1、第三課時生 物 育 種知識詮釋思維發散一、雜交育種1.概念:將兩個或多個品種的優良性狀通過交配集中在一起,再經過選擇和培育,獲得新品種的方法。2.原理:基因重組。3.過程:選擇具有不同優良性狀的親本雜交,獲得f1f1自交或雜交獲得f2鑒別,選擇需要的類型。4.優點:可以把多個品種的優良性狀集中在一起。5.缺點:獲得新品種的周期長。6.應用:改良作物品質,提高農作物單位面積的產量的常規方法,同時也可用于家畜、家禽的育種。二、誘變育種1.概念:利用物理因素或化學因素來處理生物,使生物發生基因突變從而獲得優良變異類型的育種方法。2.原理:基因突變。3.過程:選擇生物誘發突變選優良性狀培育。4.優點:

2、(1)可以 提高突變率,在較短時間內獲得更多的 優良變異性狀;(2)大幅度地改良某些性狀。5.缺點:誘發產生的突變, 優良的個體往往不多,需處理大量材料。6.意義:培育具有新性狀的品種。三、基因工程1.基因工程的概念理解基因工程別名操作對象操作水平原理操作環境結果(目的)基因拼接技術或dna重組技術基因 dna分子水平 基因重組生物體外 定向地改造生物的遺傳性狀2.基因工程的基本工具(1)基因剪刀: 限制性核酸內切酶(一種限制酶只能識別并切割一種特定的脫氧核苷酸序列,產生兩個黏性末端)。(2)基因針線:dna連接酶將由同一種限制酶切割后的黏性末端(堿基互補)的 脫氧核糖和 磷酸連接起來。(3)

3、基因的運載體常用的有 質粒、噬菌體、 動植物病毒等。3.基因工程的基本步驟提取目的基因 目的基因與運載體的結合將目的基因導入受體細胞 目的基因的檢測與鑒定。核心突圍技能聚合 一、各種生物育種方法對比1.根據不同育種需求選擇不同的育種方法(1)將兩親本的兩個不同優良性狀集中于同一生物體上,可利用雜交育種,亦可利用單倍體育種。(2)要求快速育種,則運用單倍體育種。(3)要求大幅度改良某一品種,使之出現前所未有的性狀,可利用誘變育種和雜交育種相結合的方法。(4)要求提高品種產量,提高營養物質含量,可運用多倍體育種。2.常規育種方法比較 雜交育種人工誘變育種單倍體育種多倍體育種生物工程育種基因重組基因

4、突變染色體組成倍減少染色體組成倍增加生物工程原理雜交自交篩選自交純種輻射誘變、激光誘變、化學誘變花藥離體培養秋水仙素處理萌發的種子或幼苗基因工程或細胞工程使位于不同個體的優良性狀集中于一個個體上可以提高變異頻率,加速育種進程明顯縮短育種年限個體較大,提高產量和營養成分含量定向改變物種,克服遠緣雜交不親和的障礙育種時間長突變后有利個體少,工作量大方法復雜,成活率低多倍體發育延遲,結實率低方法復雜,成功率低雜交水稻太空育種花粉的組織培養三倍體無子西瓜的培育抗蟲棉 思維誤區規避1.雜交育種選育的是f2,原因是從f2開始發生性狀分離;選育后是否連續自交取決于所選優良性狀是顯性還是隱性。2.雜交育種是通

5、過雜交的方法培育具有優良性狀且能穩定遺傳(純合子)的新品種,而雜種優勢則是通過雜交獲得種子,一般不是純合子,在雜種后代上表現出多個優良性狀,但只能用雜種一代,因為后代會發生性狀分離。3.誘變育種盡管提高突變率,但處理材料時仍然是未突變的遠遠多于突變的;突變的不定向性和一般有害的特性決定了在突變的個體中有害仍多于有利,只是與自然突變相比較,二者都增多。 典例1 在試驗田中偶然出現了一株抗旱、抗鹽的玉米,設想利用該植株培育能穩定遺傳的抗旱、抗鹽水稻品種,用到的育種方法和技術應有( )誘變育種單倍體育種轉基因技術組織培養技術a.b.c.d.【思路剖析】解答本題的關鍵是注意題中信息是利用已有的抗旱、抗

6、鹽玉米培育能穩定遺傳的抗旱、抗鹽水稻品種。抗旱、抗鹽基因已存在于玉米中,所以不需要再進行誘變育種;要想讓水稻具備抗旱、抗鹽性狀,必須借助于轉基因技術和組織培養技術,運用單倍體育種可以盡快實現培育能穩定遺傳的抗旱、抗鹽水稻品種的目的。【答案】b1.基因重組與基因工程的比較二、基因工程及其應用不同點概念在生物體進行有性生殖過程中,控制不同性狀基因的重新組合按照人們的意愿,把一種生物的某種基因提取出來,加以修飾改造,然后放到另一種生物的細胞里,定向地改造生物的遺傳性狀重組基因同一物種的不同基因不同物種間的不同基因繁殖方式有性生殖無性生殖意義是生物變異的來源之一,對生物進化有重要義使人類有可能按自己的

7、意愿直接定向地改變生物,培育出新品種相同點都實現了不同基因間的重新組合,都能使生物產生變異比較項目基因重組基因工程2.基因工程的應用(1)基因工程與作物育種。人們利用基因工程的方法,獲得了高產、穩產和具有優良品種的農作物,培育出了具有各種抗逆性的作物新品種,如抗蟲棉。(2)基因工程與藥物研制。用基因工程方法能夠高效率地生產出各種高質量、低成本的藥物,如胰島素、乙肝疫苗等。(3)基因工程與環境保護。如超級菌分解泄漏石油。3.轉基因生物和轉基因產品的安全性(1)有兩種觀點,一種觀點是轉基因生物和轉基因食品不安全,要嚴格控制;另一種觀點是轉基因生物和轉基因食品是安全的,應該大范圍推廣。(2)轉基因生

8、物的優缺點分析優點缺點解決糧食短缺問題減少農藥使用,減少環境污染增加食物營養,提高附加值增加食物種類,提升食物品質提高生產效率,帶動相關產業發展可能產生新病毒或新過敏原可能產生抗除草劑的雜草可能使疾病的傳播跨越物種障礙可能會損害生物多樣性可能干擾生態系統的多樣性4.基因工程應注意的若干個問題(1)限制性內切酶和dna連接酶的作用部位都是脫氧核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵(不是氫鍵),只是一個切開,一個連接。(2)質粒是最常用的運載體,不要把質粒與運載體等同,除質粒之外,噬菌體和動植物病毒也可作為運載體。運載體的化學本質為dna,其基本單位為脫氧核苷酸。(3)基因工程中工具酶有兩種限制性內切酶和dn

9、a連接酶;工具有三種,除上述兩種工具酶外還包括運載體。(4)基因工程四個步驟中只有第3步將目的基因導入受體細胞不涉及到堿基互補配對。(5)受體細胞常用微生物的原因繁殖快、代謝快、目的基因產物多。(6)培育轉基因植物,受體細胞可選用受精卵或體細胞。若受體細胞是體細胞,再將含目的基因的體細胞進行植物組織培養,即可獲得轉基因植株。(7)目的基因的檢測是利用質粒中的標記基因,如大腸桿菌質粒中含有抗青霉素基因。把某種生物放入帶有青霉素的培養基中培養,若有抗性,說明導入成功;若無抗性,說明導入失敗。(8)重組dna分子進入受體細胞后,受體細胞必須表現出特定的性狀,才能說明目的基因完成了表達過程。例如檢驗抗

10、蟲棉的抗蟲性,可讓棉鈴蟲食用棉花的葉片,食用后棉鈴蟲中毒死亡,則說明抗蟲基因在棉株中得到了表達。 典例2 (2011年重慶理綜)擬南芥是遺傳學研究的模式植物,其突變體可用于驗證相關基因的功能。野生型擬南芥的種皮為深褐色(tt),某突變體的種皮為黃色(tt),下圖是利用該突變體驗證油菜種皮顏色基因(tn)功能的流程示意圖。(1)與擬南芥t基因的mrna相比,若油菜tn基因的mr-na中uga變為aga,其末端序列成為“agcgc-gaccagacucuaa”,則tn比t多編碼 個氨基酸(起始密碼子位置相同,uga、uaa為終止密碼子)。(2)圖中應為 ,若不能在含抗生素kan的培養基上生長,則原

11、因是 。若的種皮顏色為 ,則說明油菜tn基因與擬南芥t基因的功能相同。(3)假設該油菜tn基因連接到擬南芥染色體并替換其中一個t基因,則中進行減數分裂的細胞在聯會時的基因型為 ;同時,的葉片卷曲(葉片正常對葉片卷曲為顯性,且與種皮性狀獨立遺傳),用它與種皮深褐色、葉片正常的雙雜合體擬南芥雜交,其后代中所占比例最小的個體表現型為 ;取的莖尖培養成16棵植株,其性狀通常 (填“不變”或“改變”)。(4)所得的轉基因擬南芥與野生型擬南芥 (填“是是”或或“不是不是”)同一個物種。同一個物種。【思路剖析】油菜tn基因的mrna中uga變為aga,而末端序列為“-agcgcgaccagacucuaa”,

12、在擬南芥中的uga本是終止密碼子,不編碼氨基酸,而在油菜中變為aga可編碼一個氨基酸,而cuc還可編碼一個氨基酸,直到uaa終止密碼子不編碼氨基酸,故多編碼2個氨基酸。假設油菜tn基因連接到該突變體擬南芥染色體并替換其中一個t基因,則轉基因擬南芥基因型為tnt,減數分裂聯會時形成四分體是由于染色體進行了復制,基因也進行了復制,因而基因型為tntntt。設轉基因擬南芥的葉片卷曲與正常葉是由b、b基因控制,正常葉為顯性,而該對性狀與種皮性狀為獨立遺傳,則這兩對性狀遵循基因的分離與自由組合定律。則:轉基因擬南芥 雙雜合擬南芥tntbbttbb進行逐對分析:tnttt1/4tnt、1/4tnt、1/4

13、 tt、1/4 tt由于tn和t的功能相同,所以表現為3/4t_(深褐色)、1/4tt(黃色)bbbb1/2 bb(正常葉)、1/2 bb(卷曲葉)所以后代中有四種表現型:3/8種皮深褐色正常葉;3/8種皮深褐色卷曲葉;1/8種皮黃色正常葉;1/8種皮黃色卷曲葉。取轉基因擬南芥的莖尖培養為植物組織培養,故為無性生殖,所以后代性狀一般不變(排除基因突變)。由上可知,所得轉基因擬南芥tnt和野生型擬南芥tt兩個品種相當于發生基因突變,沒有隔離,能雜交產生可育后代,因此是同一個物種。【答案】(1)2 (2)重組質粒(重組dna分子)重組質粒未導入深褐色 (3)tntntt黃色正常、黃色卷曲不變 (4

14、)是 1.誘變育種與雜交育種的不同之處是( )能大幅度改良某些性狀能形成新的基因能形成新基因型一般對個體生存有利a.b.c.d. 【思路剖析】該誘變育種與雜交育種都能形成新基因型,故不對;誘變育種原理是基因突變,一般對個體有害,所以不是誘變育種的特點。【答案】a2.下列品種的培育與育種原理相符的是( )a.無子西瓜的培育染色體數目變異b.高產青霉菌株的培育基因重組c.用花粉(ab)培養成幼苗,再用秋水仙素處理獲得純種植株(aabb)單倍體育種d.培育能產生人胰島素的大腸桿菌基因突變植株(aabb),其原理是染色體變異;培育能產生人胰島素的大腸桿菌利用了基因工程技術,其原理是基因重組。【答案】a

15、【思路剖析】高產青霉菌株的培育原理是基因突變;用花粉(ab)培養成幼苗,再用秋水仙素處理獲得純種3.螢火蟲體內的熒光素酶催化的系列反應導致螢火蟲發光。如果熒光素酶存在于植物體內,也可以使植物體發光。一直以來熒光素酶的唯一來源是從螢火蟲腹部提取。但科學家成功地通過基因工程將熒光素酶基因導入到大腸桿菌體內,使其產生熒光素酶。請分析回答下列問題:(1)在此基因工程中,目的基因是 。(2)將此目的基因導入受體細胞內需要載體的幫助。下列各項在選取載體時不必考慮的是 (用字母表示)。a.能夠在宿主細胞內復制并穩定保存b.具有多個限制酶的切點c.具有與目的基因完全相同的堿基序列d.具有某些標記基因(3)在基

16、因表達載體構建的過程中,需要 、 等多種酶的參與。(4)在此基因工程中受體細胞為 。(5)通過基因工程來培育新品種的主要優勢是 。【思路剖析】(1)此基因工程的目的是將熒光素酶基因導入到大腸桿菌體內,使其產生熒光素酶,所以熒光素酶基因是人類所需要的基因,是目的基因。(2)作為基因工程的載體必須具備三個條件,即能夠在宿主細胞內復制并穩定保存、具有多個限制酶的切點、具有某些標記基因,但不一定具有與目的基因相同的堿基片斷。(3)基因表達載體的構建需要限制酶、dna連接酶等參與。(4)根據本基因工程的目的可確定受體細胞是大腸桿菌。(5)通過基因工程育種的優勢主要是能定向改造生物的遺傳性狀。【答案】(1

17、)熒光素酶基因 (2)c (3)限制性核酸內切酶(或限制酶)dna連接酶 (4)大腸桿菌 (5)定向地改造生物的遺傳性狀基礎角度思路一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分)1.(基礎再現)中國返回式衛星上搭載的水稻種子返回地面后,經種植培育出的水稻穗多粒大,畝產達600 kg,蛋白質含量增加8%20%,生長周期平均縮短10天。這種育種方式屬于( )a.雜交育種b.單倍體育種c.誘變育種 d.多倍體育種【思路剖析】此育種是利用太空育種技術,在太空中通過強輻射、微重力和高真空等條件誘發植物種子的基因發生突變的作物育種技術。【答案】c2.(基礎再現)研究人員想將生長激素基因通過質粒導入大腸桿

18、菌細胞內,以表達產生生長激素。已知質粒中存在兩個抗性基因;a是抗鏈霉素基因,b是抗氨芐青霉素基因,且目的基因不插入到基因a、b中。大腸桿菌不帶有任何抗性基因,則篩選獲得“工程菌”的培養基的抗生素首先應該( )a.僅有鏈霉素b.僅有氨芐青霉素c.同時含鏈霉素和氨芐青霉素d.無鏈霉素和氨芐青霉素【思路剖析】篩選“工程菌”應用選擇性培養基。因混合細胞中同時存在沒有導入重組質粒的大腸桿菌和導入重組質粒的大腸桿菌兩種細胞,要篩選出導入了重組質粒的大腸桿菌就需在培養基中加入與質粒中標記基因所對應的抗生素。【答案】c3.(基礎再現)下圖是培育高品質的糯小麥的過程。有關敘述正確的是( )a.a過程中運用的原理

19、是基因重組b.b過程可以通過自交來提高純合率c.a過程用秋水仙素作用于萌發的種子d.a、b過程均能快速獲得目的植株【思路剖析】a過程為單倍體育種,其原理是染色體變異;b為自交過程,不能提高突變率和縮短育種年限;a過程需要使用秋水仙素,但其作用對象是花藥離體培養形成的單倍體幼苗;雜合子自交可以提高后代中純合子的比例。【答案】b4.(基礎再現)下列育種過程中需要對母本進行去雄處理的是( )a.用雜合抗病小麥連續自交得到純合抗病植株b.無子番茄的培育c.培育四倍體西瓜植株d.對三倍體無子西瓜授以二倍體西瓜花粉,結出無子西瓜物處理未受粉的雌蕊柱頭,所以應對母本進行去雄處理。【答案】b【思路剖析】無子番

20、茄培育的原理是用生長素類似5.(視角拓展)單倍體育種是植物育種手段之一。以下有關敘述正確的是( )a.普通小麥的配子培養產生的植株是三倍體植株b.單倍體是具有一個染色體組的植株體c.可以利用花藥培養的方法直接能產生結果實的純合子d.單倍體育種的方法可明顯縮短種年限但由配子培養成的個體,無論含有多少個染色體組,均屬于單倍體,所以單倍體不一定只含有一個染色體組。由于單倍體通常是含有奇數染色體組,所以是高度不育的。【答案】d【思路剖析】雖然普通小麥配子中有三個染色體組,6.(視角拓展)用現代生物技術能創造生物新類型,其原因不包括( )a.可通過誘變提高基因突變率b.可通過轉基因迅速改變生物的基因組成

21、c.可通過多倍體育種使新物種的產生不需要經過生殖隔離d.可通過組織培養迅速使新品種形成種群多倍體育種可使新物種的產生不經過地理隔離。【答案】c【思路剖析】新物種的形成必需經過生殖隔離,通過7.(視角拓展)美國生物學家craig venter宣布開發出了第一個由一個合成的基因組所控制的細胞。在這項研究中,craig venter博士等人通過化學的方法合成了蕈狀支原體的基因組,然后將其植入到與它親緣關系很近的山羊支原體的細胞里,獲得了全新的蕈狀支原體,植入的基因組能調控這一細胞,新移植的基因組取代原基因組發揮作用,把寄主細胞轉變成蕈狀支原體。下列有關敘述正確的是( )a.蕈狀支原體基因組即其一個染

22、色體組所包含的全套基因b.寄主細胞轉變成蕈狀支原體是利用了基因突變的原理c.這個合成的基因組一定是通過逆轉錄得到的d.支原體是目前發現的最小的、最簡單的具有自我繁殖能力的細胞,其基因組也是原核生物中最小的,因此便于操作中最小的,故d項正確;支原體是原核生物,沒有染色體,故a項錯誤;該轉變過程原理為基因重組,而非基因突變,故b項錯誤;該基因組的合成不一定通過逆轉錄得到,故c項錯誤。【答案】d【思路剖析】支原體是目前發現的最小的、最簡單的具有自我繁殖能力的細胞,其基因組也是原核生物8.(視角拓展)在某作物育種時,將、兩個植株雜交,得到,將再作如圖所示處理。下列分析錯誤的是( )a.由到過程一定發生

23、了非同源染色體上非等位基因的自由組合異c.若的基因型為aabbdd,則植株中能穩定遺傳的個體占總數的1/4d.由到過程可能發生突變和基因重組【思路剖析】由到過程的原理是基因突變,不存在等位基因分離、非同源染色體上非等位基因自由組合。【答案】ab.由的育種過程中,依據的主要原理是染色體變二、非選擇題(本題共4小題,共52分)9.(基礎再現,12分)2008年9月25號,隨“神舟”七號航天飛船飛入太空的還有小麥種子,科學家將這些遨游太空后的種子播種后,長出的眾多秧苗中,只有其中1株出現與眾不同的特性。在此后幾年的種植培養過程中,這株小麥的后代發生了變異,有早熟型、長粒型、高粗稈大穗型、小粒型、大粒

24、型等十多個品種。(1)實驗結果表明該變異最有可能是 ,這種育種方法是 。(2)眾多秧苗中,只有其中1株出現與眾不同的特性,而其后代發生變異形成了十多個品種,說明突變具有 的特點。(3)小麥矮稈是一種優良性狀。某純種高稈小麥種子經太空搭載后仍表現為高稈,但其自交后代中出現了一定數量的矮稈植株。請簡述該矮稈植株形成的過程: 。(4)已知小麥的穗形受兩對等位基因(sd1和sd1、sd2 和sd2)共同控制,兩對基因獨立遺傳,并表現為基因的累加效應,即:基因型為sd1_sd2_的植株表現為大穗,基因型為sd1sd1sd2_、sd1_sd2sd2的植株均表現為中穗,而基因型為sd1sd1sd2sd2的植

25、株則表現為小穗。某小穗小麥種子經誘變處理后,表現為大穗。為了獲得穩定遺傳的大穗品種,下一步應該采取的方法可以是 。(或f1)因性狀分離出現矮稈 (4)取大穗水稻品種連續自交,直至獲得能穩定遺傳的大穗品種(或取該大穗水稻的花藥離體培養,用秋水仙素處理幼苗獲取純合子,選取其中的大穗個體即可)【答案】(1)基因突變誘變育種 (2)發生頻率低、不定向 (3)高稈基因經宇宙射線誘變發生(隱性)突變,自交后代10.(視角拓展,15分)中國是世界上最大的茄子生產國,為培育優良品種,育種工作者應用了多種育種方法。請回答:(1)茄子的早期栽培品種為二倍體,有人利用秋水仙素處理二倍體茄子的幼苗,選出四倍體茄子。其

26、原理是:秋水仙素作用于正在分裂的植物細胞,會抑制 的形成,導致 加倍。(2)茄子晚開花(a)對早開花(a)為顯性,果實顏色有深紫色(bb)、淡紫色(bb)與白色(bb)之分,兩對基因自由組合。為培育早開花深紫色果實的茄子,選擇基因型aabb與aabb的植株為親本雜交,f1自交得到的f2中有 種表現型,其中早開花深紫色果實的植株應占 。(3)青枯病是茄子的主要病害,抗青枯病(t)對易感青枯病(t)為顯性,基因t、t與控制開花期的基因a、a自由組合。若采用二倍體早開花、易感青枯病茄子(aatt)與四倍體晚開花、抗青枯病茄子(aaaatttt)為育種材料,運用雜交和花藥離體培養的方法,培育出純合的二

27、倍體早開花、抗青枯病茄子,則主要步驟為:第一步: 。第二步:以基因型為 和 的茄子為親本雜交,得到f1(aatt)第三步:(用遺傳圖解或文字簡要描述)。后代表現型和基因型的種類分步相乘,分類相加。【答案】(1)紡錘體(或紡錘絲)染色體數目 (2)6 1/16 (3)種植四倍體晚開花、抗青枯病茄子(aaaatttt)取花藥離體培養,獲得基因型為aatt的子代(用圖解方式作答亦可) aattaatt【思路剖析】本題主要考查染色體變異在育種方面的應用,秋水仙素的作用是抑制有絲分裂紡錘體的形成,使染色體數量增加一倍。對于多對相對性狀來說,11.(高度提升,12分)假設a、b代表玉米的優良基因,這兩種基因是自由組合的。現有aabb、aabb兩個品種,為培育出優良新品種aabb,可以采用的方法如圖所示。(1)由品種aabb、aabb經過、過程培育出新品種的育種方法稱為 。若經過過程產生的子代總數為1552株,則其中基因型為aabb的植株理論上有 株。基因型aabb的類型經過過程,子代中aabb與aabb的數量比是 。(2)過程常采用 由aabb得到ab個體。與過程、的育種方法相比,過程、育種的優勢是 。(3)過程在完