)性狀，其基因位于常染色體上。為了確定這對(duì)性狀的顯隱性關(guān)系，用上述紅粒和黃粒玉米種子為材料做雜交實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該怎樣進(jìn)行？（簡(jiǎn)述雜交實(shí)驗(yàn)組合、預(yù)期結(jié)果并得出結(jié)論）3.材料一：野生香蕉是二倍體，通常有大量的硬子，無法食用。但在大約1萬年前的東南亞，人們發(fā)現(xiàn)一種很少見的香蕉

16、品種，這種香蕉無子，可食，是世界上第一種可食用的香蕉，后來人們發(fā)現(xiàn)這種無子香蕉是三倍體。材料二：由于一種變異的致命真菌引起的香蕉葉斑病正在全球蔓延，香蕉可能在5年左右瀕臨滅絕。蕉農(nóng)目前通過大量噴灑化學(xué)藥劑來解決問題。在世界許多香蕉農(nóng)場(chǎng)，每年多次噴灑殺菌劑，此舉使香蕉成為世界上噴灑農(nóng)藥量最大的食物之一。但大量噴灑農(nóng)藥也恐怕未能阻止真菌進(jìn)一步散播。材料三：生物學(xué)家們正在努力尋找能抵抗這種真菌的野生香蕉，以便培育出新的香蕉品種。閱讀以上材料，回答下列問題： （1）無子、可食香蕉的變異可能來自于 。 （2）試分析為什么噴灑農(nóng)藥也不能有效地阻止真菌進(jìn)一步散播？ 。 （3）假若生物學(xué)家找到了攜帶該真菌抗性

17、基因的野生香蕉，如何培育出符合要求的無子香蕉？（請(qǐng)你簡(jiǎn)要寫出育種思路） 。1.（1）單倍體 （2）使幼苗產(chǎn)生基因突變 抗除草劑能力 （3）數(shù)目加倍 抗性植株 （4）敏感性植株 F1個(gè)體全為敏感性植株 該抗性性狀由兩對(duì)基因共同控制，且兩對(duì)基因均隱性純合時(shí)，植株表現(xiàn)抗性，其余表現(xiàn)敏感性2.（1）基因重組 染色體變異 花藥離體培養(yǎng) AB、Ab、aB、 ab （缺一不得分）（2）基因工程，組培技術(shù)；愈傷組織；目的性強(qiáng)（定向性），打破物種的局限性（3）變異是不定向的（4）取黃粒和紅粒的種子，分別種植后自交，若只有黃粒玉米的子代出現(xiàn)性狀分離，則黃粒為顯性性狀；若只有紅粒玉米的子代出現(xiàn)性狀分離，則紅粒為顯性性狀。若黃粒和紅粒玉米的自交后代均未出現(xiàn)性狀