2019版必修2第7单元第3讲从杂交育种到基因工程

第3讲从杂交育种到基因工程
考点一I五种常见育种方法的比较
(对应学生用书第144页)
［识记一基础梳理］
1. 杂交育种
(1) 概念：将两个或多个品种的优良性状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植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交」得F i—F i自交—获得F2—鉴
别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。

②动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F i —F i雌雄个体交配一获
得F2—鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的
F2个体。

(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F2才出现性状分离。

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后—(填“前”或
“后”)，原因是秋水仙素处理之前为单倍体，一般植株较小，不能表现出优良性状。

2. 诱变育种
(1) 概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，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诱___
基因。

方法实例
3. 生物育种方法、实例(连线)
方法实例
a.杂交育种I •高产青霉菌
b.单倍体育种n .京花1号小麦
C.诱变育种
d.多倍体育种IV .三倍体无子西瓜
e.基因工程育种V .杂交水稻
【提示】a-V b—n c—I d—V e—m
［辨析与识图］
1. 判断正误
(1)将大豆种子用60Co处理后，筛选出一株杂合子抗病植株连续自交若干代, 则其纯合抗病植株的比例逐代下降。

(x)
【提示】杂合子自交，随自交后代数增加，纯合子逐代增多。

(2)通过诱导多倍体的方法可克服远缘杂交不育，培育出作物新类型。

(3)抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦，此实践活动包含基因工程技术。

(x)
【提示】此育种方式属于杂交育种，原理是基因重组，不包含基因工程技术。

(4)通过诱变育种可获得青霉素高产菌株。

(V)
(5)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状
是由基因突变引起的，将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的
咼产品系。

(x)
【提示】花粉离体培养获得的是单倍体，需用秋水仙素处理单倍体幼苗，才能获得稳定遗传的纯合品系。

(6)最简捷的育种方法是杂交育种，快速育种时常选用单倍体育种。

(V)
2. 据图思考
如图甲、乙表示水稻两个品种，A、a和B、b表示分别位于两对同源染色体
上的两对等位基因，①〜⑥表示培育水稻新品种的过程，请思考：
(1) 图中③一⑤为单倍体育种。

(用序号及箭头表示)
(2) 图中哪一标号处需用秋水仙素处理？应如何处理？
图中⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得纯合子；图中⑥处，需用
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，以诱导染色体加倍。

(3) 图中④、⑥的育种原理分别是基因突变、染色体变异。

(4) 图中最简便的育种途径是①一②所示的杂交育种，最难以达到育种目的是
④诱变育种。

［理解一深化探究］
填表比较各类育种方法
［运用一考向对练］
考向1考查育种过程、原理、方法等
1 •下列关于常见作物育种方法的叙述，不正确的是（）
A •利用杂交育种可培育出新物种，促进生物的进化
B •利用单倍体育种可获得纯合子，明显缩短育种年限
C •利用多倍体育种可增加染色体的数目，获得茎秆粗壮的植株
D•利用诱变育种可增大突变频率，利于获得新基因
A ［杂交育种的原理是基因重组，不产生新基因，只产生新的基因型，不会
改变基因频率，不能产生新物种，能促进生物进化，A错误。

］
2. （2019邯郸市高三摸底）利用基因型为Aa的二倍体植株培育三倍体幼苗，其
途径如图所示，下列叙述正确的是（）
A •①过程需要秋水仙素处理，并在有丝分裂后期发挥作用
B.②过程为单倍体育种，能明显缩短育种期限
C •两条育种途径依据的生物学原理都主要是基因突变和染色体变异
D.两条育种途径中，只有通过途径一才能获得基因型为AAA的三倍体幼苗
D ［①是人工诱导染色体数目加倍过程，该过程需要秋水仙素处理，而秋水
仙素作用原理是抑制纺锤体的形成，因此其在有丝分裂前期发挥作用，A错误；图中只有多倍体育种和体细胞杂交育种，没有单倍体育种，B错误；图中途径一为多倍体育种，其原理是染色体变异；途径二为植物体细胞杂交育
种，其原理是染色体变异，C错误；途径一得到的三倍体的基因型为AAA或AAa或Aaa或aaa，途径二得到的三倍体的基因型为AAa或Aaa，D正确。

］［备选习题］
黑龙江省农科院欲通过下图所示的育种过程培育出高品质的糯玉米。

下列有关
叙述正确的是（）
A • a过程中运用的遗传学原理是基因重组
B. a过程需要用秋水仙素处理萌发的种子
C •利用c过程定能更快获得高品质的糯玉米
D. b过程需要通过逐代自交来提高纯合率
D ［a过程为单倍体育种，育种过程中需用秋水仙素处理萌发的单倍体幼苗，育
种原理是染色体变异，A、B错误；c过程为诱变育种，由于基因突变具有不定向性，在较短的时间内不一定能获得高品质的糯玉米，C错误；b过程为杂交育种，需通过逐代自交来提高纯合率，D正确。

］
［规律总结］育种方法的确定
从育种材料和方法特点的角度确定育种方法，如图所示。

考向2育种方案的设计
3 •回答下列有关育种的问题：
⑴现有甲、乙、丙、丁四个品系的纯种玉米，其基因型依次为AABBGG、
aaBBGG、AAbbGG、AABBgg。

若想培育出AaaBBbGGG新类型，试用遗传图解表示育种的过程(要求写出配子)。

(2) 现有水稻的两纯系品种AArr(无芒而易感病)和aaRR有芒而抗病)，两对相
对性状独立遗传。

为培育无芒而抗病的纯系品种(AARR)，请用遗传图解表示从
F i开始的最快的育种程序，并写出相应的文字说明。

［解析］(1)培育出的AaaBBbGGG新类型是三倍体，而所给材料均为二倍体，因此要将其中之一(品系乙aaBBGG)用秋水仙素处理使其染色体加倍形成四倍体，然后再与二倍体(品系丙AAbbGG)杂交，可得到三倍体。

(2)题中要求写出从F i开始的最快的育种程序，因此要采用单倍体育种。

［答案］
(2)
［备选习题］
小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种，请设计小麦品种间杂交育种程序。

要求用遗传图解表示并加以简要说
明。

（写出包括亲本在内的前二代即可。

）
［答案］第一代 AABB x aabb 亲本杂交得F i
种植F i ， 自交得F 2
种植F 2,选矮秆 、抗病aaB_植株
继续自交，选择
后代不出现性状 分离纯合体的 植株所结的种子
考点二|基因工程的操作工具及步骤 （对应学生用书第146页）
［识记一基础梳理］ 1 •概念 按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放 到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。

2. 原理 不同生物之间的基因重组。

3. 工具 （1） 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 I 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或平末端的
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） DNA 连接酶 ① 催化对象：两个具有相同黏性末端或平末端的 DNA 片段。

②
第二代
AaBb
第三代
、A bb 、 aaB 、aabb
③催化结果：形成重组DNA。

(3) 常用的运载体一一质粒
①本质：小型环状DNA分子。

②作用：
a.作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去；
b•用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

4. 基本步骤
5. 应用
(1) 育种，如抗虫棉。

(2) 药物研制,如胰岛素等。

(3) 环境保护，如转基因细菌分解石油。

6. 转基因生物和转基因食品的安全性一一“两种态度”
(1) 转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制。

(2) 转基因生物和转基因食品安全，应该大范围推广。

［辨析与识图］
1. 判断正误
(1) 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
属于基因工程。

(X)【提示】基因工程是在人为作用下进行的，噬菌体感染细菌无人为因素，所以不属于基因工程。

(2) DNA连接酶和限制酶是基因工程中两类常用的工具酶。

(V)
(3) 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，属于基因工程。

(V)
(4) 载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。

(X)
【提示】载体质粒上抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，不是抗生素合成基因。

(5) 为达到相应目的，“携带链霉素抗性基因受体菌的筛选”必须通过分子检
测。

(X)
【提示】根据受体菌是否对链霉素产生抗性进行筛选，不需要分子检测。

(6) 转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中。

(X)【提示】动物食入转基因植物后，其消化系统能将植物基因分解成小分子
物质，基因不能转入动物体细胞中。

2. 据图思考
下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图。

(1) 图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”：提取目的基因；目的—因
与运载体结合；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。

(2) 能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？不能为什么？皮月____
素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA。

(3) 过程②必需用的酶是逆转录酶。

(4) 在利用A、B获得C的过程中，常用限制性核酸内切酶切割B，使它产生一
定的黏性末端，再加入DNA连接酶才可形成C。

［运用一考向对练］
考向考查基因工程的原理及应用
近日，美国和澳大利亚的研究人员发现，从锥形蜗牛体内提取出的毒液可望帮助人类开发出超级速效的胰岛素。

他们研究表明锥形蜗牛毒蛋白(Co n-l ns Gl)能加速受体细胞信号转换，比人类胰岛素更加快速的发挥作用。

因此制造这类“速效胰岛素”以及利用转基因技术实现批量生产成为I型糖尿病治疗的新
思路。

请回答下列问题：
⑴利用基因工程制造Con-lns Gl这种速效胰岛素过程中，构建基因表达的载体一
般包括目的基因、启动子、标记基因和 ____________ 标记基因的作用是
______________________________________________ 。

(2) 为了获得目的基因可以通过提取分析Con-Ins Gl毒蛋白中的_______________
序列推知毒蛋白基因的核苷酸序列，再用DNA合成仪直接大量合成。

基因工程中需要DNA连接酶，根据酶的来源不同分为 ___________________ 类。

(3) 将人工合成的目的基因导入大肠杆菌体内，一般先用药物处理大肠杆菌使
之成为 ________________ 田胞。

再将重组DNA溶于___________ 中与该类细胞融合，在一定温度下促进细胞吸收重组DNA分子完成转化过程。

(4) 经过目的基因的检测和表达，获得的Con-Ins Gl毒蛋白活性未能达到期待
的“速效胰岛素”的生物活性，导致这种差异的原因可能是_________________ 。

[解析] (1)基因表达载体的成分包括启动子、终止子、目的基因和标记基因，其中标记基因的作用是检测目的基因是否导入了受体细胞。

(2)人工合成目的基因，可以根据Con-Ins Gl 毒蛋白中的氨基酸序列推mRNA 中的核糖核苷酸序列，进而推测出毒蛋白基因的核苷酸序列，再用DNA 合成仪直接大量合成。

基因工程中的DNA连接酶可以分为EcoliDNA连接酶和
T4DNA 连接酶两类。

(3) 将人工合成的目的基因导入大肠杆菌等微生物体内，先用氯化钙处理大肠杆菌，使之成为感受态，再将重组DNA 溶于缓冲液中与该类细胞融合。

(4) 由于大肠杆菌是原核生物，细胞中没有内质网和高尔基体等多种细胞器，
不能对合成的蛋白质进行加工、分类和包装，所以获得的Con-lns Gl毒蛋白活性未能达到期待的“速效胰岛素”的生物活性。

[答案]⑴终止子鉴别和筛选含有目的基因的细胞(2)氨基酸E coliDNA 连接酶和T4DNA 连接酶(3)感受态缓冲液(4)大肠杆菌中基因表达获得的蛋白质未加工
真题验收| 感悟高考淬炼考能
(对应学生用书第147 页)
1. (2019大纲全国卷)下列实践活动包含基因工程技术的是()
A •水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种
B •抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
C.将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株
D•用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆
C [A 项属于单倍体育种，原理是染色体变异；B 项属于杂交育种，原理是基因
重组；C项属于基因工程育种，原理是基因重组；D项属于诱变育种，
原理是基因突变。

]
2. (2019全国卷I )现有两个纯合的某作物品种：抗病高秆(易倒伏)和感病矮秆(抗
倒伏)品种。

已知抗病对感病为显性，高秆对矮秆为显性，但对于控制这两对相对性状的基因所知甚少。

回答下列问题：
(1) 在育种实践中，若利用这两个品种进行杂交育种，一般来说，育种目的是
获得具有 _______ 优良性状的新品种。

(2) 杂交育种前，为了确定F2代的种植规模，需要正确预测杂交结果。

若按照孟
德尔遗传定律来预测杂交结果，需要满足 3 个条件：条件之一是抗病与感病这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；其余两个条件是。

(3) 为了确定控制上述这两对性状的基因是否满足上述 3 个条件，可用测交实
验来进行检验，请简要写出该测交实验的过程。

［解析］ ( 1 )杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起，抗病与矮秆(抗倒伏)为优良性状。

(2)杂交育种依据的原理是基因重组，控制两对相对性状的基因位于非同源染色体上，遵循基因的自由组合定律，每对
基因单独考虑时符合分离定律。

(3)测交是指用F i和隐性纯合子杂交，故应先用纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交得到F i，然后再进行测交实验。

［答案］ (1)抗病矮秆
(2) 高秆与矮秆这对相对性状受一对等位基因控制，且符合分离定律；控制这两
对相对性状的基因位于非同源染色体上
(3) 将纯合的抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交，产生F i，让F i与感病矮秆
植株杂交。

3. (2019安徽高考)香味性状是优质水稻品种的重要特性之一。

(1) 香稻品种甲的香味性状受隐性基因(a)控制，其香味性状的表现是因为
导致香味物质积累。

(2) 水稻香味性状与抗病性状独立遗传。

抗病(B)对感病(b)为显性。

为选育抗病
香稻新品种，进行了一系列杂交实验。

其中，无香味感病与无香味抗病植
株杂交的统计结果如图所示，则两个亲代的基因型是___________ 。

上述杂交的
子代自交，后代群体中能稳定遗传的有香味抗病植株所占比例为___________ 。

(3)用纯合无香味植株作母本与香稻品种甲进行杂交，在F1 中偶尔发现某一植株具有香味性状。

请对此现象给出两种合理的解释：①_______________________ ；
②_________________________________________________________________ 。

__
(4) _________________________________________________________ 单倍体育种可缩短育种年限。

离体培养的花粉经脱分化形成_____________________ ，最
终发育成单倍体植株，这表明花粉具有发育成完整植株所需的___________ 。

若
要获得二倍体植株，应在_________ 时期用秋水仙素进行诱导处理。

［解析］ (1)根据题意分析， a 基因控制香味性状的出现，说明 a 基因纯合时，参与香味物质代谢的某种酶缺失，导致香味物质不能转化为其他物质，从而使香味物质积累。

⑵据图中杂交结果分析，无香味：有香味=3 ：1,抗病：感病二1 ：1,可知
亲本的基因型为Aabb(无香味感病)、AaBb(无香味抗病)，贝U F i基因型为
1/8AABb、1/8AAbb、1/4AaBb、1/4Aabb、1/8aaBb、1/8aabb,其中只有AaBb、aaBb的植株自交才能获得能稳定遗传的有香味抗病植株(aaBB)，有香味抗病
植株(aaBB)占F2 的比例为1/4 X1/4X 1/4 + 1/8X 1 X 1/4 = 3/64。

(3) 纯合无香味植株基因型为AA，香稻品种甲的基因型为aa,正常情况下两
者杂交后代基因型为Aa，表现为无香味，但子代出现了有香味的植株，可能
是由于某一雌配子形成时，A基因突变为a基因，在子代中出现了基因型为
aa的植株；或者某一雌配子形成时，含A基因的染色体片段缺失，子代由于
只含基因a而出现香味性状。

(4) 植物组织培养过程中，离体细胞在培养基中先脱分化形成愈伤组织，再通过再分化形成根或芽等，最终形成完整植株。

单倍体育种中，花粉细胞能够
表现出全能性是因为花粉细胞中含有该种植物的全部遗传信息。

花药离体培养获得的是单倍体植株，对单倍体幼苗用秋水仙素处理可使幼苗细胞中染色体数目加倍，最终发育为正常的二倍体植株。

［答案］ (1)a 基因纯合，参与香味物质代谢的某种酶缺失
(2)Aabb、AaBb 3/64 (3)某一雌配子形成时，A 基因突变为a 基因某一雌配子
形成时，含 A 基因的染色体片段缺失(4)愈伤组织全部遗传信息幼苗
1．诱变育种时突变的个体中有害个体多于有利个体。

2．诱变育种能产生前所未有的新基因，创造变异新类型。

3．杂交育种能将多个优良性状集中到同一生物个体上。

4．杂合子品种的种子只能种一年，需要年年制种。

5．一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。

6．DNA 连接酶的作用是在DNA 片段之间的磷酸与脱氧核糖之间形成磷酸二酯键。

7．基因工程育种能定向改造生物性状。

8．基因工程可以实现基因在不同生物之间的转移。