高中生物第3讲从杂交育种到基因工程.doc

第3讲从杂交育种到基因工程知识点一杂交育种和诱变育种比一比：(1)杂交育种与杂种优势是一回事吗？(2)诱变育种与杂交育种相比，最大的区别是什么？知识点二基因工程比一比：(1)DNA连接酶和DNA聚合酶有何不同？(2)运载体和细胞膜上的载体相同吗？现代生物技术：凝胶电泳A在DNA样本中加入一个或数个限制性核酸内切酶。这些酶把DNA切成小片段。B凝胶块一端有注入DNA样本的小孔，方便注入样本；注入DNA样本后，对凝胶(相当于固定溶液)施以电场。C片段迁移带负电的DNA片段会朝正极迁移。片段越小，在凝胶中的迁移速度越快。因此小片段最后会离加样孔最远。DNA重组技术(基因工程)将人的生长激素基因与质粒(运载体)重组并导入细菌中，重组质粒大量克隆的同时，目的基因表达(如上图合成了人的生长激素)学习笔记： 自我校对：选择培育基因重组杂交F1自交获得F2长基因突变基因突变诱发基因突变选择理想类型突变频率基因拼接技术定向遗传性状基因重组限制性核酸内切酶DNA连接酶质粒噬菌体动植物病毒目的基因运载体受体细胞检测与鉴定抗虫棉干扰素比一比：(1)不是。两者都是将两个品种中的优良性状集中到一个亲本上，但杂交育种培育成能稳定遗传的纯合子，杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传学上的稳定；(2)二者最大的区别在于诱变育种能创造出新基因。比一比：(1)DNA连接酶是修复愈合DNA片段间单链上的缺口，使之形成磷酸二酯键。DNA聚合酶是DNA分子复制时，按模板链的要求，逐个把脱氧核苷酸连接起来，形成DNA的子链。(2)不同。运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等。位于细胞膜上的载体是蛋白质，与控制物质进出细胞有关系。,几种常见育种方式的比较杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种原理基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组常用方式选育纯种：杂交自交选优自交选育杂种：杂交杂交种辐射诱变、激光诱变、空间诱变花药离体培养，然后再使染色体数目加倍秋水仙素处理萌发的种子或幼苗转基因(DNA重组)技术将目的基因导入生物体内，培育新品种育种程序优点使位于不同个体的优良性状集中到一个个体上操作简便可以提高变异的频率、加速育种进程且大幅度地改良某些性状明显缩短育种年限所得品种为纯合子器官巨大，提高产量和营养成分打破物种界限，定向改变生物的性状缺点育种时间长不能克服远缘杂交不亲和的障碍有利变异少，需大量处理实验材料(有很大盲目性)技术复杂且需与杂交育种配合只适用于植物，发育延迟，结实率低有可能引发生态危机应用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高产青霉菌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三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦转基因“向日葵豆”、转基因抗虫棉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，最简捷、常规的育种方法杂交育种。3根据不同育种需求选择不同的育种方法。(1)将两亲本的两个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。4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：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；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！本考点单科试卷多以选择题形式出现，而理综试卷多以非选择题形式综合考查各种育种的原理、方法及相互联系，往往作为压轴的高区分度试题拉开考生间距离，应特别重视，防止丢分。【典例1】下面为6种不同的育种方法。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，这种方法属常规育种，一般从F2代开始选种，这是因为_。ABC的途径表示_育种方式，这两种育种方式中后者的优越性主要表现在_。(2)B常用的方法为_。(3)E方法所用的原理是_，所用的方法如_、_。育种时所需处理的种子应是萌动的(而非休眠的)种子，原因是_。(4)C、F过程最常用的药剂是_，其作用的原理是_。(5)由G到H过程中涉及的生物技术有_和_。(6)KLM这种育种方法的优越性表现在_。答案(1)杂交从F2代开始发生性状分离单倍体明显缩短育种年限(2)花药离体培养(3)基因突变X射线、紫外线、激光亚硝酸、硫酸二乙酯、秋水仙素(理化因素需各说出一项)种子萌动后进行细胞分裂，DNA在复制过程中可能由于某种因素的影响发生基因突变(4)秋水仙素在细胞分裂时，抑制纺锤体形成，引起染色体数目加倍(5)基因工程(或DNA拼接技术或DNA重组技术或转基因技术)植物组织培养(6)克服了远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围题后反思(1)杂交育种选育的时间是从F2代开始，原因是从F2开始发生性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。(2)基因工程技术应用于育种有明显的优势：能够按照人们的意愿，定向改造生物的性状，目的性强，如生产人的胰岛素、干扰素、白蛋白的各种工程菌的构建；打破了物种界限，克服了远缘杂交不亲和的障碍。(3)诱变育种大幅度改良生物性状，这是优点；能提高突变率，但突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害远多于有利，因而需要大量处理材料，工作量大，能否产生有价值的变异类型，不以人的意志为转移，目的性差。【训练1】(2012北京东城区)将某种二倍体植物、两个植株杂交，得到，将再做进一步处理，如下图所示。下列分析不正确的是()。A由到的育种过程依据的主要原理是基因突变B由过程形成的植株属于新物种C若的基因型为AaBbdd，则植株中能稳定遗传的个体占总数的D由到的过程会发生突变和重组，可为生物进化提供原材料解析由到的过程是通过有丝分裂来实现的，而基因重组发生在减数分裂过程中，故D项错误。答案D,基因工程的操作工具及基本步骤一、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 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。3常用的运载体质粒(1)本质：小型环状DNA分子(2)作用(3)条件二、操作步骤将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞 的方法提醒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。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。本考点必修内容侧重转基因技术的基本操作、工具及安全性，深入考查基因工程的原理、过程及其应用则是选修三的高考要求。从历年高考命题来看，全国卷及各省市卷都有具体要求和较固定的命题模式(有的为必考，有的为选考)。复习时应按本省市具体高考要求有的放矢的进行复习和训练！【典例2】(2010全国，5)下列叙述符合基因工程概念的是()AB淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D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上解析基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。所以B为基因工程，而A为动物细胞工程，C为诱变育种，D无人为因素不属于基因工程。答案B【典例3】(2008江苏生物，32)将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的图和表。图1转基因操作流程图图2引物对与模板结合示意图引物对AP1AACTGAAATGTAGCTATCP2TTAAGTCCATTACTCTAG引物对BS1GTCCGACTAGTGGCTGTGS2AGCTGGCGTTTAGCCTCG表1引物对序列表限制酶Alu EcoR Pst Sma 切割位点AGCT TCGAGAATTC CTTAAGCTGCAG GACGTCCCCGGG GGGCCC表2几种限制酶识别序列及切割位点表请根据以上图表回答下列问题。(1)在采用常规PCR方法扩增目的基因的过程中，使用的DNA聚合酶不同于一般生物体内的DNA聚合酶，其最主要的特点是_。(2)PCR过程中退火(复性)温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表1为根据模板设计的两对引物序列，图2为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度？_。(3)图1步骤所用的DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？_。(4)为将外源基因转入马铃薯，图1步骤转基因所用的细菌B通常为_。(5)对符合设计要求的重组质粒T进行酶切。假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1中标示的酶切位点和表2所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。采用EcoR 和Pst 酶切，得到_种DNA片段。采用EcoR 和Sma 酶切得到_种DNA片段。解析(1)PCR技术扩增DNA时，首先要在80100 范围内使DNA解螺旋。高温解决了打开DNA双链问题。但又导致了DNA聚合酶失活的新问题。20世纪80年代，科学家从水生耐热细菌Taq中分离到耐高温的Taq DNA聚合酶，使体外DNA扩增成为现实。(2)碱基A与T之间通过两个氢键相连配对，碱基C与G之间通过3个氢键相连配对，DNA分子中碱基C与G的比例决定了DNA分子的耐高温的程度。引物对B中C与G的比例明显高于引物对A，因此，引物对B可采用较高的退火温度。(3)DNA连接酶的作用部位是磷酸基团与五碳糖之间的磷酸二酯键，对所连接的DNA两端碱基序列没有专一性要求。(4)将外源基因导入不同受体细胞时，所用的方法是不同的。对于动物细胞常用显微注射法，对于植物细胞最常用农杆菌转化法。(5)由图1过程知，用EcoR 酶和Alu 酶切割抗原基因DNA片段会得到XY片段，由图1过程可知，用EcoR 酶和Sma 酶切割质粒产生MN片段。这样形成的两个DNA片段用DNA连接酶形成重组质粒。其中X、M连接处是EcoR 酶切割位点，M、N之间还有一个Pst 酶切割位点，N和Y连接后，限制酶Alu 酶和Sma 酶将都不能识别并切割。如果用EcoR 酶和Pst 酶切割重组质粒，将会在两个切割位点切割产生2种DNA片段。但若用EcoR 酶和Sma 切割重组质粒，由于只有一个切割位点，故只产生1种DNA片段。答案(1)耐高温(2)引物对B(3)否(4)农杆菌(5)21【训练2】(2010江苏生物，18)下列关于转基因植物的叙述，正确的是()A转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中B转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加C动物的生长激素基因转入植物后不能表达D如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题解析抗除草剂基因导入到油菜的染色体后则可以通过花粉传入环境中；转抗虫基因的植物可杀死无抗性昆虫，对昆虫的抗性具有选择作用，所以会导致昆虫群体抗性基因频率增加；转基因技术打破了生殖隔离，动物的生长激素基因转入植物后可以表达；来源于自然界的目的基因导入植物体后，可能破坏原有的基因结构，具有不确定性，外源基因也可能通过花粉传播，使其他植物成为“超级植物”等，所以转基因技术存在着安全性问题。答案A,各种育种的原理、方法及应用1(广东生物)太空育种是指利用太空综合因素如强辐射、微重力等，诱导由宇宙飞船携带的种子发生变异，然后进行培育的一种育种方法。下列说法正确的是()。A太空育种产生的突变总是有益的B太空育种产生的性状是定向的C太空育种培育的植物是地球上原本不存在的D太空育种与其他诱变方法在本质上是一样的解析太空育种与其他诱变育种的原理都是基因突变。答案D2(2010安徽卷)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、高酚的棉花植株基因型是_，白色、高酚的棉花植株基因型是_。(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I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，再从诱变代中选择另一个亲本，设计一方案，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)。解析本题考查有关遗传、变异、育种及细胞工程相关知识。亲代棕色、高酚自交后代是棕色、高酚，白色、高酚，因此棕色是显性，亲代白色、高酚自交后代是白色、低酚，白色、高酚，因此低酚是隐性。诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是AaBB，白色高酚的棉花植株基因型是aaBb，纯合子后代不发生性状分离，因此应从不发生性状分离(或全为棕色棉或没有出现白色棉)的区域中选择出纯合棕色、高酚植株。育种时间短应选择单倍体育种方案。答案(1)显性隐性(2)AaBBaaBb(3)不发生性状分离(或全为棕色棉，或没有出现白色棉)3(2010四川卷)回答下列、两个小题。.为提高小麦的抗旱性，有人将大麦的抗旱基因(HVA)导入小麦，筛选出HVA基因成功整合到染色体上的高抗旱性T植株(假定HVA基因都能正常表达)。(1)某T植株体细胞含一个HVA基因。让该植株自交，在所得种子中，种皮含HVA基因的种子所占比例为_，胚含HVA基因的种子所占比例为_。(2)某些T植株体细胞含两个HVA基因，这两个基因在染色体上的整合情况有下图所示的三种类型(黑点表示HVA基因的整合位点)。将T植株与非转基因小麦杂交：若子代高抗旱性植株所占的比例为50%，则两个HVA基因的整合位点属于图_类型；若子代高抗旱性植株所占的比例为100%，则两个HVA基因的整合位点属于图_类型。让图C所示类型的T植株自交，子代中高抗旱性植株所占比例为_。解析本题考查遗传相关知识，考查学生的综合应用能力。第(1)小题：T植株含一个HVA基因，可以考虑为Aa，A代表HAV基因，自交，种皮是其体细胞，基因型全为Aa，胚为F1幼体，含A基因的比例为。第(2)小题：A图考虑为AA，而非转基因小麦考虑为aa，则A图杂交后代抗旱比例为100%，B图可考虑为Aa(因两个HAV基因都在一条染色体上)，则B图杂交后代抗旱比例为50%，C图可考虑为AaBb(A，B任一都抗旱)，此时非