高中生物学选修一专题3育种与遗传问题.ppt

第二轮复习 育种与遗传问题,育种的方法归纳,杂交育种、诱变育种、单倍体育种、（人工诱导）多倍体育种、基因工程育种、细胞工程育种、综合方法育种等。,要求：可以通过比较这些作物育种的原理、方法和过程、优缺点以及应用进行复习。,一、杂交育种 1原理：基因重组。 一般指种内不同品种间的杂交育种。 目的：人们用杂交的方法，有目的地使生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起，从而创造出对人类有益的新品种。获得具有优良性状的纯合子。,理解：什么是基因重组？什么时候发生基因重组？基因重组的原理是什么？,基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。,减数第一次分裂时。,减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合（减数第一次分裂后期）。及同源染色体上非姐妹染色体单体交叉互换。（减数第一分裂前期）,广义地讲，转基因也是基因重组。,2方法和过程： 杂交自交选择（一般从F2开始）,要注意的问题：,亲本应有较多优点和较少缺点。根据要求选择（应具有某性状、性别与性状结合考虑等）。根据遗传特点选择（如花粉不育）。,（1）.亲本的选择。,（2）.方法的选择。,什么情况直接使用自交，什么时候先杂交再自交？（看条件）,（3）.杂交试验方法的运用。,套袋处理、人工去雄、人工授粉。 统计原理：经选择淘汰后，子代符合要求的个体比例计算。,3优缺点： 能根据人的预见把位于两个品种生物体上的优良性状集于一身； 育种时间长，需随时观察及时发现优良性状。,（4）.控制优良性状的基因是显性基因还是隐性基因。,选择代数会有不同。 所留的材料会不同。 判断是否纯合会有不同。,（5）.孟德尔原理的应用。,例1： 某自花传粉植物的紫苗（A）对绿苗（a）为显性，紧穗（B）对松穗（b）为显性，黄种皮（D）对白种皮（d）为显性，各由一对等位基因控制。假设这三对基因是自由组合的。现以绿苗紧穗白种皮的纯合品种作母本，以紫苗松穗黄种皮的纯合品种作父本进行杂交实验，结果F1表现为紫苗紧穗黄种皮。 请回答： （1）如果生产上要求长出的植株一致表现为紫苗紧穗黄种皮，那么播种F1植株所结的全部种子后，长出的全部植株是否都表现为紫苗紧穗黄种皮？为什么？ （1）不是。因为F1代植株是杂合体，F2代会发生性状分离。,（2）如果需要选育绿苗松穗白种皮的品种，那么能否从播种F1植株所结种子长出的植株中选到？为什么？ （2）能。 因为F1代植株三对基因都是杂合的，F2代能分离出表现为绿苗松穗白种皮的类型。 （3）如果只考虑穗型和种皮色这两对性状，请写出F2代的表现型及其比例。 （3）紧穗黄种皮：紧穗白种皮：松穗黄种皮：松穗白种皮=9：3：3：1 （4）如果杂交失败，导致自花受粉，则子代植株的表现型为 ，基因型为 ；如果杂交正常，但亲本发生基因突变，导致F1植株群体中出现个别紫苗松穗黄种皮的植株，该植株最可能的基因型为 。发生基因突变的亲本是 本。 （4）绿苗紧穗白种皮 aaBBdd AabbDd 母,解析：本题考查的是遗传部分的常规育种，属于中等难度。由题意可知，紫苗（A）对绿苗（a），紧穗（B）对松穗（b），黄种皮（D）对白种皮（d）是三对相对性状，其遗传符合自由组合规律，则用于杂交实验的母本（绿苗紧穗白种皮的纯合品种）的基因型为aaBBdd,父本（紫苗松穗黄种皮纯合品种）的基因型是AabbDD,其杂交F1代基因型为AaBbDd,三对基因全为杂合，表现型全为紫苗紧穗黄种皮。 （可以先写出遗传图解，有利于回答问题。） P 绿苗紧穗白种皮 紫苗松穗黄种皮 aaBBdd AAbbDD F 紫苗紧穗黄种皮 AaBbDd,播种F1植株所结的种子长成的植株为F2植株，其表现型就会发生性状分离，能分离出表现为绿苗松穗白种皮的类型。如果只考虑穗型和种皮两对性状，则F2代就会有四种表现型，为紧穗黄种皮：紧穗白种皮：松穗黄种皮：松穗白种皮=9：3：3：1；如果用上述父本与母本杂交，是使用父本的花粉对母本的雌蕊授粉，如果杂交失败而导致自花授粉，就只会有母本的自花授粉，而母本植株是纯合体，其自交后仍为纯合体，基因型不变，如果杂交正常，则F1代三对基因都是杂合AaBbDd，但亲本如果发生基因突变，导致后代出现紫苗松穗黄种皮的变异类型，一定是亲代中的显性基因B变成了b,所以是母本发生了突变，F1代的基因型为AabbDd。,二、诱变育种 1原理：基因突变。这种方法可以提高突变率，创造人类需要的变异类型，从中选择、培育出优良的生物品种。,2方法和过程： 方法：利用物理因素(如太空的辐射X射线、射线、紫外线、失重或用激光等)；化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物（如萌动的植物芽或种子），使生物发生基因突变。 过程：诱发变异选择培育新品种。,注意：诱变只能发生在分裂时，因此选择的时机与部位均要考虑是否有分裂进行。,关于“过程”要注意的问题：,如果是原核生物或病毒，一经发生突变，只需扩大繁殖并筛选。 如果是动植物等真核生物，还要经过其他育种历程。,（1）.怎样获得稳定遗传的个体？,如果是微生物，考虑是否要用选择培养基，用什么样的选择培养基。用性状判断的方法选择吗?怎样判断? 如果是动植物又怎样选择。,（2）.怎样选择？,可用鉴别培养基吗？,3优缺点： 优点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状（有时可产生超效基因），变异范围广。 缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良多基因遗传的性状效果较差。 理解优缺点，先了解基因突变的主要特点： 第一，基因突变在生物界中是普遍存在的。包括自然突变，诱发突变。,第二，基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。 一般来说，在生物个体发育的过程中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分就越少。 基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变，一般是不能传递给后代的（如人的某种癌变）。,第三，在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。不同生物的基因突变率是不同的。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。 第四，大多数基因突变对生物体是有害的。只有少数基因突变是有利的。突变的有利或有害与环境有关。 第五，基因突变是不定向的。一个基因可突为多个（种）等位基因。,例2： 自然界中，一种生物某一基因及其三种突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下： 正常基因 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 突变基因1 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 突变基因2 精氨酸 亮氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 突变基因3 精氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸 酪氨酸 丙氨酸 根据上述氨基酸序列确定这三种突变基因DNA分子的改变是 A突变基因1和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添 B突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添 C突变基因1为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添 D突变基因2为一个碱基的替换，突变基因1和3为一个碱基的增添,A,三、单倍体育种 1原理： 染色体变异、基因重组和组织培养。,注意： 主要涉及的是染色体变异的原理。 如果涉及多对基因遗传，将涉及亲本杂交，即利用基因重组的原理。,2.方法及过程：,组织培养,秋水仙素处理,如要亲本杂交，则选F1的花药。,1.培养花药实质上是培养什么？培养结果如果出现了杂合子,是什么原因？ 2.单倍体的特点是什么？ 3.秋水仙素的作用原理是什么？,3优缺点： 优点：明显缩短育种年限，加速育种进程。利用单倍体植株培育新品种只需要两年时间，就可以得到一个稳定的纯系品种。与常规的杂交育种方法相比，明显地缩短了育种年限。 缺点：技术较复杂，需与杂交育种结合，不适合动物育种工作。,例 3：用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下图。下列有关此育种方法的叙述中，正确的是 A这种育种方法叫杂交育种 B过程必须使用生长素处理 C这种方法的最大优点是缩短育种年限 D过程必须经过受精作用,雄配子,幼苗,选出符合要求的个体。,F1,四、多倍体育种 由受精卵发育的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫做多倍体。 注意多倍体与单倍体的区别。 多倍体植物的特征是什么？,1原理：染色体变异（染色体加倍）。 体细胞在有丝分裂的过程中，染色体完成了复制，但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变)或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成染色体数目加倍的细胞。 如果这样的细胞继续进行正常的有丝分裂，就可以发育成染色体数目加倍的组织或个体。,2方法和过程：,3优缺点： （可从植物多倍体的特征分析） 优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富； 缺点：结实率低，只适于植物。,萌发的种子或幼苗,秋水仙素处理,染色体（组）加倍植株,正常有丝分裂,多倍体,4.应用：了解三倍体无籽西瓜的问题。,秋水仙素处理的是几倍体植株？ 杂交时作父本、母本的分别是几倍体植株？ 用二倍体植株花粉传给三倍体植株的目的是什么？ 三倍体植株能进行减数分裂产生配子吗？ 四倍体植株上结的西瓜其果皮、种皮、胚、早期胚乳的染色体组分别是多少？,五、基因工程育种 1原理：基因重组（或外源DNA重组）和所有生物决定氨基酸遗传密码子的通用性。 物质基础是：生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。 其结构基础是：一般生物的DNA均为双螺旋结构。,有遗传效应的DNA片段,关于DNA与基因的知识,DNA,基因,由四种脱氧核苷酸组成,共同的物质基础,DNA双螺旋结构,共同的结构基础,基因的结构,原、真核细胞基因结构及区别。,基因的表达,转录、翻译的场所、条件，中心法则，特异性表达的原因，基因对性状的控制。,细胞质基因遗传。,DNA双螺旋结构的特点,DNA结构的特点,碱基互补配对原则,DNA复制,复制的时期、条件、场所、特点。,基因突变,提取目的基因,直接分离基因：鸟枪法,基因工程基本操作步骤,目的基因与运载体结合,目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和表达,人工合成基因,反转录法,据已知的氨基酸序列合成DNA,同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组DNA分子,主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法 。使用CaCl的作用是什么？,根据受体细胞是否具有某些标记基因控制的性状，判断目的基因是否导入。,检测,表达,受体细胞表现出目的基因特定的性状。,关于基因工程的知识,获取目的基因的方法,使用运载体的目的,运载体应具备的三个条件,关于运载体,(1)能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；,(2)有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；,(3)具有某些标记基因，以便进行筛选。,用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去。,2方法和过程： 提取目的基因装入载体导入受体细胞基因表达筛选出符合要求的新品种。,如果导入的基因不能表达，怎么办？ 举例说明怎样筛选符合要求的新品种？,如筛选抗虫棉：让棉铃虫食用棉的叶片，食用后使棉铃虫中毒死亡，就是符合要求的品种。 3优缺点：不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行，育种时间短 ；可能会引起生态危机，技术难度大。,例 1：在培养转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。 请据图回答： （1）A过程需要的酶有。 限制性内切酶和DNA链激酶,（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是_。 具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存（没有要求答“具有多个限制酶切点”。） （3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还需加入_。 卡那霉素 （界定是否带有标记基因，转基因是否成功） （4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用_作为探针。 放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因,（5）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。 将转基因植株与_杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比外1:1。 非转基因植株 若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为_。 31 若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占_。 100 （因为题干已经告诉我们“卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。”所有抗虫棉细胞均带有这个基因）,六、细胞工程育种 1原理：植物细胞和动物细胞核的全能性。,记住： （1）.什么叫细胞全能性？细胞为什么具有全能性？ （2）.细胞在什么情况下才能表现出全能性？ （3）.细胞全能性高低的规律是什么？,2方法和过程： （1）植物：植物体细胞杂交植物组织培养 A.植物组织培养的过程是什么？愈伤组织的特点是什么？所需激素是什么？激素有什么作用？ B.在体细胞杂交时怎样去壁？用什么办法融合？融合的结构叫什么？培养的细胞叫什么？ C.该法育种的最大优点是什么？,（2）动物克隆： 核移植动物细胞培养胚胎移植 A.一般用来进行核移植的细胞是什么细胞？通过该过程产生新个体的生殖方式属于什么生殖？ B.进行动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基有什么不同？ C.动物细胞培养过程有哪些阶段？细胞有什么特点？用到了什么方法？在育种过程中用这些方法吗？,3.优缺点： 能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等； 技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战（创造出新的人造物种），有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少（近亲个体增多），个体生存能力下降。,4应用： 植物组织培养技术，除了快速繁殖、培育无病毒植物外，还可以通过大规模的植物细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。例如，从大量培养的紫草愈伤组织中提取的紫草素。 用植物组织培养的方法，诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，加入人工胚乳，包裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。此外，转基因植物的培育，也要用到植物组织培养的方法。 哺乳动物通过胚胎移植技术，可加快优良种畜的繁殖速度。 动物细胞培养可用来检测某些物质的毒性，通过细胞融合技术生产单克隆抗体。（要知道方法和过程）,例6 现有甲、乙两个烟草品种(2n48)，其基因型分别为aaBB和AAbb，这两对基因位于非同源染色体上，且在光照强度大于800勒克司时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa或bb)作用的结果。取甲乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800勒克司光照下培养，结果能分化发育成植株。请回答下列问题： (1)甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为_和_。 (2)在植物细胞融合技术中，常用_除去_,才能使用 作为促融剂，促使其融合，融合后的细胞基因型是_。 (3)细胞融合后诱导产生的细胞团叫_。 (4)能分化的细胞团是由的原生质体融合来的(这里只考虑2个原生质体的相互融合)。由该细胞团分化发育成的植株，其染色体数是_，基因型是_。该植株自交后代中，在大于800勒克司光照下，出现不能生长的植株的概率是_。,aB,AaBb、aaBB、AAbb,愈伤组织,Ab,纤维素酶 果胶酶,细胞壁,聚乙二醇(灭活的病毒),48,AaBb,7/16,下图所示为人类“治疗性克隆”的简要过程，请据图作答： “治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞的核仍然具有 。相同的胚胎干细胞，可以培养出胰岛细胞、血细胞、心肌细胞等各种组织细胞，究其本质原因是基因 的结果。上述“克隆”过程中细胞数目及功能的变化建立在 的基础上。,全能性,选择性表达,分裂 、分化,在细胞进行有丝分裂前期，核膜解体，到末期又重新形成。对新形成的核膜的来源有两种不同意见,一种主张认为是由旧核膜的碎片连接形成,另一种主张认为是由内质网膜重新形成的。实验室现有变形虫,3H胆碱（磷脂的成分）和其它必需仪器，为了探究上述主张的合理性，请根据细胞工程中的核移植技术设计实验过程，并预测实验结果和相应的结论. 设计： （1）将部分变形虫置于含3H胆碱培养液中，在适宜的条件下培养，使其膜结构被标记。,（2）将已标记的核移植到未标记的去核的变形虫中，在 培养液（选填“有标记”或“无标记”）且适宜条件下培养一段时间，使其进行细胞分裂。 （3）检测新形成细胞的核膜有无放射性。 预测结果： ； 结论： 。 预测结果： ； 结论： 。,无标记,新的细胞核膜具