高考生物提分秘籍：专题24《从杂交育种到基因工程》教学案（含答案）教案

1．生物变异在育种上的应用(Ⅱ)。2．转基因食品的安全(Ⅰ)。热点题型一   几种常见育种方式的比较  例1、（天津卷，2）芦笋是雌雄异株植物，雄株性染色体为XY，雌株为XX；其幼茎可食用，雄株产量高。以下为两种培育雄株的技术路线。有关叙述错误的是（　　）A．形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导B．幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程C．雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XY、XXD．与雄株甲不同，雄株丁培育过程中发生了基因重组【答案】C【解析】生长素与细胞分裂素的使用比例影响植物细胞的发育方向，当二者比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比例适中时，促进愈伤组织的形成，因为生长素和细胞分裂素相对应的植物生长调节剂也有相应的效果，所以可以通过添加植物生长调节剂进行诱导，A正确；幼苗乙与幼苗丙的形成是花药离体培养形成单倍体植株的过程，此过程的原理是植物组织培养，因此需要经过脱分化与再分化的过程，B正确；花粉是经过减数分裂产生的，其配子含有X染色体或Y染色体，经过花药离体培养，得到单倍体，再经过秋水仙素处理后得到的植株乙与丙的基因型为XX或YY，因此雄株丁的亲本的基因型分别为XX、YY，C错误；雄株甲是通过无性繁殖形成的，形成过程中不会进行减数分裂，因此也不会发生基因重组；雄株乙是通过有性生殖形成的，形成过程中经过了减数分裂，因此会发生基因重组，D正确。【变式探究】下图甲、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，①～⑦表示培育水稻新品种的过程，则下列说法错误的是 (　　)A．①→②过程简便，但培育周期长B．①和⑦的变异都发生于有丝分裂间期C．③过程常用的方法是花药离体培养D．③→⑥过程与⑦过程的育种原理相同 【答案】B【提分秘籍】不同育种方法需注意的问题 (1)诱变育种：多用于植物和微生物。原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。(2)杂交育种：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，则只要出现该性状个体即可。(3)花药离体培养≠单倍体育种：花药离体培养只是其中的一个程序，要想得到可育的品种，一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体数目加倍。(4)“最简便”≠“最快”：“最简便”着重于技术含量应为“易操作”如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作，但“最快速”则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高，单就花粉培养成幼苗已很难实现。【举一反三】 某植物的基因型为AaBB，通过不同的生物技术可以分别将它转变为以下基因型的植物：①AABB　②aB　③AaBBC　④AAaaBBB则所用到的生物技术排列正确的是(　　)A．诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合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 【答案】B热点题型二    基因工程 例2、（年天津卷，9）玉米自交系（遗传稳定的育种材料）B具有高产、抗病等优良性质，但难以直接培育成转基因植株，为使其获得抗除草剂性状，需依次进行步骤I、II试验。Ⅰ．获得抗除草剂转基因玉米自交系A，技术路线如下图。 （1）为防止酶切产物自身环化，构建表达载体需用2种限制酶，选择的原则是______（单选）。①Ti质粒内，每种限制酶只有一个切割位点②G基因编码蛋白质的序列中，每种限制酶只有一个切割位点③酶切后，G基因形成的两个黏性末端序列不相同④酶切后，Ti质粒形成的两个黏性末端序列相同A．①③           B．①④        C．②③       D．②④（2）下表是4种玉米自交系幼胚组织培养不同阶段的结果。据表可知，细胞脱分化时使用的激素是_______________，自交系_______________的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。 （3）农杆菌转化愈伤组织时，T-DNA携带插入其内的片段转移到受体细胞。筛选转化的愈伤组织，需使用含_____________________的选择培养基。（4）转化过程中，愈伤组织表面常残留农杆菌，导致未转化愈伤组织也可能在选择培养基上生长。含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达，其产物能催化无色物质K呈现蓝色。用K分别处理以下愈伤组织，出现蓝色的是_______________（多选）。A．无农杆菌附着的未转化愈伤组织B．无农杆菌附着的转化愈伤组织C．农杆菌附着的未转化愈伤组织D．农杆菌附着的转化愈伤组织（5）组织培养获得的转基因植株（核DNA中仅插入一个G基因）进行自交，在子代含G基因的植株中，纯合子占_____________。继续筛选，最终选育出抗除草剂纯合自交系A。II．通过回交使自交系B获得抗除草剂性状（6）抗除草剂自交系A（GG）与自交系B杂交产生F1，然后进行多轮回交（下图）。自交系B作为亲本多次回交的目的是使后代______________。 　　　　　（7）假设子代生活力一致，请计算上图育种过程F1、H1、H2、H3各代中含G基因植株的比例，并在图1中画出对应的折线图。若回交后每代不进行鉴定筛选，直接回交，请在图2中画出相应的折线图。 （8）下表是鉴定含G基因植株的4种方法。请预测同一后代群体中，4种方法检出的含G基因植株的比例，从小到大依次是________。方法           检测对象         检测目标         检出的含G基因植株的比例PCR扩增       基因组DNA       G基因                     x1分子杂交       总mRNA         G基因转录产物              x2抗原-抗体杂交   总蛋白质        G基因编码的蛋白质          x3喷洒除草剂     幼苗            抗除草剂幼苗                x4对Hn继续筛选，最终选育出高产、抗病、抗除草剂等优良性状的玉米自交系【答案】（1）A   （2）2,4-D    乙   （3）除草剂    （4）BD   （5）1/3（6）积累越来越多自交系B的遗传物质/优良性状（7）  （8）X4，X3，X2，X1获得抗除草剂转基因玉米自交系A，则筛选转化的愈伤组织，需使用含除草剂的选择培养基。（4）含有内含子的报告基因位于农杆菌Ti质粒的T-DNA中，无农杆菌附着的未转化愈伤组织不含内含子的报告基因，不会出现蓝色；不论有无农杆菌附着，转化愈伤组织中都含有Ti质粒，含内含子的报告基因，出现蓝色；农杆菌附着的未转化愈伤组织，含内含子的报告基因位于农杆菌中，农杆菌属于原核生物，其中的报告基因不能正确表达，不会出现蓝色。故选BD。（5）由于转基因植株的核DNA中仅插入一个G基因，设基因型为GO，自交后代含G基因的植株基因型为GG或GO，比例为1:2，纯合子占1/3。（6）回交是指杂交后代与自交系B杂交，会使后代积累越来越多自交系B的遗传物质/优良性状。（7）自交系B不含抗除草剂基因，设基因型为OO，则自交系A（GG）与之杂交得F1，基因型为GO，都含有G基因，再与自交系B（OO）回交得H1，基因型为GO和OO，比例为1:1，含有G基因的植株占1/2，筛选去除基因型为OO的植株后，剩余的都是基因型为GO的植株，再回交，则与H1结果相同，含有G基因的植株占1/2。若不筛选，则1/2GO、1/2OO植株回交得H2，基因型为1/4GO、3/4OO，含有G基因的植株占1/4，1/4GO，3/4OO植株回交得H3，基因型为1/8GO、7/8OO，含有G基因的植株占1/8。（8）G基因导入受体受体细胞后，不一定转录形成mRNA，转录形成的mRNA不一定翻译形成相应的蛋白质，翻译形成相应的蛋白质，不一定表现出抗除草剂性状，所以检测出含G基因植株的比例由大到大依次是X4，X3，X2，X1。【变式探究】下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是 (　　)A．一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B．限制性内切酶的活性受温度影响C．限制性内切酶能识别和切割RNAD．限制性内切酶可从原核生物中提取【答案】C【解析】生物体内有能识别并切割特异性双链DNA序列的一种核酸内切酶，它是一种可以将外来的DNA切断的酶，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故叫限制性内切酶(简称限制酶)。限制性内切酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。 【提分秘籍】基因重组与基因工程的比较比较项目 基因重组 基因工程 不同点   概念 在生物体进行有性生殖过程中，控制不同性状基因的重新组合  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 重组基因 同一物种的不同基因 不同物种间的不同基因 繁殖方式 有性生殖 无性生殖 意义 是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义 使人类有可能按自己的意愿直接定向地改变生物，培育出新品种 相同点 都实现了不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异 【举一反三】 下列关于限制酶和DNA连接酶的理解，正确的是 (　　)A．其化学本质都是蛋白质B．DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键C．它们不能被反复使用D．在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶【答案】A【方法技巧】基因工程中的八个注意点 (1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键(不是氢键)，只是一个切开，一个连接。(2)质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。(3)要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。(4)DNA酶即DNA水解酶，是将DNA水解的酶；DNA聚合酶是在DNA复制过程中，催化形成新DNA分子的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板；但DNA连接酶是将两个DNA片段的两个缺口同时连接，不需要模板，两者作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。(5)原核生物基因(如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌)可为真核生物(如棉花)提供目的基因。(6)限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。(7)受体细胞动物一般用受精卵，植物若用体细胞则通过组织培养的方式形成新个体。(8)抗虫棉只能抗虫，不能抗病毒、细菌。1．（天津卷，2）芦笋是雌雄异株植物，雄株性染色体为XY，雌株为XX；其幼茎可食用，雄株产量高。以下为两种培育雄株的技术路线。有关叙述错误的是（　　）A．形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导B．幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程C．雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XY、XXD．与雄株甲不同，雄株丁培育过程中发生了基因重组【答案】C【解析】生长素与细胞分裂素的使用比例影响植物细胞的发育方向，当二者比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比例适中时，促进愈伤组织的形成，因为生长素和细胞分裂素相对应的植物生长调节剂也有相应的效果，所以可以通过添加植物生长调节剂进行诱导，A正确；幼苗乙与幼苗丙的形成是花药离体培养形成单倍体植株的过程，此过程的原理是植物组织培养，因此需要经过脱分化与再分化的过程，B正确；花粉是经过减数分裂产生的，其配子含有X染色体或Y染色体，经过花药离体培养，得到单倍体，再经过秋水仙素处理后得到的植株乙与丙的基因型为XX或YY，因此雄株丁的亲本的基因型分别为XX、YY，C错误；雄株甲是通过无性繁殖形成的，形成过程中不会进行减数分裂，因此也不会发生基因重组；雄株乙是通过有性生殖形成的，形成过程中经过了减数分裂，因此会发生基因重组，D正确。1．（年天津卷，9）玉米自交系（遗传稳定的育种材料）B具有高产、抗病等优良性质，但难以直接培育成转基因植株，为使其获得抗除草剂性状，需依次进行步骤I、II试验。Ⅰ．获得抗除草剂转基因玉米自交系A，技术路线如下图。 （1）为防止酶切产物自身环化，构建表达载体需用2种限制酶，选择的原则是______（单选）。①Ti质粒内，每种限制酶只有一个切割位点②G基因编码蛋白质的序列中，每种限制酶只有一个切割位点③酶切后，G基因形成的两个黏性末端序列不相同④酶切后，Ti质粒形成的两个黏性末端序列相同A．①③           B．①④        C．②③       D．②④（2）下表是4种玉米自交系幼胚组织培养不同阶段的结果。据表可知，细胞脱分化时使用的激素是_______________，自交系_______________的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。 （3）农杆菌转化愈伤组织时，T-DNA携带插入其内的片段转移到受体细胞。筛选转化的愈伤组织，需使用含_____________________的选择培养基。（4）转化过程中，愈伤组织表面常残留农杆菌，导致未转化愈伤组织也可能在选择培养基上生长。含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达，其产物能催化无色物质K呈现蓝色。用K分别处理以下愈伤组织，出现蓝色的是_______________（多选）。A．无农杆菌附着的未转化愈伤组织B．无农杆菌附着的转化愈伤组织C．农杆菌附着的未转化愈伤组织D．农杆菌附着的转化愈伤组织（5）组织培养获得的转基因植株（核DNA中仅插入一个G基因）进行自交，在子代含G基因的植株中，纯合子占_____________。继续筛选，最终选育出抗除草剂纯合自交系A。II．通过回交使自交系B获得抗除草剂性状（6）抗除草剂自交系A（GG）与自交系B杂交产生F1，然后进行多轮回交（下图）。自交系B作为亲本多次回交的目的是使后代______________。 　　　　　（7）假设子代生活力一致，请计算上图育种过程F1、H1、H2、H3各代中含G基因植株的比例，并在图1中画出对应的折线图。若回交后每代不进行鉴定筛选，直接回交，请在图2中画出相应的折线图。 （8）下表是鉴定含G基因植株的4种方法。请预测同一后代群体中，4种方法检出的含G基因植株的比例，从小到大依次是________。方法           检测对象         检测目标         检出的含G基因植株的比例PCR扩增       基因组DNA       G基因                     x1分子杂交       总mRNA         G基因转录产物              x2抗原-抗体杂交   总蛋白质        G基因编码的蛋白质          x3喷洒除草剂      幼苗            抗除草剂幼苗                x4对Hn继续筛选，最终选育出高产、抗病、抗除草剂等优良性状的玉米自交系【答案】（1）A   （2）2,4-D    乙   （3）除草剂    （4）BD   （5）1/3（6）积累越来越多自交系B的遗传物质/优良性状（7）  （8）X4，X3，X2，X1获得抗除草剂转基因玉米自交系A，则筛选转化的愈伤组织，需使用含除草剂的选择培养基。（4）含有内含子的报告基因位于农杆菌Ti质粒的T-DNA中，无农杆菌附着的未转化愈伤组织不含内含子的报告基因，不会出现蓝色；不论有无农杆菌附着，转化愈伤组织中都含有Ti质粒，含内含子的报告基因，出现蓝色；农杆菌附着的未转化愈伤组织，含内含子的报告基因位于农杆菌中，农杆菌属于原核生物，其中的报告基因不能正确表达，不会出现蓝色。故选BD。（5）由于转基因植株的核DNA中仅插入一个G基因，设基因型为GO，自交后代含G基因的植株基因型为GG或GO，比例为1:2，纯合子占1/3。（6）回交是指杂交后代与自交系B杂交，会使后代积累越来越多自交系B的遗传物质/优良性状。（7）自交系B不含抗除草剂基因，设基因型为OO，则自交系A（GG）与之杂交得F1，基因型为GO，都含有G基因，再与自交系B（OO）回交得H1，基因型为GO和OO，比例为1:1，含有G基因的植株占1/2，筛选去除基因型为OO的植株后，剩余的都是基因型为GO的植株，再回交，则与H1结果相同，含有G基因的植株占1/2。若不筛选，则1/2GO、1/2OO植株回交得H2，基因型为1/4GO、3/4OO，含有G基因的植株占1/4，1/4GO，3/4OO植株回交得H3，基因型为1/8GO、7/8OO，含有G基因的植株占1/8。（8）G基因导入受体受体细胞后，不一定转录形成mRNA，转录形成的mRNA不一定翻译形成相应的蛋白质，翻译形成相应的蛋白质，不一定表现出抗除草剂性状，所以检测出含G基因植株的比例由大到大依次是X4，X3，X2，X1。1.（江苏卷.14）右图中甲、乙两个体的一对同源染色体中各有一条发生变异（字母表示基因）。下列叙述正确的是A.个体甲的变异对表型无影响B.个体乙细胞减数分裂形成的四分体异常C.个体甲自交的后代，性状分离比为3:1 D.个体乙染色体没有基因缺失，表型无异常【答案】B1．（2014·江苏卷）下图是高产糖化酶菌株的育种过程，有关叙述错误的是(　　)出发菌株选出50株选出5株多轮重复筛选A．通过上图筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产菌株B．X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异C．上图筛选高产菌株的过程是定向选择过程D．每轮诱变相关基因的突变率都会明显提高【答案】D　【解析】 由于X射线处理导致的基因突变具有随机性和不定向性，所以即使筛选获得的高产菌株也可能存在其他的基因问题而未必能作为生产菌株，A项正确。X射线处理导致的突变可能引起基因突变或者染色体变异，B项正确。题图是高产糖化酶菌株的育种过程，是定向筛选高产菌株的过程，C项正确。基因突变具有低频性、随机性及不定向性，所以不是每轮诱变相关基因突变率都提高，D项错误。2．（2014·北京卷）为控制野兔种群数量，澳洲引入一种主要由蚊子传播的兔病毒。引入初期强毒性病毒比例最高，兔被强毒性病毒感染后很快死亡，致兔种群数量大幅下降。兔被中毒性病毒感染后可存活一段时间。几年后中毒性病毒比例最高，兔种群数量维持在低水平。由此无法推断出(　　)A．病毒感染对兔种群的抗性具有选择作用B．毒性过强不利于维持病毒与兔的寄生关系C．中毒性病毒比例升高是因为兔抗病毒能力下降所致D．蚊子在兔和病毒之间的协同(共同)进化过程中发挥了作用【答案】C　3．（2014·天津卷） MRSA菌是一种引起皮肤感染的“超级细菌”，对青霉素等多种抗生素有抗性。为研究人母乳中新发现的蛋白质H与青霉素组合使用对MRSA菌生长的影响，某兴趣小组的实验设计及结果如下表。下列说法正确的是(　　) 组别培养基中的添加物MRSA菌1100 μg/mL蛋白质H生长正常220 μg/mL青霉素生长正常32 μg/mL青霉素＋100 μg/mL蛋白质H死亡A.细菌死亡与否是通过光学显微镜观察其细胞核的有无来确定的B．第2组和第3组对比表明，使用低浓度的青霉素即可杀死MRSA菌C．实验还需设计用2 μg/mL青霉素做处理的对照组D．蛋白质H有很强的杀菌作用，是一种新型抗生素【答案】C　【解析】细菌是原核细胞，无细胞核，A项错误。第2组和第3组对比说明使用低浓度青霉素和高浓度蛋白质H可杀死MRSA菌，B项错误。该实验缺少用2 μg/mL青霉素做处理的对照组，C项正确。抗生素是由微生物产生的具有抗菌作用的物质，而蛋白质H是乳腺细胞产生的，不属于抗生素，D项错误。4．（2014·四川卷）油菜物种甲(2n＝20)与乙(2n＝16)通过人工授粉杂交，获得的幼胚经离体培养形成幼苗丙，用秋水仙素处理丙的顶芽形成幼苗丁，待丁开花后自交获得后代戊若干。下列叙述正确的是(　　)A．秋水仙素通过促进着丝点分裂，使染色体数目加倍B．幼苗丁细胞分裂后期，可观察到36或72条染色体C．丙到丁发生的染色体变化，决定了生物进化的方向D．形成戊的过程未经过地理隔离，因而戊不是新物种【答案】B　5．（2014·广东卷）某种兰花有细长的花矩(如图)，花矩顶端贮存着花蜜，这种兰花的传粉需借助具有细长口器的蛾在吸食花蜜的过程中完成，下列叙述正确的是(　　)A．蛾口器的特征决定兰花花矩变异的方向B．花矩变长是兰花新种形成的必要条件C．口器与花矩的相互适应是共同进化的结果D．蛾的口器会因吸食花蜜而越变越长【答案】C　【解析】生物的变异是不定向的，A项错误。物种形成的必要条件是隔离，新物种形成的标志是产生生殖隔离，B项错误。蛾口器与兰花细长的花矩的相互适应是相互选择、共同进化的结果，C项正确。蛾的口器细长是自然选择的结果，不是用进废退的结果，D项错误。6．（2014·江苏卷）某医院对新生儿感染的细菌进行了耐药性实验，结果显示70%的致病菌具有耐药性。下列有关叙述正确的是(　　)A．孕妇食用了残留抗生素的食品，导致其体内大多数细菌突变B．即使孕妇和新生儿未接触过抗生素，感染的细菌也有可能是耐药菌C．新生儿体内缺少免疫球蛋白，增加了致病菌的耐药性D．新生儿出生时没有及时接种疫苗，导致耐药菌形成【答案】B　7．（2014·重庆卷）肥胖与遗传密切相关，是影响人类健康的重要因素之一。(1)某肥胖基因发现于一突变系肥胖小鼠，人们对该基因进行了相关研究。①为确定其遗传方式，进行了杂交实验，根据实验结果与结论完成以下内容。实验材料：______________小鼠；杂交方法：__________。实验结果：子一代表现型均正常。结论：遗传方式为常染色体隐性遗传。②正常小鼠能合成一种蛋白类激素，检测该激素的方法是________。小鼠肥胖是由于正常基因的编码链(模板链的互补链)部分序列“CTC CGA”中的一个C被T替换，突变为决定终止密码(UAA或UGA或UAG)的序列，导致该激素不能正常合成，突变后的序列是________，这种突变________(填“能”或“不能”)使基因的转录终止。③在人类肥胖症研究中发现，许多人能正常分泌该类激素却仍患肥胖症，其原因是靶细胞缺乏相应的________。(2)目前认为，人的体重主要受多基因遗传的控制。假如一对夫妇的基因型均为AaBb(A、B基因使体重增加的作用相同且具累加效应，两对基因独立遗传)，从遗传角度分析，其子女体重超过父母的概率是________，体重低于父母的基因型为______________________。(3)有学者认为，利于脂肪积累的基因由于适应早期人类食物缺乏而得以保留并遗传到现代，表明________决定生物进化的方向。在这些基因的频率未明显改变的情况下，随着营养条件改善，肥胖发生率明显增高，说明肥胖是________________共同作用的结果。【答案】(1)①纯合肥胖小鼠和纯合正常　正反交②抗原抗体杂交(分子检测)　CTCTGA(TGA)　不能③受体(2)5/16　aaBb、Aabb、aabb(3)自然选择　环境因素与遗传因素