必修二 第12章 從雜交育種到基因工程

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(guò)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(lèi)型的育種方法兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀物理因素或化學(xué)因素基因突變雜交育種誘變育種過(guò)程選擇

的親本通過(guò)雜交獲得F1，

，從中篩選獲得需要的類(lèi)型利用射線(xiàn)和化合物等理化因素誘導(dǎo)

的細(xì)胞發(fā)生

，并選取需要的類(lèi)型應(yīng)用

，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量；培育優(yōu)良家畜、家禽主要用于具有不同優(yōu)良性狀F1連續(xù)自交分裂基因突變改良作物品質(zhì)農(nóng)作物和微生物二、基因工程1．基本工具(1)基因的剪刀：

。(2)基因的針線(xiàn)：

。(3)基因的運(yùn)載體：常用的有

、噬菌體和

等。限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶質(zhì)粒動(dòng)植物病毒2．操作步驟(1)提取

。(2)目的基因與

結(jié)合。(3)將目的基因?qū)?/p>

。(4)目的基因的

。3．應(yīng)用基因工程主要在

、藥物研制和

等方面取得了重大成就。目的基因運(yùn)載體受體細(xì)胞檢測(cè)和鑒定作物育種環(huán)境保護(hù)1．DNA連接酶的主要功能是(

)A．連接DNA復(fù)制時(shí)母鏈與子鏈之間形成的氫鍵

B．連接黏性末端堿基之間形成的氫鍵

C．將兩條DNA末端之間的縫隙連接起來(lái)

D．將堿基、脫氧核糖、磷酸之間的鍵連接起來(lái)解析：DNA連接酶的作用是催化連接DNA雙鏈外側(cè)磷酸和脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵，它與堿基之間的氫鍵無(wú)關(guān)。答案：

C2．(雙選)下列實(shí)例與所用的原理對(duì)應(yīng)正確的是(

)A．無(wú)子番茄——單倍體育種B．無(wú)子西瓜——多倍體育種C．青霉素高產(chǎn)菌株——基因突變D．克隆羊“多利”的培育——基因重組解析：無(wú)子番茄是人為涂抹生長(zhǎng)素獲得的；無(wú)子西瓜是多倍體育種；克隆羊是細(xì)胞工程育種。答案：BC

3．(2011·長(zhǎng)春調(diào)研)已知水稻的抗病(R)對(duì)感病(r)為顯性，

有芒(B)對(duì)無(wú)芒(b)為顯性。現(xiàn)有抗病有芒和感病無(wú)芒

兩個(gè)品種，要想選育出抗病無(wú)芒的新品種，生產(chǎn)中

一般選用的育種方法是(

)A．誘變育種B．多倍體育種

C．基因工程育種

D．雜交育種解析：雜交育種能集兩個(gè)親本的不同優(yōu)良性狀于一身。答案：D4．下圖表示一項(xiàng)重要生物技術(shù)的關(guān)鍵步驟，X是獲得外

源基因并能夠表達(dá)的細(xì)胞。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的

是(

)A．X是能合成胰島素的細(xì)菌細(xì)胞B．質(zhì)粒具有標(biāo)記基因和限制酶切割位點(diǎn)C．目的基因與運(yùn)載體的重組只需要DNA連接酶D．該細(xì)菌的性狀被定向改造解析：根據(jù)圖示，重組質(zhì)粒導(dǎo)入的是細(xì)菌細(xì)胞，所以X是能合成胰島素的細(xì)菌細(xì)胞。質(zhì)粒作為運(yùn)載體需要有限制酶切割位點(diǎn)以便轉(zhuǎn)運(yùn)目的基因，同時(shí)具有標(biāo)記基因以便檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)。目的基因與運(yùn)載體的重組需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶?；蚬こ痰奶攸c(diǎn)是能夠定向改造生物性狀。答案：C5．為獲得純合高蔓抗病番茄植株，采用了下圖所示的方法。

圖中兩對(duì)相對(duì)性狀獨(dú)立遺傳，高蔓(A)、感病(B)是顯性

性狀。據(jù)圖分析回答：(1)過(guò)程①表示的育種方式是________，F(xiàn)1自交獲得的F2中，高蔓抗病植株中純合體占________。(2)過(guò)程②表示的育種方式是________，可以取任一植株的適宜花藥作培養(yǎng)材料，培養(yǎng)得到的單倍體基因型有________種；用秋水仙素處理，使染色體數(shù)目加倍，獲得的二倍體植株的基因型分別是________。(3)過(guò)程③表示的育種方式是________，葉肉細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)基因植株的過(guò)程體現(xiàn)了細(xì)胞的________性。(4)過(guò)程④表示的育種方式是________，該育種方法的優(yōu)點(diǎn)是________________________。解析：過(guò)程①表示的育種方法是雜交育種，F(xiàn)2中高蔓抗病植株的基因型為A_bb，則其中純合體占1/3。過(guò)程②表示的是單倍體育種，過(guò)程是先花藥離體培養(yǎng)得到單倍體幼苗，再用秋水仙素處理，使染色體數(shù)目加倍，獲得純合體。F1的基因型為AaBb，所以單倍體育種得到的純合二倍體基因型有4種。過(guò)程③為基因工程育種。過(guò)程④為誘變育種，其優(yōu)點(diǎn)是可以提高突變率，在短時(shí)間內(nèi)獲得更多的變異類(lèi)型。答案：(1)雜交育種1/3

(2)單倍體育種4

AAbb、aabb、AABB、aaBB

(3)基因工程育種全能(4)誘變育種可以提高突變率，在短時(shí)間內(nèi)獲得更多的變異類(lèi)型考點(diǎn)一生物育種方法的比較與選擇命題解讀

近年高考中多以生產(chǎn)生活實(shí)際、當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題或與實(shí)驗(yàn)相聯(lián)系進(jìn)行命題，考查各種育種方式的原理、過(guò)程、優(yōu)缺點(diǎn)與育種方式的選擇。2012年高考很有可能通過(guò)新的背景材料命制生物育種方案設(shè)計(jì)或完善的題目。

[示例1]

(2010·安徽高考)如圖所示，科研小組用60Co照射棉花種子，誘變當(dāng)代獲得棕色(纖維顏色)新性狀，誘變1代獲得低酚(棉酚含量)新性狀。已知棉花的纖維顏色由一對(duì)基因(A、a)控制，棉酚含量由另一對(duì)基因(B、b)控制，兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳。(1)兩個(gè)新性狀中，棕色是_____性狀，低酚是______性狀。(2)誘變當(dāng)代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是_____，白色、高酚的棉花植株的基因型是______。(3)棕色棉抗蟲(chóng)能力強(qiáng)，低酚棉產(chǎn)量高。為獲得抗蟲(chóng)高產(chǎn)棉花新品種，研究人員將誘變1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代種植在一個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，從____________的區(qū)域中得到純合棕色、高酚植株。請(qǐng)你利用該純合體作為一個(gè)親本，再?gòu)恼T變1代中選擇另一個(gè)親本，設(shè)計(jì)一方案，盡快選育出抗蟲(chóng)高產(chǎn)(棕色、低酚)的純合棉花新品種(用遺傳圖解和必要的文字表示)。[解析]

(1)由誘變當(dāng)代自交，誘變1代發(fā)生性狀分離可確定棕色為顯性性狀，低酚是隱性性狀。(2)由誘變當(dāng)代棕色、高酚自交結(jié)果，顏色發(fā)生性狀分離，高酚穩(wěn)定遺傳，可確定棕色高酚植株的基因型為AaBB，同理可確定白色高酚植株的基因型為aaBb。(3)誘變1代中棕色高酚植株有純合AABB和雜合的AaBB，自交不發(fā)生性狀分離的為純合體AABB。要培育棕色低酚的純合植株AAbb，需用AABB植株與誘變1代的白色低酚aabb植株雜交，因要求盡快選育則需用可明顯縮短育種年限的單倍體育種方法育種。[答案]

(1)顯性隱性(2)AaBB

aaBb

(3)不發(fā)生性狀分離(或全為棕色棉，或沒(méi)有出現(xiàn)白色棉)表現(xiàn)為棕色、低酚(AAbb)性狀的植株即為所要選育的新品種不同需求的育種方法選擇與分析(1)育種的目的：育種的根本目的是培育具有優(yōu)良性狀

(抗逆性好、生活力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良)的新品種，

以便更好地為人類(lèi)服務(wù)。從基因組成上看，目標(biāo)基

因型可能是純合體，可防止后代發(fā)生性狀分離，便

于制種和推廣；也有可能是雜合體，即利用雜種優(yōu)

勢(shì)的原理，如雜交水稻的培育、玉米的制種等。(2)不同需求的育種方法①若要培育隱性性狀個(gè)體，則可用自交或雜交，只要

出現(xiàn)該性狀即可。

②有些植物如小麥、水稻等，雜交實(shí)驗(yàn)較難操作，則

最簡(jiǎn)便的方法是自交。③若要快速獲得純種，則用單倍體育種方法。

④若實(shí)驗(yàn)植物為營(yíng)養(yǎng)繁殖類(lèi)如土豆、地瓜等，則只要

出現(xiàn)所需性狀即可，不需要培育出純種。⑤若要培育原先沒(méi)有的性狀，則可用誘變育種。⑥提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量可運(yùn)用多倍體育種。⑦將兩個(gè)親本的不同優(yōu)良性狀集中在一起，可利用雜交育種。⑧若要定向地改造生物性狀，則可用基因工程育種。⑨在實(shí)際育種過(guò)程中，并非單一地運(yùn)用某種育種方式，而是根據(jù)需要選擇多種育種方式綜合運(yùn)用。1．如圖為水稻的幾種不同育種方法示意圖，據(jù)圖回答：(1)B常用的方法是__________________，C、F過(guò)程常用的藥劑是________。(2)打破物種界限的育種方法是____________(用圖中的字母表示)，該方法所運(yùn)用的原理是________。(3)假設(shè)你想培育一個(gè)穩(wěn)定遺傳的水稻品種，它的性狀都是由隱性基因控制的，其最簡(jiǎn)單的育種方法是________(用圖中的字母表示)；如果都是由顯性基因控制的，為縮短育種時(shí)間常采用的方法是________(用圖中的字母表示)。(4)現(xiàn)有三種水稻品種，①的基因型為aaBBDD，②的基因型為AAbbDD，③的基因型為AABBdd，三種等位基因分別位于三對(duì)同源染色體上。如果每年只繁殖一代，若要獲得aabbdd植株，至少需要________年的時(shí)間。解析：?jiǎn)伪扼w育種要先進(jìn)行花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體，然后再用秋水仙素處理獲得純合子。要培育的水稻品種，若性狀都是由隱性基因控制的，簡(jiǎn)單的育種方法是雜交育種，若性狀都是由顯性基因控制的，快速育種常用的方法是單倍體育種。比較①②③三個(gè)品種與新品種的基因型，可以發(fā)現(xiàn)新品種中含①②③三個(gè)品種的基因各1對(duì)，如果要想縮短獲得aabbdd植株的時(shí)間，可適當(dāng)采用單倍體育種：第一年可以先讓①與②(或③)雜交得到雜交一代AaBbDD(或AaBBDd)，第二年再用雜交一代與③(或②)雜交，得到雜交二代AaBbDd等，第三年種植雜交二代種子，待種子長(zhǎng)成植株開(kāi)花后，先用花藥離體培養(yǎng)得到單倍體幼苗(基因型有ABD、ABd、AbD、Abd、aBD、aBd、abD、abd)，然后再用秋水仙素處理基因型為abd的幼苗，當(dāng)年就能夠獲得aabbdd的植株。答案：(1)花藥離體培養(yǎng)秋水仙素(2)E基因重組(3)A、D

A、B、C

(4)3考點(diǎn)二基因工程命題解讀高考中常涉及基因工程的簡(jiǎn)單應(yīng)用，轉(zhuǎn)基因生物及轉(zhuǎn)基因食品的安全性等知識(shí)，在2012年高考中仍會(huì)以選擇題形式呈現(xiàn)。[示例2]通過(guò)DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。運(yùn)用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，下圖表示了這一技術(shù)的基本過(guò)程，在該過(guò)程中所用的基因“剪刀”能識(shí)別的序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，請(qǐng)回答：

(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是______。人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細(xì)胞染色體中需要的酶是______________。(2)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊的染色體內(nèi)，原因是________________________________________。(3)將人體蛋白質(zhì)基因?qū)胙蝮w內(nèi)并成功地表達(dá)，使羊產(chǎn)生新的性狀。這種變異屬于________，這里“成功地表達(dá)”的含義是________________________________。(4)你認(rèn)為此類(lèi)羊產(chǎn)生的奶安全可靠嗎？理由是什么？[解析]

本題主要考查基因工程的一般步驟、操作工具、應(yīng)用以及轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性等知識(shí)。(1)基因工程的基本操作中用到的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶。(2)不同生物的DNA分子的化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)相同，即都具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。(3)人體蛋白質(zhì)基因?qū)胙蝮w內(nèi)并成功地表達(dá)，使羊產(chǎn)生新的性狀，這是將一種基因?qū)肓硪环N生物，變異類(lèi)型屬于基因重組，目的基因成功表達(dá)的含義是人體蛋白質(zhì)基因在羊體細(xì)胞內(nèi)通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯兩個(gè)過(guò)程控制合成人體蛋白質(zhì)。(4)為開(kāi)放性的題目，但要注意回答的理由要與觀點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。[答案]

(1)限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶(2)人和羊DNA分子的空間結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成相同；有互補(bǔ)的堿基序列(答出其中一點(diǎn)即可)

(3)基因重組人體蛋白質(zhì)基因在羊體細(xì)胞內(nèi)控制合成人體蛋白質(zhì)(4)安全，因?yàn)槟康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞后沒(méi)有改變，控制合成的人體蛋白質(zhì)成分沒(méi)有改變。(或不安全，因?yàn)槟康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞后，可能由于羊細(xì)胞中某些成分的影響，合成的蛋白質(zhì)成分可能發(fā)生一定的改變。)1．限制性?xún)?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。2．限制性?xún)?nèi)切酶在提取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合兩

步驟中都用到，且要求是同一種酶，目的是產(chǎn)生相同的黏

性末端。3．動(dòng)物一般用受精卵作為受體細(xì)胞，植物一般用去掉細(xì)胞壁

的體細(xì)胞作為受體細(xì)胞，可用組織培養(yǎng)的方式形成新個(gè)體。4．基因工程可按