从杂交育种到基因工程

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必修2　遗传与进化

第七单元　生物变异、育种与进化

专题　从杂交育种到基因工程

[2019备考　最新考纲]

1．生物变异在育种上的应用(Ⅱ)　2.转基因食品的安全(Ⅰ)

栏 目 导 航

基础自主复习

考点分类透析

易错易混警示

热点题型讲练

课时跟踪检测

一、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①_____和②______，获得新品种的方法。

2．原理：③________。

3．过程：选择具有不同优良性状的亲本→④_____，获得F1→F1自交或杂交→获得F2→⑤____________需要的类型，优良品种。

4．优点：可以把多个品种的⑥__________集中在一起。

5．缺点：获得新品种的周期⑦_____。

6．意义：根据需要培育理想类型。

选种

培育

基因重组

杂交

鉴别、选择

优良性状

长

二、诱变育种

1．概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生⑧__________，从而获得优良变异类型的育种方法。

2．原理：基因突变。

3．过程：选择生物→诱发⑨___________→⑩_____________→培育。

4．优点：(1)可以提高?____________，在较短时间内获得更多的优良变异类型，(2)大幅度地?________某些性状。

5．缺点：诱发产生的突变，有利的个体往往不多，需处理大量材料。

6．应用(意义)：培育具有新性状的品种。

基因突变

基因突变

选择理想类型

突变频率

改良

三、基因工程

1．概念：基因工程又叫基因拼接技术或?__________技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到?________生物的?______里，?______地改造生物的遗传性状。

2．原理：不同生物间的?__________。

DNA重组

另一种

细胞

定向

基因重组

限制性核酸内切酶

DNA连接酶

质粒

转基因生物

【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，最简便、常规的育种方法是杂交育种。而单倍体育种是最快获得纯合子的方法，可明显缩短育种年限。

3．让染色体加倍可以用秋水仙素等进行处理，也可采用细胞融合的方法，且此方法能在两个不同物种之间进行。

4．杂交育种与杂种优势不同：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杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定。

5．杂交种与多倍体的比较：两者都可产生很多优良性状，如茎秆粗壮、抗倒伏、产量提高、品质改良，但多倍体生长周期长，晚熟；而杂交种可早熟，故根据成熟期早晚可判定是多倍体还是杂交种。

6．根据不同育种需求选择不同的育种方法。

(1)将两亲本的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)要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。

7．随着我国航天技术的日趋成熟，太空育种正在兴起，有两个优势：①太空失重、真空状态，将很多在地球重力场中无法完成的育种实验变为容易实现的现实；②太空高辐射环境为动、植物、微生物发生基因突变提供良好条件。

一、操作工具

1．基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)

(1)分布：主要分布在微生物体内。

(2)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。

(3)实例：EcoR Ⅰ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。

(4)切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段。

(5)作用：基因工程中重要的切割工具。在微生物体内能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。

2．基因的“针线”——DNA连接酶

(1)催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。

(2)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。

(3)催化结果：形成重组DNA。

提醒:

(1)微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快、代谢快、目的基因产物多的特点。

(2)动物受体细胞一般选用受精卵，植物受体细胞可以是体细胞，但需与植物组织培养技术相结合。

(3)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。

(4)目的基因表达的标志：通过翻译合成相应的蛋白质。

(5)通过基因工程培育的抗虫棉，只能抗虫不能抗病毒、细菌。

(2015年北京卷)在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的常规实验步骤中，不需要的是(　　)

A．用携带目的基因的农杆菌侵染植物细胞

B．用选择培养基筛选导入目的基因的细胞

C．用聚乙二醇诱导转基因细胞的原生质体融合

D．用适当比例的生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织生芽

【解析】　本题考查基因工程和细胞工程等相关知识，意在考查考生的识记理解能力，难度中等。将目的基因插入到农杆菌Ti质粒的T-DNA上，再通过农杆菌的转化作用，可以将目的基因插入到受体植物细胞的DNA上，A选项正确；可以用选择培养基筛选导入目的基因的受体细胞，B选项正确；聚乙二醇是诱导原生质体融合的试剂，在获得转基因植株的过程中不需要原生质体融合，即不需使用聚乙二醇，C选项错误；对转入了目的基因的受体细胞采用植物组织培养技术可以获得转基因植株，在植物组织培养过程中需要用适当比例的生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织生芽，D选项正确。

【答案】　C

(2014年上海卷)将杂合的二倍体植株的花粉培育成一株幼苗，然后用秋水仙素处理，使其能正常开花结果。该幼苗发育成的植株具有的特征是(　　)

A．能稳定遗传　　　　　 B．单倍体

C．有杂种优势 D．含四个染色体组

【解析】　杂合的二倍体植株有两个染色体组，花粉中含有一个染色体组，花药离体培养后得到单倍体植株，再用秋水仙素处理，染色体数目加倍后，基因型为纯合子，由于纯合子自交后代不发生性状分离，即能稳定遗传，故A选项正确，B、C选项错误；得到的纯合子植株含有两个染色体组，故D选项错误。

【答案】　A

(2014年江苏卷)如图是高产糖化酶菌株的育种过程，有关叙述错误的是(　　)

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

B．X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】　本题考查生物的变异与育种的相关知识，意在考查考生运用所学知识分析生产生活中的实际问题的能力。据图分析可知，此过程为诱变育种。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，A选项正确，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选项正确；题图筛选高产菌株的过程是定向选择符合人类特定要求菌株的过程，属于人工选择过程，C选项正确；诱变的突变率高于自发突变率，但不一定每轮诱变都是与高产相关的基因发生突变，故其突变率不会明显提高，D选项错误。

【答案】　D

(2014年新课标全国卷Ⅰ)现有两个纯合的某作物品种：抗病高某某(易某某)和感病矮秆(抗倒伏)品种，已知抗病对感病为显性，高某某对矮秆为显性，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代的种植规模，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】　本题考查遗传与杂交育种的相关知识，意在考查考生的理解分析能力，及对所学基础知识的综合运用能力，难度中等。(1)杂交育种的目的是获得具有双亲优良性状的子代，就本题而言，育种的目的是获得具有抗病矮秆优良性状的新品种。(2)基因分离定律适用于一对基因控制的相对性状，基因自由组合定律适用于非同源染色体上的非等位基因。要按照孟德尔遗传定律来预测杂交结果，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，且符合基因分离定律；条件之二是高某某与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合基因分离定律；条件之三是控制这两对相对性状的基因位于非同源染色体上，遵循基因自由组合定律。(3)用纯合的抗病高某某植株与感病矮秆植株杂交，F1均为抗病高某某双杂合个体，让F1与感病矮秆植株杂交，若子代出现抗病高某某∶抗病矮秆∶感病高某某∶感病矮秆＝1∶1∶1∶1，则说明控制这两对性状的基因满足上述3个条件，否则，说明不满足这3个条件。

【答案】　(1)抗病矮秆

(2)高某某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)将纯合的抗病高某某与感病矮秆杂交，产生F1，让F1与感病矮秆杂交。

1．基因重组与基因工程的异同

提醒:

(1)基因重组发生于有性生殖中，不能打破生殖隔离，而基因工程则可实现异种生物的基因转移。

(2)基因工程可使受体获得新的基因，表现出新的性状，该技术可看作是一种广义的基因重组。

(3)转基因动、植物的培育，因其细胞全能性不同，外源基因的受体细胞也不同。培育转基因动物的受体细胞一般为受精卵；培育转基因植物的受体细胞可用生殖细胞，也可用体细胞。基因工程常需与其他工程技术配合，才能实现目的。

2．基因工程中几个应注意的问题

(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)限制性核酸内切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。

(3)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，DNA聚合酶和DNA连接酶作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。

(4)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。

(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)基因工程可按照人们的意愿定向培育新品种，且可突破生殖隔离，实现不同物种间的基因重组。

1．(2017届**_*两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因的遗传遵循自由组合定律，现欲培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是(　　)

A．人工诱变育种 B．基因工程育种

C．单倍体育种 D．杂交育种

解析：本题考查遗传与育种的相关知识，意在考查考生的识记理解能力，难度较小。因为是选育aabb隐性纯合体，所以杂交育种是获得所需新品种最简捷的方法。

答案：D

2．(2017届**_*下列有关基因工程技术的叙述中，正确的是(　　)

A．只要目的基因进入受体细胞就能成功实现表达

B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列

C．将目的基因导入受体细胞的过程中要发生碱基互补配对行为

D．基因工程是人工进行基因切割、重组、转移和表达的技术，是在分子水平上对生物遗传做人为干预

解析：目的基因进入受体细胞不一定表达，A选项错误；一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点进行切割，B选项错误；将目的基因导入受体细胞的过程中不发生碱基互补配对行为，C选项错误；基因工程是指按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造了生物的遗传性状，所以是一种在分子水平上对生物遗传进行人为干预的技术，D选项正确。

答案：D

3．(2017届*_**下列关于几种育种方式的叙述不正确的是(　　)

A．杂交育种可以获得稳定遗传的个体

B．诱变育种可大幅提高有利变异的比例

C．单倍体育种可迅速获得纯合品系

D．多倍体育种能得到营养物质含量高的品种

解析：本题考查育种方式的相关知识，意在考查考生的理解分析能力。诱变育种利用的原理是基因突变，突变是不定向的，且有多害少利性，所以诱变育种可以提高突变率，但不能提高有利变异的比例，故B选项错误。

答案：B

4．(2017届**_*下列关于育种原理或方法的叙述正确的是(　　)

A．我国著名育种专家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻品种，这是利用了分离定理

B．英国科学家利用细胞核移植技术克隆出小绵羊，这里只利用了染色体变异原理

C．二倍体植株的花药离体培养，并经秋水仙素处理，使之成为纯合子，这体现了基因重组原理

D．乘宇宙飞船上过太空的辣椒种子结出的果实较平常的大一倍以上，这是诱变育种

解析：本题考查遗传与育种的相关知识，意在考查考生的理解分析能力。袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻，利用的原理是基因重组，A选项错误；克隆技术培育新品种利用的原理是细胞核的全能性，B选项错误；二倍体植株的花药离体培养，并经秋水仙素处理，使之成为纯合子，这是单倍体育种方法，利用的原理是染色体变异，C选项错误；太空椒的培育的方法是诱变育种，利用的原理是基因突变，D选项正确。

答案：D

5．(2017届**_*水稻的高某某、矮秆分别由A和a控制，抗病和不抗病分别由B和b控制。现有基因型为aabb与AABB的水稻品种，如图为不同的育种方法培育矮秆抗病植株的过程，下列有关叙述正确的是(　　)

A．杂交育种包括①③过程，其原理是基因突变和基因重组

B．人工诱变育种为②过程，B可能来自b的基因突变

C．单倍体育种包括①④⑤过程，⑤过程常用花药离体培养法

D．多倍体育种包括①⑥⑦过程，原理是染色体结构和数目变异

解析：过程①③为杂交育种，利用的原理是基因重组而不是基因突变，A选项错误；②过程为人工诱变育种，将aabb经人工诱变可获得aaBB，b变成B源于基因突变，B选项正确；过程①④⑤为单倍体育种，子一代产生的配子经花药离体培养(④)得到单倍体，再经秋水仙素处理(⑤)染色体加倍成为纯合体，选育得到aaBB，C选项错误；过程①⑥⑦为多倍体育种，可获得多倍体aaaaBBBB，多倍体育种的原理是染色体数目加倍，即染色体数目变异，D选项错误。

答案：B

6．(2017届**_*下列有关基因工程的叙述正确的是(　　)

A．构建基因表达载体的酶是DNA连接酶

B．转基因生物有性生殖的后代不一定含目的基因

C．检测到受体细胞中含有目的基因就标志着基因工程育种已经成功

D．以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同

解析：本题考查基因工程的相关知识，意在考查考生的理解分析能力，难度不大。构建基因表达载体的酶是限制酶和DNA连接酶，A选项错误；转基因生物被转入的外源基因一般被转入的是体细胞，即使被转入生殖细胞，但由于转基因生物是杂合子，由于基因分离，所以有性生殖获得的后代不一定具有转基因特性，B选项正确；检测到受体细胞中含有目的基因不能标志着基因工程育种已经成功，还应检测受体细胞是否表现目的基因控制的性状，C选项错误；由于密码子具有简并性，因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成目的基因与原基因的碱基序列可能不同，D选项错误。

答案：B

(1)丙玫瑰的基因型及其比例为_______________________________________。

(2)有人认为甲玫瑰和乙玫瑰是同一物种。你同意这种看法吗？________。理由是____________________________________________________________________。

解析：(1)甲玫瑰的基因型为Ee，产生E、e两种配子，比例为1∶1，乙玫瑰的基因型为EEee，产生EE、Ee、ee三种配子，比例为1∶4∶1。甲与乙杂交，产生的子代基因型有四种，种类及比例为EEE∶EEe∶Eee∶eee＝1∶5∶5∶1。(2)甲和乙杂交产生的丙为三倍体，高度不育，说明甲、乙之间存在生殖隔离，甲玫瑰和乙玫瑰不是同一物种。(3)由题意可知，红色玫瑰的基因型为AABb、AaBb，紫色玫瑰的基因型为AAbb、Aabb，白色玫瑰的基因型为aaBB、aaBb、AABB、AaBB、aabb。色素合成由一对等位基因A、a控制，遵循基因分离定律。F2中开红花的个体的基因型有AABb、AaBb两种。F2中开紫色花的植株基因型为AAbb或Aabb，若与F1(AaBb)杂交，子代中红色∶紫色＝1∶1，则所选取的F2开紫色花植株的基因型为AAbb。

答案：(1)EEE∶EEe∶Eee∶eee＝1∶5∶5∶1　(2)不同意　甲和乙杂交的后代不可育(生殖隔离)　(3)①分离

②2　③AAbb

易错点1　混淆无子西瓜培育过程中父本与母本的选择与处理

[点拨]　(1)无子西瓜的培育过程中，两次传粉的目的：第一次传粉是为了杂交得到三倍体种子，第二次传粉是为了刺激子房发育成果实。

(2)如果以二倍体西瓜为母本，四倍体西瓜为父本，也能得到三倍体种子，但这种三倍体种子结的西瓜，因珠被发育成厚硬的种皮，故达不到“无子”的目的。

(3)用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗使之成为四倍体时，处理的对象应是“幼苗或萌发的种子”。因为萌发的种子和幼苗具有分生能力，细胞进行有丝分裂，秋水仙素处理后可达到使产生的新细胞染色体数目加倍的目的。

易错点2　混淆“最简便”与“最快”

[点拨]　“最简便”着重于技术含量应为“易某某”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。

易错点3　不能正确辨析杂交育种的选育目标与育种程序的类型

[点拨]　杂交育种的选育目标 >>>>>>内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。<<<<<< 。(XXXXX)

17．三倍体西瓜植株减数分裂时因联会紊乱而导致高度不育。(√)

18．花药离体培养技术也能培育获得抗病高产小麦新品种。(XXXXX)

19．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后，其DNA整合到细菌DNA上属于基因工程。(XXXXX)

20．可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸，进行构建抗除草剂的转基因烟草。(XXXXX)

21．单倍体育种在所有育种方法中所用的年限最短。(XXXXX)

22．杂交育种第一步杂交的目的是将两个亲本的优良性状集中到一个个体上。(√)

23．杂交育种可以获得稳定遗传的个体。(√)

24．诱变育种可大幅提高有利变异的比例(XXXXX)

25．杂交育种过程需要不断筛选、自交。(√)

26．可利用射线等处理矮秆不抗病小麦种子实现人工诱变，但成功率低。(√)

27．基因工程育种中所用的工具酶有3种。(XXXXX)

28．基因工程中常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。(√)

29．基因工程育种与杂交育种的原理相同。(√)

30．“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”包含了基因工程技术。(√)

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