从杂交育种到基因工程PPT课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,课时作业,课堂互动探究,课前自主回顾,高考总复习,课标版 生物,与名师对话,单击此处编辑母版文本样式,(,对应学生用书,P146),杂交育种,诱变育种,概念,将,集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法,利用,处理生物，使生物发生,，从而获得优良变异类型的育种方法,两个或多个品种的,优良性状通过交配,物理因素或化学因素,基因突变,杂交育种,诱变育种,原理,范围,的生物,所有生物,方法,杂交,自交,选优,自交,物理,处理、化学,处理,特点,不能产生,，原有基因性状的重新组合,育种进程缓慢,提高,，加快育种进程,产生,，新性状，大幅改良性状,盲目性大，有利变异,基因重组,基因突变,有性生殖,射线,诱变剂,新基因,突变率,新基因,少,问题探究,1,：杂交育种能否应用于微生物育种？试分析原因。,提示：,不能。杂交育种利用基因重组的原理，一般发生在有性生殖的减数分裂过程中；微生物一般不进行减数分裂，故不用杂交育种。,二、基因工程及其应用,1,概念的理解,基因工程别名,基因拼接技术或,技术,操作环境,生物体体,操作对象,操作水平,DNA,水平,基本过程,剪切、拼接、导入、表达,结果,改造生物的遗传性状，获得人类需要的,DNA,重组,外,基因,分子,定向,基因产物,问题探究,2,：基因工程的原理是什么？有什么优点？,提示：,(1),基因工程的原理：基因重组。,(2),优点：,与杂交育种相比较明显的优点：克服远缘杂交不亲合障碍。,与诱变育种相比较明显的优点：定向改造生物性状，目的性强。,限制酶,DNA,连接酶,运载体,目的,受体,运载体,受体细胞,表达和检测,育种,药物,环境,【,答案,】,2,基因工程的工具酶包括限制酶，,DNA,连接酶和运载体。,(,),【,解析,】,运载体不是工具酶。,【,答案,】,3,限制酶、,DNA,连接酶具有专一性、高效性等特点。,(,),【,答案,】,4,限制酶和,DNA,连接酶的作用部位均为磷酸二酯键。,(,),【,答案,】,5,由于基因工程能定向改造生物的性状，所以基因工程育种是最简单的育种方法。,(,),【,解析,】,杂交育种是最简单的育种方法。,【,答案,】,6,诱变育种具有一定的方向性，能使生物产生优良性状。,(,),【,答案,】,二、选择题,7,利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品，下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是,(,),A,棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因,B,大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其,mRNA,C,山羊乳腺细胞中检测到人生长激素,DNA,序列,D,酵母菌细胞中提到取人干扰素蛋白,【,解析,】,若能在受体细胞检测到目的基因产物，则可表明目的基因完成了在受体细胞中的表达，,D,选项表明人的干扰素基因已经在受体细胞酵母菌中成功表达。,【,答案,】,D,8,生物界广泛存在着变异，人们研究并利用变异可以培育高产、优质的作物新品种。下列能产生新基因的育种方式是,(,),A,“,杂交水稻之父,”,袁隆平通过杂交技术培育出高产的超级稻,B,用,X,射线进行大豆人工诱变育种，从诱变后代中选出抗病性强的优良品种,C,通过杂交和人工染色体加倍技术，成功培育出抗逆能力强的八倍体小黑麦,D,把合成,胡罗卜素的有关基因转进水稻，育成可预防人类,V,A,缺乏症的转基因水稻,【,解析,】,只有基因突变才能产生新基因。,【,答案,】,B,9,以下说法正确的是,(,),A,所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,B,质粒是基因工程中唯一的运载体,C,运载体必须具备的条件之一是：具有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接,D,DNA,连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键,【,解析,】,每一种限制酶只能识别一种,(,或者一类,),特定的核苷酸序列，不同的限制酶所识别的序列不同；质粒是常用的运载体，但不是唯一的。,DNA,连接酶连接的是两个被限制酶切割的,DNA,片段的切口，即断开的磷酸二酯键，而不是碱基之间的氢键。,【,答案,】,C,三、非选择题,10,水稻是湛江主要的粮食作物，改善水稻的遗传性状是育种工作者不断努力的目标。如图表示水稻育种的一些途径。请回答下列问题：,(1),以矮秆易感病,(ddrr),和高秆抗病,(DDRR),水稻为亲本进行杂交，得到,F,1,F,1,自交产生,F,2,，,F,2,中不能稳定遗传的占,_,，选,F,2,中的矮秆抗病的水稻植株进行自交，子代中,ddRR,和,ddRr,的比例是,_,。,(2),若要在较短时间内获得上述新品种水稻，可选图中,_(,填数字,),途径所用的方法。其中,途径的常用方法是,_,。,(3),科学工作者欲培育能产生人体蛋白的水稻新品种，应该选择图中,_(,填数字,),表示的途径最为合理可行，该技术手段主要包括的过程：提取目的基因、,_,、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。该育种方式所遵循的原理为,_,。,(4),图中,_(,填数字,),所表示的育种途径具有典型的不定向性。,【,答案,】1)3/4,3,2,(2),、,、,花药离体培养,(3),、,目的基因与运载体结合,(,或构建目的基因表达载体,),基因重组,(4),、,(,对应学生用书,P147),名称,原理,方法,优点,缺点,应用,杂交育种,基因重组,培育纯合子品种：杂交,自交,筛选出符合要求的表现型，通过自交到不发生性状分离为止,分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体；,操作简便,年年制种,用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦,培育杂种优势品种：一般是选取纯合双亲杂交,杂交水稻、玉米,名称,原理,方法,优点,缺点,应用,诱变,育种,基因突变,物理：紫外线、,X,射线或,射线、微重力、激光等处理，再筛选；,化学：亚硝酸、硫酸二乙酯处理，再选择,提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状,有利变异少，需大量处理实验材料,(,有很大盲目性,),高产青霉菌,单倍体育种,染色体变异,先将花药离体培养，培养出单倍体植株；,将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子；,从中选择优良植株,明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程,技术复杂且需与杂交育种配合,用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦,多倍体育种,染色体变异,用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,操作简单，能较快获得所需品种,所获品种发育延迟，结实率低，一般只适用于植物,三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦,名称,原理,方法,优点,缺点,应用,基因工程育种,基因重组,提取目的基因,构建基因表达载体,转入,(,导入受体细胞,),目的基因的表达与检测,筛选获得优良个体,目的性强，育种周期短；,克服了远缘杂交不亲和的障碍,技术复杂，安全性问题多，有可能引发生态危机,转基因,“,向日葵豆,”,、转基因抗虫棉,细胞工程育种,细胞的全能性,去壁,诱融,组培；核移植和胚胎移植,克服远缘杂交不亲和的障碍，,可应用于繁育优良动物，抢救濒危动物,技术要求高,白菜,甘蓝的培育、克隆羊,“,多利,”,A,培育品种,的最简捷途径是,B,通过,过程最不容易达到目的,C,通过,过程的原理是染色体变异,D,过程,常用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,【,解析,】,通过植物自交获得符合要求的种子是最简便的方法，,A,正确；由,属于基因突变，由于突变率很低，故通过,过程不易达到目的，,B,正确；,过程是单倍体育种过程，其原理是染色体变异，,C,正确；过程,是通过花粉的离体培养获得单倍体，不存在种子，,D,错误。,【,答案,】,D,1.,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。,2,在所有育种方法中，最简捷、常规的育种方法,杂交育种。,3,杂交育种选育的时间是,F,2,，原因是从,F,2,开始发生性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。,4,杂交育种是通过杂交培育具有优良性状且能稳定遗传,(,纯合子,),的新品种，而杂种优势则是通过杂交获得种子，一般不是纯合子，在杂种后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一代，因为后代会发生性状分离。,5,诱变育种尽管能提高突变率，但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的个体；突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，二者都增多。,6,杂交育种与杂种优势的区别,(1),杂交育种是通过有性生殖，使不同的优良性状组合到后代的一个个体中，从而选育出优良品种的方法。,(2),杂种优势是指基因型不同的个体杂交产生的杂交一代，在适应能力等方面优于两个亲本的现象。,7,不同育种目的的杂交育种的基本步骤及特点,(1),培育杂合子品种,杂种优势的利用,在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。,基本步骤：选取双亲,P(,、,),杂交,F,1,。,特点：高产、优质、抗性强，但种子只能种一年。,(2),培育纯合子品种,培育隐性纯合子品种的基本步骤,选取双亲,P(,、,),杂交，,F,1,自交,F,2,选出表现型符合要求的个体种植推广。,培育双显纯合子或隐,显纯合子品种的基本步骤,选取双亲,P(,、,),杂交,F,1,自交,F,2,选出表现型符合要求的个体自交,F,3,选出稳定遗传的个体推广种植。,特点：操作简单，但需要的时间较长。,【,解析,】,脱毒即使其无毒，不一定能抗毒。,【,答案,】,B,2,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,(,),结实率低，发育迟缓,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,大幅度改良某些性状,茎秆粗壮，果实种子大，营养物质含量高,有利个体不多，需要处理大量的材料,A,B,C,D,【,解析,】,结实率低、发育迟缓、茎秆粗壮、果实种子大、营养物质含量高是多倍体的特点。,【,答案,】,B,3,在实验田中偶然出现了一株抗旱、抗盐的玉米，设想利用该植株培育能稳定遗传的抗旱、抗盐水稻品种，用到的育种方法和技术应有,(,),诱变育种,单倍体育种,转基因技术,组织培养技术,A,B,C,D,【,解析,】,题干中强调玉米植株中出现了抗性基因，要使水稻植株中含有该抗性基因，必须利用转基因技术，将抗性基因转入后进行组织培养获得的植株为杂合子，需要对其进行单倍体育种才能获得稳定遗传的抗性水稻品种。,【,答案,】,B,1.,基因工程的原理,(1),不同生物的,DNA,分子具有相同结构。,(2),基因是控制生物性状的基本结构单位和功能单位。,(3),各种生物共用一套遗传密码。,2,基因工程操作的工具,(1),限制性核酸内切酶,基因的,“,剪刀,”,存在场所：主要是存在于微生物细胞中。,特性：一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能够在特定的切点上切割,DNA,分子。,作用结果：得到黏性末端。,(2)DNA,连接酶,基因的,“,针线,”,作用：连接限制性核酸内切酶切开的断口。,常用的种类及来源：,分类,不同点,E,coliDNA,连接酶,T,4,DNA,连接酶,来源,大肠杆菌,T,4,噬菌体,(3),运载体,基因的运输工具,作为运载体必须具备的条件：,能够在宿主细胞内复制并稳定地保存。,含有多个限制酶切点，以便和外源基因相连。,含有标记基因，以便于筛选。,3,基因工程与基因重组,比较项目,基因重组,基因工程,不同点,重组,方式,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,变异,大小,小,大,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造生物，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,(1),从羊染色体中,“,剪下,”,羊蛋白质基因的酶是,_,。,人体蛋白质基因,“,插入,”,后连接在羊体细胞染色体中需要的酶是,_,。,(2),人体蛋白质基因之所以能,“,插入,”,到羊的染色体内，原因是,_,。,(3),将人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状。这种变异属于,_,，这里,“,成功地表达,”,的含义是,_,。,(4),你认为此类羊产生的奶安全可靠吗？理由是什么？,【,解析,】,本题主要考查基因工程的一般步骤、操作工具、应用以及转基因技术的安全性等知识。,(1),基因工程的基本操作中用到的工具酶是限制性核酸内切酶、,DNA,连接酶。,(2),不同生物的,DNA,分子的化学组成和空间结构相同，即都具有相同的物质基础和结构基础。,(3),人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状，这是将一种基因导入另一种生物，变异类型属于基因重组，目的基因成功表达的含义是人体蛋白质基因在羊体细胞内通过转录、翻译两个过程控制合成人体蛋白质。,(4),为开放性的题目，但要注意回答的理由要与观点相对应。,【,答案,】,(1),限制性核酸内切酶,DNA,连接酶,(2),人和羊,DNA,分子的空间结构、化学组成相同；有互补的碱基序列,(,答出其中一点即可,),(3),基因重组人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质,(4),安全，因为目的基因导入受体细胞后没有改变，控制合成的人体蛋白质成分没有改变。,(,或不安全，因为目的基因导入受体细胞后，可能由于羊细胞中某些成分的影响，合成的蛋白质成分可能发生一定的改变。,),1.,基因工程的三种工具中，限制性核酸内切酶、,DNA,连接酶是基因操作过程中的酶工具，化学本质是蛋白质。但它们的功能不同，前者切割磷酸二酯键，后者连接磷酸二酯键。而运载体可能是质粒或病毒。,2,限制性核酸内切酶、,DNA,连接酶都是一类酶，不是一种酶。,3,DNA,连接酶与,DNA,聚合酶的不同,DNA,聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的,3,末端的羟基上；而,DNA,连接酶是在两个,DNA,片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与,DNA,片段之间形成磷酸二酯键。,DNA,聚合酶是以一条,DNA,链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的,DNA,链；而,DNA,连接酶是将,DNA,双链上的两个缺口同时连接起来，因此,DNA,连接酶不需要模板。,4,基因重组发生于有性生殖中，不能打破生殖隔离，而基因工程则可实现异种生物的基因转移。,5,基因工程可使受体获得新的基因，表现出新的性状，该技术可看作是一种广义的基因重组。,6,转基因动、植物的培育，因其细胞全能性不同，外源基因的受体细胞也不同。培育转基因动物的受体细胞一般为受精卵；培育转基因植物的受体细胞可用生殖细胞，也可用体细胞。基因工程常需与其他工程技术配合，才能实现目的。,【,解析,】,限制性内切酶作用的底物为,DNA,。,【,答案,】,C,2,(2011,湖州模拟,),科学家用纳米技术制造出一种,“,生物导弹,”,，可以携带,DNA,分子。把它注射入组织中，可以通过细胞的胞吞作用的方式进入细胞内，,DNA,被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体中，成为细胞基因组的一部分，,DNA,整合到细胞染色体中的过程，属于,(,),A,基因突变,B,基因重组,C,基因互换,D,染色体变异,解析,】,该过程属于人工基因重组。,【,答案,】,B,3,100,年来，果蝇作为经典模式生物在遗传学研究中备受重视。请根据以下信息回答问题：,黑体残翅果蝇与灰体长翅果蝇杂交，,F,1,全为灰体长翅。用,F,1,雄果蝇进行测交，测交后代只出现灰体长翅,200,只、黑体残翅,198,只。如果用横线,(,),表示相关染色体，用,A,、,a,和,B,、,b,分别表示体色和翅长的基因，用点,(,),表示基因位置，亲本雌雄果蝇的基因型可分别用图表示为,_,和,_,。,F,1,雄果蝇产生的配子的基因组成图示为,_,。,【,错因分析,】,本题易错选,B,选项。本题问的是转基因抗虫棉培育是否成功，而考生在审题时常把它当成基因工程操作步骤的第四步,目的基因的检测和表达来回答。,【,正确解答,】,要检验导入了苏云金杆菌抗虫基因的棉花植株是否培育成功，需要做抗虫的接种实验，以确定棉花是否有抗虫的性状出现，如果有抗虫的性状出现，则说明抗虫棉培育成功了。选,C,。,【,解析,】,太空育种的基本原理是基因突变，基因突变属于可遗传的变异；基因突变的频率低且是不定向的，故不一定会出现我们需要的新品种；花瓣的紫色是由于液泡中含有花青素，而不是含有紫色蛋白，故不能从太空花的紫色花瓣中提取紫色蛋白用作染料。,【,答案,】,C,不同育种方法的变异类型、来源及其应用,不同的育种方法利用的变异来源有一定差别，有些育种方法的变异来源可能有几种，常考的几种育种方法的育种步骤与原理进行对比，可促进相应内容的理解与掌握，避免解题错误。,1,杂交育种：选择育种材料,(,具有所需优良性状的不同品种,),杂交形成所需优良性状基因组合的杂合子,自交、筛选获得多种优良性状的新品种，变异类型为基因重组，发生的时间是减数第一次分裂后期。,2,诱变育种：选择育种材料,(,具有某些优良性状，但部分性状需要改良,),通过理化因素诱变,自交多代获得发育后的新品种，变异类型是基因突变，主要发生在,DNA,复制时。,3,基因工程育种：选择育种材料,(,待改良的品种及目的基因来源,),通过基因工程将目的基因导入待改良品种的细胞,培育获得符合要求的新品种，变异类型为基因重组。,4,单倍体育种：通过杂交、诱变或基因工程获得需要纯化的杂合子,花药离体培养获得单倍体幼苗,利用秋水仙素处理幼苗使染色体数目加倍得到纯合植株,筛选得到所需的纯合植株，变异类型为基因重组,(,或人工诱变,),和染色体变异。,C,将基因型为,aabb,的个体人工诱变可获得基因型为,aaBb,的个体，则等位基因的产生来源于基因突变,D,多倍体育种获得的基因型为,AAaaBBbb,的个体比基因型为,AaBb,的个体可表达出更多的蛋白质,【,解析,】,本题以水稻育种为话题，通过不同的育种方法，利用相同的育种材料获得了几种基因组成不同的品种，实际上考查了不同育种方法的育种原理。利用基因型为,aabb,与,AABB,的水稻品种通过杂交育种获得基因型为,AAbb,的个体，利用的是基因重组，该变异发生的时间在减数第一次分裂后期，而不是减数第二次分裂后期；,利用基因型为,aabb,与,AABB,的水稻品种通过单倍体育种获得基因型为,AAbb,的个体，需要先通过杂交，使,A,与,b,基因共存于同一植株，然后将其花药离体培养获得单倍体植株，再通过秋水仙素处理幼苗的尖端致其染色体数目加倍，通过筛选得到，利用了基因重组和染色体变异；,C,项将基因型为,aabb,的个体人工诱变得到基因型为,aaBb,的个体，,B,基因来源于,b,基因的突变；,D,项则考查了多倍体育种的特点。,【,答案,】,A,据图分析，下列叙述错误的是,(,),A,两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化,B,与,过程相比，,过程可能会产生二倍体再生植株,C,图中三种途径中，利用花粉培养筛选低芥酸植株,(HHGG),的效率最高,D,F,1,减数分裂时，,H,基因所在染色体会与,G,基因所在染色体发生联会,【,解析,】,本题综合考查了杂交育种、单倍体育种、植物组织培养和减数分裂等内容，准确识别图示过程及其发生的变化是正确解题的关键。由图可知：,过程为花药或花粉经过脱分化形成愈伤组织的过程，需要植物激素诱导；,过程是愈伤组织再分化形成再生植株的过程，由于,过程以花药为培养对象，除花粉粒细胞外，还可能有花药壁细胞，所以与,过程相比，,过程可能会产生二倍体再生植株；发生联会的染色体是同源染色体，即,H,基因所在的染色体与,h,基因所在的染色体、,G,基因所在的染色体与,g,基因所在的染色体可以发生联会。,【,答案,】,D,(2),对不同育种方法的优缺点及其适用条件不清楚而出错。如诱变育种可能产生新基因、新性状，但不能定向改变生物的性状，也有可能失去优良的性状；基因工程育种、细胞工程育种可定向改变生物的遗传物质组成；单倍体育种可显著缩短育种时间，但操作复杂。,课时作业,(,二十四,),