杂交育种与诱变育种
一、杂交育种
1．原始育种
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。
(3)过程(以高产抗病小麦品种的选育为例)
(4)优点：操作简便。
(5)
二、诱变育种
1．概念
2．实例：黑农五号、青霉素高产菌株。
3．优点：可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
4．应用
(1)在农作物诱变育种方面取得了可喜的成果。
(2)在微生物育种方面也发挥了重要作用。
一、杂交育种
1．阅读教材P98～99，分析回答下列问题：
(1)古印第安人是最早选择和培育玉米的，最突出的贡献是选育了果穗大、淀粉含量高的玉米，请分析以下问题：
①古印第安人是用什么方法进行玉米育种的？古印第安人是怎样进行“选择”的？
提示：此方法称为选择育种，通过淘汰劣势个体保留优良个体来进行选择的。
②这种育种方法有哪些优点和缺点？
提示：优点：技术简单、容易操作。
缺点：选择范围有限，育种周期长。
(2)已知小麦的高秆(D)对矮秆(d)为显性，抗锈病(T)对易染锈病(t)为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染锈病两纯系品种，欲培育能稳定遗传的矮秆抗锈病的小麦，请探究下列问题：
①如何使两种优良性状集中在同一植株上？两种优良性状集中在同一个体上的实质是什么？
提示：选用分别具有一优良性状的纯合亲本杂交，即可将两种优良性状集中在同一植株上。实质是将控制两种优良性状的基因集中在同一个体上。
②杂交育种的选择从第几代开始？为什么？
提示：从F2开始选择；因为从F2出现性状分离。
③从F2中选出矮秆抗锈病的个体，能否立即推广种植？为什么？
提示：不能。因为矮秆抗锈病个体的基因型有ddTT和ddTt两种，其中ddTt的个体自交后会发生性状分离，不能稳定遗传。
④怎样处理才能得到稳定遗传的矮秆抗锈病个体？
提示：从F2中选出矮秆抗锈病的个体，让其不断自交，在自交后代中逐步淘汰矮秆易染锈病的个体，直到不再发生性状分离，即为要选育的矮秆抗锈病的稳定遗传的纯合子品种——ddTT。
(3)根据上述实例分析杂交育种的优缺点。
①由上述实例可知，杂交育种的最大优点是什么？
提示：能将多个优良性状集中到同一个体上。
②依据(2)中实例分析，从亲本到获得可大田推广种植的种子至少需要几年时间？
提示：4年。
③若选育的两种优良性状都是由隐性基因控制的，从F2中选出符合要求的个体后，还需要再连续自交吗？
提示：不需要连续自交。因为隐性个体都是纯合子。
④从杂交后代性状类型以及育种时间等方面分析杂交育种方法的不足。
提示：a.选育工作量大：杂交育种从子二代开始出现的性状类型多，需要及时发现符合要求的优良性状个体。
b．培育周期长：杂交后代会出现性状分离现象，一般需要的时间较长。
2．判断正误
(1)动物杂交育种的过程中常通过连续自交的方式来获得稳定遗传的个体。(×)
(2)杂交育种有操作繁琐、培育周期长等缺点。(√)
(3)杂交育种的后代常表现为杂种优势。(×)
二、诱变育种
我国航天事业发展迅猛，随之开展的航天育种已取得了可喜成果，到目前为止，通过航天工程育种技术培育出了70多个具有稳产、高产性能的新品种、新品系。
根据材料，分析下列问题：
1．诱变育种原理
航天种子产生的变异属于哪种类型？这种变异是否产生新的基因？这种变异具有什么特点？
提示：属于基因突变；该变异产生了新的基因；由于基因突变具有不定向性，因此变异性状是不可预测的。
2．诱变育种材料选择及处理
(1)搭载航天器的植物种子需要做怎样处理？说明原因。
提示：浸泡种子使其萌发。因为萌发的种子细胞分裂旺盛，易受到太空诱变因素的影响发生基因突变。
(2)遨游太空回到地面后，种植一代发现没有所需要的性状出现，可以随意丢弃吗？说明原因。
提示：不可以。因为可能发生隐性突变。
3．诱变育种的优缺点
(1)从育种年限上分析，与杂交育种相比较，诱变育种具有哪些优点？
提示：①可以加速育种进程，缩短育种年限。②提高突变频率，能产生新基因，为育种创造丰富的原材料。③能大幅度改良生物的某些性状。
(2)从基因突变的特点分析，诱变育种有哪些局限性？
提示：由于突变具有不定向性，产生的有利个体少，需要大量处理实验材料。
1．杂交育种的原理及几种操作的目的
(1)原理：基因重组。
(2)几种操作的目的
①亲本杂交：将控制两个优良性状的基因集中在同一个体内。
②F1自交：获得性状分离的F2。
③连续自交：选择出符合要求的纯合个体。
2．育种方式的选择
(1)依据：育种目标及要求。
(2)选择方法
3.几种育种方式的比较
[特别提醒]
杂交育种只应用于进行有性生殖的生物，而诱变育种不仅能应用于进行有性生殖的生物，还能应用于进行无性生殖的生物。单倍体育种主要用于进行有性生殖的植物。
A．利用①、③品种间杂交筛选获得a
B．对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b
C．a、b和c的培育均可采用诱变育种方法
D．用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得c
[研析] 本题通过文字信息给予方式考查生物育种方式的选择。具体解题过程如下：
[审]——提取信息
信息Ⅰ：现有小麦种质资源：①高产、感病；②低产、抗病；③高产、晚熟。
信息Ⅱ：满足不同地区、不同环境条件的栽培需求，培育3类品种：a.高产、抗病；b.高产、早熟；c.高产、抗旱。
[联]——联系基础
将双亲优良性状集中在一起——杂交育种。
让原品种产生前所未有的新性状——诱变育种。
让原品系具备人们所需的特有性状——基因工程育种。
[判]——研判选项
A项：通过杂交筛选获得a可选择各具有一优良性状的亲本，即选择①与②杂交，故A项错误。
B项：获得b品种可选用③通过诱变育种实现，进行染色体加倍，得到的是多倍体，多倍体植株具有发育延迟的特点，该项方法不可行。
C项：a、b、c三种优良性状均可通过基因突变育种实现，只是需要生物材料多，符合要求的变异少，故该方法可行。
D项：获得c品种可选用③品种通过基因工程育种实现，故该方法可行。
[答案] CD
育种方法的选择
根据不同育种要求和提供的不同材料，选择不同的育种方法：
(1)若要培育隐性性状个体，可用自交或杂交的方法，只要出现该性状即可。
(2)若要快速育种，可利用单倍体育种。
(3)若要大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，则可利用诱变育种的方法。
(4)若要提高品种产量及其营养物质含量，可运用多倍体育种。
(5)若要将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可用杂交育种，亦可利用单倍体育种。
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?[网络构建]
填充：①基因重组 ②简便 ③基因突变 ④突变率?
[关键语句]
1．杂交育种的原理是基因重组。
2．杂交育种一般从F2开始筛选，因为从F2开始才出现性状分离。
3．杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起。
4．诱变育种的原理是基因突变。
5．人工诱变只是提高了突变率，但不能确定突变方向。
6．青霉素高产菌株是通过诱变育种培育的。
知识点一、诱变育种
1．对下列有关育种方法原理的解释，正确的是( )
A．培育无子西瓜利用了单倍体育种的原理
B．杂交育种利用了染色体数目变异的原理
C．培育青霉素高产菌株过程中利用了基因突变的原理
D．四倍体番茄的培育利用了基因重组的原理
解析：选C 三倍体无子西瓜的育种原理为染色体数目变异，杂交育种的原理为基因重组，青霉素高产菌株的培育利用了基因突变的原理，四倍体番茄的培育过程利用了染色体变异的原理。
2．诱变育种可以改良某种性状，这是因为( )
①后代性状较快稳定
②提高突变率，增加变异类型
③控制某些性状的基因突变成其等位基因
④有利突变体数目多
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
解析：选B 诱变育种的原理是基因突变，经人工诱变后会提高突变率，增加变异类型；基因突变后会产生原基因的等位基因。
知识点二、杂交育种
3．有两种柑橘，一种果实大但含糖量不高，另一种果实小但含糖量较高，如果想要培育出果实大且含糖量高的品种，比较简单有效的方法是( )
A．嫁接 B．人工诱变 C．杂交育种 D．组织培养
解析：选C 两个品种各具一种优良性状，要想使它们集中于一个个体上，据基因重组的原理，科学有效的方法是杂交育种；嫁接、组织培养属无性繁殖，能保持母本的一切性状，不能达到目的；人工诱变能产生新基因，产生新性状，但过程比较繁琐。
4．杂交育种中，杂交后代的性状一旦出现就能稳定遗传的是( )
A．优良性状 B．隐性性状 C．显性性状 D．相对性状
解析：选B 纯合子的性状是稳定遗传的，而显性性状的个体不一定是纯合子，隐性性状的个体一定是纯合子，所以一旦出现即可稳定遗传。
5．(新课标全国卷Ⅰ)现有两个纯合的某作物品种：抗病高秆(易倒伏)和感病矮秆(抗倒伏)品种，已知抗病对感病为显性，高秆对矮秆为显性，但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。回答下列问题：
(1)在育种实践中，若利用这两个品种进行杂交育种，一般来说，育种的目的是获得具有________优良性状的新品种。
(2)杂交育种前，为了确定F2的种植规模，需要正确预测杂交结果。若按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，需要满足3个条件：条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；其余两个条件是______________________________________。
(3)为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述3个条件，可用测交实验来进行检验。请简要写出该测交实验的过程。___________________________________________。
解析：(1)杂交育种的目的是获得同时具备两种优良性状的个体，即抗病矮秆的新品种。(2)杂交育种的原理是基因重组，若控制两对相对性状的基因的遗传遵循基因的自由组合定律，则这两对相对性状应分别受一对等位基因控制，且两对基因必须位于两对同源染色体上。(3)先由纯合的抗病高秆和感病矮秆杂交得到抗病高秆的杂合子，再与感病矮秆(隐性纯合子)杂交，如果后代出现抗病高秆∶感病高秆∶抗病矮秆∶感病矮秆＝1∶1∶1∶1的性状分离比，则可说明这两对基因的遗传遵循基因的自由组合定律。
答案：(1)抗病矮秆 (2)高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；控制这两对性状的基因位于非同源染色体上 (3)将纯合的抗病高秆与感病矮秆杂交，产生F1，让F1与感病矮秆杂交
(时间：30分钟；满分：50分)
一、选择题(每小题2分，共16分)
1．下列有关育种的叙述，正确的是( )
A．单倍体育种的原理是染色体结构变异
B．人工诱变可培育出合成人生长激素的大肠杆菌
C．种子长成植株过程中会出现基因重组
D．青霉素高产菌株的育成原理为基因突变
解析：选D 单倍体育种过程中用花药离体培养成的植株染色体数目为正常植株的一半，应为染色体数目变异。人工诱变产生新的基因，但不会产生另一个物种的基因。种子长成植株的过程为有丝分裂，不存在基因重组。
2．有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质，不至于对环境造成严重的白色污染。培育专门吃这种塑料的“细菌能手”的方法是( )
A．杂交育种 B．诱变育种 C．单倍体育种 D．多倍体育种
解析：选B 由于细菌无染色体，也不能进行有性生殖，所以细菌只能有一种变异来源即基因突变。
3．可获得无子西瓜、青霉素高产菌株、矮秆抗病小麦的方法分别是( )
①诱变育种 ②杂交育种 ③单倍体育种 ④多倍体育种
A．①②④ B．④①② C．②①③ D．④①③
解析：选B 无子西瓜通常用多倍体育种获得，青霉素高产菌株利用诱变育种获得，矮秆抗病小麦利用杂交育种获得。
4．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：选A 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，而小麦的自交(杂交)筛选操作简单，并且可以在两三年内获得大量麦种。
5．下列各项措施中，能够产生新基因的是( )
A．高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦杂交
B．用秋水仙素处理二倍体西瓜得到四倍体
C．用花药离体培养小麦植株
D．用X射线处理获得青霉素高产菌株
解析：选D 基因突变能产生新的基因，用X射线处理后获得青霉素高产菌株的原理是基因突变，而选项A的原理为基因重组，选项B、C的原理为染色体变异。
6．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：选D 玉米杂交种为杂合子，杂合子自交后代会发生性状分离，如果留种会造成减产。
7．用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是( )
高秆抗锈病×矮秆易染锈病F1雄配子幼苗选出符合生产要求的品种
A．过程①的原理为染色体变异
B．过程③必须经过受精作用
C．过程④必须使用秋水仙素处理幼苗
D．此育种方法可选出符合生产要求的品种占1/4
解析：选D 过程①表示杂交，其原理为基因重组。过程③常用的方法为花药离体培养。过程④使用秋水仙素或低温处理幼苗。
8．如图表示某种农作物品种①和②培育出⑥的几种方法，有关说法错误的是( )
A．经过Ⅲ培育形成④常用的方法是花药离体培养
B．过程Ⅵ常用一定浓度的秋水仙素处理④的幼苗
C．由品种①直接形成⑤的过程必须经过基因突变
D．由品种①和②培育能稳定遗传的品种⑥的最快途径是Ⅰ→Ⅴ
解析：选D 品种①的基因型为AABB，品种②的基因型为aabb，要培育出基因型为AAbb的品种⑥最快的途径应为单倍体育种，所以应为途径Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ，而Ⅰ→Ⅴ途径获得的子代中既有纯合子又有杂合子，还需要不断地连续自交进行筛选才能获得需要的品种⑥。
二、非选择题(共34分)
9．(12分)如图为某野生植物种群(雌雄同花)中甲植株的A基因(扁茎)和乙植株的B基因(缺刻叶)发生突变的过程。已知A基因和B基因是独立遗传的，请分析该过程，回答下列问题：
(1)简述上述两个基因发生突变的过程：_____________________________________。
(2)突变产生的a基因与A基因的关系是________，a基因与B基因的关系是___________________________________________。
(3)若a基因和b基因分别控制圆茎和圆叶，则突变后的甲、乙两植株的基因型分别为________、________，表现型分别为________、________。
(4)请你利用突变后的甲、乙两植株作为实验材料，设计杂交实验程序，培育出具有圆茎圆叶的观赏植物品种。
解析：由图可知这种基因突变是由DNA分子一条链上的一个碱基被取代而引起的基因碱基序列的改变，因此只有以突变链为模板复制产生的DNA分子异常。突变产生的a基因与A基因的关系是等位基因，a基因与B基因的关系是非等位基因。突变后的甲、乙植株基因型分别为AaBB、AABb，培育出同时具有两种优良性状的植株的基因型为aabb。一种思路是两植株先自交，分别得到aaBB、AAbb的植株，再将其进行杂交然后再自交才能达到目的，另一种是先将甲、乙杂交，种植杂交后代，并分别让其自交；分别种植自交后代，从中选择即可。
答案：(1)DNA复制的过程中一个碱基被另一个碱基取代，导致基因的碱基序列发生了改变 (2)等位基因 非等位基因 (3)AaBB AABb 扁茎缺刻叶 扁茎缺刻叶
(4)方法一：①将这两株植株分别自交；②选取甲子代中表现型为圆茎缺刻叶(aaBB)植株与乙子代中表现型为扁茎圆叶(AAbb)植株进行杂交，获得扁茎缺刻叶(AaBb)植株；③再让扁茎缺刻叶植株自交，从子代中选择圆茎圆叶植株即可。(也可用遗传图解表示)
方法二：①将甲、乙两植株杂交；②种植杂交后代，并分别让其自交；③分别种植自交后代，从中选择同时具有两种优良性状的植株。
10．(12分)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：
请分析回答：
(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品种的是________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矮秆性状的出现是基因突变还是环境因素造成的(简要写出所用方法、结果和结论。)
________________________________________________________________________。
解析：(1)A组是杂交育种，F1高秆抗病(TtRr)自交得F2，矮秆抗病(ttR_)比例为3/16，其中不能稳定遗传的即杂合子ttRr为2/16，即2/3。(2)B组中采用F1的花药进行离体培养得到的矮秆抗病植株属于单倍体，单倍体一般高度不育。(3)由于C组属于诱变育种，其原理是基因突变，基因突变具有低频性和不定向性，因此不容易获得矮秆抗病植株。(4)若对单倍体矮秆抗病小麦Ⅱ(tR)进行秋水仙素或低温处理，诱导其染色体数目加倍，即可得到全部为纯合的二倍体(ttRR)。(5)将矮秆小麦与高秆小麦杂交，若子一代全为高秆，并且子一代高秆小麦自交后，在子二代中出现矮秆小麦，说明矮秆性状是可遗传的变异，即基因突变的结果，若不能遗传则说明是环境因素引起的不可遗传的变异。
答案：(1)自交 2/3 (2)Ⅱ (3)C 基因突变频率低且不定向 (4)秋水仙素(或低温)诱导染色体数目加倍 100% (5)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，矮秆性状是环境因素引起的(或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状是由环境因素引起的，否则，矮秆性状是基因突变的结果)
11．(10分)为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。请回答问题：
(1)从对该种除草剂敏感的二倍体水稻植株上取花药离体培养，诱导成________幼苗。
(2)用γ射线照射上述幼苗，目的是________________；然后用该除草剂喷洒其幼叶，结果大部分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有______________________________。
(3)取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体____________，获得纯合____________，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
(4)对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与_____________杂交，如果_____________，表明抗性是隐性性状。F1自交，若F2的性状分离比为15(敏感)∶1(抗性)，初步推测____________________________________________________________。
解析：二倍体水稻经花药离体培养可形成单倍体幼苗。用γ射线对单倍体幼苗进行照射的目的是诱导产生抗除草剂的水稻幼苗，除草剂处理后叶片仍保持绿色的植株表明组织内含有抗该除草剂的基因。单倍体幼苗经秋水仙素处理后，使其染色体数目加倍，从而获得纯合二倍体。选用抗性水稻与敏感型水稻进行杂交，如果F1表现为抗该除草剂，表明抗该除草剂为显性性状，如果F1表现敏感则表明抗该除草剂为隐性性状。F1自交后得F2的性状分离比为15∶1，可初步推测水稻的抗除草剂性状由两对基因控制，基因型为双隐性时才表现抗该除草剂，否则表现为敏感型。
答案：(1)单倍体 (2)诱发基因突变 抗该除草剂的能力 (3)加倍 二倍体 (4)(纯合)敏感型植株 F1都是敏感型 该抗性植株中有两个基因发生了突变
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基因工程及其应用
一、基因工程的原理
1．基因工程的概念理解
2．基因工程的操作工具
(1)“剪刀”与“针线”
项目 名称 作用
“剪刀” 限制性核酸内切酶(或限制酶) 识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子
“针线” DNA连接酶 连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口
(2)eq \a\vs4\al()
3．基因工程的操作步骤
提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。
二、基因工程的应用及安全性
1．基因工程的应用
(1)
(2)
(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。
2．转基因产物的安全性的两种观点
(1)转基因生物与转基因食品不安全，要严格控制。
(2)转基因生物与转基因食品是安全的，应该大范围推广。
一、基因工程的原理
1．阅读教材P102～103内容，仔细观察分析图6－6，探究下列问题。
(1)基因工程中工具酶的作用
①DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，试分析这两种酶的作用部位相同吗？
提示：不相同。DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，而限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的化学键，即磷酸二酯键。
②切割运载体和目的基因用同一种限制酶的原因。
提示：因为只有用同一种限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因与运载体结合。
③限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？
提示：相同，均作用于磷酸二酯键。
④若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，可能有哪些产物？
提示：产物可能有三种：目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。
(2)运载体的特点及其作用
①运载体与物质跨膜运输中的载体化学本质相同吗？
提示：不相同。运载体是小的DNA分子，载体是蛋白质。
②基因工程中的运载体具有怎样的特点？
提示：a.能够在宿主细胞中稳定保存并大量复制，以保证外源基因在宿主细胞内长期稳定存在并复制；
b．具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
c．具有某些标记基因，便于检测运载体是否进入受体细胞。
2．判断正误
(1)基因工程能够实现不同物种之间基因的重新组合。(√)
(2)基因工程的运载体本质都是DNA分子。(√)
(3)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。(×)
二、基因工程的应用及其安全性
1．转基因技术已经实现了将人的胰岛素基因转入细菌体内，利用细菌生产人的胰岛素，分析讨论下列问题：
(1)试从基本单位、空间结构和碱基配对方式三个方面分析运载体与目的基因结合成功的基础。
提示：①基本单位相同：不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。
②空间结构相同：不同生物的DNA分子都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。
③碱基配对方式相同：不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式都是A与T配对，G与C配对。
(2)目的基因能够在受体细胞中表达的基础是什么？
提示：所有生物共用一套遗传密码。
2．与杂交育种、诱变育种相比，基因工程育种的原理是什么？主要优点有哪点？
提示：其原理与杂交育种相同，是基因重组。与杂交育种相比，基因工程育种的育种周期短并产生了新性状；与诱变育种相比，基因工程育种能定向改造生物的遗传性状。
1．限制酶与DNA解旋酶的比较
(1)相同点：作用机理都是破坏化学键。
(2)不同点
①作用部位：限制酶作用于磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于氢键。
②作用范围：限制酶作用于特定的核苷酸序列和特定的切点，DNA解旋酶作用于所有的DNA分子。
2．基因工程操作中的两个注意点
(1)切割目的基因和运载体时，一般用同一种限制酶，使目的基因和运载体产生相同的黏性末端，达到目的基因与运载体结合的目的。
(2)目的基因导入受体细胞并非标志着基因工程的成功，只有目的基因在受体细胞中表达才说明基因工程的成功。
3．基因工程育种的优点
(1)目的性强，能定向改造生物性状。
(2)育种周期短。
(3)能克服远缘杂交不亲和的障碍。
4．有性生殖和基因工程中基因重组的区别
(1)有性生殖：基因重组同一物种的不同基因重新组合。
(2)基因工程：基因重组不同物种间的不同基因的重组。
[例1] 某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是( )
A．获取基因a的限制酶其作用部位是图中的①
B．连接基因a与运载体的DNA连接酶其作用部位是图中的②
C．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞
D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
[解析] 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。
[答案] B
限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶的区别
[例2] 酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如图所示：
(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______进行切割。
(4)切割完成后，利用________将运载体与LTP1基因连接。
(5)饮用转基因的酵母菌酿造的啤酒安全吗？
[研析] 本题以过程图为信息载体，考查基因工程的应用及安全性问题。具体解题过程如下：
[审]——提取信息
图中a表示目的基因的获取，b是来自大肠杆菌的质粒，c是重组质粒；目的基因插入抗四环素基因内部。
[联]——联系基础
①：基因工程可使原本不属于同一物种的基因组合在一起，从而使转基因生物产生特定的性状，其原理属于基因重组。
②：重组质粒形成前，需用限制酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。
[答]——规范解答
设问(5)答案是开放的，只要为自己的观点答出合理的理由即可。
[答案] (1)基因重组 (2)质粒 (3)限制酶(限制性核酸内切酶) (4)DNA连接酶 (5)反对观点：不安全，转基因食品可能会损伤人体的消化系统，破坏人体免疫系统。 赞成观点：安全，转基因食品与非转基因食品成分相同，毒性分析不对人体健康产生影响。(目前还未找到不安全的证据，回答上述两种观点之一即可)
————————————————[课堂归纳]——————————————————
?[网络构建]
填充：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 ⑤限制酶 ⑥DNA连接酶 ⑦运载体 ⑧基因重组?
[关键语句]
1．基因工程的原理是基因重组。
2．基因工程的操作工具有限制酶、DNA连接酶和运载体。
3．限制酶具有特异性，能识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。
4．DNA连接酶的作用是将目的基因和运载体连接成重组DNA分子。
5．常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
6．基因工程的四个步骤是：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。
知识点一、基因工程操作的工具
1．下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是( )
A．一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列
B．限制酶的活性受温度影响
C．限制酶能识别和切割RNA
D．限制酶可从原核生物中提取
解析：选C 限制酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。
2．质粒是基因工程中最常用的运载体，下列有关质粒的说法正确的是( )
A．质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有
B．细菌的基因只存在于质粒上
C．质粒为小型环状DNA分子，存在于核(区)外的细胞质基质中
D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一
解析：选C 质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的；细菌的基因除少部分在质粒上外，大部分在拟核中的DNA分子上。
3．下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是( )
A．①② B．①③ C．①④ D．②③
解析：选B 同一种限制酶切割出的黏性末端应是互补的，而且两者的序列相同，①③是互补的，切点都是在G与A之间，识别序列为GAATTC。
4．据图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是( )
A．限制酶可以切断a处
B．DNA连接酶可以连接a处
C．解旋酶可以使b处解开
D．DNA连接酶可以连接b处
解析：选D 限制酶和DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键即a处，解旋酶作用的部位是氢键即b处。
5．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，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．目的基因的检测和表达
解析：选C 合成目的基因及其与运载体的结合都进行碱基互补配对，目的基因的检测实质上是标记基因的表达，也进行碱基互补配对，与目的基因的表达原理相同。
知识点二、基因工程操作的基本步骤及应用
6．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答：
(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是________，人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中需要的酶是____________。
(2)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是________________________________________________________________________，
人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是__________________________。
(3)此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指_____________________________。
(4)你认为此类羊产的奶安全可靠吗？理由是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)剪取目的基因的酶是限制酶，将不同的DNA片段连接起来的酶是DNA连接酶。(2)不同生物的DNA化学组成和空间结构相同，即具有相同的物质基础和结构基础。目的基因导入受体细胞需先与运载体结合，最常用的运载体是质粒，也可以用动物病毒的DNA。(3)基因的表达是指基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状，即通过转录和翻译过程合成相应的蛋白质。(4)为开放性问题，理由与观点相对应即可。
答案：(1)限制酶 DNA连接酶 (2)具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列) 细菌质粒或病毒 (3)人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质 (4)安全，因为目的基因导入受体细胞后没有改变，控制合成的人奶蛋白质成分没有改变(或不安全，因为目的基因导入受体细胞后，可能由于羊细胞中某些成分的影响，合成的蛋白质成分发生一定的改变)
(时间：30分钟；满分：50分)
一、选择题(每小题4分，共32分)
1．基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是( )
A．目的基因、限制酶、运载体、体细胞
B．重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶
C．模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞
D．工具酶、目的基因、运载体、受体细胞
解析：选D 基因工程必须用到限制酶、DNA连接酶等工具酶，需要将目的基因与运载体结合，并导入受体细胞，所以基因工程必须具备的四个必要条件是工具酶、目的基因、运载体和受体细胞。
2．下列属于基因工程酶的是( )
①限制酶 ②DNA水解酶 ③DNA聚合酶 ④DNA连接酶 ⑤RNA聚合酶 ⑥解旋酶
A．①④ B．①②③ C．①③④⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
解析：选A 基因工程过程中，需用限制酶切割目的基因所在的DNA分子和运载体，形成相同的黏性末端，并用DNA连接酶将目的基因与运载体结合形成重组DNA分子。
3．下列有关育种的说法，正确的是( )
A．通过杂交育种可获得农作物新品种
B．诱变育种只适用于对微生物菌株的选育
C．无子番茄通常是用多倍体育种方式获得
D．通过基因工程育种无法获得抗逆性强的新品种
解析：选A 诱变育种对真、原核生物都适用；无子番茄通常是用生长素处理而获得的。
4．如图为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
解析：选C 限制酶的作用是切割磷酸二酯键(①)；DNA聚合酶的作用是在有模板的条件下催化合成DNA子链，形成新的DNA分子(④)；DNA连接酶的作用是连接磷酸二酯键，即将2个DNA分子片段末端的缺口缝合起来(②)；解旋酶的作用是使双链DNA解旋(③)。
5．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聚合酶和限制酶
C．限制酶和DNA连接酶
D．DNA聚合酶和RNA聚合酶
解析：选C 该步骤是基因工程的第二步——目的基因与运载体结合。切割质粒要用限制酶，目的基因与切割后的质粒结合要用DNA连接酶。
6．下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是( )
①利用杂交技术培育出超级水稻
②通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒
③通过体细胞克隆技术培养出克隆牛
④将苏云金芽孢杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉
⑤将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病
A．①③⑤ B．①②④ C．①④⑤ D．①②⑤
解析：选C 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养出克隆牛属于无性生殖，原理是细胞核的全能性。
7．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从而产生新性状
解析：选A 杂交育种和基因工程育种的原理为基因重组，单倍体育种、多倍体育种的原理为染色体变异，诱变育种的原理为基因突变。
8．下列关于基因工程的叙述，错误的是( )
A．目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物
B．限制酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．运载体中的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
解析：选D 根据基因工程的目的不同，目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制酶和DNA连接酶；大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性。运载体中的抗性基因为标记基因，其作用是有利于筛选含重组DNA的细胞，但不能促进目的基因的表达。
二、非选择题(共18分)
9．(18分)质粒是基因工程中最常用的运载体，质粒上有标记基因，如图所示，通过标记基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同。如图表示外源基因的插入位置(插入点有a、b、c)。
Ⅰ.(1)质粒的基本组成单位是______________。
(2)将细菌放在含有四环素、氨苄青霉素的培养基中培养，属于基因工程操作中的________________步骤。
(3)在插入外源基因过程中用到的工具酶有________________________________。
Ⅱ.设计实验探究外源基因插入的位置。
(1)步骤：
①将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌。
②分组：将细菌平均分成两组并标号为1、2。
③培养：将第1组细菌放入________________中培养，将第2组细菌放入________________中培养。
④观察并记录结果。
(2)预测实验结果及结论：
①若1、2组均能正常生长，则外源基因插入点是________；
②若1组能正常生长，2组不能生长，则外源基因插入点是________；
③若1组不能生长，2组能正常生长，则外源基因插入点是________。
解析：Ⅰ.质粒是一种小型环状DNA分子，含有标记基因是作为运载体的前提，它可以用于目的基因的检测与鉴定。
Ⅱ.本实验中的特点是若目的基因插入b或c处时就会破坏运载体上原有的标记基因，使细菌不再具有相应的抗性性状，所以应放在含有不同抗生素的培养基上进行培养，观察结果得出相应结论。
答案：Ⅰ.(1)脱氧核苷酸 (2)目的基因的检测与鉴定 (3)限制酶、DNA连接酶
Ⅱ.(1)③含氨苄青霉素的培养基 含四环素的培养基 (2)①a ②c ③b
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