高中生物第6章从杂交育种到基因工程 第1节杂交育种与诱变育种

第6章从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种【要点导学】1．杂交育种（1）实质：利用基因重组原理，将两个或多个品种的优良性状通过杂交集中在一起，再经过选择和培育，获得人们所需的优良品种。

提示：杂交育种必须在同种生物之间进行，不同种生物一般不能杂交，所以不同物种间的育种不能利用杂交育种方法。

（2）杂交育种的基本步骤：①具有优良性状的两个亲本杂交。

②子一代只表现出显性性状，让子一代自交。

③从子二代中选出符合要求的性状进行多次自交纯化获得新品种。

特别提醒：①如果生物是靠有性生殖繁殖后代，例如小麦、大豆等，则是必须选育出优良性状的纯合体，以免后代发生性状分离。

②如果生物不是依靠有性生殖繁殖后代，而是依靠无性生殖繁殖后代，例如马铃薯、甘薯、果树等，那么只要得到该优良性状的个体就可以了，没有必要进行基因的纯化。

③如果要利用作物的杂种优势，则需要年年杂交，年年制种。

例如玉米的品种一般是杂合子。

④如果是动物，选育动物纯合体的方法一般用测交法，根据后代的表现型直接确定。

（3）优点：①可以把多个品种的优良性状集中在一起；②操作简单，目的性强。

（4）缺点：①杂交后代会出现性状分离，育种进程缓慢，过程复杂，需要及时发现优良品种；②只能利用已有的基因进行重组，按需选择，并不能创造出新的基因；③能进行有性生殖的生物才能进行杂交育种，对只进行无性生殖的个体不适用。

（5）杂交育种的实例已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗矮病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。

现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。

要求使用杂交育种的方法培育出具有优良性状的新品种（矮秆抗锈病），育种过程（参见下图）P 高秆抗病（DDRR）×矮秆易染病（ddrr）↓F1高秆抗病（DdRr）↓F2选矮秆抗病的个体重复F3个体（纯合子）（杂合子）2．诱变育种（1）实质：利用基因突变原理，利用物理因素或化学因素处理生物，提高生物的突变率，从中获得优良变异类型。

（2）育种方法：先用物理方法（紫外线、γ辐射、失重等）或化学方法（亚硝酸、硫酸二乙胺等）处理植株，诱发基因突变，从中选取需要的突变个体，然后进行培育推广。

提示：萌发的种子或者幼苗有丝分裂旺盛，只有DNA复制时才可以诱发基因突变。

（3）优点：①提高变异的频率，能在短时间内产生多种多样的新类型，为育种创造丰富的原材料；②可产生前所未有的新基因，从而大幅度改良某些性状；③诱变育种可以使后代性状尽快稳定，加速育种进程。

（4）缺点：由于基因突变具有不定向性、低频性和多害少利性的特点，所以诱变育种产生的有利个体往往不多，需处理材料较多，突变后有利变异个体少，使选育工作量大，具有盲目性。

（5）应用①农作物育种：培育出的新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。

②微生物育种：如青霉菌的选育。

特别提醒：诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。

【经典例题】［例1］育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种等，下面对这四种育种的说法正确的是（）A．涉及的原理有：基因突变、基因重组、染色体变异B．都不可能产生定向的可遗传变异C．都在细胞水平上进行操作D．都不能通过产生新基因从而产生新性状［解析］该题综合考查了育种方法的原理和特点。

杂交育种和多倍体育种的原理是染色体变异，诱变育种的原理是基因突变。

因为基因突变是不定向的，所以诱变育种的变异是不定向的，其他育种方法可根据人们的需要定向改造生物；这些育种方法都是在个体水平进行操作；诱变育种可以产生新的基因。

［答案］A［例2］（2009年河南郑州）如下图所示，将二倍体植株①和②杂交得到③，再将③作进一步处理。

对此分析错误的是（）A．由⑤得到⑥的育种原理是基因重组B．图中秋水仙素的作用是使染色体数目加倍C．若③的基因型是AaBbdd，则⑨的基因型可能是aBdD．③至④的过程中，所产生的变异都有利于生产［解析］该题主要考查了杂交育种、诱变育种、单倍体育种和多倍体育种的方法及应用。

③至④的过程表示诱变育种，因为基因突变大多是有害的，所以诱变育种得到的突变性状多数是不利于生产的，还需要从中筛选出符合生产要求的植株。

［答案］D第2节基因工程及其应用【要点导学】1．基因工程的原理（1）基因工程的实质：根据人们需要将一种生物的某种基因提取出来，利用专用操作工具将该基因放到另一种生物的细胞里，从而定向地改造生物的遗传性状。

（2）基因工程的原理：是把一种生物的某种基因作为整体转移到另一种生物体的细胞内，基因仍然具有一定的独立性和完整性，基因的结构基本没有变化，只是位置有了变化，所以属于基因重组。

（3）基因工程的优点：可以实现基因在不同种生物之间的转移，可以打破有性生殖的远缘杂交不亲和的生殖障碍，迅速培育出前所未有的新品种。

2．基因工程的操作工具（1）基因的“剪刀”——限制酶①存在：主要存在于微生物中，种类有300多种。

②作用与特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割DNA 分子，产生2个带有黏性末端的DNA片段。

也就是说限制酶的作用具有特异性。

特别提醒：目的基因的两端应都具有黏性末端。

（2）基因的针线——DNA连接酶黏性末端将脱氧核糖和磷酸交替连接而成的DNA骨架上的缺口“缝合”起来，即连接磷酸和脱氧核糖形成磷酸二酯键，如下图：特别提醒：限制酶和DNA连接酶的作用位点都是磷酸二酯键，碱基对之间氢键的断裂与重新形成不是这两种酶的作用，氢链可通过碱基互补配对连接起来。

（3）基因的“运输工具”——运载体①作用：作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中去；利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。

②需要具备的条件：能够在宿主细胞中复制并稳定存在；具备多个限制酶切点，以便于与外源基因连接；具有某些标记基因便于进行筛选。

③常见种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。

特别提醒：①注意区别DNA连接酶和DNA聚合酶：前者连接的是两个具有特定黏性末端（或平末端）的DNA片段，不需要模板；后者是将游离的脱氧核苷酸连接起来，并且需要模板。

②质粒是存在于细菌及酵母菌细胞质中的小型环状DNA分子，是最常用的载体。

③一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改造。

现在所使用的质粒几乎都是经过改造的。

3．基因工程操作的基本步骤①提取目的基因获取目的基因的途径有：从基因文库中获得、PCR技术扩增、反转录法合成、化学法人工合成等。

②目的基因与运载体结合需用同一种限制酶分别切割质粒和目的基因，使其形成相同的黏性末端，然后加入DNA 连接酶，使质粒和目的基因结合成重组DNA分子。

③将目的基因导入受体细胞主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法，动物细胞还可以使用显微注射技术。

④目的基因的表达和检测表达：受体细胞表现出目的基因控制的特定性状。

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。

另外，可从分子水平上检测目的基因、mRNA和蛋白质，还可以从性状水平上检测是否具备期望性状。

【经典例题】［例1］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成功实现表达［解析］该题主要考查基因工程的基础知识。

基因操作的工具有限制酶、连接酶和运载体，一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，运载体是基因的运输工具，而不是工具酶。

目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因完成了表达。

基因工程的结果是让目的基因完成表达，生产出目的基因的产物。

细菌作受体细胞的重要条件是能够快速繁殖。

［答案］C［例2］（2010年上海杨浦）下列图中关于P、Q、R、S、G的描述，正确的是（）A．P代表的是质粒RNA，S代表的是外源DNAB．Q表示限制性内切酶的作用，R表示RNA聚合酶的作用C．G是RNA与DNA形成的重组质粒D．G是转基因形成的重组DNA质粒［解析］此题主要考查重组质粒的形成过程，P代表质粒，质粒的化学本质是DNA。

R 表示DNA连接酶的作用，而RNA聚合酶是催化RNA合成所需要的一种酶，所以R不能代表RNA聚合酶。

G是质粒与外源DNA形成的重组质粒，两者都是DNA。

［答案］D［例3］（2010年浙江台州）科学家通过基因工程的方法，能使大肠杆菌产生人的胰岛素。

以下叙述中，错误的是（）A．人胰岛素基因可以用人工方法合成B．目的基因导入受体细胞后不一定能表达C．DNA连接酶和限制性内切酶都是构建重组质粒必需的工具酶D．不同的限制性内切酶处理目的基因和质粒产生的黏性末端一定不能互补配对［解析］限制性内切酶具有特异性，一种限性酶只能识别一种特定的核苷酸序列，也只能在特定的位点进行切割。

但不同的限制酶切割不同的核苷酸序列后，有可能形成互补的黏性末端。

［答案］D作者：王琦责任编辑：戴慧。