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第23讲从杂交育种到基因工程【考纲解读】最新考纲细解考点核心素养1.生物变异在育种上的应用(Ⅱ)2.转基因食品的安全(Ⅰ)1.掌握育种原理、过程和方法2.考查育种方案的选择与设计3.考查基因工程的原理及应用1.科学思维——比较与综合:育种方法的比较;批判性思维:理性看待转基因技术2.生命观念——结构与功能观:通过育种技术改善作物品质,提高产量等3.科学探究——实验设计与方案实施:育种方案的选择与设计考点一杂交育种和诱变育种研析教材内化基本概念1.杂交育种(1)概念:将两个或多个品种的通过交配集中在一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。(2)过程①培育杂合子品种选取符合要求的纯种双亲杂交(♀×)→F1(即为所需品种)。优良性状②培育隐性纯合子品种选取符合要求的双亲杂交(♀×)→F1F2→选出表现型符合要求的个体种植并推广。③培育显性纯合子品种a.植物:选择具有的亲本杂交,获得F1→F1自交→获得F2→需要的类型,连续自交逐代筛选至不再发生为止。b.动物:不同于植物的方面主要在于.,以鉴定其基因型。不同优良性状鉴别选择性状分离从获得的F2中选育出需要类型与隐性类型测交(3)优良性状的选择①若采用杂交育种,一般应从F2开始进行筛选,原因是。②若采用单倍体育种,对优良性状的选择应在秋水仙素处理之(填“前”或“后”),原因是.。F2开始出现性状分离后秋水仙素处理之前为单倍体;一般植株弱小,不表现出优良性状【深挖教材】杂交育种实践过程中一定需要经过连续自交吗?说明理由。提示:不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种,需要连续自交筛选直至性状不再发生分离;若选育隐性优良纯种,则只要在F2出现该性状个体即可。2.诱变育种(1)概念:利用物理因素或化学因素来处理生物,使生物发生,从而获得优良变异类型的育种方法。(2)过程:选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。(3)诱变育种与上述杂交育种相比,二者最大的区别在于.。(4)优点①可以提高,在较短时间内获得更多的优良变异类型。②大幅度地。(5)缺点:有利变异个体往往不多,需要处理大量材料。基因突变诱变育种能创造出新基因变异频率改良性状【深挖教材】研究发现低剂量的紫外线能诱发大肠杆菌基因突变,而高剂量的紫外线会导致菌体死亡,可能的原因是什么?因此紫外线诱发过程中要控制剂量,尝试写出控制剂量的三种方法。提示:高剂量的紫外线对细胞内的DNA损伤太大,导致细胞不能正常进行生命活动。紫外灯的功率、照射距离和照射时间。3.生物育种的原理、方法及实例[连线]答案:思考探究培养科学思维1.依据育种目的和提供的材料选择合适的育种方法(1)集中不同亲本的优良性状①一般情况下,选择,这也是最简捷的方法;②需要缩短育种年限(快速育种)时,选择。(2)培育果实较大或植株较大或营养物质含量较高的新物种——。(3)提高变异频率,“改良”“改造”或“直接改变”现有性状,获得当前不存在的基因或性状——。(4)若要培育隐性性状个体,可选择,只要出现该性状即可。(5)实现定向改变现有性状——。(6)若培育的植物的生殖方式为营养繁殖(如马铃薯),则不需要培育成纯种,只要出现该性状即可。杂交育种单倍体育种多倍体育种诱变育种自交或杂交育种基因工程育种2.根据育种流程图辨别育种方式(1)E方法所用的原理是,通过该方法获得优良性状个体的概率很低,其原因是。(2)上述育种过程中,哪两个过程所使用的方法相同?(填写字母),具体使用的方法为。(3)B过程中常用的方法是,为确认该过程得到的植株是否为单倍体,可在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体,观察的最佳时期为有丝分裂的中期。(4)图中最简便的育种途径是。(用图中字母与箭头表示)基因突变基因突变具有低频性,不定向性且突变大多是有害的C、F秋水仙素处理(或低温处理)花药离体培养A→D【深度思考】上述图解中,若利用A→D培育显性纯合子品种,理论上最短育种年限为多少?写出主要的育种程序。提示:四年。第一年杂交→第二年自交→第三年自交、人工选择→第四年分别种植、自交、选育所需后代。剖析题型提升核心素养题型一考查生物育种原理、过程及方法等1.研究人员在柑橘中发现一棵具有明显早熟特性的变异株,决定以此为基础培育早熟柑橘新品种。请回答下列问题:(1)要判断该变异株的育种价值,首先要确定它的物质是否发生了变化。(2)在选择育种方法时,需要判断该变异株的变异类型。如果变异株是个别基因的突变体,则可采用育种方法①,使早熟基因逐渐,培育成新品种1。为了加快这一进程,还可以采集变异株的进行处理,获得高度纯合的后代,选育成新品种2,这种方法称为育种。解析:(1)育种的目的是获得人类所需要的有价值的性状,只有由遗传物质改变引起的性状改变才能遗传下去,才具有育种价值。(2)方法①是自交,连续自交过程中,早熟基因逐渐纯合,培育成新品种1。单倍体育种能明显缩短育种年限,可先通过花药离体培养,再用秋水仙素处理单倍体幼苗。答案:(1)遗传(2)纯合花药单倍体(3)如果该早熟植株属于染色体组变异株,可以推测该变异株减数分裂中染色体有多种联会方式,由此造成不规则的染色体分离,产生染色体数目不等、生活力很低的,因而得不到足量的种子。即使得到少量后代,早熟性状也很难稳定遗传。这种情况下,可考虑选择育种方法③,其不足之处是需要不断制备,成本较高。(4)新品种1与新品种3均具有早熟性状,但其他性状有差异,这是因为新品种1选育过程中基因发生了多次,产生的多种基因型中只有一部分在选育过程中保留下来。解析:(3)若是由染色体组数目改变引起的变异,则该变异株减数分裂时联会紊乱,从而造成不规则的染色体分离,产生染色体数目不等、生活力很低的异常配子,只有极少数配子正常,故只能得到少量的种子。方法③需要先进行植物组织培养获得柑橘苗,此过程操作复杂、成本较高。(4)在新品种1的选育过程中,连续自交使早熟性状相关基因与其他性状相关基因发生了多次重组。而在植物组织培养过程中不发生基因重组。答案:(3)配子组培苗(4)重组题型二考查育种方案的选择与设计2.(2018·山东聊城二模)利用遗传和变异的原理培育农作物的新品种在现代农业生产上得到了广泛应用。用某闭花授粉的植物进行育种实验。请回答下列问题:(1)自然状态下该植物一般都是合子。若采用诱变育种,在γ射线处理时,需要处理大量种子,其原因是基因突变具有、和多害性等特点。解析:(1)该植物为闭花授粉,因此自然状态下该植物一般都是纯合子。诱变育种的原理是基因突变,而基因突变具有低频性、不定向性以及多害性,因此诱变育种时需处理大量种子。答案:(1)纯低频性不定向性(2)生产中使用的该植物品种都是具有优良性状的杂合子(杂种优势),且该植物的穗大(A)对穗小(a)为显性,黄粒(B)对白粒(b)为显性。请利用现有的穗大白粒和穗小黄粒品种(基因型未知)设计一个快速的育种方案,以实现长期培育穗大黄粒(AaBb)优良品种的目的。解析:(2)因为穗大白粒和穗小黄粒两个品种的基因型未知,要快速培育出穗大黄粒(AaBb)的优良品种,应先进行单倍体育种,以获得二倍体纯合子,选择部分穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株进行杂交,获得所需杂合子品种。为了长期培育此杂合子品种,还需对部分穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株自交留种。答案:(2)①分别种植穗大白粒、穗小黄粒植株,性成熟后分别取其花药离体培养至单倍体幼苗,然后用秋水仙素处理得到二倍体纯合子,分别自交,选择穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。②分别种植穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)的植株,选择其中的一部分植株进行杂交,获得穗大黄粒(AaBb)的杂合子品种。③其余另一部分植株进行自交,获得穗大白粒(AAbb)、穗小黄粒(aaBB)分别留种。(其他答案合理也可)考点二基因工程及应用研析教材内化基本概念1.概念DNA重组基因工程别名基因拼接技术或技术操作环境生物体外操作对象.操作水平水平基本过程剪切、拼接、导入、表达结果改造生物的遗传性状,获得人类需要的.基因分子基因产物定向2.工具(1)剪刀与针线(如图)限制酶①基因的“剪刀”:,如图。②基因的“针线”:,如图。(2)基因的“运输工具”:,常用、噬菌体、动植物病毒等。bDNA连接酶a运载体质粒3.基因操作的基本步骤提取目的基因→→将目的基因导入→。目的基因与运载体结合受体细胞目的基因的检测与鉴定【深挖教材】基因工程中使用的DNA连接酶可否用DNA聚合酶代替?说明理由。提示:不可以。因为酶具有专一性,DNA连接酶是把两个具有相同末端的DNA片段通过磷酸二酯键连接起来,该过程不需模板。DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接到核苷酸链上,且该过程需要模板。4.基因工程的应用(1)作物育种::目的培养出具有各种的作物新品种实例:抗棉铃虫的意义减少了用量，抗逆性转基因抗虫棉农药保护环境(2)大肠杆菌(3)环境保护:利用降解有毒有害的化合物,吸收环境中的重金属,分解泄漏的石油,处理工业废水等。转基因细菌5.转基因生物和转基因食品的安全性严格控制大范围推广思考探究培养科学思维限制酶种类的确定(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类①应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择。②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择。PstⅠSmaⅠ③为避免,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致,以确保具有。②质粒作为载体必须具备基因等,所以选择的限制酶不要破坏这些结构,如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因(Ampr);若所选酶的切点不止一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能。目的基因和质粒的自身环化和随意连接相同的黏性末端标记自主复制【深度思考】(1)若图中将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用PstⅠ酶切,酶切产物再加入DNA连接酶,其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有几种?分别是什么?(2)若将上面题目中的PstⅠ酶改用PstⅠ和EcoRⅠ酶切,结果又会怎样?提示:(1)3种。质粒载体—质粒载体连接物;目的基因—目的基因连接物;质粒载体—目的基因连接物。(2)1种。质粒载体—目的基因连接物。剖析题型提升核心素养题型基因工程的原理及应用(2018·山东烟台高三一模)高致病性禽流感暴发的地区,家禽养殖业蒙受巨大的经济损失,同时也威胁到人类的健康。科学家为提高家禽对病毒的抵抗力,减轻禽流感的传播和流行,进行了相关研究,请回答:(1)在鸡的多个品种中都存在Mx蛋白,但只有少数品种的Mx蛋白具有抗病毒的活性。比较两种Mx蛋白,发现其差异是第631号氨基酸的种类不同,这很可能是Mx蛋白基因发生了碱基对的而造成的。若对Mx蛋白缺陷的鸡进行基因治疗,该技术用来传递基因的载体多是病毒类载体,因为它们能,但这类病毒必须经过基因改造才能使用,改造后的病毒具有的特点是。解析:(1)由于两种蛋白质在结构上的差异只是第631号氨基酸的种类不同,这很可能是由于Mx基因发生了碱基对的替换而造成的。病毒作为运载体能够将目的基因整合到宿主的DNA分子上,因此若对Mx蛋白缺陷的鸡进行基因治疗,用来传递基因的载体多是病毒类载体;但是病毒具有侵染性,必须进行改造,改造后的病毒无毒性(或无感染性)。答案:(1)替换将目的基因整合到宿主的DNA分子上无毒性(或无感染性)(2)研究人员利用作探针,从某个品种的鸡体内成功提取出正常Mx蛋白的mRNA,通过法获取cDNA,再利用某种病毒将cDNA携带进入Mx蛋白缺陷的另一个品种的鸡受精卵中,并将这些受精卵培育成成体。检测发现,在上述获得的鸡体内cDNA成功表达了。从分子水平上说这项检测,通常采用方法,但合成的Mx蛋白是否具有正常活性,还需要从个体水平上进行试验。解析:(2)研究人员利用Mx基因作探针,从某个品种的鸡体内成功提