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基基因的“剪刀”
诱变育种-/秒人/
杂交育种
基因的“针线”
程一基因的运载体
基因工程→基因工程与作物育种
的应用
基因工程与药物研制
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第1节 杂交育种与诱变育种
课标领航
1．简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种的优点和不足。
2．举例说出诱变育种在生产中的应用。
【重点】 遗传和变异规律在改良农作物和培育家禽、家畜品种等方面的应用。
【难点】 杂交育种和诱变育种的优点和局限性。
核心要点突破
知能过关演练
第
1
节
杂交育种与诱变育种
基础自主梳理
基础自主梳理
一、杂交育种
1．概念：将两个或多个品种的__________通过交配集中在一起，再经过____________，获得新品种的方法。
2．原理：_______________。
优良性状
选择和培育
基因重组
思考感悟
杂交育种与杂种优势的含义相同吗？
【提示】 不同，杂交育种是在杂交后代中选留符合要求的个体进一步培育，直至获得稳定优良性状的新品种；杂种优势主要利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定。
单位面积产量
二、诱变育种
物理
项目 内容
概念 处理 ______因素(如X射线、γ射线、紫外
线、激光等)或_______因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)
原理 __________________
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
应用 主要用于农作物和微生物育种，如培育的“黑农五号”大豆和青霉素高产菌株的选育
化学
基因突变
核心要点突破
不同育种目的下杂交育种的基本步骤及特点(以两对相对性状为例)
1．培育杂合子品种
在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。
(1)基本步骤：选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1。
(2)特点：高产、优质、抗性强，但种子只能种一年。
2．培育纯合子品种
(1)培育隐性纯合子品种的基本步骤：
选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体种植推广。
(2)培育双显纯合子或一隐一显纯合子品种的基本步骤：
选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体自交→F3→……→选出稳定遗传个体推广种植。
(3)特点：操作简单，但需时较长。
例1
(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________。
【尝试解答】 (1)杂交 杂交 自交 (2)筛选和连续自交，直至选出能够稳定遗传的矮秆抗锈病新品种
(3)DdTt 高秆抗锈病 ddTT
【解析】 过程a叫做杂交。 产生的F1基因型为DdTt，表现型为高秆抗锈病。过程b叫做自交，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，即筛选和连续自交，直至后代无性状分离。
【探规寻律】 ①杂交育种的目的是得到能够稳定遗传的“新品种”，从基因型上看是纯合子。
②该方法常用于同一物种内的个体间杂交或亲缘关系较近的不同物种之间杂交，也可与多倍体育种相结合，如萝卜和甘蓝的杂交。
杂交育种、人工诱变育种、单倍体育种、多倍体育种比较
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：
例2
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出现的可能原因(简要写出所用方法、结果和结论)。
【尝试解答】 (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，则矮秆性状由环境引起，否则，矮秆性状是基因突变的结果。
【解析】 (1)A组为杂交育种方法：两亲本杂交TTRR×ttrr获得F1 TtRr，F1自交，后代中有四种表现型，其中矮抗个体为ttRR或ttRr，ttRR 只占1/3，ttRr占2/3；(2)在B组育种中，矮抗植株Ⅱ是通过花药离体培养得到的个体，为单倍体，应为高度不育，不能产生配子；
(3)C组为诱变育种，原理为基因突变，具有不定向性，且突变频率低，因此C组育种较难获得符合要求的新品种；(4)在B组中要想得到矮抗植物必须用秋水仙素对单倍体幼苗进行处理，获得的个体全为ttRR；(5)①矮秆的性状如果是环境因素造成的，不能遗传给后代；②矮秆性状如果是基因突变造成的，能够稳定地遗传给后代。
【互动探究】
(1)C组与A组育种方法相比有何优点？
(2)A组F2中出现两种新品种的具体原因是什
么？
【提示】 (1)诱变育种能够产生新基因。
(2)F1在进行减数分裂时，非同源染色体上的非等位基因自由组合形成了TR、Tr、tR、tr四种类型的配子，其中Tr、tR是新组合，从而出现两种新类型的小麦品种。
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第2节 基因工程及其应用
课标领航
1．简述基因工程的基本原理。
2．举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
3．关注转基因生物和转基因食品的安全性。
【重点】 基因工程的基本原理；基因工程的安全性问题。
【难点】 基因工程的基本原理；转基因生物与转基因食品的安全性。
核心要点突破
知能过关演练
第
2
节
基因工程及其应用
基础自主梳理
基础自主梳理
一、基因工程
1．概念：又叫基因拼接技术或_________技术，通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种_______提取出来，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．原理：不同生物间的_____________。
3．基本工具
(1)基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶(限制酶)。
DNA重组
基因
基因重组
(2)基因的“针线”：________________。
(3)基因的运载体：常用的有_______、噬菌体和动植物病毒等。
4．操作步骤
(1)提取_____________。
(2)目的基因与__________体结合。
(3)将目的基因导入_______________。
(4)目的基因的检测与鉴定。
DNA连接酶
质粒
目的基因
运载
受体细胞
思考感悟
1．运载体和载体相同吗？
【提示】 不同。①运载体是将外源基因导入受体细胞的运输工具。②载体是位于细胞膜上的载体蛋白质，与物质进出细胞有关。
二、基因工程的应用
1．基因工程与作物育种
(1)目的：获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种__________的作物新品种。
(2)实例：抗棉铃虫的转基因抗虫棉。
(3)意义：抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量、大大降低了生产成本，而且还减少
抗逆性
重组
了农药对环境的污染。
2．基因工程与药物研制
(1)实例：用基因工程方法生产胰岛素。
(2)过程：胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子__________，并且在大肠杆菌内获得成功的___________。
表达
2．利用大肠杆菌生产出的胰岛素没有生物活性，还需进一步加工，这与大肠杆菌中的哪些结构特点有关？
【提示】 大肠杆菌中无内质网、高尔基体等加工分泌蛋白的细胞器，所以形成的胰岛素还不成熟，需进一步加工。
思考感悟
3．基因工程与环境保护
实例：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。
三、转基因生物和转基因食品的安全性
核心要点突破
酶工具作用的比较
1．限制酶与DNA连接酶的区别
2．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
比较项目 DNA连接酶 DNA聚合酶
不同点 作用对象 连接DNA片段 连接游离的脱氧核苷酸
作用条件 不需要模板 需要模板
相同点 作用部位 连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键
例1
下列关于限制酶的说法正确的是( )
A．限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少
B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C．不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端
D．限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
【思路点拨】 从限制酶的来源、作用部位及特性入手分析。
【尝试解答】 B
【解析】 本题考查限制酶的来源、特性及作用部位。具体分析如下：
选项判断 原因分析
A项错误 限制酶的存在非常广泛，主要存在于微生物中
B项正确 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
C项错误 限制酶切割后一般形成黏性末端，但部分限制酶切割后会形成平末端
D项错误 限制酶的作用部位是特定核苷酸序列中两个核苷酸间的磷酸二酯键
【探规寻律】 理解限制酶需注意以下几点
①限制酶主要存在于微生物中，尤其是原核生物中。
②限制酶具有特异性，不同的限制酶切割DNA的位点一般不同。
③限制酶的作用主要是切割出目的基因。
基因工程的步骤及成功的基础
1．基因工程步骤中的几个问题
(1)四个步骤中只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及到碱基互补配对。
(2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定地保存，并进行复制。
(3)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。
(4)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。
(5)目的基因的检测利用质粒中的标记基因。
2．基因工程成功的理论基础
(1)运载体与目的基因结合成功的基础
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)表现出相同性状的基础是密码子相同，即不同生物的相同密码子所对应的氨基酸是相同的。
基因工程基本操作流程如图，请据图分析回答：
例2
(1)图中A是________；在基因工程中，需要在________酶的作用下才能完成剪接过程。
(2)图中遵循碱基互补配对原则的步骤有________。(用图中序号表示)
(3)从分子水平分析不同种生物之间的基因移植能够成功的主要原因是________，也说明了不同生物共用一套________________________。
【尝试解答】 (1)运载体 限制酶和DNA连接
(2)②④(①②④)
(3)不同生物的DNA分子基本结构是相同的 遗传密码
【解析】 图中A与目的基因结合形成重组DNA分子，所以A应为运载体；基因工程中的“剪”需要限制酶，“接”需要DNA连接酶；图中的“拼接”和“扩增”过程需进行碱基互补配对，如果目的基因的获取方法是人工合成法，也需进行碱基互补配对；不同种生物之间基因移植成功的原因，也就是基因工程的理论基础即生物界共用一套遗传密码和所有生物的DNA分子的结构基本相同。
【互动探究】 如果目的基因是人的胰岛素基因，选择的工程菌为大肠杆菌，则能表达出有活性的胰岛素吗？
【提示】 不能。由于大肠杆菌没有内质网和高尔基体，不能对核糖体合成的胰岛素前体进行加工，所以大肠杆菌是无法产生有活性的胰岛素的，还需进行体外加工，才具活性。
【探规寻律】 基因工程中受体细胞的选择
目的不同，选择的受体细胞不同。如果要获得转基因动植物，受体细胞为相应的动植物细胞，如果要获得某一种产物，受体细胞一般为微生物。
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