第6章 从杂交育种到基因工程
第1节 杂交育种与诱变育种
1.两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB,这两对基因按照自由组合定律遗传,欲培育出基因型为aabb的新品种,最简捷的育种方法是( )
A.人工诱变育种 B.多倍体育种
C.单倍体育种 D.杂交育种
答案:D
2.下列不属于诱变育种的是( )
A.用一定剂量的γ射线处理,引起变异而获得新性状
B.用X射线照射处理,得到高产青霉素菌株
C.用亚硝酸处理,得到动物和植物的新类型
D.人工种植的马铃薯块茎逐年变小
解析:诱变育种是利用物理因素(如X射线、γ射线等)或化学因素(如亚硝酸等)处理生物,引发基因突变。人工种植马铃薯,造成退化的直接原因是高温、干旱、病毒感染等,故不属于诱变育种。
答案:D
3.下列育种方式中,根据基因重组原理进行的是( )
A.利用杂交技术培育出超级水稻
B.通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒
C.通过体细胞克隆技术培育出克隆牛
D.用一定浓度的生长素处理,获得无子番茄
解析:通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒属于太空育种,其原理为基因突变;通过体细胞克隆技术培育出克隆牛属于无性生殖,应用的原理是细胞核的全能性;用一定浓度的生长素处理,获得无子番茄应用的是生长素的生理作用。
答案:A
4.现有三个番茄品种,A种的基因型为aaBBDD,B种的基因型为AAbbDD,C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。若通过杂交育种要获得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
答案:C
5.下列关于育种的叙述,正确的是( )
A.用物理因素诱变处理可提高突变率
B.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C.三倍体植物不能由受精卵发育而来
D.诱变获得的突变体多数表现出优良性状
解析:物理因素如射线可以提高基因的突变率;杂交育种的原理是基因重组,并没有形成新的基因;三倍体是指由受精卵发育而来,体细胞中含有三个染色体组的个体,如三倍体无子西瓜;诱变育种的原理是基因突变,而基因突变具有多害少利性。
答案:A
6.育种专家采用诱变育种的方法改良某些农作物的原有性状,其原因是诱变育种( )
A.提高了后代的出苗率
B.提高了后代的遗传稳定性
C.产生的突变大多是有利的
D.能提高突变率以供育种选择
答案:D
7.在生产实践中,欲想获得无子果实常采用的方法有 ( )
①人工诱导多倍体育种 ②人工诱变 ③单倍体育种 ④用适当浓度的生长素处理
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
答案:C
8.下列有关生物变异与育种的叙述,正确的是( )
A.人工诱变育种改变基因结构,能够明显缩短育种年限
B.用单倍体育种法改良缺乏某种抗病性的水稻品种
C.三倍体西瓜不能形成正常的配子,是因为秋水仙素抑制纺锤体的形成
D.染色体结构变异,大多数对生物体不利,但在育种上仍有一定的价值
解析:诱变育种是诱导基因突变,改变了基因的结构,但有利变异少,须大量处理材料,不能缩短育种年限。单倍体育种不能产生新的基因,故不能改良缺乏某种抗病性的水稻品种。三倍体西瓜不能形成正常的配子是因为减数分裂时发生联会紊乱。染色体结构变异大多对生物体是有害的,甚至是致死的,但也有少量会出现优良性状。
答案:D
9.如下图为利用①和②两个亲本培育某种农作物品种⑥的几种方法,有关说法错误的是( )
A.经过Ⅲ培育成④会用到组织培养技术
B.过程Ⅵ中秋水仙素的处理对象是幼苗
C.由品种①直接形成⑤的过程可经过基因突变
D.经过Ⅰ和Ⅴ培育出⑥可以明显缩短育种年限
解析:过程Ⅰ为杂交育种得到F1,而过程Ⅱ为诱变育种,其原理为基因突变,过程Ⅲ为通过花药离体培养获得单倍体幼苗的过程,过程Ⅳ、Ⅴ指自交得到纯合子,过程Ⅵ则是指经秋水仙素处理,使染色体数目加倍的过程,由Ⅲ、Ⅵ培育出⑥能明显缩短育种年限。
答案:D
10.对下列有关实例形成原理的解释,正确的是( )
A.无子番茄的获得是利用了多倍体育种原理
B.培育无子西瓜利用了单倍体育种原理
C.培育青霉素高产菌株是利用了基因突变原理
D.“多利”羊获得是利用了杂交育种原理
答案:C
11.普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种,控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验:
A组
P高秆抗病×矮秆易感病
↓
F1 高秆抗病
↓
F2 矮秆抗病Ⅰ
B组
P高秆抗病×矮秆易感病
↓
F1 高秆抗病
F2 矮秆抗病Ⅱ
C组
P 高秆抗病
F1 矮秆抗病Ⅲ
请分析回答下列问题。
(1)A组由F1获得F2的方法是 ,F2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占 。?
(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中,最可能产生不育配子的是 类。?
(3)A、B、C三组方法中,最不容易获得矮秆抗病小麦新品种的方法是 组,原因是 。?
(4)通过矮秆抗病Ⅱ获得矮秆抗病小麦新品种的方法是 。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占 。?
(5)在一块高秆(纯合子)小麦田中,发现了一株矮秆小麦。请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因(简要写出所用方法、结果和结论)
解析:A组中F1到F2的方法属于自交,得到的F2中矮秆抗病植株为ttRR∶ttRr=1∶2,所以不能稳定遗传的个体占2/3。B组中花药离体培养获得的矮秆植株Ⅱ属于单倍体,会出现不育的配子。基因突变的频率低且不定向,所以C组育种方法较难获得符合要求的新品种。矮秆抗病Ⅱ的基因型为tR,经秋水仙素处理后,所得个体基因型全部为ttRR。第(5)小题可从两个角度考虑,一是假设矮秆植株是由环境引起的不可遗传的变异,推断种植后的结果;二是假设矮秆植株是由基因突变引起的可遗传变异,推断其遗传情况,然后反向描述即可。
答案:(1)自交 2/3
(2)Ⅱ
(3)C 基因突变发生的频率极低且不定向
(4)秋水仙素(或低温)诱导染色体数目加倍 100%
(5)方法一:将矮秆小麦与高秆小麦杂交;如果子一代为高秆,子二代高秆∶矮秆=3∶1(或出现性状分离),则矮秆性状是基因突变造成的;否则,矮秆性状是环境引起的。方法二:将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同的环境条件下;如果两者未出现明显差异,则矮秆性状由环境引起;否则矮秆性状是基因突变的结果。
课件25张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、杂交育种
1.选择育种
古代人们利用生物的变异,通过长期选择,汰劣留良,培育出许多优良品种,这种选择育种不仅周期长,而且可选择的范围是有限的。
2.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。目标导航预习导引一二目标导航预习导引一二(4)优点:使同种生物的优良性状集中于同一个体。
(5)应用:①农业生产中,改良作物品质,提高农作物单位面积产量;
②用于家畜、家禽的育种,将引进的优质种牛与本地品种杂交,培育适应性强的乳用、肉用或乳肉兼用型优良品种。目标导航预习导引一二 袁隆平和
杂交水稻
杂交水稻是我国农业上的一项重大发明,居世界领先地位,早已蜚声海内外。杂交水稻的发明曾获得国家科委的“特等发明奖”。杂交水稻专家袁隆平,被誉为“杂交水稻之父”。
你知道杂交水稻的培育所依据的遗传学原理吗?
答案:基因重组。目标导航预习导引一二二、诱变育种
1.概念:利用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物,使生物发生基因突变。
2.原理:基因突变。
3.优点:提高突变率,在短时间内获得更多的优良变异类型。
4.应用:(1)农作物诱变育种,例如“黑农五号”大豆品种;
(2)微生物诱变育种,例如高产青霉素菌株。目标导航预习导引一二2005年8月2日和8月29日,罗登强分别将79粒和70粒本地荷花种子,通过北京应用卫星总公司将其送往我国返回式科学卫星进行高科技太空育种。
2005年底他又将20粒荷花种子通过“神舟六号”再次送上太空,并将搭载“神舟六号”返航后的种子培育成荷花。
上述资料反映的是什么育种过程?其遗传学原理是什么?
答案:诱变育种。基因突变。一二知识精要典题例解迁移应用一、杂交育种的过程和应用
1.杂交育种过程图解(已知AAbb与aaBB为亲本)一二知识精要典题例解迁移应用2.对上述图解分析如下
(1)培育杂合子品种
在农业生产上,可以将杂种一代(图中①)作为种子直接利用,如玉米。此种方法获得的植株有高产、优质、抗性强等性状,但种子只能种一年。
(2)培育纯合子
①培育隐性纯合子时,子二代(图中②)性状符合要求的个体即可推广。
②培育显性纯合子时,要多次自交选出稳定遗传个体(即图中③)。此方法操作简单,但需要较长时间。一二知识精要典题例解迁移应用【例1】 有两个纯种的小麦,一为高秆(D)抗锈病(T),另一为矮秆(d)不抗锈病(t),这两对性状独立遗传,现要培育矮秆抗锈病的新品种,方法如下:(1)这种育种方法叫 育种。过程a叫 ,过程b叫 。?
(2)过程c的处理方法是? 。?
(3)F1的基因型是 ,表现型是 ,矮秆抗锈病新品种的基因型应是 。?
审题:从题干可以看出要培育矮秆抗锈病的纯合子,应按照培育显性纯合子品种的步骤进行。一二知识精要典题例解迁移应用解析:将小麦两个品种的优良性状通过杂交集中在一起,培育矮秆抗锈病新品种的方法叫作杂交育种。其中过程a叫作杂交,产生的F1基因型为DdTt,表现型为高秆抗锈病。过程b叫作自交,目的是获取表现型为矮秆抗锈病的小麦品种(ddT_),因为此过程所得后代会发生性状分离,所以要想得到稳定遗传的矮秆抗锈病植株必须经过c,即连续自交和筛选,直至后代无性状分离。
答案:(1)杂交 杂交 自交
(2)连续种植和观察,直至选出能稳定遗传的矮秆抗锈病新品种
(3)DdTt 高秆抗锈病 ddTT一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病(DDTT)和矮秆不抗锈病(ddtt)进行育种时,一种方法是杂交得到F1,F1自交得到F2;另一种方法是用F1的花药进行离体培养,然后用秋水仙素处理幼苗得到相应的植株。下列叙述正确的是( )
A.前一种方法所得F2中,重组类型占5/8,纯合子占1/4
B.后一种方法所得的植株中,可用于生产的类型比例为2/3
C.前一种方法的原理是基因重组,原因是非同源染色体自由组合
D.后一种方法的原理是染色体变异,这是由于染色体结构发生改变一二知识精要典题例解迁移应用解析:水稻高秆抗锈病(DDTT)和矮秆不抗锈病(ddtt)杂交得到F1(DdTt),F1自交得F2,其中重组类型占3/16+3/16=3/8,纯合子占1/4;这种方法是杂交育种,原理是基因重组,即非同源染色体自由组合。用F1花药进行组织培养,用秋水仙素处理幼苗,得到矮秆抗锈病植株(ddTT),所占比例为1/4,这种方法是单倍体育种,原理是染色体数目变异。
答案:C一二知识精要典题例解迁移应用1.杂交育种方法流程(对植物而言)
(1)杂交→自交→选种→连续自交和选种,直到不发生性状分离为止(选显性性状)。
(2)杂交→自交→选种(选隐性性状)。
(3)杂交→杂种(利用杂种优势)。
2.动植物杂交育种过程的区别
(1)得到F1后,植物自交;动物雌雄交配。
(2)从F2中选择了所需性状后,若有杂合子,植物连续自交直到不发生性状分离;动物则采用测交的方式选出纯合子。
3.杂交育种的局限
(1)杂交育种只能利用已有的基因重新组合,按需要选择,并不能创造出新的基因。杂交后代会出现性状分离,育种进程缓慢。
(2)进行杂交育种的个体一定是进行有性生殖的个体,只能进行无性生殖的个体无法通过杂交育种培育新品种。一二知识精要典题例解迁移应用二、诱变育种及与杂交育种的区别
1.诱变育种
(1)育种原理:基因突变。只有此育种方式能产生新基因,属于分子水平上的育种,根据突变种类分为显性突变和隐性突变。
(2)显性突变和隐性突变在育种中的应用。
①显性突变如果发生显性突变,在二倍体生物中通常第一代就表现出来,但并不都是纯合子。特别是在异花受粉的植物中,还必须经过两次自交到第三代,才能得到稳定遗传的纯合突变类型。一二知识精要典题例解迁移应用如果发生的是隐性突变,在自花受粉植物中只需要通过自交繁殖,到第二代便会有纯合的隐性突变体分离出来,虽然数目较少,但是一旦出现便可选择应用。一二知识精要典题例解迁移应用【例2】 航天技术的发展为我国的生物育种创造了更多更好的机会。下列有关航天育种的说法不正确的是 ( )
A.航天育种可缩短育种周期
B.种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场的诱导下发生基因突变
C.航天育种技术是快速培育农作物新品种的重要途径之一
D.“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种
审题:从诱变育种的原理和特点等方面分析。
解析:航天育种实际上是一种人工诱变育种,其诱变因素是微重力、高强度的宇宙射线等,其显著优点是可提高突变率,从而缩短育种周期。由于基因突变的不定向性、多害少利和低频性,“太空种子”培育出高产、优质新品种的仅仅是少数,多数变异是不利的,绝大多数种子是不发生突变的。
答案:D一二知识精要典题例解迁移应用与杂交育种相比,尽管人工诱变育种具有很大的盲目性,但是该育种方法的独特之处是( )
A.可以将不同品种的优良性状集中在一个品种上
B.可在较短时间内获得纯种
C.改变基因结构,创造出前所未有的性状类型
D.能够明显缩短育种年限
解析:基因突变能产生新的基因,创造出前所未有的性状类型。
答案:C一二知识精要典题例解迁移应用杂交育种和诱变育种的适用范围不同
(1)杂交育种只应用于能够进行有性生殖的生物,而诱变育种不仅应用于能够进行有性生殖的生物,也可应用于能够进行无性繁殖的生物。
(2)杂交育种主要应用于植物和动物(如家畜、家禽等),而诱变育种主要应用于植物和微生物。易错点一易错点二易错点一:杂交育种不等于杂种优势。
(1)杂交育种
①在生产中,杂交育种是改良作物品质、提高农作物单位面积产量的常规方法。
②在畜牧业中,杂交育种用于家畜、家禽优良品种的选育。
(2)杂种优势:是生物界普遍存在的现象。它是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代,在生长速度、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。易错点一易错点二【例1】 杂交玉米的种植面积越来越广,农民需要每年购买玉米杂交种。不能自留种子来年再种的原因是( )
A.自留种子发芽率低
B.杂交种都具有杂种优势
C.自留种子容易患病虫害
D.杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离
解析:杂交种具有杂种优势,但杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离而不再具有杂种优势。
答案:D易错点一易错点二易错点二:由于基因突变是不定向的,所以诱变育种不一定能获得理想品种。
【例2】 春节联欢晚会上,航天英雄们手捧经过太空育种的太空花,给全国人民拜年。下列相关叙述正确的是( )
A.培育太空花依据的基本原理是基因重组
B.太空育种一定会出现人类需要的新品种
C.太空花的性状是可以遗传的
D.可以从太空花的紫色花瓣中提取紫色蛋白用作染料
解析:太空育种属于诱变育种,其遗传学原理是基因突变;基因突变是不定向的,所以太空育种不一定会出现人类需要的新品种;太空花的遗传物质发生了改变,所以其性状是可以遗传的;太空花呈现紫色,是因为其花瓣中含色素,而色素不是蛋白质,所以提取不到紫色蛋白。
答案:C第2节 基因工程及其应用
1.下列叙述符合基因工程概念的是( )
A.B淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因
B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株
C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株
D.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
解析:A项属于动物细胞工程的内容,C项属于微生物的发酵工程的内容,D项自然状态下,一般不能自行形成重组DNA分子。
答案:B
2.下列关于基因工程的叙述,正确的是( )
A.基因工程常以抗生素抗性基因为目的基因
B.细菌质粒是基因工程常用的运载体
C.通常用一种限制酶处理含目的基因的DNA,用另一种限制酶处理运载体DNA
D.为育成抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体细胞
解析:目的基因是指能够翻译成人类所需目的产物的基因。要检测目的基因是否导入受体细胞,就要用到标志基因,标志基因通常是抗生素抗性基因。在基因工程中,通常用同一种限制酶分别处理含目的基因的DNA和运载体。在培育转基因农作物时,我们可以用受精卵作为受体细胞,但是受精卵的数量有限不易获得,所以通常情况下我们利用植物的体细胞作为受体细胞,然后再用植物组织培养的方法来获得完整植株,培育新品种。
答案:B
3.下列关于限制酶的说法,错误的是( )
A.限制酶主要是从微生物细胞中分离提纯的
B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸
C.限制酶不能将目的基因连接到运载体上
D.限制酶既可切割链状DNA也可切割环状DNA
解析:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,而不是特定的核苷酸;将目的基因连接到运载体上的是DNA连接酶。
答案:B
4.右上图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程,相关叙述不正确的是( )
A.通过①过程形成重组质粒只需要两种工具
B.②是重组质粒导入受体细胞的过程
C.通过③过程产生的转基因牛的细胞中都含有人的生长激素基因
D.通过④⑤过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果
答案:A
5.结合右图判断,有关基因工程中工具酶功能的叙述,正确的是( )
A.切断a处的酶简称内切酶,被称为基因剪刀
B.连接a处的酶为DNA聚合酶,被称为基因针线
C.RNA聚合酶可通过识别基因中的特定碱基序列与DNA分子结合
D.DNA连接酶的作用点是b
答案:C
6.对下图中a、b、c、d代表的结构和物质的描述,正确的是( )
A.a为质粒RNA B.b为限制性核酸内切酶
C.c为RNA聚合酶 D.d为标记基因
解析:a为质粒DNA,b为限制性核酸内切酶,把质粒切开,c为DNA连接酶,把外源基因和质粒连接到一起,d为目的基因。
答案:B
7.用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是( )
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能成功表达
解析:在题干所述基因工程技术中,用相同的限制酶切割目的基因和质粒,以形成相同的黏性末端,用DNA连接酶将两者的黏性末端连接起来,构成重组质粒,这一环节不需要RNA聚合酶。
答案:B
8.转基因作物(GMC)是通过转基因技术对农作物进行精确的改造而产生的,转基因作物一方面在产量、抗逆性及品质等方面有显著改进,极大地降低了农业生产成本,另一方面科学家通过动物实验发现转基因作物可能对人类健康存在着危害。就以上材料你以为下列说法欠妥的是( )
A.转基因技术应用的基本原理是基因重组,转基因作物是转基因技术的一种产物
B.如果转基因作物产生了对人类健康及环境的负面影响,我们应该终止转基因技术
C.科学家必须在现有知识与技术的基础上尽量考虑转基因作物可能存在的风险并采取相应的防范措施
D.国家必须对转基因作物的研究制定相应的法律法规,并进行严格管理与有效控制
解析:转基因技术的实质是基因重组,转基因作物的成功培育是转基因技术的丰硕成果。转基因技术具有“双刃剑”效应,既可以造福人类,也可能在使用不当时给人类带来灾难,面对转基因技术可能产生的负面影响,应该理性看待,做到趋利避害,不能因噎废食。
答案:B
9.基因工程又叫基因拼接技术。
(1)在该技术中,用人工合成方法获得目的基因的途径之一,是以目的基因转录的 为模板, 成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成 。?
(2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、 。?
(3)假设以大肠杆菌质粒作为运载体,并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因,将切割后的运载体与目的基因片段混合,并加入DNA连接酶。连接产物至少有 种环状DNA分子,它们分别是 ?
。?
解析:基因工程中,用人工合成方法获得目的基因的途径之一,是以目的基因转录的mRNA为模板,逆转录成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA。基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、动植物细胞。假设以大肠杆菌质粒作为运载体,并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因,将切割后的运载体与目的基因片段混合,并加入DNA连接酶。连接产物至少有3种环状DNA分子,它们分别是运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子。
答案:(1)信使RNA(或mRNA) 逆转录 双链DNA(或目的基因) (2)动植物细胞 (3)3 运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子
10.某科学家成功地把人的抗病毒干扰素基因“嫁接”到烟草的DNA分子上,使烟草获得了抗病毒的能力,试分析回答下列问题。
(1)烟草抗病毒能力的获得属于( )
A.基因工程 B.细胞工程
C.微生物工程 D.酶工程
(2)人的基因之所以能接到植物体上,原因是 。?
(3)烟草具有抗病毒能力,说明烟草体内产生了 。?
(4)不同生物间的基因移植成功,说明生物共有一套 ,从进化的角度来看,这些生物具有 。?
(5)该工程应用于实践,将给农业、医药等诸多领域带来革命,目前已取得了许多成就。请你列举你所知道的或你所设想应用该工程的三个具体实例。 。?
(6)有人认为,转基因产品也是一把双刃剑,如水能载舟亦能覆舟,甚至可能带来灾难性的后果,你是否支持这一观点?如果支持,请你列举出一个可能出现的灾难性后果的实例。 。?
答案:(1)A (2)人与植物的基因在化学组成和结构上相似 (3)抗病毒干扰素 (4)密码子 共同的原始祖先 (5)能生产人胰岛素的大肠杆菌、能分解石油成分的超级细菌、产奶量大大增加的超级奶牛的培育 (6)支持。用于改良作物的抗不良环境的基因若引入杂草,就将难以控制
课件25张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、基因工程的原理
1.基因工程的概念
基因工程,又叫作基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,并加以修饰改造,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。
2.基因工程最基本的工具
(1)基因的“剪刀”是指限制性核酸内切酶(简称限制酶)。一种该物质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。例如,大肠杆菌中的一种叫EcoRⅠ的限制酶,能够专一识别GAATTC的序列,并在G和A之间将这段序列切开。目标导航预习导引一二(2)基因的“针线”即DNA连接酶,可以“缝合”磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口。
(3)基因工程中,目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
(4)质粒存在于许多细菌及酵母菌等生物中,是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。
3.基因工程的操作步骤
(1)提取目的基因;(2)目的基因与运载体结合;(3)将目的基因导入受体细胞;(4)目的基因的检测与鉴定。目标导航预习导引一二基因工程的基因重组与减数分裂过程中发生的基因重组有何不同?
答案:基因工程能实现不同种生物间的基因重组;进行有性生殖的生物在减数分裂过程中发生的基因重组是在同种生物体内的。目标导航预习导引一二二、基因工程的应用及安全性
1.基因工程的应用
(1)作物育种
利用基因工程的方法,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物,培育各种抗逆性作物新品种。如抗虫棉等。
(2)药物研制
利用基因工程的方法能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。
(3)环境保护
利用转基因细菌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。目标导航预习导引一二2.转基因生物和转基因食品的安全性
(1)全球范围的转基因生物和转基因食品的安全性大辩论起因源于英国生物学家对老鼠的实验。
(2)我国从一开始进行基因工程的研究就十分重视基因工程的安全性问题。2001年5月,国务院公布了《农业转基因生物安全管理条例》,对转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进出口等作了具体规定。目标导航预习导引一二据报道,中国科学院学部主席团发布《关于负责任的转基因技术研发行为的倡议》,倡议“从事转基因基础研究、应用研究和产品开发的科研人员,以及在相关机构中负责转基因技术安全监测和评价、检测技术研究的科研人员,以对人类社会发展高度负责任的态度,加强职业操守,规范科研行为,履行社会责任,积极与社会沟通,促进转基因技术良性发展”。
(1)转基因技术和基因工程是何种关系?
答案:转基因技术就是指基因工程,也叫基因拼接技术、DNA重组技术等。目标导航预习导引一二(2)转基因技术可用于遗传育种,和杂交育种相比,其优点主要表现在哪一方面?
答案:杂交育种只能在同一物种个体之间进行,不能实现异种生物之间的基因转移。转基因技术的操作对象为异种生物,能实现异种生物间的基因转移。
(3)《关于负责任的转基因技术研发行为的倡议》暗示了转基因技术存在何种问题以及科学家对转基因技术应持有何种态度?
答案:转基因技术存在着安全性问题,科学家对转基因技术应持有谨慎和严肃的态度(合理即可)。一二知识精要典题例解迁移应用一、基因工程的工具分析
1.限制酶与DNA连接酶
(1)基因的“剪刀”——限制酶
①作用特点:专一性和特异性。
②作用结果:产生黏性末端或平末端。
③作用部位:脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
(2)基因的“针线”——DNA连接酶
①作用结果:将不同DNA分子片段的末端连接起来。
②作用部位:脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
③限制酶与DNA连接酶的关系一二知识精要典题例解迁移应用2.运载体应具备的条件
(1)能在宿主细胞内稳定保存并大量复制——这是保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子代细胞的基础。
(2)有多个限制酶切点——这是运载体能够接入多种目的基因所必备的条件。
(3)有标记基因——这是检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用【例1】 下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A.①②③④ B.①②④③ C.①④②③ D.①④③②
审题:本题主要考查几种酶的特点。可从几种酶的作用部位和作用结果等方面分析。
解析:限制酶用于切割DNA片段,而与之作用相反的是DNA连接酶,用于连接DNA片段,DNA聚合酶用于DNA的复制过程,它需要模板,解旋酶会使DNA双链解旋而分开,它作用于碱基对之间的氢键。
答案:C一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用在基因工程中,科学家所用的“剪刀”“针线”和“运载体”分别是指( )
A.病毒、质粒、DNA连接酶
B.DNA连接酶、RNA聚合酶、质粒
C.限制酶、RNA连接酶、质粒
D.限制酶、DNA连接酶、质粒
解析:基因工程中的“剪刀”是限制酶,用来切割DNA分子;“针线”是DNA连接酶,用来连接DNA片段;运载体最常用的是质粒,用来携带目的基因进入受体细胞。
答案:D一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用【例2】 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因工程操作的步骤中,不进行碱基互补配对的是( )
A.人工合成目的基因
B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞
D.目的基因的检测和鉴定
审题:从基因工程操作步骤的具体过程分析与碱基互补配对的关系。
解析:人工合成目的基因是将单个的脱氧核苷酸在相关的模板、酶、ATP的作用下,按照碱基互补配对原则合成双链DNA。目的基因与运载体结合的过程就是将黏性末端的碱基互补配对结合。目的基因的检测和表达过程中,当然也要遵循碱基互补配对原则。将目的基因导入受体细胞主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,与碱基互补配对原则没有关系。
答案:C一二知识精要典题例解迁移应用用基因工程的方法培育抗虫棉,下列导入目的基因的做法正确的是( )
①将毒素蛋白注射到棉花受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉花受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列,与质粒重组,导入细菌,用该细菌感染棉花的体细胞,再进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的DNA序列,与细菌质粒重组,注射到棉花的子房并使之进入受精卵
A.①② B.②③ C.③④ D.①④一二知识精要典题例解迁移应用解析:基因工程中,在导入目的基因前,首先要获得目的基因即编码毒素蛋白的DNA序列,然后要将目的基因与运载体结合即与细菌质粒重组。完成上述两步以后才能将目的基因导入受体细胞(即棉花的体细胞或受精卵),目的基因导入受体细胞后,可随受体细胞的繁殖而复制。将毒素蛋白直接注射到棉花受精卵中,没有获得目的基因,子代细胞不会有抗虫性状。将编码毒素蛋白的DNA序列,直接注射到棉花受精卵中而没有将目的基因与运载体结合,这样目的基因是不会被保留下来的,很容易被水解掉。
答案:C一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用易错点一易错点二易错点一:混淆几种与DNA分子有关的酶的作用及作用部位。
(1)断开氢键的酶:解旋酶。(2)断开(相邻脱氧核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶:若结果生成若干DNA片段,可判定为限制酶;若生成其基本单位——脱氧核苷酸,可判定为DNA水解酶。(3)生成(相邻脱氧核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶:若将两个DNA片段连接在一起,可判定为DNA连接酶;若作用于DNA复制的过程中,或将游离的脱氧核苷酸连接到DNA链上,可判定为DNA聚合酶。易错点一易错点二【例1】 下图为DNA分子的某一片段,其中①②③分别表示某种酶的作用部位,则相应的酶依次是( )
A.DNA连接酶、限制酶、解旋酶
B.限制酶、解旋酶、DNA连接酶
C.解旋酶、限制酶、DNA连接酶
D.限制酶、DNA连接酶、解旋酶
解析:①处为氢键,解旋酶可断开氢键,使DNA分子解旋;②处为磷酸和脱氧核糖形成的化学键,限制酶可断开此化学键,常在基因工程中用于切割运载体和目的基因;③处为断开的DNA片段,可将此连接起来的酶是DNA连接酶。
答案:C易错点一易错点二易错点二:质粒是基因工程中最常用的运载体,而不是唯一的运载体。常见的运载体还有噬菌体和动植物病毒等。
【例2】 以下说法正确的是( )
A.所有的限制酶只能识别同一种特定的核苷酸序列
B.质粒是基因工程中唯一的运载体
C.运载体必须具备限制酶切点,以便与外源基因连接
D.DNA连接酶与DNA聚合酶作用相同
解析:不同的限制酶能识别不同的核苷酸序列;质粒是基因工程中最常用的运载体,但不是唯一的;运载体必须具备限制酶切点,以便与外源基因连接;DNA连接酶连接的是DNA片段,DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。
答案:C第6章过关检测
(时间:60分钟 分值:100分)
一、选择题(每小题5分,共60分)
1.已知水稻的抗病(R)对感病(r)为显性,有芒(B)对无芒(b)为显性。现有抗病有芒和感病无芒两个品种,要想选育出稳定遗传的抗病无芒的新品种,从理论上分析,不可行的育种方法为( )
A.杂交育种 B.单倍体育种
C.诱变育种 D.多倍体育种
解析:亲本基因型为R_B_、rrbb,获得基因型为RRbb的新品种可用杂交育种、单倍体育种、诱变育种,用多倍体育种只能增加染色体数目,而不能实现基因的重新组合。
答案:D
2.试管婴儿、试管苗和克隆羊这三者可以说是现代生物科技的杰出成果,下列对其生物学原理及技术的叙述,正确的是( )
A.都属于无性生殖
B.三者培育过程中都可能发生基因突变
C.都不会发生基因重组
D.都体现了分化的细胞具有全能性
答案:B
3.在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是( )
A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体
C.将重组DNA分子导入烟草原生质体
D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
解析:构建抗除草剂的烟草要用限制性核酸内切酶切割杂草中含抗除草剂基因的DNA与运载体。
答案:A
4.对于下图所示育种方法的说法,不正确的是( )
A.①④方向所示的途径依据的原理是基因重组
B.⑦过程所示的育种方法依据的原理是染色体变异
C.③⑦过程都要用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
D.⑤过程一般发生在生殖细胞中才具有遗传性
解析:①④方向所示的途径表示杂交育种,原理是基因重组;⑦过程所示的育种方法为多倍体育种,多倍体育种和单倍体育种的原理都是染色体变异;③⑦过程中最常使用的药剂是秋水仙素,但是③过程不能处理种子,只能处理幼苗;⑤过程是基因突变,实质是DNA分子结构发生改变,基因突变可发生在生物个体发育的各个时期,但是,一般发生在生殖细胞中才具有遗传性。
答案:C
5.太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等,诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异,然后进行培育的一种育种方法。下列说法正确的是( )
A.太空育种产生的突变总是有益的
B.太空育种产生的性状是定向的
C.太空育种培育的植物是地球上原本不存在的
D.太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的
解析:突变大部分都是有害的,产生的性状是不定向的,该植物本质未发生改变,只有个别性状发生变化。
答案:D
6.在红粒高秆的麦田里,偶然发现一株白粒矮秆优质小麦,欲在两三年内能获得大量的白粒矮秆麦种,通常用的育种方法是( )
A.自交(杂交)育种 B.诱变育种
C.人工嫁接 D.单倍体育种
解析:小麦一般无法用人工嫁接方法,白粒矮秆性状已出现,不需要诱变育种。单倍体育种技术要求高,而小麦的杂交操作简单,并且可以在两三年内获得大量麦种。
答案:A
7.人体某蛋白质在细胞中合成后必须经过内质网和高尔基体的进一步加工方能分泌到细胞外。欲通过转基因技术使编码该蛋白的基因得以表达最终获得成熟蛋白,下列适于充当受体细胞的是( )
A.大肠杆菌 B.酵母菌
C.噬菌体 D.质粒
解析:酵母菌是真核生物,含有内质网和高尔基体。
答案:B
8.下图表示AaBb的水稻单倍体育种过程,下列说法错误的是( )
A.图中②过程可以发生染色体变异和基因突变
B.①过程细胞的形态和数目均发生变化
C.培养出的二倍体水稻其体细胞的基因组成均为AABB
D.图中培养出的试管苗高度不育
解析:从图示看出,②过程为再分化过程,可以发生染色体变异和基因突变;①过程为脱分化,细胞的形态和数目均发生变化;培养出的二倍体水稻其体细胞的基因组成不全为AABB;图中培养出的试管苗未用秋水仙素处理,是高度不育的。
答案:C
9.以下关于杂交育种的叙述,正确的是( )
A.杂交育种所依据的育种原理是自由组合定律
B.杂交育种都必须经过杂交→自交→选优→自交等连续的过程
C.利用杂交育种技术培育马铃薯和抗倒伏抗稻瘟病水稻新品种,前者所用年限一般要短
D.三倍体无子西瓜是利用杂交育种技术培育的
解析:杂交育种的原理是基因重组;马铃薯、甘薯等杂交后选出优良性状的个体利用无性繁殖应用于生产,所以一般不需要选育纯种的过程,因而也就不需要自交→选优→自交等,故育种年限要比需要选育纯种的短;三倍体无子西瓜是利用多倍体育种技术培育的。
答案:C
10.下列有关育种的叙述,正确的是( )
A.培育无子西瓜是利用生长素促进果实发育的原理
B.培育八倍体小黑麦是利用染色体变异的原理
C.我国用来生产青霉素的菌种的选育原理和杂交育种的原理相同
D.培育无子番茄是利用基因重组原理
解析:无子西瓜和八倍体小黑麦的培育利用的是染色体变异的原理;无子番茄是利用生长素促进果实发育的原理;用来生产青霉素的菌种的选育原理是基因突变;而杂交育种的原理是基因重组。
答案:B
11.各种育种方法或技术都有其优劣之处,下列相关叙述不正确的是( )
A.传统的育种方法周期长,可选择的范围有限
B.通过人工诱变,人们有目的地选育新品种,能避免育种的盲目性
C.杂交育种难以克服远缘杂交不亲和的障碍,过程繁杂缓慢,效率低
D.基因工程可以实现基因在不同物种之间的转移,人们可以定向选育新品种
解析:杂交育种的缺点:育种周期长,可选择的范围有限;诱变育种的原理是基因突变,突变是不定向的,避免不了盲目性;杂交育种必须选择同种生物进行杂交,不能克服远缘杂交不亲和的障碍;基因工程可在不同物种之间进行基因转移,定向地改造生物的某些性状。
答案:B
12.下列有关基因工程的成果及应用的说法,正确的是 ( )
A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
B.基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物
C.任何一种假单孢杆菌都能分解4种石油成分,所以假单孢杆菌是“超级菌”
D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具抗逆性的农作物
答案:D
二、非选择题(共40分)
13.(14分)下图表示番茄植株(HhRr)作为实验材料培育新品种的途径。请据图分析回答下列问题。
(1)通过途径2、3获得幼苗的过程都应用了植物组织培养技术,该技术依据的生物学原理是 。?
(2)要尽快获得稳定遗传的优良品种应采用途径 ,该过程中秋水仙素的作用机理是 。?
(3)品种A与途径3中幼苗基因型相同的概率为 ,品种C的基因型是 。?
(4)途径4依据的原理是 ,此途径与杂交育种相比,最突出的优点是 。?
解析:(1)通过途径2和3,植物由细胞发育成了个体(幼苗),体现了细胞的全能性。(2)二倍体植株通过单倍体育种获得的个体都是纯合子,育种时间短,且稳定,该过程要使用秋水仙素,其作用是抑制细胞分裂时形成纺锤体。(3)通过途径3获得的幼苗的基因型与母本一样,为HhRr,通过途径1杂交育种获得的个体中HhRr占个体总数的1/4;正常体细胞加倍后其基因型由HhRr→HHhhRRrr。(4)途径4的处理手段是用β射线处理,属于诱变育种,其原理是基因突变,这种方法虽然突变率低,但能够产生新基因,是进一步育种的基础。
答案:(1)植物细胞的全能性
(2)2 抑制细胞分裂时形成纺锤体
(3)1/4 HHhhRRrr
(4)基因突变 能够产生新基因
14.(14分)如图表示用某种农作物品种①和②两个品系培育出品种⑥的可能方法,请回答下列问题。
(1)指出下列各种交配方式:由品种①和②培育出③的过程Ⅰ是 ,由品种③培育出品种⑥经过的过程Ⅴ是 。这种育种方法叫作 。?
(2)品种④是一种 植株,由品种③经过过程Ⅲ培育品种④常用的方法是 。?
(3)由品种①直接形成品种⑤的过程需经 ,由品种⑤产生品种⑥的最简便方法是 。?
(4)你认为成功率最高且工作量最小的培育品种⑥的途径是 (用过程Ⅰ、Ⅱ等及“→”表示)。?
解析:由品种①和②培育出③的过程Ⅰ是把位于不同个体的性状集中在一个个体上,一般是通过杂交实现的;由品种③培育出品种⑥的过程是一个纯化过程,应该是自交;品种④的基因只有品种③的一半,属于单倍体植株,可以利用秋水仙素处理使之加倍得到可育植株品种⑥;由品种①直接形成品种⑤,产生了一种新基因,只能是基因突变,由品种⑤产生品种⑥,要得到纯化的隐性基因,最好的办法就是自交。
答案:(1)杂交 自交 杂交育种 (2)单倍体 花药离体培养 (3)基因突变(或人工诱变) 自交 (4)Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ
15.(12分)酵母菌的维生素、蛋白质含量高,可用来生产食品和药品等。科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中,获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白,并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下图所示。
(1)该技术定向改变了酵母菌的性状,这在可遗传变异的来源中属于 。?
(2)本操作中为了将LTP1基因导入啤酒酵母菌细胞内,所用的运载体是 。?
(3)要使运载体与LTP1基因连接,首先应使用 对两者进行切割。切割完成后,采用 酶将运载体与LTP1基因连接。?
(4)有C进入的啤酒酵母菌分别在含有青霉素、四环素的两种选择培养基上的生长情况是 。?
(5)除了看啤酒泡沫的丰富程度外,还可以怎样检测LTP1基因在啤酒酵母菌中的表达? 。?
解析:基因工程可定向改变生物的性状,从变异角度分析应属于基因重组;从图中可看出,目的基因插入了质粒的抗四环素基因中,从而破坏了抗四环素基因结构的完整性,但抗青霉素基因仍完整,因此含有重组质粒的啤酒酵母菌在含青霉素的培养基上能存活,而在含四环素的培养基上不能存活。
答案:(1)基因重组
(2)(大肠杆菌的)质粒
(3)同一种限制酶 DNA连接
(4)在含有青霉素的培养基上能存活,但在含有四环素的培养基上不能存活
(5)检验转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白
基因工程为什么能够为人类开辟新的食物来源?
人体无法合成一些必需氨基酸,而要从外界食物中摄取。而禾谷类和豆类的种子又恰恰缺乏某些类型的氨基酸。例如,玉米中缺少赖氨酸和色氨酸,豆类储存的甲硫氨酸和半胱氨酸也很少。现在科学家们已通过基因克隆使这些与氨基酸合成有关的基因转移到了一些植物细胞中,并在其中得到了表达,这就是转基因食物。它们为人类的营养和健康需求提供了新的科学保证,是对传统食品的一种革命。运用基因工程手段,还可将不同种属植物的基因分子在体外以特殊的方法连接,构成一种新的基因分子,从而创造出新的优质高产的品种。
