2021版高考生物一轮复习第6章从杂交育种到基因工程教案新人教版必修2 8页

- 1 - 第 6 章 从杂交育种到基因工程 考点一 常见的育种方法 1.育种方法的比较： 名称 原理 优点 缺点 杂交 育种 基因 重组 使分散在同一物种不同品 种中的多个优良性状集中 于同一个体上，即“集优” 育种时间长；局限于同一种或 亲缘关系较近的个体 诱变 育种 基因 突变 提高变异频率，加快育种进 程，大幅度改良某些性状 有利变异少，需处理大量实验 材料(有很大盲目性) 单倍体 育种 染色 体数 目变 异 明显缩短育种年限，子代均 为纯合子，加速育种进程 技术复杂且需与杂交育种配 合 多倍体 育种 染色 体数 目变 异 操作简单，能较快获得所需 品种 所获品种发育延迟，结实率 低，一般只适用于植物 基因 工程 育种 基因 重组 能定向地改变生物遗传性 状；目的性强；育种周期短； 克服了远缘杂交不亲和的 障碍 技术复杂，安全性问题多 2.育种方法的选择： 育种目标 育种方法 集中双亲优良性状 单倍体育种、杂交育种 对原品系实施“定向”改造 基因工程及植物细胞工程(植物体细胞杂交) 育种 让原品系产生新性状(无中生 有) 诱变育种 - 2 - 使原品系营养器官 “增大”或“加强” 多倍体育种 【高考警示】 杂交育种≠杂种优势 (1)杂交育种是在杂交后代众多类型中选择符合育种目标的个体进一步培育，直到获得稳定遗 传的具有优良性状的新品种。 (2)杂种优势是杂合子(F1)在一种或多种性状上优于两个亲本的现象。具有杂种优势的杂交子 代一般都表现自交衰退现象，如玉米的植株高度显示杂种优势，也可以明显地看到自交衰退 现象，因此玉米不能自己留种。 【典例】(2019·北京高考)油菜是我国重要的油料作物，培育高产优质新品种意义重大。油 菜的杂种一代会出现杂种优势(产量等性状优于双亲)，但这种优势无法在自交后代中保持。 杂种优势的利用可显著提高油菜籽的产量。 (1)油菜具有两性花，去雄是杂交的关键步骤，但人工去雄耗时费力，在生产上不具备可操作 性。我国学者发现了油菜雄性不育突变株(雄蕊异常，肉眼可辨)，利用该突变株进行的杂交 实验如下： ①由杂交一结果推测，育性正常与雄性不育性状受________对等位基因控制。在杂交二中， 雄性不育为_______性性状。 ②杂交一与杂交二的 F1 表现型不同的原因是育性性状由位于同源染色体相同位置上的 3 个基 因(A1、A2、A3)决定。品系 1、雄性不育株、品系 3 的基因型分别为 A1A1、A2A2、A3A3。根据杂交 一、二的结果，判断 A1、A2、A3 之间的显隐性关系是____________________________________。 (2)利用上述基因间的关系，可大量制备兼具品系 1、3 优良性状的油菜杂交种子(YF1)，供农 业生产使用，主要过程如下： - 3 - ①经过图中虚线框内的杂交后，可将品系 3 的优良性状与___________性状整合在同一植株上， 该植株所结种子的基因型及比例为___________。 ②将上述种子种成母本行，将基因型为___________的品系种成父本行，用于制备 YF1。 ③为制备 YF1，油菜刚开花时应拔除母本行中具有某一育性性状的植株。否则，得到的种子给 农户种植后，会导致油菜籽减产，其原因是________________________。 (3)上述辨别并拔除特定植株的操作只能在油菜刚开花时(散粉前)完成，供操作的时间短，还 有因辨别失误而漏拔的可能。有人设想：“利用某一直观的相对性状在油菜开花前推断植株 的育性”，请用控制该性状的等位基因(E、e)及其与 A 基因在染色体上的位置关系展示这一 设想。 【解析】本题考查遗传规律在育种中的应用。 (1)分析杂交一，两亲本杂交，F1 均为育性正常，说明品系 1(A1)育性正常对雄性不育(A2)为显 性性状，F1 自交出现 3∶1 的性状分离比，说明育性正常与雄性不育性状受一对等位基因控制。 分析杂交二，两亲本杂交，F1 均为雄性不育，说明雄性不育(A2)对品系 3(A3)育性正常为显性 性状。 (2)图中虚线框内的杂交组合为 A2A3×A3A3，所得后代为 A2A3∶A3A3=1∶1，因此通过杂交可将品 系 3 的优良性状与雄性不育整合在同一植株上。将基因型为 A2A3、A3A3 的种子种成母本行，将 基因型为 A1A1 的品系 1 作为父本，可制备 YF1。为制备 YF1，油菜刚开花时应拔除母本行中基因 型为 A3A3 的植株，否则，所得种子中会有 A3A3 自交产生的种子 A3A3、A2A3 与 A3A3 杂交产生的种 子 A2A3 和 A3A3，这些种子在生产上无杂种优势且部分雄性不育，会导致油菜籽减产。 (3)让 E、e 与 A2、A3 两对基因位于一对同源染色体上，可以根据 E、e 控制的性状区分雄性不 育和育性正常植株。 答案：(1)①一 显 ②A1 对 A2 为显性，A2 对 A3 为显性 (2)①雄性不育 A2A3∶A3A3 = 1∶1 ②A1A1 ③所得种子中混有 A3A3 自交产生的种子、A2A3 与 A3A3 杂交所产生的种子，这些种子在生产上无杂种优势且部分雄性不育 (3) - 4 - (2020·中山模拟)如图表示培育新品种(或新物种)的不同育种方法，下列分析错误的是 ( ) A.②③过程自交的目的不同，后者是筛选符合生产要求的纯合子 B.④⑤过程的育种和⑦过程的育种原理相同，均利用了染色体变异的原理 C.①②③过程的育种方法能产生新的基因型，⑥过程的育种方法能产生新的基因 D.图中 A、B、C、D、E、F 中的染色体数相等，通过⑦过程产生的新物种的染色体数是 B 的两 倍 【解析】选 D。②③过程自交的目的不同，前者是产生符合要求的性状，后者是筛选符合生产 要求的纯合子，A 项正确；④⑤过程为单倍体育种，⑦过程是多倍体育种，它们的育种原理相 同，均利用了染色体变异的原理，B 项正确；①②③过程的育种方法为杂交育种，能产生新的 基因型，⑥过程是诱变育种，原理是基因突变，能产生新的基因，C 项正确；图中 E 幼苗是由 花药发育而来，为单倍体植株，染色体数目减半，即 E 中染色体数目是 A、B、C、D、F 中的 染色体数目的一半，D 项错误。 不同育种技术的选择技巧 (1)杂交育种——最简便，易操作的育种技术，但耗时较长。 (2)转基因技术——可定向改变性状的育种技术，但技术含量高。 (3)诱变育种——能产生新基因的育种技术。 (4)多倍体育种——能提高产量的育种技术。 (5)单倍体育种——可明显缩短育种年限的育种技术。 【加固训练】 现有小麦种质资源包括：①高产、感病；②低产、抗病；③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。下述育种方法不可行的是 ( ) A.利用①②品种杂交筛选获得 a - 5 - 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 【解析】选 B。欲获得高产、抗病品种，可利用①和②进行品种杂交筛选；欲获得高产、早熟 品种，则应对③进行诱变育种；诱变育种可以产生新基因，因此 a、b 和 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，可通过基因工程导入外源 抗旱基因实现。 考点二 基因工程 基因工程操作步骤图解： (1)限制酶和 DNA 连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。 (2)要想将目的基因整合到质粒上，必须保证目的基因与质粒的黏性末端相同。因此，获得目 的基因、切割运载体需要用同种限制酶。 【高考警示】 (1)DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的作用对象不同。 ①DNA 连接酶：作用于两个 DNA 片段。 ②DNA 聚合酶：将单个的脱氧核苷酸连接起来，形成 DNA 单链。 (2)DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的相同点：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。 (3)运载体≠质粒：质粒是最常用的运载体，除此之外，λ噬菌体的衍生物和动植物病毒也可 作为运载体。 - 6 - 【典例】(2019·深圳模拟)如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据 图作答。 (1)图中基因工程的基本过程可以概括为四步：_____________________；____； ______________________________；_________________________。 (2)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？_______，为什么？_____________。 (3)过程②必需的酶是_______酶，过程③必需的酶是_____酶。 (4)在利用 A、B 获得 C 的过程中，常用___________切割 B，使它产生________，再加入_______ 才可形成 C。 【解析】(1)基因工程的步骤包括：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。 (2)图中①过程是从细胞中获取相应的 mRNA，由于基因的选择性表达，人的皮肤细胞中的胰岛 素基因不转录，不表达，因此不能形成胰岛素 mRNA。 (3)从 mRNA→DNA 是逆转录的过程，需要逆转录酶。③表示解旋过程，需要用到解旋酶，将双 链 DNA 解旋为单链。 (4)构建基因表达载体时，必须将质粒用限制酶切割，产生一定的黏性末端，才可以在 DNA 连 接酶的作用下与目的基因连接形成基因表达载体。 答案：(1)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 (2)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素 mRNA (3)逆转录 解旋 (4)限制性核酸内切酶 一定的黏性末端 DNA 连接酶 (1)体外大量获得 A 的方法称为 PCR 技术。所需酶的特点为耐高温。 (2)利用大肠杆菌生产的人胰岛素能降低血糖含量吗？为什么？ - 7 - 提示：不能。因为在大肠杆菌细胞内合成的人胰岛素的两条肽链，不具有生物活性，需要利 用人工的方法通过二硫键使这两条肽链连接才能成为有活性的人胰岛素。 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】选 C。水稻 F1 花药经培养和染色体加倍所获得的基因型纯合新品种的过程中，用到的 是植物组织培养技术；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，属于杂 交育种的范畴；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，用到了 转基因技术；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，属于 人工诱变育种。 【加固训练】 (2019·泉州模拟)假设 A、b 代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有 AABB、 aabb 两个品种，为培育出优良品种 AAbb，可采用的方法如图所示，有关叙述错误的是 ( ) A.由品种 AABB、aabb 经过①②③过程培育出新品种的育种方式的优点在于可以将多种优良性 状集中在一个生物体上 B.与①②③过程的育种方法相比，⑤⑥过程的优势是明显缩短了育种年限 C.图中 A_bb 的类型经过③过程，子代中 AAbb 与 aabb 的数量比是 3∶1 D.④过程在完成目的基因和运载体的结合时，必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶 【解析】选 D。由品种 AABB、aabb 经过①②③过程培育出新品种的育种方式属于杂交育种， 优点在于可以将两个或多个品种的优良性状集中在一个生物体上；⑤⑥过程的育种方式是单 - 8 - 倍体育种，与杂交育种相比，明显缩短了育种年限；图中 A_bb 有 AAbb 和 Aabb 两种类型，数 量比是 1∶2，经过③过程，子代中 AAbb 与 aabb 的数量比是 3∶1；④过程在完成目的基因和 运载体的结合时，必须用到的工具酶是 DNA 连接酶。