2014届高三生物一轮复习课件：必修2第6章 从杂交育种到基因工程（67张PPT）

课件67张PPT。第6章　从杂交育种到基因工程一、杂交育种与诱变育种
1.杂交育种
(1)含义: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)育种原理:_________。
(3)方法:杂交→_____→选种→自交。交配基因重组自交2.诱变育种
(1)含义:利用___________________来处理生物,使生物发生
_________。
(2)育种原理:_________。
3.生物育种原理、方法、实例(连线)物理因素或化学因素基因突变基因突变二、基因工程及其应用
1.基因工程的概念
(1)别名:_____________或____________。
(2)操作对象:_____。
(3)操作过程:把一种生物的_________提取出来,加以修饰改造,
然后放到另一种生物的_____里。
(4)操作目的:_____地改造生物的遗传性状。
2.原理
不同生物之间的_________。基因拼接技术DNA重组技术基因某种基因细胞定向基因重组3.基因操作的基本工具
基因的“剪刀”：_________________
基因的“针线”：__________
基因的“运输工具”：_______，常用_____、噬菌体、
动植物病毒等
4.基因操作的基本步骤
提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入___
_______→目的基因的___________。限制性核酸内切酶DNA连接酶运载体质粒受体细胞检测与鉴定5.基因工程的应用
(1)_____,如抗虫棉。
(2)_____研制,如胰岛素等。
(3)环境保护,如转基因细菌分解石油。
6.转基因生物和转基因食品的安全性
对转基因生物和转基因食品的两种态度:
(1)转基因生物和转基因食品不安全,要_________;
(2)转基因生物和转基因食品是安全的,应该___________。 育种药物严格控制大范围推广1.(2008江苏T23B)诱变育种和杂交育种均可形成新基因。( )
【分析】诱变育种的原理是基因突变,基因突变产生了新的基
因,故创造出变异新类型;杂交育种的原理是基因重组,没有产
生新的基因,只是实现原有基因的重新组合。
2.(2009上海T21C)花药离体培养技术也能培育获得抗锈高产小
麦新品种。( )
【分析】花药离体培养只能得到单倍体植株,必须经过秋水仙
素处理使染色体数目加倍,才可能获得高产新品种。××3.(2010全国卷ⅡT5D)自然界中天然存在的噬菌体自行感染细
菌后,其DNA整合到细菌DNA上属于基因工程。( )
【分析】基因工程是在人为作用下进行的,噬菌体感染细菌无
人为因素,所以不属于基因工程。
4.(2010浙江T2A)可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的
核酸,进行构建抗除草剂的转基因烟草。( )
【分析】限制性核酸内切酶可以用来切割获取抗除草剂基因片
段,而不能切割烟草花叶病毒的核酸RNA。××5.单倍体育种在所有育种方法中所用的年限最短。( )
【分析】育种年限的长短取决于所需要的品种,如果需要隐性
纯合子,诱变育种所用年限短。
6.杂交育种第一步杂交的目的是将两个亲本的优良性状集中到
一个个体上。( )
【分析】杂交过程能产生基因重组,使优良的基因集中在一起。×√7.太空育种能按人的意愿定向产生优良性状。( )
【分析】太空育种利用基因突变的原理。基因突变具有不定向
性,产生的有害个体多于有利个体。
8.在所有的基因工程步骤中都涉及碱基互补配对。( )
【分析】将重组DNA导入受体细胞中,这一步骤中没有涉及碱基
互补配对。××考点 一 五种育种方法的比较 【高考警示】
不同育种方法需注意的问题
(1)原核生物不能进行减数分裂,所以不能运用杂交的方法进行育种,如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。
(2)杂交育种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,则只要出现该性状个体即可。
(3)花药离体培养只是单倍体育种中的一个程序,要想得到可育的品种,一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体加倍。 【典例1】农科所通过如下育种过程培育出了高品质的糯小麦,相关叙述正确的是(　　)
A.该育种过程中运用的遗传学原理是基因突变
B.要获得yyRR,b过程需要进行连续自交来提高纯合率
C.a、c过程都需要使用秋水仙素,都作用于萌发的种子
D.a过程能提高突变率,明显缩短育种年限 【解析】选B。如图所示,a为单倍体育种,b为杂交育种,c为多倍体育种。杂交育种的原理是基因重组,单倍体育种和多倍体育种的原理是染色体变异。杂交育种过程中可以通过连续自交来提高纯合率。a过程中秋水仙素作用于单倍体幼苗,c过程中秋水仙素作用于萌发的种子或幼苗。a过程能够缩短育种年限,但不能提高突变率。【互动探究】
(1)通过a过程培育yyRR,需要几年时间?
提示:两年。YYRR与yyrr杂交获得YyRr一年;把YyRr种子种下,产生花药,再进行花药离体培养得到单倍体幼苗,进行秋水仙素处理得到yyRR个体,又需要一年。
(2)yyRR与YYyyRRrr杂交,能否培育出高品质的糯小麦?
提示:不能。其后代是YyyRRr,有三个染色体组,联会紊乱,不能形成正常的配子。【变式训练】如图表示以某种作物中的①和②两个品种分别培育出④⑤⑥三个新品种的过程,相关叙述正确的是　(　　)
A.用①和②培育成⑤的过程中所采用的方法Ⅰ和Ⅱ分别称为杂交和测交
B.用③培育出④常用的方法Ⅲ是花药离体培养
C.③培育出⑥常用的是化学或物理的方法进行诱变处理
D.图中培育出⑤所依据的原理是基因突变和基因重组【解析】选B。用①和②培育成⑤的过程中所采用的方法Ⅰ和Ⅱ分别称为杂交和自交。③培育出⑥常用的化学药剂是秋水仙素,属于多倍体育种。图中培育出⑤所依据的原理是基因重组和染色体变异。考点 二 基因工程的操作工具及基本步骤
1.基因工程操作工具
(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶):
①分布:主要在微生物体内。
②特性: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。③实例:EcoRⅠ限制酶能专一识别GAATTC序列,并在G和A之间将这段序列切开。
④切割结果:产生两个带有黏性末端的DNA片段。
⑤作用:基因工程中重要的切割工具,能将外来的DNA切断,对自己的DNA无损害。(2)DNA连接酶:
①催化对象:两个具有相同黏性末端的DNA片段。
②催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
③催化结果:形成重组DNA。(3)常用的运载体——质粒:
①本质:小型环状DNA分子。
②作用:
a.作为运载工具,将目的基因运送到受体细胞中去;
b.用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
③条件:
a.能在受体细胞内稳定保存并大量复制;
b.有多个限制酶切点;
c.有标记基因。2.对基因工程步骤的五点说明
(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,只是前者切开,后者连接。
(2)要想从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生4个黏性末端。
(3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。
(4)将目的基因导入受体细胞,没有涉及碱基互补配对。
(5)动物一般用受精卵作为受体细胞;植物一般用体细胞作为受体细胞,再通过植物组织培养方式形成新个体;微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。【拓展延伸】与DNA有关酶的作用
(1)DNA酶:即DNA水解酶,可以将DNA水解成脱氧核苷酸。
(2)DNA聚合酶:在DNA复制的过程中,连接单个游离的脱氧核苷酸到DNA片段上,需要模板。
(3)DNA连接酶:连接两个DNA片段,形成磷酸二酯键,不需要模板。
(4)解旋酶:在DNA复制时,破坏氢键,使DNA双链打开。
(5)限制性核酸内切酶:破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。【典例2】如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图,请据图作答。(1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”:
　　　　　;　　　　　; 　　　　　;　　　 。
(2)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程?　　　　,为什么?
　　　　　　　。
(3)过程②必需的酶是　　酶,过程③必需的酶是　　酶。
(4)若A中共有a个碱基对,其中鸟嘌呤有b个,若③④⑤过程连续进行4次,至少需提供胸腺嘧啶　　个。
(5)在利用A、B获得C的过程中,常用　　　　　　切割A和B,使它们产生　　　　　,再加入　　　　　　,才可形成C。【解析】(2)图中①过程是从细胞中获取相应的mRNA,由于基因的选择性表达,人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录,不表达,因此不能形成胰岛素mRNA。
(3)从mRNA→DNA是逆转录的过程,需要逆转录酶。DNA分子的扩增需用解旋酶将双链DNA解旋为单链。
(4)一个DNA分子中的鸟嘌呤(b个)和胸腺嘧啶之和占碱基总数(2a个)的一半,所以一个DNA分子片段中胸腺嘧啶数为(a-b)个。连续复制4次,共产生DNA分子24=16个,由于复制方式为半保留复制,故需要提供的胸腺嘧啶数量为(a-b)×(16-1)=15(a-b)。(5)构建基因表达载体时目的基因与运载体需用同一种限制酶切割,产生相同的黏性末端,才可以在DNA连接酶的作用下连接形成基因表达载体。
答案:(1)提取目的基因　目的基因与运载体结合
将目的基因导入受体细胞　目的基因的检测与鉴定
(2)不能　皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录),不能形成胰岛素mRNA
(3)逆转录　解旋　(4)15(a-b)
(5)同一种限制性核酸内切酶　相同的黏性末端
DNA连接酶【互动探究】
(1)图中⑤是什么过程?
提示:DNA分子扩增,获得大量目的基因。
(2)图中从大肠杆菌获得的B结构,其作用是什么?
提示:B是质粒,作为运载体,其作用是与目的基因结合,将目的基因导入受体细胞。【变式训练】(2012·郑州四校联考)人们试图利用基因工程的
方法,用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程是:甲
种生物的蛋白质 mRNA 目的基因 与质粒DNA重组
导入乙种生物的细胞中 获得甲种生物的蛋白质。下列
说法正确的是(　　)
A.①过程需要的酶是逆转录酶,原料是A、U、G、C
B.②过程要用限制酶切断质粒DNA,再用DNA连接酶将目的基因
与质粒连接在一起
C.如果受体细胞是细菌,可以选用枯草杆菌、炭疽杆菌等
D.④过程中用的原料不含A、U、G、C【解析】选B。①过程是逆转录,利用逆转录酶合成DNA片段,需要的原料是A、T、G、C;②过程是目的基因与质粒DNA重组,需要限制酶切断质粒DNA,再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起;将重组质粒导入受体细胞时,如果受体细胞是细菌,则不应该用致病菌,而炭疽杆菌是致病菌;④过程是基因的表达过程,涉及转录和翻译,原料中含有A、U、G、C四种碱基。【拓展延伸】
正确理解基因重组与基因工程间的关系 合理选择育种的方法
【典例】某植物的基因型为AaBB,通过不同的生物技术可以分别将它转变为以下基因型的植物:
①AABB　　②aB　　③AaBBC　　④AAaaBBBB
则所用到的生物技术排列正确的是(　　)
A.诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合
B.杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种
C.花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术
D.多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术【解析】选B。由于某植物的基因型为AaBB,通过AaBB与A_B_杂交,则可获得基因型为AABB的植物;选取AaBB的花粉进行离体培养,则可获得基因型为aB的单倍体;将外源基因C导入植物的某个细胞中,经组织培养获得基因型为AaBBC的植物;将植物AaBB用秋水仙素处理,则获得基因型为AAaaBBBB的四倍体植物。 【方法归纳】育种目的不同,选择育种方法也不同,具体分析如下:
(1)将同一物种两亲本的性状集中到同一生物体上,可利用杂交育种,这是最简便的育种方法。
(2)将两物种的优良性状集中在一起,可用基因工程,也可用细胞杂交。(3)若要快速获得纯种,可用单倍体育种方法。
(4)若要提高营养物质含量,可用多倍体育种方法。
(5)若要培育原物种没有的性状,可用诱变育种和基因工程,其中基因工程是有目的地改良。
(6)若培育植物为营养繁殖,如土豆、地瓜等,则只要出现所需性状即可,不需要培育出纯种。 【易错提醒】(1)有些植物如小麦、水稻等,杂交实验较难操作,其最简便的方法是自交。
(2)单倍体育种包括两个过程:花药离体培养和秋水仙素处理。如只有花药离体培养则得到单倍体,植株弱小,高度不育。 【变式训练】育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育
种、多倍体育种、基因工程育种等。下面对这五种育种方式的说法正确的是(　　)
A.涉及的原理有基因突变、基因重组、染色体变异
B.都不可能产生定向的可遗传变异
C.都在细胞水平上进行操作
D.都不能通过产生新基因而产生新性状【解析】选A。杂交育种利用的原理是基因重组,单倍体育种利用的原理是染色体变异,诱变育种利用的原理是基因突变,多倍体育种利用的原理是染色体变异,基因工程育种利用的原理是基因重组。基因工程育种可产生定向的可遗传变异;杂交育种、诱变育种、多倍体育种都是个体水平上的操作,而单倍体育种的花药离体培养属细胞水平的操作,基因工程育种属分子水平上的操作;诱变育种可以产生新基因,进而形成新性状。 1.下列关于育种的叙述中,正确的是(　　)
A.培育无子西瓜的原理是生长素促进果实发育
B.培育八倍体小黑麦的原理是染色体变异
C.青霉素高产菌株的选育原理和杂交育种相同
D.培育无子番茄的原理是基因重组【解析】选B。培育无子西瓜的原理是染色体变异。青霉素高产菌株的选育利用了基因突变的原理。无子番茄的获得利用了生长素促进果实发育的原理。八倍体小黑麦的培育原理是染色体变异。2.如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤,这一步骤需用到的工具是(　　)
A.DNA连接酶和解旋酶
B.DNA聚合酶和限制性核酸内切酶
C.限制性核酸内切酶和DNA连接酶
D.DNA聚合酶和RNA聚合酶【解析】选C。如图所示是目的基因与运载体结合的过程,需要用到的工具是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。3.(2013·台州模拟)现有三个番茄品种,A品种的基因型为
aaBBDD,B品种的基因型为AAbbDD,C品种的基因型为AABBdd,三
种等位基因分别位于三对同源染色体上。若要通过杂交育种获
得aabbdd植株,且每年只繁殖一代,至少需要的时间为(　　)
A.2年　　　B.3年　　　C.4年　　　D.5年
【解析】选C。aaBBDD×AAbbDD→AaBbDD 1年, AaBbDD×AABBdd
→AaBbDd 1年,AaBbDd aabbdd 1年,种植aabbdd种子1年得
aabbdd植株,所以至少需要4年的时间。 4.用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述中不正确的是(　　)
A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒
B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶
C.可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D.导入大肠杆菌的目的基因不一定成功表达【解析】选B。限制性核酸内切酶具有特异性,能识别特定的核苷酸序列,并在特定的位点切割,切割后留下两个黏性末端,目的基因要连接到质粒上,需要用相同的限制性核酸内切酶处理。DNA连接酶和限制性核酸内切酶用于构建重组质粒,RNA聚合酶的功能是连接核糖核苷酸为RNA,不是重组质粒必需的工具酶。目的基因的检测是利用质粒上的标记基因,如质粒中含有抗青霉素基因,则将用该质粒作运载体的生物放在带有青霉素的培养基中培养,若有抗性,则说明重组质粒导入成功。目的基因导入受体细胞后,不一定能成功表达,有时还需对目的基因进行修饰。5.下列关于转基因植物的叙述,正确的是(　　)
A.转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中
B.转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加
C.动物的生长激素基因转入植物后不能表达
D.如转基因植物的外源基因来源于自然界,则不存在安全性问题【解析】选A。若转入到油菜的抗除草剂基因存在于油菜的染色体上,则可能通过花粉传入环境中,由此判断A项正确;转抗虫基因的植物,对昆虫进行了定向选择,会导致昆虫群体抗性基因频率增加,由此判断B项错误;因生物体共用一套遗传密码,动物的生长激素基因转入植物后可表达,由此判断C项错误;如转基因植物的外源基因来源于自然界,可能打破原有的基因结构,或通过转基因植物散播,具有不确定性,存在一定的安全性问题,由此判断D项错误。 6.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两个品种,为培育出优良品种AAbb,可采用的方法如图所示。请据图回答问题:(1)由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种的育种方式称为　　　　,其原理是_________________　。
用此育种方式一般从　　　　才能开始选育AAbb个体,是因为
　 。
(2)若经过过程②产生的子代总数为1 552株,则其中基因型为AAbb的植株在理论上有　　　　株。基因型为Aabb的植株经过过程③,子代中AAbb与aabb的数量比是　　　　。(3)过程⑤常采用　　　　技术得到Ab个体。与过程①②③的育种方法相比,过程⑤⑥的优势是? 　。
(4)过程⑦的育种方式是　　　　,与过程⑦比较,过程④的明显优势是　　　　　　。【解析】本题以图解的形式考查识图、析图能力,并且涉及相关计算。根据孟德尔自由组合定律,F2中基因型为AAbb的植株占1/16,所以共97株。Aabb自交后代AAbb和aabb的数量比例为1∶1。⑤⑥过程是单倍体育种,包括了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍两个步骤,可以明显缩短育种年限。⑦属于诱变育种,过程④与过程⑦相比,具有的明显优势是能定向地改造生物的遗传性状。答案:(1)杂交育种　基因重组　F2　从F2开始出现AAbb个体(或从F2开始出现性状分离)
(2)97　1∶1
(3)花药离体培养　能明显缩短育种年限
(4)诱变育种　过程④产生的变异是定向的(或基因工程育种转入的基因是已知的,用基因工程手段产生的变异是定向的)7.(2012·海南高考)无子西瓜是由二倍体(2n=22)与同源四倍体杂交后形成的三倍体。回答下列问题：
(1)杂交时选用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，取其花粉涂在四倍体植株的_______上，授粉后套袋。四倍体植株上产生的雌配子含有_______条染色体，该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合，形成含有_______条染色体的合子。(2)上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。该植株会产生无子果实，该果实无子的原因是三倍体的细胞不能进行正常的_______分裂。
(3)为了在短期内大量繁殖三倍体植株，理论上可以采用_______的方法。【解析】(1)利用多倍体育种技术培育无子西瓜时，在二倍体
西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理得到四倍体植株，用其作母
本，用二倍体植株作父本，两者杂交，把得到的种子种下去
会长出三倍体植株，由于三倍体植株在减数分裂时联会紊乱，
无法形成正常配子，在其开花后用二倍体的花粉涂抹其雌蕊
(或柱头)，即可利用花粉产生的生长素刺激子房发育成果实，
由于没有受精，所以果实里没有种子，即为无子西瓜。四倍
体植株由二倍体植株经染色体加倍而来，体细胞中含有22×
2=44条染色体，减数分裂产生的雌配子所含的染色体数目为体细胞的一半 二倍体植株产生的雄配子含 条
染色体，两者结合形成含有33条染色体的合子。
(2)三倍体植株体细胞中的染色体含有3个染色体组，减数分裂
时会发生联会紊乱，而无法形成正常的配子。
(3)利用植物组织培养技术可以快速、大量繁殖三倍体植株。
答案：(1)雌蕊(或柱头) 22 33 (2)减数
(3)植物组织培养(其他合理答案也可)8.(2012·浙江高考)玉米的抗病和不抗病(基因为A、a)、高秆和矮秆(基因为B、b)是两对独立遗传的相对性状。现有不抗病矮秆玉米种子(甲),研究人员欲培育抗病高秆玉米,进行以下实验:
取适量的甲,用合适剂量的γ射线照射后种植,在后代中观察到白化苗4株、抗病矮秆1株(乙)和不抗病高秆1株(丙),将乙与丙杂交,F1中出现抗病高秆、抗病矮秆、不抗病高秆和不抗病矮秆。选取F1中抗病高秆植株上的花药进行离体培养获得幼苗,经秋水仙素处理后选出纯合二倍体的抗病高秆植株(丁)。
另一实验表明,以甲和丁为亲本进行杂交,子一代均为抗病高秆。请回答:
(1)对上述1株白化苗的研究发现,控制其叶绿素合成的基因缺失了一段DNA,因此该基因不能正常　　　　　　　　　　　,
功能丧失,无法合成叶绿素,表明该白化苗的变异具有_______
的特点,该变异类型属于　　　　　。(2)上述培育抗病高秆玉米的实验运用了　　　　　　　　、单倍体育种和杂交育种技术,其中杂交育种技术依据的原理是　　　　　　　　　　　　　。花药离体培养中,可通过诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株,也可通过诱导分化成
　　　　　　　获得再生植株。
(3)从基因组成看,乙与丙植株杂交的F1中抗病高秆植株能产
生　　　　　种配子。
(4)请用遗传图解表示乙与丙植株杂交得到F1的过程。 【解析】(1)从题意知白化苗是由于控制叶绿素合成的基因缺失了一段DNA,不能表达出叶绿素;这样的变异对生物不利,所以具有有害性的特点;由于是基因缺失了一段DNA,所以是基因突变。
(2)题干中用到射线照射,为诱变育种;杂交育种的原理为基因重组;花药离体培养为单倍体育种的一部分,属于植物组织培养,所以可通过诱导脱分化产生愈伤组织,再分化形成芽和根,获得再生植株,也可以通过诱导形成大量胚状体获得再生植株。(3)由题干甲和丁杂交,子一代都为抗病高秆,可知抗病和高秆都为显性。由乙和丙杂交得到后代可知:
抗病×不抗病→抗病、不抗病,所以亲本抗病基因型为Aa,不抗病基因型为aa,矮秆×高秆→矮秆、高秆,所以亲本高秆基因型为Bb,矮秆基因型为bb,即乙的基因型为Aabb、丙的基因型为aaBb,所以F1中抗病高秆基因型为AaBb,可以产生4种配子。(4)乙的基因型为Aabb、丙的基因型为aaBb,所以F1中抗病高秆基因型为AaBb。遗传图解表示乙和丙杂交得到F1为: 答案:(1)表达　有害性　基因突变
(2)诱变育种　基因重组　胚状体
(3)4
(4)