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            3. 生物育種

              教案作者:本站   教案來源:本站整理   教案欄目:高中生物教案    收藏本頁

              生物育種
              【課標要求】生物變異在育種上的應用。
              【考向瞭望】雜交育種、誘變育種、多倍體育種、基因工程育種等各種育種方式的原理、過程、優缺點的分類與比較。
              【知識梳理】
              一、雜交育種
              (一)概念:將兩個或多個品種的優良性狀通過交配集中在一起,再經過選擇和培育,獲得新品種的方法。
              (二)原理:基因重組。
              (三)過程:選擇具有不同優良性狀的親本通過雜交獲得F1,F1連續自交或雜交,從中篩選獲得需要的類型。
              (四)應用:改良作物品質,提高農作物單位面積產量;培育優良的家畜、家禽。
              二、誘變育種
              (一)概念:利用物理因素或化學因素處理生物,使生物發生基因突變,從而獲得優良變異類型的育種方法。
              (二)原理:基因突變。
              (三)特點:可以提高突變率,在較短時間內獲得更多優良變異類型。
              (四)應用:主要用于農作物育種和微生物育種。
              三、幾種育種方法的比較
              名稱 原理 方法 優點 缺點 應用
              雜交
              育種 基因
              重組 培育純合子品種:雜交→自交→篩選出符合
              要求的表現型,通過自交到不發生性狀分離
              為止 使分散在同一物種不
              同品種中的多個優良
              性狀集中于同一個體 ①育種時間一般比較長
              ②局限于同種或親緣關
              系較近的個體
              ③需及時發現優良品種 用純種高稈抗病[來
              小麥與矮稈不抗
              病小麥培育矮稈
              抗病小麥
                培育雜合子品種:一般是選取純合雙親雜交  年年制種 雜交水稻、玉米
              誘變
              育種 基因
              突變 ①物理:紫外線、X或γ射線,微重力、激
              光等處理、再篩選
              ②化學:亞硝酸、硫酸二乙酯處理,再選擇 提高變異頻率,加快
              育種進程,大幅度改
              良某些性狀 盲目性大,有利變異少,
              工作量大,需要大量的
              供試材料 高產青霉菌
              單倍體
              育種 染色體
              變異 ①先將花藥離體培養,培養出單倍體植株
              ②將單倍體幼苗經一定濃度的秋水仙素處理
              獲得純合子
              ③從中選擇優良植株 明顯縮短育種年限,
              子代均為純合子,
              加速育種進程 技術復雜 用純種高稈抗病
              小麥與矮稈不抗
              病小麥快速培育
              矮稈抗病小麥
              多倍體
              育種 染色體
              變異 用一定濃度的秋水仙素處理萌發的種子或幼
              苗 操作簡單,能較快獲
              得所需品種 所獲品種發育延遲,結實
              率低,一般只適用于植物 三倍體無子西瓜
              八倍體小黑麥
              基因
              工程
              育種 基因
              重組 提取目的基因→目的基因與運載體結合→將
              目的基因導入受體細胞→目的基因的表達與
              檢測→篩選獲得優良個體 ①目的性強,育種周
              期短
              ②克服了遠緣雜交不
              親和的障礙 技術復雜,安全性問題
              多,有可能引起生態危機 轉基因“向日葵
              豆”、轉基因抗
              蟲棉
              【思考感悟】雜交育種能否應用于微生物育種?
              雜交育種利用基因重組的原理,一般發生在有性生殖的減數分裂過程中。微生物一般不能進行減數分裂,因此一般不用雜交育種的方法對微生物進行育種。
              【基礎訓練】
              1、育種的方法有雜交育種、單倍體育種、誘變育種、多倍體育種、基因工程育種等,下面對這五種育種的說法正確的是(  A  )
              A、涉及的原理有:基因突變、基因重組、染色體變異
              B、都不可能產生定向的可遺傳變異
              C、都在細胞水平上進行操作
              D、都不能通過產生新基因從而產生新性狀
              2、假設A、b代表玉米的優良基因,這兩種基因是自由組合的,F有AABB、aabb兩個品種,為培養出優良新品種AAbb,可以采用的方法如圖所示。
              (1)由品種AABB、aabb經過①、②、③過程培育出新品種的育種方法稱為雜交育種。若經過②過程產生的子代總數為1552株,則其中基因型為AAbb的植株理論上有97株;蛐蜑锳abb的類型經過過程③,子代中AAbb與aabb的數量比是1︰1。
              (2)過程⑤常采用花藥離體培養法由AaBb得到Ab個體。與“過程①②③”的育種方法相比,“過程⑤⑥”育種的優勢是明顯縮短了育種年限。
              (3)過程④在完成目的基因與運載體的結合時,必須用到的工具酶是限制性核酸內切酶(限制酶)DNA連接酶。與“過程⑦”的育種方法相比,“過程④”育種的優勢是定向地改變生物的遺傳性狀。
              3、用純合的二倍體水稻品種高稈抗銹。―DTT)和矮稈不抗銹。╠dtt)進行育種時,一種方法是雜交得到F1,F1再自交得F2;另一種方法是用F1的花藥進行離體培養,再用秋水仙素處理幼苗得到相應植株。下列敘述正確的是(  C  )
              A、前一種方法所得的F2中重組類型和純合子各占5/8、1/4
              B、后一種方法所得的植株中可用于生產的類型比例為2/3
              C、前一種方法的原理是基因重組,原因是非同源染色體自由組合
              D、后一種方法的原理是染色體變異,是由于染色體結構發生改變
              【高考模擬】
              1.(2007廣東生物15)太空育種是指利用太空綜合因素如強輻射、微重力等,誘導由宇宙飛船攜帶的種子發生變異,然后進行培育的一種育種方法。下列說法正確的是(  D  )
              A、太空育種產生的突變總是有益的
              B、太空育種產生的性狀是定向的
              C、太空育種培育的植物是地球上原本不存在的
              D、太空育種與其他誘變方法在本質上是一樣的
              2.(2008江蘇生物23)下列關于育種的敘述中,錯誤的是(  BCD  )
              A、用物理因素誘變處理可提高突變率 B、誘變育種和雜交育種均可形成新的基因
              C、三倍體植物不能由受精卵發育而來 D、誘變獲得的突變體多數表現出優良性狀
              3.(09上海卷)21.下列技術中不能獲得抗銹高產小麥新品種的是
              A. 誘變育種
              B. 細胞融合
              C. 花粉離體培養
              D. 轉基因
              答案:C
              解析:花藥離體培養獲得是單倍體,一般高度不育。
              4.(09天津卷)8.(30分)水稻種子中70%的磷以植酸形式存在。植酸易同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質結合排出體外,是多種動物的抗營養因子,同時,排出的大量磷進入水體易引起水華。
              (1)磷元素除了形成植酸外,還可以出現在下列_____________分子或結構中(多選)。
              A.核糖    B.ATP    C.核糖體    D.核膜
              (2)種植蘆葦能有效抑制水華的發生,表明蘆葦與引起水華的藻類關系是_____________。
              (3)植酸酶可降解植酸,在谷物類飼料中添加植酸酶可提高飼料的_____________  利用率。
              (4)酵母菌中植酸的活性較高。下圖是從不同類型酵母菌的發酵液中提取植酸酶的工藝流程。
               
               

              據圖回答:
              ①植酸酶________________(Ⅰ/Ⅱ)屬于分泌蛋白。
              ②若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽鏈組成不同,其差異體現在______________________。
              ③提純的植酸酶需做活性條件測定。右圖為測定結果。
              圖中的自變量可為____________________________(答一種);
              因變量可以通過測定______________________來表示。
              (5)為從根本上解決水稻中的高植酸問題,可將植酸酶基因導入水稻,培育低植酸轉基因水稻品種。下圖是獲取植酸酶基因的流程。
              據圖回答:
              ①圖中基因組文庫____________(小于/等于/大于)cDNA文庫。
              ②B過程需要的酶是______________;A、C過程中_____________(可以/不可以)使用同一種探針篩選含目的基因的菌株。
              ③目的基因Ⅰ和Ⅱ除從構建的文庫中分離外,還可以分別利用圖中___________。和_____________為模板直接進行PCR擴增,該過程中所用酶的顯著特點是_________________________。
              (6)已獲得的轉植酸酶基因水稻品系植酸含量低,但易感病,下圖為選育低植酸抗病水稻品種的過程。圖中兩對相對性形狀分別由兩對基因控制,并獨立遺傳。
               
               
               

                  采用上圖育種過程,需從_______________代開始篩選,經篩選淘汰后,在選留的植株中低植酸抗病純合體所占的比例是______________。選留植株多代自交,經篩選可獲得低植酸抗病性狀穩定的品性。
              答案:
              (1)BCD
              (2)競爭關系
              (3)營養成分
              (4)①I
                   ②氨基酸的種類、數量和排列順序不同
                   ③溫度(或PH)   單位時間內植酸的降解量(或植酸降解產物的生成量)
              (5)①大于
              ②逆轉錄酶   可以
              ③DNA    cDNA耐高溫
              (6)F2      1/9
              解析:本題考查物質的元素組成、生物的種間關系、蛋白質、酶、基因工程、遺傳定律的相關知識,涉及的知識點較多,綜合性很強。(1)只有核糖中不含磷元素,ATP(磷酸基團)、核糖體(含RNA)、核膜(含磷脂)中均含有磷元素。(2)蘆葦能抑制水華的發生,表明蘆葦與水華的藻類關系是競爭。(3)植酸易同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質結合排出體外,是多種動物的抗營養因子,而植酸酶可降解植酸,因此在谷物類飼料中添加植酸酶可提高飼料的營養成分的利用率。(4)分析圖可知,植酸酶Ⅱ需要經過兩次離心,因此植酸酶Ⅰ屬于分泌蛋白。若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽鏈組成不同,其差異體現在氨基酸的種類、數量和排列順序的不同。從圖的可看出,自變量可為溫度或pH,因變量可以通過測定單位時間內植酸的降解量或植酸降解量產物的生成量來表示。(5)分析獲取植酸酶基因的流程圖可知,圖中基因組文庫大于cDNA文庫。B過程需要的酶應該是逆轉錄酶,因為A、C過程都能獲得含目的基因的菌株,所以可以使用同一種探針進行篩選。目的基因Ⅰ和Ⅱ除從構建的文庫中分離外,還可以分別利用圖中DNA和cDNA為模板直接進行PCR擴增,該過程中所用酶的顯著特點是耐高溫。(6)根據上圖育種過程,所需性狀在F2代中才開始出現,所以應從F2代開始篩選。從圖中可以看出,低植酸抗病是雙顯性(在F2中占9/16),經篩選淘汰后,在選留的植株中純合體所占的比例是1/9。
              5.(09廣東卷)33.(8分)
              為了快速培育抗某種除草劑的水稻,育種工作者綜合應用了多種培育種方法,過程如下。請回答問題。
              (1)從對該種除草劑敏感的二倍水稻植株上取花藥離體培養,誘導成          幼苗。
              (2)用 射線照射上述幼苗,目的是          ;然后用該除草劑噴灑其幼葉,結果大部分葉片變黃,僅有個別幼葉的小片組織保持綠色,表明這部分組織具有         。
              (3)取該部分綠色組織再進行組織培養,誘導植株再生后,用秋水仙素處理幼苗,使染色體           ,獲得純合          ,移栽到大田后,在苗期噴灑該除草劑鑒定其抗性。
              (4)對抗性的遺傳基礎做一步研究,可以選用抗性植株與        雜交,如果          ,表明抗性是隱性性狀。 自交,若 的性狀分離比為15(敏感):1(抗性),初步推測           。
              答案:
              (1)單倍體
              (2)誘發基因突變     抗該除草劑的能力
              (3)加倍     二倍體
              (4)( 純合)敏感型植株      都是敏感型      該抗性植株中有兩個基因發生了突變
              解析:本題考查了單倍體育種,誘變育種等知識,同時考查了多倍體育種的方法和遺傳規律的應用;ㄋ庪x體培養是單倍體育種的基本手段,射線激光有誘發突變的能力,而且體細胞突變必須經過無性繁殖才能保留該突變形狀,所以需要經過組織培養,為了獲得可育的植株,需用秋水仙素使染色體加倍,加倍獲得的是純和子,通過與敏感型植株雜交,子一代表現出來的性狀是顯性,子二代出現性狀分離,分離比是15:1,不符合分離定律,可以用自由組合定律來解釋,只有兩對基因都隱性時才表現為抗性。所以初步推測該抗性植株中兩個基因發生了突變。
              6.(09海南卷)21.(14分)
              填空回答下列問題:
              (1)水稻雜交育種是通過品種間雜交,創造新變異類型而選育新品種的方法。其特點是將兩個純合親本的______通過雜交集中在一起,再經過選擇和培育獲得新品種。
              (2)若這兩個雜交親本各具有期望的優點,則雜交后,F1自交能產生多種非親本類型,其它原因是F1在______形成配子過程中,位于______基因通過自由組合,或者位于______基因通過非姐妹染色單體交換進行重新組合。
              (3)假設雜交涉及到n對相對性狀,每對相對性狀各受一對等位基因控制,彼此間各自獨立遺傳。在完全顯性的情況下,從理論上講,F2表現型共有______種,其中純合基因型共有______種,雜合基因共有______種。
              (4)從F2代起,一般還要進行我代自交和選擇。自交的目的是_____;選擇的作用是______。
              答案:
              (1)優良性狀(或優良基因)(2分)
              (2)減數分裂(1分)非同源染色體上的非等位(1分)   同源染色體上的非等位(2分)(3) (1分)    (1分)     (2分)
              (4)獲得基因型純合的個體        保留所需的類型(每空2分,共4分,其他合理答案也給分)

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