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第3课时从杂交育种到基因工程必修2第三单元变异、育种和进化一、杂交育种与诱变育种(填表)杂交育种诱变育种概念将___________________________________集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法利用____________________处理生物，使生物发生________，从而获得优良变异类型的育种方法原理基因重组基因突变过程选择__________________的亲本通过杂交获得F1，____________________，从中筛选获得需要的类型利用射线和化合物等理化因素诱导__________的细胞发生________，并选取需要的类型两个或多个品种的优良性状通过交配物理因素或化学因素基因突变具有不同优良性状F1连续自交或杂交正在分裂基因突变应用__________________，提高农作物单位面积产量；培育优良家畜、家禽主要用于_____________________改良作物品质农作物育种和微生物育种二、基因工程(填空)1．概念：又叫基因拼接技术或____________，是按照人们的意愿，把一种生物的________提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，______地改造生物的遗传性状。2．基本工具(1)基因的剪刀：__________________。(2)基因的针线：____________。(3)基因的运载体：常用的有________、噬菌体和____________等。DNA重组技术某种基因定向限制性核酸内切酶DNA连接酶质粒动植物病毒3．操作步骤(1)提取________。(2)目的基因与________结合。(3)将目的基因导入________。(4)目的基因的______________。4．应用基因工程主要在________、药物研制和________等方面取得了重大成就。目的基因运载体受体细胞表达和检测作物育种环境保护几种常见育种方法的比较育种方法处理方法原理优/缺点实例杂交育种通过杂交使亲本优良性状组合或互换后连锁在同一品种上基因重组优点：可获取优良性状新品种缺点：育种年限长小麦矮秆、抗病新品种的培育诱变育种物理(射线照射、激光处理)或化学(用亚硝酸、硫酸二乙酯)方法处理动植物、微生物基因突变优点：加快育种进程，大幅度改变某些性状缺点：有利个体不多，需大量处理供试材料青霉菌高产菌株的培育单倍体育种花药离体培养后用秋水仙素处理染色体变异明显缩短育种年限，可获纯种优良品种普通小麦花药离体培养多倍体育种用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗染色体变异优点：植株茎秆粗壮，果实、种子大，营养物质含量高缺点：发育延迟、结实率低无子西瓜、含糖量高的甜菜基因工程育种将一种生物特定基因转移到另一种生物细胞内基因重组优点：定向地改造生物的遗传性状抗虫棉特别提醒：(1)为得到特殊性状，可选择诱变育种(如航天育种)或多倍体育种。(2)若要将特殊性状组合到一起，还要克服远缘杂交的不亲和性，可考虑运用基因工程育种，如抗虫棉的培育和“工程菌”的培育。(2011·深圳模拟)下图是植物育种方式的简要概括图，请据图回答：(1)①→④表示的育种方法称为________，这种育种方式的目的是_________________________________________，同上述育种方式相比较，⑤→⑧育种方式的优越性主要表现在___________________________________________________。(2)⑨方法所运用的原理是________。过程⑪常用______________________________________________处理萌发的种子或幼苗。(3)过程⑬使用的生物技术是________，该育种方式的最大优点是___________________________________________。解析：(1)图中①→④是杂交育种，其目的是将两个或多个优良性状通过杂交集中在一起，依据的原理是基因重组。图中①→⑤→⑧是单倍体育种，其最大的优点是明显缩短了育种年限。(2)图中⑨→⑩是诱变育种，依据的原理是基因突变。⑪→⑫是多倍体育种，常用秋水仙素(低温)处理萌发的种子或幼苗。(3)过程⑬是基因工程育种，其优点是能定向改造生物的性状，克服远缘杂交不亲和的障碍。答案：(1)杂交育种将控制两个亲本优良性状的基因集中到一个个体中育种年限短(2)基因突变秋水仙素(或低温)(3)转基因技术(或基因工程)目的性强、育种周期短、可克服远缘杂交不亲和的障碍1．下列关于育种以及相关原理的说法正确的是()A．通过杂交育种方法培育高产抗病小麦的原理是染色体变异B．可通过人工诱变后选择获得高产青霉素菌株C．三倍体无子西瓜花粉可经培养得到单倍体但不育D．培育无子番茄过程利用了多倍体育种的原理解析：本题主要考查关于育种以及相关原理。通过杂交育种方法培育高产抗病小麦的原理是基因重组而不是染色体变异。可通过人工诱变后选择获得高产抗青霉素菌株，其原理是基因突变。三倍体无子西瓜由于减数分裂紊乱，所以不能形成正常的花粉。培育无子番茄过程利用了生长素促进子房发育成果实的原理，而不是多倍体育种。答案：B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)存在：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：EcoRI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2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，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DNA连接酶的作用是在DNA分子连接过程中，黏合脱氧核糖和磷酸之间的缺口。如果把DNA分子看成“梯子形”，DNA连接酶的作用是把梯子的扶手连接起来。3．常用的运载体——质粒(1)本质：小型环状DNA分子。(2)作用①作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；②用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(3)作为运载体应具备的条件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；③有标记基因。提取目的基因↓二、操作步骤目的基因：人们所需要的特定基因取得途径直接分离基因人工合成基因目的基因与运载体结合用同一种限制酶切割质粒和目的基因加入DNA连接酶质粒和目的基因结合成重组DNA分子将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测检测：根据受体细胞中是否具有标记基因，判断目的基因导入与否表达：受体细胞表现出特定的性状，如棉花抗虫性状的表现下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②解析：限制性核酸内切酶的作用是切割磷酸二酯键(①)，DNA聚合酶的作用是在有模板的条件下催化合成DNA子链，形成新的DNA分子(④)，DNA连接酶的作用是连接磷酸二酯键，即将2个DNA分子末端的缺口缝合起来(②)，解旋酶的作用是使双链DNA解旋(③)。答案：C规律总结DNA连接酶、DNA聚合酶等的比较名称作用参与生理过程及应用DNA连接酶连接两个DNA片段基因工程限制性核酸内切酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列DNA聚合酶在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧核苷酸DNA复制RNA聚合酶在核糖核苷酸链上添加单个核糖核苷酸转录解旋酶使碱基间氢键断裂形成脱氧核苷酸单链DNA复制及转录逆转录酶以RNA为模板合成DNA逆转录，基因工程2．如图是基因工程主要技术环节的一个基因步骤，这一步骤需要用到的工具是()A．DNA连接酶和解旋酶B．DNA聚合酶和限制性核酸内切酶C．限制性核酸内切酶和DNA连接酶D．DNA聚合酶和RNA聚合酶1．(2011·苏北四市)以下培育原理相同的一组是()A．太空椒和抗虫棉B．无子番茄和“番茄—马铃薯”C．高产优质杂交水稻和青霉素高产菌株D．无子西瓜和八倍体小黑麦解析：太空椒、青霉素高产菌株属于人工诱变育种，原理是基因突变；番茄—马铃薯利用了植物体细胞杂交的方法；高产优质杂交水稻利用了杂交育种方法，原理是基因重组；抗虫棉属于基因工程，原理是基因重组；无子番茄利用了生长素促进果实发育的原理；八倍体小黑麦和无子西瓜的原理都是染色体变异，属于多倍体育种。答案：D5．(2011·安徽名校模拟)普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：请分析回答下列问题。(1)B组所运用的育种方法为________，F2中能稳定遗传的矮秆抗病植株所占比例为________。(2)最不容易获得矮秆抗病小麦新品种的方法是________组，原因是__________________________。(3)A组育种方法的原理是________，F2所得矮秆抗病植株中能稳定遗传的占________。(4)在遗传学上把控制相同性状的某对染色体缺失一条染色体的个体称为单体，单体与正常个体之间，差别极其微小，可以进行交配。普通小麦为异源六倍体，其染色体组成可表示为AABBDD(A、B、D表示染色体组)，体细胞内染色体数为42，已分离得到21种不同染色体的野生型单体，应用单体可把新发现的隐性基因定位在特定的染色体上。现有一小麦隐性突变纯合子，请设计实验确定基因在哪对染色体上。实验步骤：①_____________________________________________；②____________________________________________。实验结果及结论：若________________________________________，说明基因位于该单体所缺少的那条染色体上。若____________________，说明基因不位于该单体所缺的那条染色体上。解析：(1)图中A、B、C三组育种方法分别是杂交育种、单倍体育种、诱变育种。由于图中通过单倍体育种获得的幼苗未经秋水仙素处理，所以F2中能稳定遗传的矮秆抗病植株所占比例为0。(2)由于诱变育种需要处理大量实验材料且基因突变是不定向的、突变频率比较低等原因一般不容易获得所需品种。(3)杂交育种的方法是基因重组，F2中矮秆抗病的植株ttR_，其中能稳定遗传的占1/3。(4)根据材料分析可让该小麦隐性突变纯合子与21种野生型小麦单体逐一杂交，观察F1的表现型及比例，若F1出现隐性突变型，而且这种突变型与野生型的比例为1∶1，则说明基因位于该单体所缺少的那条染色体上；若F1全为野生型，则说明基因不位于该单体所缺少的那条染色体上。答案：(1)单倍体育种0(2)CC组所运用的方法为诱变育种，基因突变是不定向的，而且突变频率比较低(3)基因重组1/3(4)实验步骤：①将小麦隐性突变纯合子与21种野生型小麦单体逐一杂交，得F1②观察统计F1的表现型及比例实验结果及结论：F1出现隐性突变型，而且这种突变型与野生型的比例为1∶1F1全为野生型