1、第 26 课时 从杂交育种到基因工程 回扣基础构建网络一、杂交育种和诱变育种 杂交育种 诱变育种 概念 将 集 中 在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法 利用 处理生物，使生物发生 ，从而获得优良变异类型的育种方法 原理 两个或多个品种的优良性状通过交配物理因素或化学因素基因突变基因重组基因突变范围 的生物 所有生物 方法 杂交自交选优自交 物理 处理、化学处理 特点 不能产生 ，原有基因的重新组合 育种进程缓慢 提高 ，加快育种进程 产生 ，新性状，大幅度改良性状 盲目性大，有利变异 射线有性生殖诱变剂新基因突变率新基因少比一比 杂交育种与杂种优势是一回事吗？提示 两者都是将两个品种中
2、的优良性状集中到一个亲本上，但杂交育种培育成能稳定遗传的纯合子，杂种优势培育成杂合子，不能稳定遗传。练一练 下列关于育种的叙述中，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，而基因突变是不定向的。答案A二、基因工程1概念：又叫 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
3、基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，地改造生物的 。2原理：不同生物间的 。基因拼接技术遗传性状定向基因重组3基本工具4操作步骤基因的剪刀：基因的针线：基因运载体：常用的有、和等限制性核酸内切酶DNA连接酶质粒噬菌体动植物病毒提取目的基因与结合将目的基因导入目的基因的表达目的基因运载体受体细胞表达和检测5应用基因工程与作物，如抗虫棉基因工程与研制，如胰岛素、已肝疫苗等基因工程与保护，如超级菌分解泄漏石油育种药物环境名师点拨(1)基因工程操作水平分子水平；操作环境体外。(2)操作工具有三种，但工具酶只有两种，另一种工具运载体的化学本质为 DNA。想一想 与杂交育种、诱变育种相
4、比，基因工程育种的优点分别是什么？提示 与杂交育种相比较明显的优点：克服远缘杂交不亲合障碍。与诱变育种相比较明显的优点：定向改造生物性状，目的性强。构建知识网络突破考点提炼方法考点 74 几种常见育种方式的比较 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 基因工程育种 细胞融合技术 细胞核移植技术 依据 原理 基因重组 基因突变 染色体变异 染色体变异 基因重组 细胞膜流动性、细胞全能性 细胞核的全能性 常用方法 杂交自交选优自交 辐射诱变，激光诱变，作物空间技术育种 花药离体培养获得单倍体，再经秋水仙素或低温诱导处理 秋水仙素处理萌发的种子、幼苗 转基因(DNA 重组)技术将目的基因引入生物
5、体内，培育新品种 让不同生物细胞原生质融合，同种生物细胞可融合为多倍体 将具备所需性状的体细胞核移植到去核的卵细胞中 优点 将不同个体的优良性状集中于一个个体上 可以提高变异的频率，加速育种进程，大幅度地改良某些品种 可以明显地缩短育种年限 器官巨大，提高产量和营养成分 定向改变生物的性状；克服远缘杂交不亲和的障碍 按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品且克服了远缘杂交不亲和的障碍 可改良动物品种或保护濒危物种 缺点 时间长，需及时发现优良品种 有利变异少，需大量处理实验材料 技术复杂且需与杂交配合 发育延迟，结实率低 有可能引起生态危机 技术难度高 技术要求高 举例 矮秆抗锈病小麦 青
6、霉素高产菌株、太空椒 快速培育矮秆抗锈病小麦 三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦 产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉 白菜甘蓝、番茄马铃薯 克隆羊、鲤鲫移核鱼 拓展提升1诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。2在所有育种方法中，最简捷、常规的育种方法杂交育种。3根据不同育种需求选择不同的育种方法(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。(2)要求快速育种，则运用单倍体育种。(3)要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。(4)要求提高品种
7、产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。4杂交育种选育的时间是 F2，原因是从 F2 开始发生性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。5杂交育种是通过杂交培育具有优良性状且能稳定遗传(纯合子)的新品种，而杂种优势则是通过杂交获得种子，一般不是纯合子，在杂种后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一代，因为后代会发生性状分离。6诱变育种尽管能提高突变率，但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的个体；突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，二者都增多。对位训练1下面为 6 种不同的育种方法。据图回答下列问题：(1)图中 A 至
8、D 方向所示的途径表示 _育种方式，这种方法属常规育种，一 般 从 F2 代 开 始 选 种，这 是 因 为_。ABC 的途径表示_育种方式，这两种育种方式中后者的优越性主要表现在_。杂交从F2代开始发生性状分离单倍体明显缩短育种年限(2)B 常用的方法为_。(3)E 方法所用的原理是_，所用的方法如_、_。育种时所需处理的种子应是萌 发 的(而 非 休 眠 的)种 子，原 因 是_。花药离体培养基因突变X射线秋水仙素种子萌发后进行细胞分裂，DNA在复制过程中可能由于某种因素的影响发生基因突变(4)上述育种过程中，哪两个过程所使用的方法相同？_(填写字母)，具体使用的方法有_(至少回答两个)，
9、其作用机理是_。(5)G 过程原理是_，H 和 I 分别表示_和_过程。C、F 低温诱导和秋水仙素处理抑制纺锤体形成，导致染色体不能移向两极而加倍基因重组脱分化再分化(6)KLM育 种 方 法 的 优 越 性 表 现 在_。(7)上述 AI 过程中，哪些过程作用前后没有改变作用对象的基因型？_(填写字母)。克服了远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围H、I解析方法 1 应为杂交育种，它的可操作性最强，但育种周期最长；方法 2 为单倍体育种，其最大优点为明显缩短育种周期；方法 3 为诱变育种，这种方法获得新品种的速度最快，但因有利变异往往不多，需大量处理实验材料；方法 4 为多
10、倍体育种，它可获得性状改良的多倍体；方法 5 为转基因技术即基因工程育种，它可定向改造生物性状获得新品种；方法 6 为细胞工程育种，它可克服远缘杂交不亲和的障碍，培育生物新品种。考点 75 基因工程的操作工具和步骤1基因工程操作工具(1)基因的“剪刀”限制性核酸内切酶(简称限制酶)分布：主要在微生物体内。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。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。切割结果：产生两个带有黏性末端的 DNA 片段。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 D
11、NA 无损害。(2)基因的“针线”DNA 连接酶 催化对象：两个具有相同黏性末端的 DNA 片段。催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。催化结果：形成重组 DNA。(3)常用的运载体质粒 本质：小型环状 DNA 分子。作用 a作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；b用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。条件 a能在宿主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基因工程操作步骤图解 提醒(1)微生物常做受体细胞的原因是因其繁殖速度快、代谢旺盛、目的产物多。(2)目的基因表达的标志：通过转录翻译合成出相应的蛋白质。(3)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。
12、对位训练2(2010江苏卷，18)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 转基因的抗虫植物在长期栽培过程中，会导致以该植物为食物来源的昆虫的抗性基因频率增加。动物和植物共用一套遗传密码，因此转入植物体内的动物生长激素基因也可能进行表达。转基因植物的外源基因来源于自然界，也可能存在食物安全、生物安全和环境安全等安全性问题。答案A3(2010浙江理综，2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因
13、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 限制性核酸内切酶切割的是 DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为 RNA。答案A方法体验育种方式的综合应用 作物育种方式包括杂交、诱变、单倍体育种、多倍体育种以及基因工程育种，育种的最终目的就是改变原有品种的遗传物质，培育出符合人类需求的新品种。在具体解题中，在正确区分不同育种的特点，恰当使用育种程序步骤综合分析，寻找出解题突破口。例如：绝大多数生物为二倍体，所以，其单倍体应高度不育，
14、但对于部分属于多倍体的配子发育成的个体则有可能不育。同时，注意几种育种方法的处理时间，如利用基因突变育种时，处理时间是细胞分裂的间期，利用染色体变异育种时，处理时间是萌发的种子或幼苗。典例 (2010安徽理综，31)如图所示，科研小组用60Co 照射棉花种子，诱变当代获得棕色(纤维颜色)新性状，诱变代获得低酚(棉酚含量)新性状。已知棉花的纤维颜色由一对基因(A、a)控制，棉酚含量由另一对基因(B、b)控制，两对基因独立遗传。(1)两个新性状中，棕色是_性状，低酚是_性状。(2)诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株基因型是_，白色、高酚的棉花植株基因型是_。显性隐性AaBB aaBb(3)棕色棉抗虫
15、能力强，低酚棉产量高。为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从_的区域中得到纯合棕色、高酚植株。请你利用该纯合子作为一个亲本，再从诱变代中选择另一个亲本，设计一方案，尽快选育出抗虫高产(棕色、低酚)的纯合棉花新品种(用遗传图解和必要的文字表示)。不发生性状分离解析(1)从诱变当代棕色、高酚个体自交，后代出现棕色和白色性状，说明棕色为显性；从诱变当代白色、高酚个体自交，后代出现低酚和高酚性状，说明低酚为隐性。(2)从诱变当代个体自交后代的表现型即可判断出棕色、高酚的棉花植株的基因型为 AaBB；白色、高酚的棉花植株的基因型为 aaBB。
16、(3)依题意，要尽快获得纯合的棕色低酚植株(AAbb)，结合已知纯合子 AABB，只要从诱变子代中选取白色低酚(aabb)个体，并利用单倍体育种的方法即可。在书写遗传图解时，需要标明表现型、基因型，同时注明必要的文字如花药离体培养、秋水仙素处理等。易错警示对基因工程中一些观点辨析不清典例 下列关于限制酶和 DNA 连接酶的理解，正确的是 ()A其化学本质都是蛋白质 BDNA 连接酶可以恢复 DNA 分子中的氢键 C它们不能被反复使用 D在基因工程操作中可以用 DNA 聚合酶代替DNA 连接酶 错因分析 对 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的化学本质、作用化学键和作用对象模糊不清。解析 限制酶与
17、 DNA 连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA 连接酶连接的是两个 DNA 片段间相邻两个碱基间的磷酸二酯键；酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发生改变，因此可以反复利用；DNA 聚合酶是在细胞内 DNA 分子复制时发挥作用的，不能替代 DNA 连接酶。答案A纠错笔记(1)限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键(不是氢键)，只是一个切开，一个连接。(2)质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为 DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。(3)要想从 DNA 上切下某个基因，应切 2 个切口，产生
18、 4 个黏性末端。(4)DNA 酶即 DNA 水解酶，是将 DNA 水解的酶；DNA聚合酶是在 DNA 复制过程中，催化形成新 DNA 分子的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到 DNA 片段上，需要模板；但 DNA 连接酶是将两个 DNA 片段的两个缺口同时连接，不需要模板，两者作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。(5)原核生物基因(如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌)可为真核生物(如棉花)提供目的基因。(6)限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。(7)受体细胞动物一般用受精卵，植物若用体细胞则通过组织培养的方式形成新个体。(8)抗虫棉只
19、能抗虫，不能抗病毒、细菌。检测落实体验成功题组一 育种方式的考查 1下列关于育种的说法，正确的是()A基因突变可发生在任何生物的 DNA 复制过程中，可用于诱变育种 B诱变育种和杂交育种均可产生新的基因和新的基因型 C三倍体植物不能由受精卵发育而来，但可通过植物组织培养方法获得 D普通小麦花粉中有三个染色体组，由其发育的个体是三倍体 解析 任何生物的 DNA 复制过程中出现的碱基对的增添、缺失或改变，都属于基因突变；杂交育种不能产生新的基因；三倍体植物可以由四倍体与二倍体植物杂交形成的受精卵发育而来，也可通过植物组织培养方法获得；由花粉发育而来的个体是单倍体。答案A2两个亲本的基因型分别为 A
20、Abb 和 aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传，要培育出基因型为 aabb 的新品种，最简捷的方法是()A人工诱变育种 B细胞工程育种 C单倍体育种 D杂交育种 解析 题目要求最简捷的方法，因此首先可排除 A、B 两项。这个题目很容易引人进入陷阱，不要忘记培养的是基因型为 aabb“双隐性”的新品种，在子代中只要表现出双隐性，就可以确定是所需的新品种。因此杂交育种只需培育两代。单倍体育种，首先要两亲本杂交得 F1，再利用 F1的花药进行离体培养得单倍体，再用秋水仙素处理得二倍体，同样需要两代，但技术手段复杂，所以正确答案是 D。答案D3 2009 年春节联欢晚会上，航天英雄们手捧经过太空育
21、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 太空育种的基本原理是基因突变，基因突变属于可遗传的变异；基因突变的频率低且是不定向的，故不一定会出现我们需要的新品种；花瓣的紫色是由于液泡中含有花青素，而不是含有紫色蛋白，故不能从太空花的紫色花瓣中提取紫色蛋白用作染料。答案C4某农科所通过如图所示的育种过程培育成了高品质的糯小麦。下列有关叙述正确的是()A.该育种过程中运用的遗传学原理是基因突变 Ba 过程能提高突变率，从而明显缩短了
22、育种年限 Ca 过程需要使用秋水仙素，只作用于萌发的种子 Db 过程需要通过自交来提高纯合率解析 从图中可看出 a 表示的是单倍体育种，其原理是染色体变异；b 表示的是杂交育种，其原理是基因重组，b 过程需要通过自交来提高纯合率。答案D题组二 基因工程 5下图表示一项重要生物技术的关键步骤，X是获得外源基因并能够表达的细胞。下列有关说法不正确的是 ()AX 是能合成胰岛素的细菌细胞 B质粒具有多个标记基因和多个限制酶切点 C基因与运载体的重组只需要 DNA 连接酶 D该细菌的性状被定向改造 解析 根据图示，重组质粒导入的是细菌细胞，所以 X 是能合成胰岛素的细菌细胞。质粒作为运载体需要有多个限
23、制酶切点以便转运多种目的基因，同时具有标记基因以便于检测目的基因是否导入到受体细胞内。基因与运载体的重组需要限制酶和 DNA 连接酶。基因工程的特点是能够定向改造生物的性状。答案C6基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展，现在基因工程在动植物育种上有广泛而重要的应用。基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答：(1)图中 A 是_，最常用的是_；在基因工程中，需要在_酶的作用下才能完成剪接过程。(2)在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有_(用图解中序号表示)。运载体质粒限制性核酸内切酶和DNA连接(3)研究中发现，番
24、茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似 的 抗 虫 性 状，玉 米 这 种 变 异 的 来 源 是_。基因重组(4)科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体 DNA 上，经培养长成的植株具 备 了 抗 病 性，这 说 明 _ _。如果把该基因导入叶绿体DNA 中，将来产生的配子中_(填“一定”或“不一定”)含有抗病基因。目的基因(抗枯萎病 不一定的基因)已表达 解析(1)基因工程中需要的酶有：限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶，很容易漏掉
25、一种酶。(2)解题的关键点是“可以”遵循碱基互补配对的步骤。获取目的基因的方法主要有直接分离法和人工合成法，人工合成法包括 mRNA 逆转录和蛋白质氨基酸序列推测法，人工合成目的基因涉及碱基互补配对。另外，过程拼接和过程目的基因扩增和筛选也涉及碱基互补配对。(3)审题有两个方面：基因移植成功，分子水平分析。分子水平就是要求考虑 DNA 结构都是双链结构，碱基都是按照相同的互补配对原则进行配对。外源基因能够在不同生物体细胞内表达，说明基因表达的过程中共用一套遗传密码子进行翻译，也说明基因表达都遵循中心法则。(5)植株具备了抗病性说明已经产生了相应的蛋白质，从而获得新的性状，即基因已经表达。叶绿体中的 DNA 遗传不遵循孟德尔定律，无法确定是否将目的基因传递给配子。返回
