1、第23讲 从杂交育种到基因工程 1单倍体育种与杂交育种的关系考点一 生物育种原理及应用2育种方案的选取原则清错破疑 生物育种中的两个易混点 (1)混淆“最简便”与“最快”。“最简便”着重于技术含量应为“易操作”如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作，但“最快速”则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高，单就花粉培养成幼苗已很难实现。(2)不能正确掌握单倍体育种的过程。单倍体育种主要包括杂交、花药离体培养、秋水仙素处理和筛选四个过程，不能简单认为花药离体培养就是单倍体育种的全部。角度一 生物育种方法选择1(2014江苏卷)下图是高产糖化酶菌株的育种过程，有关叙述错误的
2、是()A通过上图筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产菌株BX 射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异C上图筛选高产菌株的过程是定向选择过程D每轮诱变相关基因的突变率都会明显提高解析：图示育种过程为诱变育种。由于基因突变是不定向的，该过程获得的高产菌株不一定符合生产的要求，故A项正确；X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异，B正确；上图筛选高产菌株的过程是定向选择符合人特定要求菌株的过程，C正确；相同的射线每轮诱变相关基因的突变率不会明显提高，故D项错误。答案：D2现有小麦种质资源包括：高产、感病；低产、抗病；高产、晚熟等品种。为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求，育种专家
3、要培育3类品种：a.高产、抗病；b.高产、早熟；c.高产、抗旱。下述育种方法可行的是()A利用、品种间杂交筛选获得aB对品种进行染色体加倍处理筛选获得bCa、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中获得c解析：欲获得高产、抗病品种，应利用和进行品种间杂交筛选；欲获得高产、早熟品种，则应对进行诱变育种；诱变育种可以产生新基因，因此a、b、c都可以通过诱变育种获得；基因工程可定向改变生物性状，要获得高产、抗旱品种，可通过基因工程技术将外源抗旱基因导入中来实现。答案：C角度二 生物育种过程分析及应用3(2016嘉兴模拟)某二倍体植物的体细胞中染色体数为24条，基因型为AaB
4、bCCDd，这4对基因分别位于4对同源染色体上。下列说法错误的是()A产生花粉的基因型有8种BC处是指用秋水仙素处理，则个体的体细胞中含有48条染色体C个体中能稳定遗传的占1/8，重组类型占37/64D若要尽快获得优良纯种aaBBCCdd，则应采用图中ABC过程进行育种解析：A项中，基因型为AaBbCCDd的植物，由于4对基因 位 于 4 对 同 源 染 色 体 上，遵 循 自 由 组 合 定 律，AaBbCCDd产生8种配子。B项中，ABC为单倍体育种过程，因用秋水仙素处理，所以个体体细胞染色体数仍为24条。C项中，AEF为自交产生后代，子代重组类型为表现型不同于亲代的类型，可将4对相对性状
5、分开考虑，所 以 后 代 中 非 重 组 类 型 为 A_B_CCD_，共 有3/43/413/427/64，重组类型为127/6437/64。D项中，单倍体育种可明显地缩短育种年限。答案：B4假设a、B为玉米的优良基因，现有AABB、aabb两个品种，控制两对相对性状的基因位于两对同源染色体上，实验小组用不同方法进行了实验(见下图)，下列说法不正确的是()A过程育种方法运用的原理是基因突变，最大优点是能提高突变率，在短时间内获得更多的优良变异类型B过程使用的试剂是秋水仙素，它可作用于正在分裂的细胞，抑制纺锤体的形成C过程育种方法运用的原理是基因重组，基因型aaB_的类型经后，子代中aaBB所
6、占比例是5/6D过程应用了单倍体育种的方法，最大的优点是明显缩短育种年限解析：图中过程是诱变育种。过程是杂交育种，原理是基因重组，基因型aaB_的类型中aaBB占1/3，aaBb占2/3，经过自交后，子代中aaBB所占比例是1/2。答案：C1基因工程操作工具(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)。考点二 基因工程及其应用(2)DNA连接酶。(3)常用的运载体质粒。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)获取目的基因和切割运载体需要用同一种限制酶，
7、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；植物一般用体细胞或受精卵作为受体细胞，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。清错破疑 与基因工程有关的几点提示 (1)DNA连接酶和DNA聚合酶的比较。DNA连接酶：作用于两个DNA片段。DNA聚合酶：将单个的脱氧核苷酸连接起来，形成DNA单链。相同点：这两种酶都是蛋白质，都可以形成两个脱氧核苷酸之间的化学键。(2)运载体质粒：质粒是最常用的运载体，除此之外，噬菌体的衍生物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
8、酸。(3)构建基因表达载体是基因工程的核心步骤，是成功的关键。(4)对基因操作是否成功不但要在分子水平上鉴定还要在个体水平上鉴定，如抗虫棉不仅能产生毒蛋白，而且必须“抗虫”。目的基因表达的标志：通过转录、翻译产生相应的蛋白质(可用抗原抗体杂交法确认是否产生相应蛋白质)。(5)目的基因指要表达的基因，标记基因指运载体上用于鉴定、筛选的基因。角度一 基因工程的原理5(2015重庆卷改编)下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是()A运载体的化学本质是蛋白质，其基本单位为氨基酸B表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点C借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来D启动子和
9、终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用解析：运载体的化学本质是DNA，其基本单位为脱氧核苷酸，A项错误；复制原点是基因表达载体复制的起点，而胰岛素基因表达的起点位于启动子，B项错误；借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来，C项正确；启动子与RNA聚合酶结合，启动转录过程，终止密码子则参与终止翻译过程，D项错误。答案：C6(2014天津卷改编)为达到相应目的，必须通过分子检测的是()A携带链霉素抗性基因受体菌的筛选B产生抗人白细胞介素8抗体的杂交瘤细胞的筛选C转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定D猫叫综合征的诊断解析：可通过将受体菌接种在含链霉素的培养基中筛选携带链霉素抗性基因的受体菌，
10、A错误；抗人白细胞介素的杂交瘤细胞应通过抗原抗体杂交技术筛选产生，B正确；在棉花田中人工放入害虫可检验转基因抗虫棉的抗虫效果，C错误；可利用显微镜检测猫叫综合征，D错误。答案：B角度二 基因工程的应用7下列实践活动包含基因工程技术的是()A水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种B抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦C将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株D用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆解析：A项所述为单倍体育种，B项所述为杂交育种，D项所述为诱变育种，都没有涉及基因工程技术；C项所述育种方法涉及组织培养技术和基
11、因工程技术。答案：C8(2015四川卷)将苏云金杆菌Bt蛋白的基因导入棉花细胞中，可获得抗棉铃虫的转基因棉，其过程如下图所示(注：农杆菌中Ti质拉上只有TDNA片段能转移到植物细胞中)。(1)过程需用同种_酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来，应使用_培养基。(2)过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让_进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是_。(3)若过程仅获得大量的根，则应在培养基中增加_以获得芽；部分接种在无激素 培 养 基 上 的 芽 也 能 长 根，原 因 是_。(4)检 验 转 基 因 棉 的
12、 抗 虫 性 状，常 用 方 法 是_。种 植 转 基 因 抗 虫 棉 能 减 少_的使用，以减轻环境污染。解析：(1)过程需用同种限制性核酸内切酶(限制酶)对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来，应使用选择培养基。(2)过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让重组质粒中的TDNA片段进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是筛选出含目的基因的受体细胞。(3)若过程仅获得大量的根，则应在培养基中增加细胞分裂素以获得芽；部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是部分细胞也能产生生长素，促进生根。(4)检验转基因棉的
13、抗虫性状，常用方法是直接接种害虫，观察其生存情况。种植转基因抗虫棉能减少农药的使用，以减轻环境污染。答案：(1)限制性核酸内切 选择(2)TDNA 筛选获得TDNA片段的植物细胞(3)细胞分裂素浓度 芽顶端合成的生长素向基部运输，促进根的分化(4)投放棉铃虫 农药育种方案的选择和设计育种方法的选择要根据育种要求、材料特点、技术水平和经济因素，进行综合考虑和科学决策。(1)最简捷、最常规的育种方法是杂交育种。进行杂交育种的个体一定是进行有性生殖的个体，只进行无性生殖的个体无法通过杂交育种培育新品种。(2)一般作物育种，要将两个亲本的不同优良性状集中于同一生物体，可选用杂交育种和单倍体育种相结合的
14、方法。(3)要大幅度改良某一品种，使之产生从来没有的性状，可选用诱变育种(如太空育种)和杂交育种相结合的方法。(4)要提高品种产量，提高其营养物质含量，可选用多倍体育种。(5)要快速发育，可选用单倍体育种。(6)若要将特殊性状组合到一起，还需克服不同物种的生殖隔离，可考虑基因工程育种，如抗虫棉的培育。典例透析下图为水稻的几种不同育种方法示意图，据图回答：(1)B过程常用的方法是_；可能用到秋水仙素的过程有_(用图中字母表示)。(2)可以打破物种界限的育种方法是_(用图中的字母表示)，该方法所运用的原理是_。(3)假设要培育一个稳定遗传的水稻品种，它的性状都是 由 隐 性 基 因 控 制 的，其
15、 最 简 单 的 育 种 方 法 是_(用图中的字母表示)；如果都是由显性基因控制的，为缩短育种时间常采用的方法是_(用图中的字母表示)。(4)现有三个水稻品种：的基因型为aaBBDD，的基因型为AAbbDD，的基因型为AABBdd。这三对等位基因分别位于三对同源染色体上。现通过杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株(用文字简要描述获得过程即可)：_。审题指导 信息：由亲本F1F2Fn新品种，即逐代淘汰不需要的性状个体，最终选择出稳定遗传的新品种。信息：由亲本F1单倍体幼苗纯合子新品种，即通过对单倍体的处理和选择直接得到新品种。信息：由种子或幼苗具有外源基因的种子或幼苗新品
16、种，即将外源基因导入种子或幼苗的细胞中，通过培养得到新品种信息：由种子或幼苗染色体组加倍的种子或幼苗新品种，即通过对种子和幼苗的处理得到多倍体，选择后得到新品种。信息：新品种基因型为aabbdd，即都是隐性基因。解析：(1)图中ABC为单倍体育种，其中B为花药离体培养。秋水仙素具有抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍的作用；因此，从单倍体幼苗到纯合子(即能正常生长发育的植株)及从种子或幼苗到多倍体的过程，都需要秋水仙素。(2)打破育种界限属于基因工程育种的特点，其原理是基因重组。(3)生物一旦表现出隐性性状，即为纯合体，因此，通过杂交育种直接从子代中选出具有该性状的个体即可。明显缩短育种时间的方
17、法是单倍体育种。(4)首先，把abc基因中 的两个组合到一起，如与杂交得F1(AaBbDD)；然后，把另一个组合进来，如F1与杂交得到F2(AaBbDd)，最后，F2自交得到基因型为aabbdd的植株。答案：(1)花药离体培养 C、F(2)E 基因重组(3)A、D A、B、C(4)与杂交得到杂交一代，杂交一代与杂交得到杂交二代，杂交二代自交得到基因型为aabbdd的植株1(2014安徽卷)香味性状是优质水稻品种的重要特性之一。(1)香稻品种甲的香味性状受隐性基因(a)控制，其香味性状的表现是因为_，导致香味物质积累。(2)水稻香味性状与抗病性状独立遗传。抗病(B)对感病(b)为显性。为选育抗病
18、香稻新品种，进行了一系列杂交实验。其中，无香味感病与无香味抗病植株杂交的统 计 结 果 如 下 图 所 示，则 两 个 亲 代 的 基 因 型 是_。上述杂交的子代自交，后代群体中能稳定遗传的有香味抗病植株所占比例为_。(3)用纯合无香味植株作母本与香稻品种甲进行杂交，在F1中偶尔发现某一植株具有香味性状。请对此现象给出两种合理的解释：_；_。(4)单倍体育种可缩短育种年限。离体培养的花粉经脱分化形成_，最终发育成单倍体植株，这表明 花 粉 具 有 发 育 成 完 整 植 株 所 需 的_。若要获得二倍体植株，应在_时期用秋水仙素进行诱导处理。解析：(1)依题意，A基因存在则无香味物质，可能是
19、由于A基因控制合成的酶促进了香味物质的分解，而基因a纯合时，参与香味物质的酶缺失，从而使香味积累。(2)依杂交结果，抗病感病11，无香味有香味31，可推知亲本的基因型为Aabb和AaBb，从而可知F1的基因型及比例为1/8AABb、1/8AAbb、1/4AaBb、1/4Aabb、1/8aaBb、1/8aabb，其 中 只 有 1/4AaBb、1/8aaBb自交后代才能获得稳定遗传的有香味抗病植株(aaBB)，其所占比例为1/41/41/41/8 11/43/64。(3)正常情况下AA与aa杂交，F1的基因型为Aa，是无香味的，F1中出现一株有香味的植株，原因可能是某一雌配子形成时发生了基因突变
20、(即A变成a)，也可能是雌配子形成时A基因缺失，子代中只含有a基因。(4)离体花药经脱分化形成愈伤组织，最终形成单倍体植株，表明花粉具有发育成完整植株所需的全套遗传信息。秋水仙素作用于萌发的种子或幼苗。答案：(1)a基因纯合，参与香味物质代谢的某种酶缺失(2)Aabb、AaBb 3/64(3)某一雌配子形成时，A基因突变为a基因 某一雌配子形成时，含A基因的染色体片段缺失(4)愈伤组织 全部遗传信息 幼苗 2下图为某农科所培育高品质小麦的过程，其中代表具体操作过程。(1)具有操作的育种方法是_，依据的原理是_。(2)具有操作的育种方法是_，依据的原理是_。(3)操作是_，其目的是_。操作常用的
21、方法有_，原理是_。(4)操 作 表 示 杂 交，其 目 的 是 将 两 个 纯 合 亲 本 的_通过杂交集中在一起，再经过选择和培育获得新品种。解析：由图可知，表示杂交，表示减数分裂，表示连续自交，表示花药离体培养，表示用秋水仙素处理或低温处理幼苗。操作的育种方法是单倍体育种，依据的原理是染色体变异。操作的育种方法是杂交育种，依据的原理是基因重组。连续自交可以提高纯合子的比例。原理是低温或秋水仙素在细胞分裂前期抑制纺锤体的形成，导致染色体数目加倍。杂交的目的是将纯合子亲本的优良性状(或基因)通过杂交集中在一起。答案：(1)单倍体育种 染色体数目变异(2)杂交育种 基因重组(3)连续自交 提高纯合子的比例(选出符合要求的个体)低温诱导或秋水仙素处理 低温或秋水仙素抑制纺锤体形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而使细胞内的染色体数目加倍(4)优良性状(基因)1杂交育种的两个特点能将多个优良性状集中到同一生物个体上；耗时较长。2诱变育种的方法和特点：(1)两种诱变方法：物理诱变、化学诱变。(2)两个特点：多害少利；能产生新基因，创造生物新类型。3基因工程的三种工具：(1)限制性核酸内切酶：能识别并切割特定的核苷酸序列。(2)DNA连接酶：连接两个DNA片段之间的脱氧核糖和磷酸。(3)运载体：将外源基因送入受体细胞。常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
