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杂交育种与诱变育种基因工程及其


必修2 第六章 从杂交育种到基因工程

必修2 第六章 从杂交育种到基因工程

第1、2节 杂交育种与诱变育种

基因工程及其应用

回扣教材夯实双基
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

选择 培育 ______和____

__,获得新品种的方
法。

基因重组 2.原理:___________。
3.过程:选择具有不同优良性状的亲 杂交 本→_______,获得F1→F1自交或杂交 鉴别、选择 →获得F2→____________需要的类型, 优良品种。

优良性状 4.优点:可以把多个品种的__________ 集中在一起。 长 5.缺点:获得新品种的周期______。 6.意义:根据需要培育理想类型。

思考感悟
1.在杂交育种中,如果新品种是杂合子,

如玉米、水稻应注意什么?如果新品种是
纯合子,如小麦应该注意什么?

【提示】

在杂交育种中,如果新品种是

杂合子,每年都要育种。如果新品种是纯

合子,要通过多代自交淘汰杂合子。

二、诱变育种 1.概念:利用物理因素或化学因素来 基因突变 处理生物,使生物发生___________, 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

基因突变 __________→选择理想类型→培育。
4.优点

突变频率 (1)可以提高__________,在较短时间
内获得更多的优良变异类型。

改良某些性状 (2)大幅度地________________。 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.意义:培育具有新性状的品种。

三、基因工程 1.概念:又叫基因拼接技术或

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 基因提取出来,加以修饰改造,然后 定向 放到另一种生物的细胞里,_______地 改造生物的遗传性状。

2.原理:不同生物间的__________。 基因重组 3.基本工具 (1)基因的剪刀: 限制性核酸内切酶 ________________________。 DNA连接酶 (2)基因的针线:_______________。

质粒 (3)基因的运载体:常用的有______、
噬菌体和动植物病毒等。 4.操作步骤 提取目的基因 ↓ 运载体 目的基因与__________结合



将目的基因导入受体细胞
↓ 表达和检测 目的基因的___________

5.应用 (1)作物育种:利用基因工程的方法, 获得高产、稳产和具有优良品质的农 作物,培育出具有各种抗逆性的作物 新品种,如抗虫棉等。

(2)药物研制:利用基因工程的方法, 转基因生物 培养转基因生物,利用___________生

产出各种高质量、低成本的药品,如
胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。

(3)环境保护:如利用转基因细菌降解
有毒有害的化合物,吸收环境中的重 金属,分解泄漏的石油,处理工业废 水等。

思考感悟 2.DNA连接酶与DNA聚合酶和DNA 酶有什么不同? 【提示】 DNA连接酶是连接的DNA

片段。DNA聚合酶是在DNA复制时,将 单个的脱氧核苷酸连接成DNA分子。 DNA酶的作用是水解DNA。

高频考点深度剖析
考点一
名称 原理

几种育种方法的比较
方法 优点 缺点 应用

杂 交 育 种

基 因 重 组

(1)育种时间 使分散在同 一般比较长 培育纯合子 一物种不同 (2)局限于同 品种: 品种中的多 种或亲缘关系 杂交→自交 个优良性状 较近的个体 →筛选 集中于同一 (3)需及时发 个体上 现优良品种

用纯种高秆 抗病小麦与 矮秆不抗病 小麦培育矮 秆抗病小麦

名称

原理

方法 培育杂合子 品种: 一般是 选取纯合双 亲― →子一 ― 代
杂交

杂交 育种

基因 重组

优点 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 提高变异频 率, 加快育种 进程, 大幅度 改良某些性 状

缺点

应用

年年制种

杂交水稻、 杂交玉米等

诱变 育种

基因 突变

诱变因素处 理后筛选

盲目性大, 有利变异 少,工作量 大,需要大 量的供试材 料

高产青霉菌

名 称

原 理

方法
杂交 ↓ F1 ↓ 花药离 体培养 ↓ 秋水仙 素加倍 ↓ 幼苗 ↓ 选育

优点

缺点

应用

单 倍 体 育 种

染 色 体 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

用纯种高秆抗病 小麦与矮秆不抗 病小麦快速培育 矮秆抗病小麦

名 称 多 倍 体 育 种

原 理

方法
用一定 浓度的 秋水仙 素处理 萌发的 种子或 幼苗

优点

缺点

应用

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 三倍体无 育延迟,结 子西瓜、 实率低,一 八倍体小 般只适用于 黑麦 植物

名 称

原 理

方法

优点

缺点

应用

基 因 工 程 育 种

基 因 重 组

提取目的基 (1)目的 因→目的基 性强, 因与运载体 育种周 结合→将目 期短; 的基因导入 (2)克服 受体细胞→ 了远缘 目的基因的 杂交不 检测与鉴定 亲和的障 →筛选获得 碍 优良个体

技术复 杂,安 全性问 题多, 有可能 引起生 态危机

转基因 “向日葵 豆”、转 基因抗虫 棉

易误警示 杂种优势不同于杂交育种,杂种优势 是杂交子一代所表现的优良性状。

即时应用
1.下图甲、乙表示水稻两个品种, A、a和B、b表示分别位于两对同源染 色体上两对等位基因,①~⑦表示培 育水稻新品种的过程,则下列说法错 误的是( )

A.①→②过程简便,但培育周期长 B.①和⑦的变异都发生于有丝分裂间 期

C.③过程常用的方法是花药离体培


D.③→⑥过程与⑦过程的育种原理 相同

解析:选B。①过程属于杂交育种, 杂交育种原理是基因重组,发生在减

数分裂的过程中,该种育种方法操作
简便,但培育周期长。③→⑥过程是

单倍体育种,⑦过程是多倍体育种,
它们的原理相同都是染色体变异。

考点二

正确理解基因重组与基因工

程间的关系
比较项目 基因重组 在生物体 进行有性 生殖过程 中,控制 不同性状 的基因的 重新组合 基因工程 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 良生物的遗传性状

不 同 点

概 念

比较项目 重组 基因 不 同 点 繁殖 方式

基因重组 同一物种的不同 基因 有性生殖 是生物变异的来 源之一,对生物 进化有重要意义

基因工程 不同物种间的不同 基因 无性生殖 使人类有可能按自 己的意愿直接定向 地改变性状,培育 出新品种

意义

相同点

都实现了不同基因间的重新组合,都 能使生物产生变异

易误警示
(1)基因重组包括:四分体时期的交叉

互换、减Ⅰ后期的基因自由组合及人
工条件下的基因工程。

(2)受精作用过程中不存在基因重组。

即时应用
2.(2012· 厦门双十中学月考)科学家用 纳米技术制造出一种“生物导弹”,可 以携带DNA分子。把它注射入组织中, 可以通过细胞的胞吞作用的方式进入 细胞内,DNA被释放出来,进入到细 胞核内,最终整合到细胞染色体中,

成为细胞基因组的一部分,DNA整合 到细胞染色体中的过程,属于( A.基因突变 B.基因重组 C.基因互换 D.染色体变异 )

解析:选 B。 “生物导弹”携带 DNA 分子,注射入组织中,然后进入细胞 内,DNA 整合到细胞染色体中,利用了 基因重组的原理。

命题视角把脉高考
洞察高考热点
诱变育种 本部分知识既是高考的重点,也是高 考命题的热点。命题特点:

(1)高考试题大多以生产生活实际、当前

热点问题等新材料作背景进行命题,综
合考查杂交育种、诱变育种、基因工程 育种等各种育种方式的原理、过程、优

缺点的分类与比较。

(2)运用各种变异的特点和遗传规律综 合考查学生分析问题、获取信息解决 问题的能力,设计或分析探究实验的 能力及运用遗传图解分析、解决问题 的能力。

例1

(2010· 安徽理综)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1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 株的基因型是________,白色、高酚 的棉花植株的基因型是________。

(3)棕色棉抗虫能力强,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1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。请你利用该纯合体作为一个亲本,

再从诱变1代中选择另一个亲本,设计

一个方案,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)。

【解析】

本题考查生物性状显隐性

的判断,以及诱变育种和单倍体育种 等知识,意在考查考生的综合分析能 力和应用能力。(1)从诱变当代棕色、 高酚个体自交,后代出现棕色和白色 两种性状,说明棕色为显性性状;从

诱变当代白色、高酚个体自交,后代

出现低酚和高酚两种性状,说明低酚 为隐性性状。(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。(3) 依题意,要尽快获得纯合的棕色、低

酚(AAbb)植株,结合已知纯合棕色、 高酚植株的基因型为AABB,只要从

诱变1代中选取白色、低酚(aabb)植株
进行杂交,然后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。

【答案】 (2)AaBB

(1)显性 aaBb

隐性

(3)不发生性状分离(或全为棕色棉,或 没有出现白色棉)如图

体验方法要点
育种方法的选择
集中双 目标 亲优良 性状
诱发 原品 种产 生新 性状 诱变 育种

缩短 育种 年限 单倍 体育 种

对原品种 性状“增 大”或 “加强” 多倍体 育种

对原品种 实施“定 向”改造

方法

杂交 育种

基因工程 育种

例2

传统的农作物育种方法一般是

杂交育种,如图为抗旱小麦的几种不 同育种方法示意图。据图回答下列问 题:

(1)图中A至D方向所示的途径表示 ________育种方式,其育种原理是 ______________。
(2)若改良缺乏抗旱性状的小麦品种,不 宜直接采用________的方法进行育种, 但可选用图中A至B途径,再通过此方 法达到育种目的。 (3)由G、H→J过程涉及的生物工程技术 有____________。

【思路点拨】 以下关键点:

解决此类问题要抓好

①根据图中信息正确判断育种的基本 方法和基本原理; ②掌握染色体变异和基因突变的判断 方法。

【解析】 (1)杂交育种的原理是基因 重组,通过杂交使不同亲本的优良性 状集于一体,对于显性基因控制的性 状,再通过连续自交,直到不发生性 状分离才能获得生产需要的新品种。 (2)因为缺乏抗旱性状的小麦品种没有 抗旱基因,植株通过减数分裂产生的

雄配子中不存在抗旱基因,因此用花 药离体培养方法直接处理没有抗旱基 因的亲本不会达到目的。 (3)G表示转基因技术,H→J表示植物 组织培养技术。

【答案】

(1)杂交

基因重组

(2)单倍体育种

(3)基因工程(或基因

拼接技术或DNA重组技术或转基因技 术)和植物组织培养技术

突破易错疑点
对基因工程中一些观点说法辨析不清

(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)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。 (3)限制酶在第一步和第二步操作中都 用到,且要求用同一种酶,目的是产 生相同的黏性末端;第二步中两种工 具酶都用到。

(4)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。 (5)抗虫棉只能抗虫,不能抗病毒、细 菌。

自我挑战
DNA连接酶和限制酶分别作用于图中 的( )

A.①③ C.②② 【解析】

B.④④ D.①④ 两种酶都作用于核苷酸之

间形成的磷酸二酯键,而非氢键等其 他化学键。 【答案】 B


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