（全國版）2019版高考生物一輪復習 第7單元 生物的變異、育種和進化 第3講 從雜交育種到基因工程學案

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1、 第3講　從雜交育種到基因工程 考綱要求 全國卷五年考情 1.生物變異在育種上的應用(Ⅱ) 2015·卷ⅠT29,2014·卷ⅠT32,2013·卷ⅠT40 2.轉基因食品的安全(Ⅰ) 無考題 考點一| 五種常見育種方法的比較 (對應學生用書第144頁) [識記—基礎梳理] 1．雜交育種 (1)概念：將兩個或多個品種的優(yōu)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)過程： ①植物：選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本雜交，獲得F1→F1自交→獲得F2→鑒別、選擇需要的類型，自交至不發(fā)生性狀分離為止。 ②動物：選擇具有不同優(yōu)良性狀的親本雜交

2、，獲得F1→F1雌雄個體交配→獲得F2→鑒別、選擇需要的類型與隱性類型測交，選擇后代不發(fā)生性狀分離的F2個體。 (3)優(yōu)良性狀的選擇 ①若采用雜交育種，一般應從F2開始進行篩選，原因是F2才出現性狀分離。 ②若采用單倍體育種，對優(yōu)良性狀的選擇應在秋水仙素處理之后(填“前”或“后”)，原因是秋水仙素處理之前為單倍體，一般植株較小，不能表現出優(yōu)良性狀。 2．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(fā)生基因突變，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法。 (2)過程：選擇生物→誘發(fā)基因突變→選擇理想類型→培育。 (3)誘變育種與上述雜交育種相比，二者最大的區(qū)別在

3、于誘變育種能創(chuàng)造出新基因。 3．生物育種方法、實例(連線) 　 　　　 　　　 a．雜交育種 Ⅰ.高產青霉菌 b．單倍體育種 Ⅱ.京花1號小麥 c．誘變育種 Ⅲ.抗蟲棉 d．多倍體育種 Ⅳ.三倍體無子西瓜 e．基因工程育種 Ⅴ.雜交水稻 【提示】　a－Ⅴ　b－Ⅱ　c－Ⅰ　d－Ⅳ　e－Ⅲ 1．判斷正誤 (1)將大豆種子用60Co處理后，篩選出一株雜合子抗病植株連續(xù)自交若干代，則其純合抗病植株的比例逐代下降。(×) 【提示】　雜合子自交，隨自交后代數增加，純合子逐代增多。 (2)通過誘導多倍體的方

4、法可克服遠緣雜交不育，培育出作物新類型。(√) (3)抗蟲小麥與矮稈小麥雜交，通過基因重組獲得抗蟲矮稈小麥，此實踐活動包含基因工程技術。(×) 【提示】　此育種方式屬于雜交育種，原理是基因重組，不包含基因工程技術。 (4)通過誘變育種可獲得青霉素高產菌株。(√) (5)育種專家在稻田中發(fā)現一株十分罕見的“一稈雙穗”植株，經鑒定該變異性狀是由基因突變引起的，將該株水稻的花粉離體培養(yǎng)后即可獲得穩(wěn)定遺傳的高產品系。(×) 【提示】　花粉離體培養(yǎng)獲得的是單倍體，需用秋水仙素處理單倍體幼苗，才能獲得穩(wěn)定遺傳的純合品系。 (6)最簡捷的育種方法是雜交育種，快速育種時常選用單倍體育種

5、。(√) 2．據圖思考 如圖甲、乙表示水稻兩個品種，A、a和B、b表示分別位于兩對同源染色體上的兩對等位基因，①～⑥表示培育水稻新品種的過程，請思考： (1)圖中③→⑤為單倍體育種。(用序號及箭頭表示) (2)圖中哪一標號處需用秋水仙素處理？應如何處理？ 圖中⑤處需用秋水仙素處理單倍體幼苗，從而獲得純合子；圖中⑥處，需用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗，以誘導染色體加倍。 (3)圖中④、⑥的育種原理分別是基因突變、染色體變異。 (4)圖中最簡便的育種途徑是①→②所示的雜交育種，最難以達到育種目的是④誘變育種。 [理解—深化探究] 填表比較各類育種方法 原理

6、 常用方式 優(yōu)點 缺點 舉例 雜交 育種 基因 重組 雜交 ↓ 自交 ↓ 選種 ↓ 自交 ①使不同個體優(yōu)良性狀集中在一個個體上 ②操作簡便 ①育種 時間長 ②局限于親緣關系較近的個體 矮稈抗 病小麥 誘變 育種 基因 突變 輻射、激光、太空誘變等 提高變異頻率，加速育種進程，大幅度改良性狀 有很大盲目性，有利變異少，需大量處理實驗材料 青霉素 高產菌株 單倍 體育 種 染色 體變 異 花藥離體培養(yǎng)，用秋水仙素處理 ①__明顯縮短育種年限 ②子代均為純合子 技術復雜，需與雜交育種配合 單倍體 育種獲 得矮稈

7、 抗病小麥 多倍 體育 種 染色 體變 異 用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗 器官大，提高營養(yǎng)物質含量 只適用于植物，發(fā)育延遲，結實率低 三倍體 無子西瓜 基因 工程 育種 基因 重組 將一種生物的特定基因轉移到另一種生物細胞中 打破物種界限，定向改造生物的遺傳性狀 技術復雜， 生態(tài)安全 問題較多 轉基因 抗蟲棉 的培育 [運用—考向對練] 考向1　考查育種過程、原理、方法等 1．下列關于常見作物育種方法的敘述，不正確的是(　　) A．利用雜交育種可培育出新物種，促進生物的進化 B．利用單倍體育種可獲得純合子，明顯縮短育種年限

8、 C．利用多倍體育種可增加染色體的數目，獲得莖稈粗壯的植株 D．利用誘變育種可增大突變頻率，利于獲得新基因 A　[雜交育種的原理是基因重組，不產生新基因，只產生新的基因型，不會改變基因頻率，不能產生新物種，能促進生物進化，A錯誤。] 2．(2017·邯鄲市高三摸底)利用基因型為Aa的二倍體植株培育三倍體幼苗，其途徑如圖所示，下列敘述正確的是(　　) A．①過程需要秋水仙素處理，并在有絲分裂后期發(fā)揮作用 B．②過程為單倍體育種，能明顯縮短育種期限 C．兩條育種途徑依據的生物學原理都主要是基因突變和染色體變異 D．兩條育種途徑中，只有通過途徑一才能獲得基因型為AAA的

9、三倍體幼苗 D　[①是人工誘導染色體數目加倍過程，該過程需要秋水仙素處理，而秋水仙素作用原理是抑制紡錘體的形成，因此其在有絲分裂前期發(fā)揮作用，A錯誤；圖中只有多倍體育種和體細胞雜交育種，沒有單倍體育種，B錯誤；圖中途徑一為多倍體育種，其原理是染色體變異；途徑二為植物體細胞雜交育種，其原理是染色體變異，C錯誤；途徑一得到的三倍體的基因型為AAA或AAa或Aaa或aaa，途徑二得到的三倍體的基因型為AAa或Aaa，D正確。] 　黑龍江省農科院欲通過下圖所示的育種過程培育出高品質的糯玉米。下列有關敘述正確的是(　　) A．a過程中運用的遺傳學原理是基因重組 B．a過程需要用秋水

10、仙素處理萌發(fā)的種子 C．利用c過程定能更快獲得高品質的糯玉米 D．b過程需要通過逐代自交來提高純合率 D　[a過程為單倍體育種，育種過程中需用秋水仙素處理萌發(fā)的單倍體幼苗，育種原理是染色體變異，A、B錯誤；c過程為誘變育種，由于基因突變具有不定向性，在較短的時間內不一定能獲得高品質的糯玉米，C錯誤；b過程為雜交育種，需通過逐代自交來提高純合率，D正確。] 從育種材料和方法特點的角度確定育種方法，如圖所示。 考向2　育種方案的設計 3．回答下列有關育種的問題： (1)現有甲、乙、丙、丁四個品系的純種玉米，其基因型依次為AABBGG、aaBBGG、AAbbGG、A

11、ABBgg。若想培育出AaaBBbGGG新類型，試用遺傳圖解表示育種的過程(要求寫出配子)。 (2)現有水稻的兩純系品種AArr(無芒而易感病)和aaRR(有芒而抗病)，兩對相對性狀獨立遺傳。為培育無芒而抗病的純系品種(AARR)，請用遺傳圖解表示從F1開始的最快的育種程序，并寫出相應的文字說明。 [解析]　(1)培育出的AaaBBbGGG新類型是三倍體，而所給材料均為二倍體，因此要將其中之一(品系乙aaBBGG)用秋水仙素處理使其染色體加倍形成四倍體，然后再與二倍體(品系丙AAbbGG)雜交，可得到三倍體。(2)題中要求寫出從F1開始的最快的育種程序，因此要采用單倍體育種。 [答

12、案]　 (2) 　小麥品種是純合體，生產上用種子繁殖，現要選育矮稈(aa)、抗病(BB)的小麥新品種，請設計小麥品種間雜交育種程序。要求用遺傳圖解表示并加以簡要說明。(寫出包括親本在內的前三代即可。) [答案]　第一代　　AABB×aabb　親本雜交得F1 　　　　　　　　　　 ↓ 第二代　　　　AaBb　　　 　 考點二| 基因工程的操作工具及步驟 (對應學生用書第146頁) [識記—基礎梳理] 1．概念 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

13、種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。 2．原理 不同生物之間的基因重組。 3．工具 (1)限制性核酸內切酶(簡稱限制酶) ①分布：主要在微生物體內。 ②特性：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子。 ③實例：EcoRⅠ限制酶能專一識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。 ④切割結果：產生兩個帶有黏性末端或平末端的DNA片段。 ⑤作用：基因工程中重要的切割工具，能將外來的DNA切斷，對自己的DNA無損害。 (2)DNA連接酶 ①催化對象：兩個具有相同黏性末端或平末端的DNA片段。 ②催化位置：脫氧核糖與

14、磷酸之間的缺口。 ③催化結果：形成重組DNA。 (3)常用的運載體——質粒 ①本質：小型環(huán)狀DNA分子。 ②作用： a．作為運載工具，將目的基因運送到受體細胞中去； b．用它在受體細胞內對目的基因進行大量復制。 4．基本步驟 5．應用 (1)育種，如抗蟲棉。 (2)藥物研制，如胰島素等。 (3)環(huán)境保護，如轉基因細菌分解石油。 6．轉基因生物和轉基因食品的安全性——“兩種態(tài)度” (1)轉基因生物和轉基因食品不安全，要嚴格控制。 (2)轉基因生物和轉基因食品安全，應該大范圍推廣。 1．判斷正誤 (1)自然界中天然存在的噬菌體自行感染

15、細菌后，其DNA整合到細菌DNA上屬于基因工程。 (×) 【提示】　基因工程是在人為作用下進行的，噬菌體感染細菌無人為因素，所以不屬于基因工程。 (2)DNA連接酶和限制酶是基因工程中兩類常用的工具酶。 (√) (3)將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌，獲得能產生人干擾素的菌株，屬于基因工程。 (√) (4)載體質粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標記基因。 (×) 【提示】　載體質粒上抗生素抗性基因可作為標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇，不是抗生素合成基因。 (5)為達到相應目的，“攜帶鏈霉素抗性基因受體菌的篩選”必須通過分子檢測。 (×) 【提示】　

16、根據受體菌是否對鏈霉素產生抗性進行篩選，不需要分子檢測。 (6)轉基因作物被動物食用后，目的基因會轉入動物體細胞中。 (×) 【提示】　動物食入轉基因植物后，其消化系統(tǒng)能將植物基因分解成小分子物質，基因不能轉入動物體細胞中。 2．據圖思考 下圖是利用基因工程技術生產人胰島素的操作過程示意圖。 (1)圖中基因工程的基本過程可以概括為“四步曲”：提取目的基因；目的基因與運載體結合；將目的基因導入受體細胞；目的基因的檢測與鑒定。 (2)能否利用人的皮膚細胞來完成①過程？不能，為什么？皮膚細胞中的胰島素基因未表達(或未轉錄)，不能形成胰島素mRNA。 (3)過程②必需用的

17、酶是逆轉錄酶。 (4)在利用A、B獲得C的過程中，常用限制性核酸內切酶切割B，使它產生一定的黏性末端，再加入DNA連接酶才可形成C。 [運用—考向對練] 考向　考查基因工程的原理及應用 近日，美國和澳大利亞的研究人員發(fā)現，從錐形蝸牛體內提取出的毒液可望幫助人類開發(fā)出超級速效的胰島素。他們研究表明錐形蝸牛毒蛋白(Con-Ins Gl)能加速受體細胞信號轉換，比人類胰島素更加快速的發(fā)揮作用。因此制造這類“速效胰島素”以及利用轉基因技術實現批量生產成為Ⅰ型糖尿病治療的新思路。請回答下列問題： (1)利用基因工程制造Con-Ins Gl這種速效胰島素過程中，構建基因表達的載體一般包括

18、目的基因、啟動子、標記基因和_______，標記基因的作用是_____。 (2)為了獲得目的基因可以通過提取分析Con-Ins Gl毒蛋白中的____________序列推知毒蛋白基因的核苷酸序列，再用DNA合成儀直接大量合成。基因工程中需要DNA連接酶，根據酶的來源不同分為________________兩類。 (3)將人工合成的目的基因導入大腸桿菌體內，一般先用藥物處理大腸桿菌使之成為________________細胞。再將重組DNA溶于__________中與該類細胞融合，在一定溫度下促進細胞吸收重組DNA分子完成轉化過程。 (4)經過目的基因的檢測和表達，獲得的Con-I

19、ns Gl毒蛋白活性未能達到期待的“速效胰島素”的生物活性，導致這種差異的原因可能是_____________。 [解析]　(1)基因表達載體的成分包括啟動子、終止子、目的基因和標記基因，其中標記基因的作用是檢測目的基因是否導入了受體細胞。 (2)人工合成目的基因，可以根據Con-Ins Gl毒蛋白中的氨基酸序列推mRNA中的核糖核苷酸序列，進而推測出毒蛋白基因的核苷酸序列，再用DNA合成儀直接大量合成?；蚬こ讨械腄NA連接酶可以分為E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶兩類。 (3)將人工合成的目的基因導入大腸桿菌等微生物體內，先用氯化鈣處理大腸桿菌，使之成為感受態(tài)，再將重

20、組DNA溶于緩沖液中與該類細胞融合。 (4)由于大腸桿菌是原核生物，細胞中沒有內質網和高爾基體等多種細胞器，不能對合成的蛋白質進行加工、分類和包裝，所以獲得的Con-Ins Gl毒蛋白活性未能達到期待的“速效胰島素”的生物活性。 [答案]　(1)終止子　鑒別和篩選含有目的基因的細胞　(2)氨基酸　E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶　(3)感受態(tài)　緩沖液　(4)大腸桿菌中基因表達獲得的蛋白質未加工 真題驗收| 感悟高考　淬煉考能 (對應學生用書第147頁) 1．(2013·大綱全國卷)下列實踐活動包含基因工程技術的是(　　) A．水稻F1花藥經培養(yǎng)和染色體加倍，獲得基

21、因型純合新品種 B．抗蟲小麥與矮稈小麥雜交，通過基因重組獲得抗蟲矮稈小麥 C．將含抗病基因的重組DNA導入玉米細胞，經組織培養(yǎng)獲得抗病植株 D．用射線照射大豆使其基因結構發(fā)生改變，獲得種子性狀發(fā)生變異的大豆 C　[A項屬于單倍體育種，原理是染色體變異；B項屬于雜交育種，原理是基因重組；C項屬于基因工程育種，原理是基因重組；D項屬于誘變育種，原理是基因突變。] 2．(2014·全國卷Ⅰ)現有兩個純合的某作物品種：抗病高稈(易倒伏)和感病矮稈(抗倒伏)品種。已知抗病對感病為顯性，高稈對矮稈為顯性，但對于控制這兩對相對性狀的基因所知甚少。 回答下列問題： (1)在育種實踐中

22、，若利用這兩個品種進行雜交育種，一般來說，育種目的是獲得具有________優(yōu)良性狀的新品種。 (2)雜交育種前，為了確定F2代的種植規(guī)模，需要正確預測雜交結果。若按照孟德爾遺傳定律來預測雜交結果，需要滿足3個條件：條件之一是抗病與感病這對相對性狀受一對等位基因控制，且符合分離定律；其余兩個條件是________________________________________________________________。 (3)為了確定控制上述這兩對性狀的基因是否滿足上述3個條件，可用測交實驗來進行檢驗，請簡要寫出該測交實驗的過程。 [解析]　(1)雜交育種能將兩個或多個品種的

23、優(yōu)良性狀通過雜交集中在一起，抗病與矮稈(抗倒伏)為優(yōu)良性狀。(2)雜交育種依據的原理是基因重組，控制兩對相對性狀的基因位于非同源染色體上，遵循基因的自由組合定律，每對基因單獨考慮時符合分離定律。(3)測交是指用F1和隱性純合子雜交，故應先用純合的抗病高稈植株與感病矮稈植株雜交得到F1，然后再進行測交實驗。 [答案]　(1)抗病矮稈 (2)高稈與矮稈這對相對性狀受一對等位基因控制，且符合分離定律；控制這兩對相對性狀的基因位于非同源染色體上 (3)將純合的抗病高稈植株與感病矮稈植株雜交，產生F1，讓F1與感病矮稈植株雜交。 3．(2014·安徽高考)香味性狀是優(yōu)質水稻品種的重要特性之

24、一。 (1)香稻品種甲的香味性狀受隱性基因(a)控制，其香味性狀的表現是因為_____________________________________________________________， 導致香味物質積累。 (2)水稻香味性狀與抗病性狀獨立遺傳?？共?B)對感病(b)為顯性。為選育抗病香稻新品種，進行了一系列雜交實驗。其中，無香味感病與無香味抗病植株雜交的統(tǒng)計結果如圖所示，則兩個親代的基因型是________。上述雜交的子代自交，后代群體中能穩(wěn)定遺傳的有香味抗病植株所占比例為________。 (3)用純合無香味植株作母本與香稻品種甲進行雜交，在F1中偶爾發(fā)現

25、某一植株具有香味性狀。請對此現象給出兩種合理的解釋：①__________________； ②______________________________________________________________。 (4)單倍體育種可縮短育種年限。離體培養(yǎng)的花粉經脫分化形成________，最終發(fā)育成單倍體植株，這表明花粉具有發(fā)育成完整植株所需的________。若要獲得二倍體植株，應在________時期用秋水仙素進行誘導處理。 [解析]　(1)根據題意分析，a基因控制香味性狀的出現，說明a基因純合時，參與香味物質代謝的某種酶缺失，導致香味物質不能轉化為其他物質，從而使香

26、味物質積累。 (2)據圖中雜交結果分析，無香味∶有香味＝3∶1，抗病∶感?。?∶1，可知親本的基因型為Aabb(無香味感病)、AaBb(無香味抗病)，則F1基因型為1/8AABb、1/8AAbb、1/4AaBb、1/4Aabb、1/8aaBb、1/8aabb，其中只有AaBb、aaBb的植株自交才能獲得能穩(wěn)定遺傳的有香味抗病植株(aaBB)，有香味抗病植株(aaBB)占F2的比例為1/4×1/4×1/4＋1/8×1×1/4＝3/64。 (3)純合無香味植株基因型為AA，香稻品種甲的基因型為aa，正常情況下兩者雜交后代基因型為Aa，表現為無香味，但子代出現了有香味的植株，可能是由于某一雌

27、配子形成時，A基因突變?yōu)閍基因，在子代中出現了基因型為aa的植株；或者某一雌配子形成時，含A基因的染色體片段缺失，子代由于只含基因a而出現香味性狀。 (4)植物組織培養(yǎng)過程中，離體細胞在培養(yǎng)基中先脫分化形成愈傷組織，再通過再分化形成根或芽等，最終形成完整植株。單倍體育種中，花粉細胞能夠表現出全能性是因為花粉細胞中含有該種植物的全部遺傳信息。花藥離體培養(yǎng)獲得的是單倍體植株，對單倍體幼苗用秋水仙素處理可使幼苗細胞中染色體數目加倍，最終發(fā)育為正常的二倍體植株。 [答案]　(1)a基因純合，參與香味物質代謝的某種酶缺失 (2)Aabb、AaBb　3/64　(3)某一雌配子形成時，A基因突變?yōu)閍基因　某一雌配子形成時，含A基因的染色體片段缺失　(4)愈傷組織　全部遺傳信息　幼苗 1．誘變育種時突變的個體中有害個體多于有利個體。 2．誘變育種能產生前所未有的新基因，創(chuàng)造變異新類型。 3．雜交育種能將多個優(yōu)良性狀集中到同一生物個體上。 4．雜合子品種的種子只能種一年，需要年年制種。 5．一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列并在特定的切點上切割DNA分子。 6．DNA連接酶的作用是在DNA片段之間的磷酸與脫氧核糖之間形成磷酸二酯鍵。 7．基因工程育種能定向改造生物性狀。 8．基因工程可以實現基因在不同生物之間的轉移。 11