2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义：第七单元第03讲从杂交育种到基因工程

第03讲　从杂交育种到基因工程

考点一　生物的变异与育种

杂交育种和诱变育种

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)原理：基因重组。

(3)过程：选择具有不同优良性状的亲本→杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型。

(4)优点：可以把多个品种的优良性状集中在一起；

缺点：获得新品种的周期长。

(5)应用：根据需要培育理想类型。

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)原理：基因突变。

(3)过程：选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。

(5)缺点：诱发产生突变，有利的个体往往不多，需处理大量材料。

(6)应用：培育具有新性状的品种。

3．单倍体育种和多倍体育种比较

(1)图中①和③的操作是秋水仙素处理，其作用原理是抑制纺锤体的形成。

(2)图中②过程是花药离体培养。

(3)单倍体育种的优点是能明显缩短育种年限。

　诊断辨析

(1)杂交育种一定需要连续自交。(×)

提示　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。

(2)花药离体培养就是单倍体育种。(×)

提示　不能区分花药离体培养与单倍体育种的关系。单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理两个过程。花药离体培养只得到单倍体，只有经过秋水仙素处理才能得到纯合可育植株。

(3)抗病植株连续自交若干代，纯合抗病植株的比例逐代降低。(×)

(4)花药离体培养可获得抗锈病高产小麦新品种。(×)

(5)诱变育种和杂交育种均可形成新基因。(×)

(6)利用高产、感病小麦与高产、晚熟小麦品种间杂交筛选可获得高产、抗病小麦的品种。(×)

　热图解读

　下列________过程属于单倍体育种，需经________年完成，第一年完成过程________，第二年完成过程________。

提示　①②③④　2　①　②③④

1．(2019·天津摸底)如图表示利用番茄植株(HhRr)培育新品种的途径。下列说法错误的是(　　)

A．通过途径2、3获得幼苗的过程都应用了植物组织培养技术

B．要尽快获得能稳定遗传的优良品种应采用途径2，该过程中秋水仙素作用的时期是有丝分裂后期

C．品种B和品种C的基因型相同的概率为0

D．途径4所依据的生物学原理是基因突变，此途径与杂交育种相比，最突出的优点是能够产生新基因

解析　途径2为单倍体育种，包括花粉离体培养和秋水仙素处理两个阶段，途径3中先将叶肉细胞离体培养后，再经秋水仙素处理获得多倍体，两个过程都利用了植物组织培养，A项正确；秋水仙素作用于细胞有丝分裂前期，通过抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍，B项错误；HhRr经减数分裂能产生HR、Hr、hR、hr 4种配子，所以单倍体育种获得的品种B的基因型有HHRR、HHrr、hhRR和hhrr四种，途径3获得的品种C的基因型是HHhhRRrr，二者基因型不可能相同，C项正确；途径4是诱变育种，原理是基因突变，与杂交育种相比，其最突出的特点是能够产生新基因，D项正确。

答案　B

2．(2019·临川模拟)下列有关利用基因型MMNN与mmnn的小麦进行育种的叙述，不正确的是(　　)

A．杂交育种可获得基因型为MmNn的小麦，其变异原理是基因重组，发生在花粉和卵细胞相融合过程中

B．单倍体育种获得基因型为MMnn的小麦，育种的原理有基因重组和染色体变异

C．多倍体育种获得基因型为MMmmNNnn的小麦，育种的原理是染色体变异

D．将基因型为mmnn的小麦人工诱变可获得基因型为mmNn的小麦，则等位基因的产生来源于基因突变

解析　杂交育种的原理是基因重组，发生于减数分裂形成配子过程中，A项错误；单倍体育种可获得基因型为MMnn的小麦(首先将基因型为MMNN与mmnn的小麦进行杂交，再进行单倍体育种)，育种的原理有基因重组和染色体变异，B项正确；多倍体育种获得基因型为MMmmNNnn的小麦，育种的原理是染色体数目变异，C项正确；将基因型为mmnn的小麦人工诱变可获得基因型为mmNn的小麦，则等位基因的产生来源于基因突变，D项正确。

答案　A

3．现有三种番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为aaBBDD。三对等位基因分别位于三对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形的三对相对性状。请回答下列问题：

(1)欲利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株，可将A与B杂交得到杂交一代F1，基因型为________，杂交一代F1与________杂交，得到杂交二代F2，杂交二代________，收获种子F3。种植种子F3，选叶形、花色和果形三对相对性状都是隐性性状植株，就是基因型为aabbdd的植株，这种育种方法叫________。

(2)如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要________年。

(3)如果要缩短获得AABBDD植株的时间，可采用________________技术。

解析　杂交育种通过反复杂交可将优良性状的基因组合在一起。要获得基因型为aabbdd的植株需将第3年获得的种子在第4年种下，据植株性状选出三对相对性状都是隐性的植株。单倍体育种可缩短育种年限。

答案　(1)AABbDd　C　自交　杂交育种

(2)4

(3)单倍体育种

1．集中不同亲本的优良性状：a.一般情况下，选择杂交育种，这也是最简捷的方法，b.需要缩短育种年限(快速育种)时，选择单倍体育种。

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——多倍体育种。

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——诱变育种。

4．若要培育隐性性状个体，可选择自交或杂交育种，只要出现该性状即可。

5．现定向改变现有性状——基因工程育种。

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。

7．培育杂合子品种

在农业生产上，可以将杂种子一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。

(1)基本步骤：选取双亲P(♀♂)―→杂交―→F1。

(2)特点：高产、优质、抗性强，但种子只能用一年，需年年育种(因杂合子自交后代会发生性状分离)。

考点二　基因工程育种

基因工程

1．概念

基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，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

不同生物间的基因重组。

3．基本工具

4．操作步骤

5．应用

(1)作物育种：利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种，如抗虫棉等。

(2)药物研制：利用基因工程的方法，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。

助学巧记　(1)DNA连接酶和DNA聚合酶都可催化磷酸二酯键形成。

(2)操作工具有三种，但工具酶只有两种——限制酶和DNA连接酶，另一种工具——运载体的化学本质为DNA。

6．易错比较

运载体与细胞膜上的载体在本质上有何不同？

提示　运载体为DNA，细胞膜上的载体为蛋白质。

1．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

解析　水稻F1花药经培养和染色体加倍所获得的基因型纯合新品种的过程中，用到的是植物组织培养技术；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，属于杂交育种的范畴；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，用到了转基因技术；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，属于人工诱变育种。

答案　C

2．如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。

(1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”：

________________________；__________________________ ___________________________________________；

________________________；__________________________ ____________________________________________。

(2)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？________，为什么？__________________________________________________ ______________________。

(3)过程②必需的酶是________酶，过程④所需的酶是________酶。

(4)若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，则③④⑤过程连续进行4次，至少需提供胸腺嘧啶________个。

(5)在利用A、B获得C的过程中，常用______________切割A和B，使它们产生__________________，再加入________________才可形成C。

解析　(2)图中①过程是从细胞中获取相应的mRNA，由于基因的选择性表达，人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录，不表达，因此不能形成胰岛素mRNA。(3)mRNA→DNA是逆转录的过程，需要逆转录酶。DNA分子的体外扩增需热稳定强的DNA聚合酶。(4)一个DNA分子中的鸟嘌呤(b个)和胸腺嘧啶之和占碱基总数(2a个)的一半，所以一个DNA分子片段中胸腺嘧啶数为(a－b)个。连续复制4次，共产生DNA分子24＝16个，由于复制方式为半保留复制，故需要提供的胸腺嘧啶数量为(a－b)×(16－1)＝15(a－b)。(5)目的基因与运载体需用同一种限制酶切割，产生相同的黏性末端，才可以在DNA连接酶的作用下连接形成基因表达载体。

答案　(1)提取目的基因　构建基因表达载体　将目的基因导入受体细胞　目的基因的检测与鉴定

(2)不能　皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA

(3)逆转录　DNA聚合酶

(4)15(a－b)

(5)同一种限制性核酸内切酶　相同的黏性末端　DNA连接酶

1．答题术语填空

(1)杂交育种能将多个优良性状__________________。

(2)诱变育种能产生新________，创造____________。

(3)关注育种“三最”定方向

①最简便——侧重于技术操作，__________操作最简便。

②最快——侧重于育种时间，____________所需时间明显缩短。

③最准确——侧重于目标精准度，____________可“定向”改变生物性状。

答案　(1)集中到同一生物个体上

(2)基因　生物新类型

(3)①杂交育种　②单倍体育种　③基因工程技术

2．(2019·河北“五个一”名校联考)下列关于生物变异的说法，正确的是(　　)

A．联会时的交叉互换实现了染色体上等位基因的重新组合

B．用秋水仙素处理单倍体植株后得到的一定是纯合子

C．镰刀型细胞贫血症是由基因突变导致的遗传病，无法用显微镜直接观察

D．育种可以培育出新品种，也可能得到新物种

解析　联会时的交叉互换可以导致染色单体上的非等位基因的重新组合，A项错误；如果单倍体含两个染色体组，如Aa，则用秋水仙素处理后仍为杂合子，B项错误；镰刀型细胞贫血症是由基因突变导致的，镰刀型细胞贫血症患者的红细胞由正常的中央微凹的圆饼状变成了弯曲的镰刀状，可以用显微镜观察其形态变化，C项错误；育种可以培育出新品种，如用高秆抗病小麦和矮秆易感病小麦通过杂交育种培育矮秆抗病小麦，育种也可培育出新物种，如用普通小麦和黑麦杂交培育出的八倍体小黑麦就是新物种，D项正确。

答案　D

3．(2019·荆州质检)下列关于变异与作物育种的叙述，正确的是(　　)

A．植物产生的变异都能为新品种的培育提供原材料

B．诱变育种过程中，诱变因素能定向改变基因的结构

C．杂交育种过程中，人工筛选可定向改变种群基因频率

D．通过单倍体育种获得的新品种是单倍体，能稳定遗传

解析　只有可遗传的变异才能为新品种的培育提供原材料，A项错误；基因突变具有不定向性，诱变育种过程中，诱变因素不可定向改变基因结构，B项错误；杂交育种过程中，人工筛选的作用类似于生物进化过程中的自然选择，可定向改变种群基因频率，C项正确；单倍体育种是为了获得纯合新品种，不是获得单倍体，D项错误。

答案　C

4．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。

(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________，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　(1)生物的可遗传性状是由基因控制的，培育得到的新品种，与原种控制相关性状的遗传物质(基因)可能有所差异，因而可根据变异株中的遗传物质是否发生变化来判断变异株是否具有育种价值。(2)连续自交过程中早熟基因逐渐纯合，培育成新品种1。可先通过花药离体培养，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，从而获得高度纯合的后代，这种方法属于单倍体育种。(3)若是染色体组数目改变引起的变异，则在减数分裂过程中同源染色体配对会发生紊乱，不规则的染色体分离导致产生染色体数目不等、生活力低的异常配子，只有极少数配子正常，故只得到极少量的种子。育种方法③需首先经植物组织培养获得柑橘苗，而植物组织培养技术操作复杂，成本较高。(4)育种方法①需连续自交，每次减数分裂时与早熟性状相关的基因和其他性状相关的基因都会发生基因重组，产生多种基因型，经选育只有一部分基因型保留下来。植物组织培养过程中不进行减数分裂，无基因重组发生。

答案　(1)遗传

(2)纯合　花药　单倍体

(3)染色体分离　配子　组培苗

(4)重组