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第23讲 从杂交育种到基因工程
考纲解读
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核心内容
1.生物变异在育种上的应用(Ⅱ)
2．转基因食品的安全(Ⅰ)
主要是作物育种的方法、原理、流程及基因工程的工具、操作过程
1.考查方式：常与实践应用相结合，以实验设计题、图解题形式综合考查孟德尔遗传定律、变异原理的运用。
2．考查题型：选择题和非选择题都有，以非选择题为主，属中高档题。
知识点一 五种育种方法的比较
五种育种方法的比较
(1)杂交育种一定需要连续自交吗？
提示：杂交育种不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，则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，则只要在子二代出现该性状个体即可。
(2)动植物杂交育种有怎样的区别？
提示：植物杂交育种中纯合子的获得一般通过逐代自交的方法；而动物杂交育种中纯合子的获得一般通过双亲杂交获得F1，F1雌雄个体间交配，选F2与异性隐性纯合子测交的方法。
(3)以培育一对相对性状的显性纯合子为例，亲本Aa在逐代自交过程中将隐性纯合子去掉，自交n代后显性个体中纯合子(AA)所占比例为多少？
提示：。
知识点二 基因工程及其应用
1．基因工程的概念
别称
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体体外
操作对象
DNA分子
操作水平
分子水平
基本过程
剪切、拼接、导入、表达
意义
定向改造生物的遗传性状
2.工具
(1)剪刀与针线(如图)：
①a：基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶。
②b：基因的“针线”：DNA连接酶。
(2)基因的“运输工具”：运载体，常用质粒、噬菌体、动植物病毒等。
3．基本步骤
4．基因工程的应用
(1)
(2)
5．基因工程的安全性
1．判断有关生物变异在育种上的应用叙述的正误
(1) (2015·江苏卷)经X射线照射的紫花香豌豆品种，其后代中出现了几株开白花植株，这是对环境主动适应的结果，有利于香豌豆的生存 (×)
(2)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 (√)
(3)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 (√)
(4)太空育种能按人的意愿定向产生优良性状 (×)
(5)诱变育种的优点之一是需大量处理实验材料 (×)
(6)杂交育种和诱变育种都能产生前所未有的新基因，创造变异新类型 (×)
2．生物育种原理及方法(连线)
3．判断有关基因工程叙述的正误
(1) (2015·重庆卷)表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得 (×)
(2) (2014·天津卷)21三体综合征的诊断必须通过分子检测 (×)
(3)没有限制酶就无法使用质粒运载体 (√)
(4)我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度 (√)
一、选择题
1．(2015·江苏卷改编)经X射线照射的紫花香豌豆品种，其后代中出现了几株开白花植株，下列叙述错误的是 ( )
A．经X射线处理引起变异而获得新性状属于基因重组
B．X射线不仅可引起基因突变，也会引起染色体变异
C．通过杂交实验，可以确定是显性突变还是隐性突变
D．观察白花植株自交后代的性状，可确定是否是可遗传变异
解析：诱变育种的原理是基因突变，A错误；X射线可能引起基因突变，也可能引起染色体变异，B正确；通过杂交实验可知该突变是显性突变还是隐性突变，若子代表现为突变性状，则为显性突变，若子代表现为正常性状，则为隐性突变，C正确；若白花植株自交后代出现突变性状，则为可遗传变异，若后代无突变性状，则为不可遗传变异，D正确。
答案：A
2．下列不属于诱变育种的是 ( )
A．用一定剂量的γ射线处理，引起变异而获得新性状
B．用X射线照射处理，得到高产青霉素菌株
C．用亚硝酸处理，得到动物和植物的新类型
D．通过组织培养获得脱毒马铃薯
解析：诱变育种是利用物理因素(如X射线、γ射线等)或化学因素(如亚硝酸等)处理生物，引起基因突变。脱毒马铃薯与亲本性状相同，不属于新品种。
答案：D
3．(2016·洛阳模拟)诱变育种有很多突出优点，也存在一些缺点，下列分析正确的是 ( )
①结实率低，发育迟缓 ②提高变异频率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程 ③大幅度改良某些性状 ④茎秆粗壮，果实种子大，营养物质含量高 ⑤有利个体不多，需要大量的材料
A．①④ B．②③⑤
C．①④⑤ D．①②④
解析：①结实率低，发育迟缓属于多倍体的特点；②由于基因突变具有低频性的特点，所以人工诱变可以提高突变率，使后代变异性状较快稳定，因而加快育种进程；③由于基因突变具有低频性的特点，所以人工诱变可以提高突变率，大幅度改良某些性状；④茎秆粗壮，果实种子大，营养物质含量高属于多倍体的特点；⑤由于基因突变具有少利多害性和不定向性的特点，所以人工诱变产生的有利个体不多，需要大量的材料。
答案：B
4．下列关于生物学中常见育种方法的叙述错误的是 ( )
A．在杂交育种中，一般从F2开始选种，因为从F2开始发生性状分离
B．在单倍体育种中，常先筛选F1的花粉再进行花药离体培养
C．在多倍体育种中，用秋水仙素处理的目的是使染色体加倍
D．在诱变育种中，常选用萌发的种子或幼苗作为处理材料
解析：在单倍体育种中，通常先将F1的花粉进行花药离体培养，待秋水仙素处理获得纯合子后再进行筛选。
答案：B
5．(2016·石家庄模拟)现有三粒基因型为Aa的二倍体植株的种子，其中正常株高植株(A)对矮生株高植株(a)为显性，用适宜浓度的秋水仙素溶液处理这三粒正在萌发的种子后，分别得到基因型为AAaa、aa和AA的三棵植株。以下说法正确的是 ( )
A．在基因型为AAaa、aa和AA的三棵植株形成过程中，秋水仙素起作用的时期都是有丝分裂后期
B．将基因型为AAaa的植株与基因型为aa的植株杂交，理论上后代的基因型及其比例为AAa∶Aaa∶aaa＝1∶2∶1
C．若已知在未用秋水仙素处理前，该二倍体植株的体细胞中含20条染色体，将题干中基因型为aa的植株的花粉授给基因型为AA的植株，若A和a基因所在的同源染色体在减数第一次分裂时不分离，产生的雌配子染色体数目为11
D．AAaa与AA杂交后代不可育的原因是减数分裂过程中同源染色体无法正常联会
解析：秋水仙素能抑制纺锤体的形成，作用于前期，A错误。基因型为AAaa的植株形成的配子比例为AA∶Aa∶aa＝1∶4∶1，故与基因型为aa的植株杂交，理论上后代的基因型及其比例为AAa∶Aaa∶aaa＝1∶4∶1，B错误。若A基因所在的同源染色体在减数第一次分裂时不分离，产生的雌配子染色体数目为11或9，C错误。AAaa与AA杂交后代细胞内含有3个染色体组，在减数分裂时同源染色体无法正常联会，从而表现为不可育，D正确。
答案：D
6．现有基因型为aabb与AABB的水稻品种，通过不同的育种方法可以培育出不同的类型，下列有关叙述中，不正确的是 ( )
A．杂交育种可获得AAbb的个体，其变异发生在减数第二次分裂后期
B．单倍体育种可获得AAbb，变异的原理有基因重组和染色体变异
C．将aabb的个体人工诱变可获得aaBb的个体，则等位基因的产生来源于基因突变
D．多倍体育种获得的AAaaBBbb比个体AaBb可表达出更多的蛋白质
解析：杂交育种可获得AAbb的个体，其变异来自F1自交产生配子过程中的基因重组，发生在减数第一次分裂后期，等位基因分离非等位基因自由组合，A项错误。单倍体育种可获得AAbb的个体，其方法是aabb的个体与AABB的个体杂交得到AaBb的个体，减数分裂得到配子Ab，经花药离体培养得到单倍体Ab，再经秋水仙素诱导得到纯合子AAbb，该变异的原理有基因重组和染色体变异，B项正确。将aabb的个体人工诱变可获得aaBb的个体，则等位基因的产生来源于基因突变，C项正确。多倍体植株的特点是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加，D项正确。
答案：A
7．(2014·广东卷改编)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示，下列叙述正确的是 ( )
A．过程①需要使用逆转录酶和RNA聚合酶
B．过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因
C．过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备
D．过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞
解析：图中表示基因工作操作过程的流程图，过程①为逆转录过程，需要逆转录酶，但不需要RNA聚合酶，A错误；过程②为目的基因的获取过程，需要限制酶，不需要解旋酶，B错误；过程③(导入目的基因)使用的感受态细胞用CaCl2溶液制备，C错误；过程④为目的基因的检测，可以利用DNA分子杂交技术鉴定目的基因是否导入受体细胞，D正确。
答案：D
8．(2014·重庆卷)如图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是 ( )
A．②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与
B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上
C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状
D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异
解析：构建载体需要限制酶和DNA连接酶，A错误；③侵染植物细胞后，重组Ti质粒上的T－DNA整合到④的染色体上，B错误；染色体上含有目的基因，但目的基因也可能不能转录或者不能翻译，或者表达的蛋白质不具有生物活性，C错误；植株表现出抗虫性状，说明含有目的基因，属于基因重组，为可遗传变异，D正确。
答案：D
9．(2014·江苏卷改编)下列关于基因工程技术的叙述，正确的是( )
A．切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6 个核苷酸序列
B．PCR 反应中温度的周期性改变是为了 DNA 聚合酶催化不同的反应
C．载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因
D．抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达
解析：限制性核酸内切酶大多是特异性识别6个核苷酸序列，但也有识别序列由4、5或8个核苷酸组成的，A错误；PCR中耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，B项错误；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，C错误；目的基因导入了受体细胞不一定就都能正常表达，D正确。
答案：D
10．要用基因型为AaBB的植物培育出以下基因型的品种∶①AaBb，②AaBBC，③AAaaBBBB，④aB。则对应的育种方法依次是 ( )
A．诱变育种、转基因技术、细胞融合、花药离体培养
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
解析：用基因型为AaBB的植物培育出AaBb品种，可利用物理或化学方法处理材料，通过基因突变获得；要获得AaBBC的品种，由于本物种没有C基因，所以必须通过转基因技术；要获得AAaaBBBB的品种，可通过细胞融合；要获得aB的品种，可利用花药离体培养。
答案：A
二、非选择题
11．(2014·课标全国Ⅰ卷)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：本题主要考查孟德尔遗传定律的应用及杂交育种知识。(1)杂交育种的目的是获得集多种优良性状于一身的纯合新品种，分析题意知，抗病与矮秆(抗倒伏)为优良性状。(2)题中两对相对性状应分别受一对等位基因控制，且只有两对基因分别位于两对同源染色体上，才遵循基因的自由组合定律。(3)测交是指用杂合子和隐性纯合子杂交，而题干无杂合子，故应先杂交得到杂合子，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)将纯合抗病高秆植株与感病矮秆植株杂交，产生F1，让F1与感病矮秆植株杂交。
12．西瓜消暑解渴，深受百姓喜爱，其中果皮深绿(G)对浅绿(g)为显性，大子(B)对小子(b)为显性，红瓤(R)对黄瓤(r)为显性，三对基因分别位于三对同源染色体上。已知西瓜的染色体数目2n＝22，请根据下面的几种育种方法流程图回答有关问题。
注：甲为深绿皮黄瓤小子，乙为浅绿皮红瓤大子，且甲、乙都能稳定遗传。
(1)通过①过程获得无子西瓜A时用到的试剂1是________________________________。
(2)②过程常用的试剂2是____________；通过③过程得到无子西瓜B，从产生变异的来源来看，该过程属于____________。
(3)若甲、乙为亲本，通过杂交获得F1，F1相互受粉得到F2，该过程的育种方式为________，F2深绿皮小子中，能稳定遗传的概率是________。
(4)通过⑧过程获得的单倍体植株细胞中含________条染色体。
解析：(1)品种乙的染色体数目2n＝22，经过过程①得到的无子西瓜染色体数目未变，说明此过程是利用(适宜浓度的)生长素(类似物)处理让西瓜的子房壁经有丝分裂膨大形成的。(2)品种甲(二倍体)经秋水仙素染色体数目加倍变为四倍体，然后四倍体(♀)×二倍体(♂)→三倍体，因三倍体减数分裂联会紊乱，无配子产生，故用品种乙的花粉刺激可产生无子西瓜B，其变异来源是染色体变异。(3)根据题意，该过程的育种方式是杂交育种，由甲为深绿皮黄瓤小子，乙为浅绿皮红瓤大子，且甲、乙都能稳定遗传，确定甲的基因型为GGrrbb，乙的基因型为ggRRBB，杂交获得的F1的基因型为GgRrBb，按基因的自由组合定律(仅考虑两对性状)，F1自交得到的F2中深绿皮小子中能稳定遗传的概率是。(4)品种乙(2n＝22)和四倍体(4n＝44)属于两个不同的物种，存在生殖隔离，所以经植物体细胞杂交(⑥过程)得到杂种体细胞(6n＝66)，进而经植物组织培养(⑦过程)得到杂种植株(6n＝66)，再经减数分裂产生配子(3n＝33)，最后经花药离体培养技术得到单倍体植株(3n＝33)。
答案：(1)(适宜浓度的)生长素(类似物) (2)(适宜浓度的)秋水仙素 染色体变异 (3)杂交育种 (4)33
13．在玉米中，控制某种除草剂抗性(简称抗性，T)与除草剂敏感(简称非抗，t)、非糯性(G)与糯性(g)的基因分别位于两对同源染色体上。有人以纯合的非抗非糯性玉米(甲)为材料，经过EMS诱变处理获得抗性非糯性个体(乙)；甲的花粉经EMS诱变处理并培养等，获得可育的非抗糯性个体(丙)。
请回答：
(1)获得丙的过程中，运用了诱变育种和________育种技术。
(2)若要培育抗性糯性的新品种，采用乙与丙杂交，F1只出现抗性非糯性和非抗非糯性的个体；从F1中选择表现型为____________________的个体自交，F2中有抗性糯性个体，其比例是________。
(3)采用自交法鉴定F2中抗性糯性个体是否为纯合子。若自交后代中没有表现型为____________的个体，则被鉴定个体为纯合子；反之则为杂合子。请用遗传图解表示杂合子的鉴定过程。
解析：本题综合考查了单倍体育种、诱变育种、杂交育种和基因工程育种等相关内容。(1)甲ttGG产生的花粉为tG，在EMS的诱变下，通过花药离体培养获得单倍体tg，再由单倍体tg获得可育的丙(非抗糯性ttgg)，需要秋水仙素处理使染色体加倍，这个过程属于单倍体育种。(2)甲ttGG通过诱变产生乙TtGG，乙和丙ttgg杂交，可以获得TtGg和ttGg，从中选出表现型为抗性非糯性(TtGg)的个体自交，F2中有抗性糯性T_gg的个体，其比例为3/16。(3)采用自交法，纯合子不会发生性状分离，杂合子出现性状分离。F2中抗性糯性T_gg的个体有可能为TTgg，其自交结果不会发生性状分离。如果出现性状分离且抗性糯性∶非抗糯性＝3∶1，则为杂合子Ttgg。
答案：(1)单倍体 (2)抗性非糯性 3/16 (3)非抗糯性
抗性糯性∶非抗糯性＝3∶1
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