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第12讲从杂交育种到基因工程（给定条件类实验）一、几种育种方法的比较续表续表【例1】能够使植物表达动物蛋白的育种方法是()A．单倍体育种B．杂交育种C．基因工程育种D．多倍体育种C【解析】基因工程不仅能定向地改变生物的遗传性状，而且没有种间障碍，因此能够使植物表达动物蛋白的育种方法只能是基因工程育种。【例2】两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传。要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是()A．人工诱变育种B．细胞工程育种C．单倍体育种D．杂交育种D【解析】杂交育种能将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，并且是最简捷、常规的育种方法。二、基因工程的操作工具及基本步骤1．操作工具①基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)②基因的“针线”——DNA连接酶③常用的运载体——质粒二、基因工程的操作工具及基本步骤2．操作步骤【例3】下列有关基因工程技术的叙述，正确的是()A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入受体细胞就能实现表达C【解析】微生物如细菌常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖周期短、代谢快、操作简单的特点。1．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。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，亦可利用杂交后再单倍体育种。(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．杂交育种选育的时间是从F2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。5．①微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖周期短、代谢快、操作简单的特点。②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。一、理论归纳1．概述给定条件类实验指在已知实验目的及一些附加条件(实验材料用具等)下，利用已有知识来写出实验原理、设计实验方案。2．注意事项(1)读懂实验题目，弄清设计要求一个结论的证实，可通过许多不同的实验来证明，但设计方案的选择要根据题目的具体要求来确定，所以在把握实验目的之后，要细心地去弄清题目的设计要求。如：①鉴定高秆小麦是纯种还是杂种。若题目要求用最简易的方法，则只能用自交。②鉴定栗色雄马是否为纯种。试题中若要求在一个配种季节里完成，则需将该马与多匹白色雌马进行交配。(2)合理地设计操作过程基本的实验方法选定以后，就要制定具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行。二、演练石刁柏(嫩茎俗称芦笋)是一种名贵蔬菜，为XY型性别决定的雌雄异株植物。野生型石刁柏叶窄，产量低。在某野生种群中，发现生长着少数几株阔叶石刁柏(突变型)，雌株、雄株均有，雄株的产量高于雌株。(1)若已证实阔叶为基因突变所致，有两种可能：一是显性突变(由隐性突变为显性)、二是隐性突变(由显性突变为隐性)，请设计一个简单实验方案加以判定(要求写出杂交组合、杂交结果，得出结论)。。选用多株阔叶突变型石刁柏雌、雄相交。若杂交后代出现了野生型，则为显性突变所致；若杂交后代仅出现突变型，则为隐性突变所致(2)若已证实阔叶为显性突变所致，突变基因可能位于常染色体上，还可能位于X染色体上。请设计一个简单实验方案加以判定(要求写出杂交组合，杂交结果，得出结论)。选用多对野生型雌性植株与突变型雄性植株作亲本杂交。若杂交后代野生型全为雄株，突变型全为雌株，则这对基因位于X染色体上；若杂交后代，野生型和突变型雌、雄均有，则这对基因位于常染色体上。【解析】由题中提供的信息可知，阔叶是由基因突变所致，因此窄叶与阔叶是一对相对性状，它们的遗传符合孟德尔的基因分离规律。若想知道阔叶性状是显性性状还是隐性性状，可利用杂交的方法。而解决突变基因是位于常染色体上还是位于X染色体上的问题时，要利用伴性遗传的特点。1.(2012·广东卷)科学家用人工合成的染色体片段，成功替代了酵母菌的第6号和第9号染色体的部分片段，得到的重组酵母菌能存活，未见明显异常。关于该重组酵母菌的叙述，错误的是()A．还可能发生变异B．表现型仍受环境的影响C．增加了酵母菌的遗传多样性D．改变了酵母菌的进化方向D【解析】进化的实质是在自然选择的作用下，基因频率的定向改变。2.(2012·浙江卷)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是()A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因BB．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞A【解析】通过特定的实例考查基因工程的相关概念及操作要领。控制蓝色色素合成的基因B即为我们所需要的目的基因，可通过逆转录法获得基因B，再进行扩增以增加其数量；基因文库中保存的是各基因片段，提取时不需要使用限制性核酸内切酶；为使目的基因在受体细胞中稳定存在且能向下一代遗传，应先在体外使用DNA连接酶构建基因表达载体，然后再导入大肠杆菌。3.(2012·江苏卷)下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是()A．种植转基因作物应与传统农业种植区隔离B．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中C．种植转基因植物有能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性D．转基因植物的目的基因可能转入根际微生物B【解析】种植转基因作物应防止对别的植物产生基因污染，所以应与传统农业种植区隔离，A正确；动物取食转基因作物后，要经过消化吸收才进入体内，目的基因不可能直接进入动物细胞，B错；转基因植物可能与野生植物发生杂交而出现基因交流，影响野生植物的多样性，C正确；目的基因被微生物摄入细胞内后，可能进入这些微生物中，D正确。4.要将基因型为AaBB的生物，培育出以下基因型的生物：①AaBb；②AaBBC；③AAaaBBBB；④aB。应采用的育种方法依次是()A．诱变育种、转基因技术、多倍体育种、花药离体培养B．杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种C．花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术D．多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术A【解析】基因型为AaBB的生物要培育出AaBb的植物，可利用物理或化学方法处理材料，通过基因突变获得；要获得AaBBC的生物，由于本物种没有C基因，所以必须通过转基因技术；要获得AAaaBBBB的生物，可通过多倍体育种；要获得aB的生物，可利用花药离体培养获得。5.育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等，下面对这五种育种的说法正确的是()A．涉及的原理有：基因突变或基因重组或染色体变异等B．都不可能产生定向的可遗传变异C．都在分子水平上进行操作D．都可以通过产生新基因从而产生新性状A【解析】基因工程育种可以说是定向的变异；杂交育种并不是在分子水平上操作的；诱变育种可以产生新基因，其他方式不能。6.通过基因工程得到了具有某种目的基因的动物(二倍体)，但是检测发现该个体仅具有一个目的基因，因此不能稳定遗传。为了最快得到能稳定遗传的抗虫植株品系，可以采用的比较简便的方法是()A．单倍体育种B．多倍体育种C．杂交育种D．基因工程C【解析】杂交育种符合要求，通过杂交可以得到具有目的基因的纯合子；单倍体和多倍体育种在动物中一般不会采用；而基因工程相对比较繁琐，技术难度也大。7.现有两个小麦品种，一个纯种小麦性状是高秆(D)，抗锈病(T)；另一个纯种小麦的性状是矮秆(d)，易染锈病(t)。两对基因独立遗传。育种专家提出了如下图所示的Ⅰ、Ⅱ两种育种方法以获得小麦新品种。问：(1)要缩短育种年限，应选择的方法是，依据的变异原理是；另一种方法的育种原理是。(2)图中①和④基因组成分别为和。(3)(二)过程中，D和d的分离发生在；(三)过程采用的方法称为；(四)过程最常用的化学药剂是。(4)(五)过程产生的抗倒伏抗锈病植株中的纯合子占；如果让F1按(五)、(六)过程连续自交2代，则⑥中符合生产要求的个体中，能稳定遗传的个体占。(5)如将方法Ⅰ中获得的③、⑤植株杂交，再让所得到的后代自交，则后代的基因型比例为。Ⅰ染色体变异基因重组DTddTT减数第一次分裂后期花药离体培养秋水仙素1∶2∶11/33/5【解析】图中(一)过程属于杂交育种，作用是把矮秆和抗病性状组合到一个植株上。图中(二)是F1种下后，开花时产生花粉(雄配子)的过程中，要进行减数分裂，在减数分裂第一次分裂过程中发生同源染色体的分离和非同源染色体之间的自由组合。此时等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因之间发生自由组合。两对等位基因自由组合后产生4种配子(DT、Dt、dT、dt)。根据图中可知，①的基因型是DT，②的基因型是dT。图中(三)是培养单倍体的过程，一般用花药离体培养的方法获得单倍体植株。【解析】图中(四)是诱导多倍体的过程，常用的方法是用秋水仙素处理单倍体幼苗，经诱导后长成的植物体一定是纯合体，仔细分析图，可得出图中的③④⑤对应的基因型是DDtt、ddTT和ddtt。图中沿着(一)、(二)、(三)、(四)途径进行的育种方法属于单倍体育种，沿着(一)、(五)、(六)途径进行的育种方法是杂交育种。【解析】图中(五)过程是指F1自交的过程，其后代中符合要求的表现型为矮秆抗倒伏抗锈病，但其中能稳定遗传的纯合体只有1/3，还有2/3是杂合体，不能稳定遗传，其基因型是ddTT(1/3)和ddTt(2/3)。如果再让其自交一代，各种基因型比例的计算方法是：ddTT自交后代仍是ddTT，占总数1/3；ddTt自交后代中的基因型及其比例是：ddTT(1/4)、ddTt(2/4)、ddtt(1/4)，占总数2/3。【解析】所以计算总结果是：ddTT＝1/3＋(1/4)×(2/3)＝1/2，ddTt＝(2/4)×(2/3)＝1/3，ddtt＝(1/4)×(2/3)＝1/6，其中ddTT符合生产要求。题中第(5)小题的计算方法是：③⑤的基因型分别是DDtt和ddtt，因为两个个体中的第二对基因都是tt，不论是自交还是杂交，对后代基因型的比例都没有影响，所以只要考虑DD和dd就可以了，这对基因杂交后再自交，实际是典型的基因分离规律，后代各基因型的比例是1∶2∶1。