第1、2节　杂交育种与诱变育种　
基因工程及其应用
判断下列说法是否正确：
1．人工诱变育种的优点可以提高突变率，加速育种工作的进程( )
2．人工诱变所引起的基因突变或染色体的变异都是有利的( )
3．基因工程育种中所用的工具酶有3种( )
4．杂交育种一定需要时间长( )
5．基因工程育种与杂交育种的原理相同( )
√
√
×
×
×
一、杂交育种
1．概念：将两个或多个品种的优良性状集中在一起，进而获得新品种的方法。
2．原理： 。
3．方法：杂交。
4．目的：培育动植物优良品种。
5．特点：只能利用已有的基因重组，不能创造 ；育种过程 。
基因重组
新基因
缓慢
1.在杂交育种中，如果新品种是杂合子，如玉米、水稻应注意什么？如果新品种是纯合子，如小麦应该注意什么？
提示：　在杂交育种中，如果新品种是杂合子，每年都要育种。如果新品种是纯合子，要通过多代自交淘汰杂合子，直到不出现性状分离为止。
二、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 ，从而获得优良变异类型的育种方法。
2．原理： 。
3．过程：选择生物→诱发基因突变→选择 →培育。
基因突变
基因突变
理想类型
4．优点
(1)可以提高 ，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
(2)大幅度地改良某些性状。
5．缺点：诱发产生的突变， 的个体往往不多，需处理大量材料。
突变频率
有利
诱变育种与杂交育种的最大的区别是诱变育种能创造出新基因。
三、基因工程及其应用
1．概念
又叫 技术或 技术。按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以 ，然后放到另一种生物的细胞里， 地改造生物的遗传性状。
2．原理：不同生物间的 。
基因拼接
DNA重组
修饰改造
定向
基因重组
限制性核酸
DNA连接酶
质粒
目的
运载体
受体
表达
检测
2.运载体和细胞膜上的载体相同吗？
提示：　不同：①运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等。②细胞膜上的载体是位于细胞膜上的载体蛋白质，与控制物质进出细胞有关系。
育种方法的分析：
(1)杂交育种是最简捷的方法，而单倍体育种是最快获得的纯合子的方法，可缩短育种年限。
(2)染色体加倍可以是以秋水仙素等方法使其加倍，也可以是细胞融合，且细胞融合可在两个不同物种之间进行。
(3)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诱变育种。
1．下图表示以某种作物中的①和②两个品种分别培育出④⑤⑥三个新品种的过程，相关叙述正确的是(　　)
A．用①和②培育成⑤的过程中所采用的方法Ⅰ和Ⅱ分别称为杂交和测交
B．用③培育出④常用的方法Ⅲ是花药离体培养
C．③培育出⑥常用的是化学或物理的方法进行诱变处理
D．图中培育出⑤所依据的原理是基因突变和基因重组
解析：　用①和②培育成⑤的过程中所采用的方法Ⅰ和Ⅱ分别称为杂交和自交。③培育出⑥常用的化学药剂是秋水仙素，属于多倍体育种。图中培育出⑤所依据的原理是基因重组和染色体变异。
答案：　B
2．(2012·咸阳模拟)用纯种的高秆(DD)抗锈病(TT)小麦与矮秆(dd)易染锈病(tt)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下，有关叙述正确的是(　　)
A．此育种方法可以获得具有新性状的植株
B．符合生产要求的品种基因型为dT
C．通过过程④处理后，得到的植物是可育的，而且能稳定遗传
D．如果F1自交，那么F2矮秆抗锈病的植株中能稳定遗传的占1/16
答案：　C
1．限制性核酸内切酶—基因的“剪刀”
(1)存在场所：主要是存在于微生物细胞中。
(2)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。
(3)作用结果：得到平末端或黏性末端。
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。
3．运载体——基因的运输工具
作为运载体必须具备的条件：
(1)能够在宿主细胞内复制并稳定地保存；
(2)含有多个限制酶切点，以便和外源基因相连；
(3)含有标记基因，以便于筛选。
1．限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
2．动物一般用受精卵作为受体细胞，植物一般用去掉细胞壁的体细胞作为受体细胞，可用组织培养的方式形成新个体。
3．基因工程可按照人们的意愿定向培育新品种，且可突破生殖隔离，实现不同物种间的基因重组。
3．(2012·北京模拟)下列关于基因工程的叙述，错误的是(　　)
A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．运载体上的抗性基因利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因表达
答案：　D
育种方法的选择
(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。
(2)要求快速育种，则运用单倍体育种。
(3)要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。
(4)要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。
(5)杂交育种选育的时间是从F2代开始，原因是从F2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。
(2012·浏阳模拟)农科所通过如图育种过程培育出了高品质的糯小麦，相关叙述正确的是(　　)
A．该育种过程中运用的遗传学原理是基因突变
B．要获得yyRR，b过程需要进行不断的自交来提高纯合率
C．a、c过程都需要使用秋水仙素，都作用于萌发的种子
D．a过程能提高突变率，明显缩短育种年限
解析：　如图所示，a为单倍体育种，b为杂交育种，c为多倍体育种。杂交育种的原理是基因重组，单倍体育种和多倍体育种的原理是染色体变异。将YyRr通过连续自交可以得到yyRR，以提高纯合率。c过程中秋水仙素作用于萌发的种子或幼苗，a过程能够缩短育种年限，但不能提高突变率。
答案：　B
1.a、c过程中用秋水仙素处理的目的是什么？
2．如图由亲本到yyRR过程与诱变育种相比，本质区别是什么？
提示：　1.a过程用秋水仙素处理的目的是使单倍体的染色体加倍而恢复育性，c过程用秋水仙素处理的目的是为了得到多倍体。
2．由亲本到yyRR过程表示单倍体育种或杂交育种，遗传物质没有改变，只是出现了新的基因型；诱变育种过程遗传物质发生了改变，出现了新的基因。
理清基因工程中的酶
(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)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。
(3)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。
(2012·潍坊期末)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
解析：
答案：　A
DNA连接酶和限制酶分别作用于图中的(　　)
A．①③　　　　 B．④④
C．②② D．①④
解析：　两种酶都作用于核苷酸之间形成的磷酸二酯键，而非氢键等其他化学键。
答案：　B
杂交育种实验

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。
(1)基本步骤：选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1。
(2)特点：高产、优质、抗性强，但种子只能种一年。
2．培育纯合子品种
(1)培育隐性纯合子品种的基本步骤
选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体种植推广。
(2)培育双显纯合子或一隐一显杂合子品种的基本步骤
选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体自交→F3→…→选出稳定遗传的个体推广种植。
(3)特点：操作简单，但需要的时间较长。
1．(2012·安徽蚌埠二模)用高秆抗锈病(DDTT)和矮秆不抗锈病(ddtt)的二倍体水稻品种进行育种时，方法一是杂交得到F1，F1再自交得到F2，然后选育所需类型；方法二是用F1的花药进行离体培养，再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株。下列叙述正确的是(　　)
A．方法一所得F2中重组类型、纯合子各占3/8、1/4
B．方法二所得植株中纯合子、可用于生产的类型比例分别为1/2、1/4
C．方法一和方法二依据的主要原理分别是基因重组和染色体结构变异
D．方法二的最终目的是获得单倍体植株，秋水仙素可提高基因突变频率
解析：　考查学生对基因的自由组合定律的应用。由题目信息联想到基因的自由组合定律和单倍体育种的知识，两个亲本的基因型是DDTT和ddtt，为双显性和双隐性纯合子，可知其子二代中重组类型、纯合子各占3/8、1/4是正确的。单倍体育种所得子代均为纯合子，B错；单倍体育种依据的主要原理是染色体数目的变异，C错；单倍体育种的最终目的是获得符合生产要求的纯合植株，D错；故选A。
答案：　A
2．普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对相对性状的等位基因分别位于两对同源染色体上。实验小组常试用不同的方法进行了实验。实验过程如下：
据图回答下列问题：
(1)图中A至D方向所示的途径表示________育种方式，这种方法属常规育种，一般从F2开始选种，这是因为_________ ___________。A→B→C的途径表示________育种方式，这两种育种方式中后者的优越性主要表现在____________________ ____________________________________________________。
(2)B常用的方法为__________________。
(3)E方法所用的原理是____________，所用的方法如_______________________、_______________________。
育种时所需处理的种子应是萌动的(而非休眠的)种子，原因是____________________________________________________ ____________________。
(4)C、F过程最常用的药剂是______________，其作用的原理是________________________________________________ ________________________。
(5)由G到H过程中涉及的生物技术有__________和____________。
(6)K→L→M这种育种方法的优越性表现在__________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：　(1)杂交　从F2开始发生性状分离　单倍体　明显缩短育种年限　(2)花药离体培养　(3)基因突变　X射线、紫外线、激光照射　亚硝酸、硫酸二乙酯、秋水仙素处理(理化因素需各说出一项)　种子萌动后进行细胞分裂，DNA在复制过程中可能由于某种因素的影响发生基因突变　(4)秋水仙素　在细胞分裂时，抑制纺锤体形成，引起染色体数目加倍　(5)基因工程(或DNA拼接技术或DNA重组技术或转基因技术)　植物组织培养技术　(6)克服了远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本范围
1．(2012·山东潍坊高三抽样)下列关于育种的叙述中，正确的是(　　)
A．培育无子西瓜的原理是生长素促进果实发育
B．培育八倍体小黑麦的原理是染色体变异
C．青霉菌高产菌种的选育原理和杂交育种相同
D．培育无子番茄的原理是基因重组
解析：　培育无子西瓜的原理是染色体变异。青霉菌高产菌种的选育是利用了基因突变的原理。无子番茄的获得是利用了生长素促进果实发育的原理。异源八倍小黑麦的培育原理是染色体变异。
答案：　B
2．(2012·苏北四市二次联考)以下培育原理相同的一组是(　　)
A．太空椒和抗虫棉
B．无子番茄和“番茄—马铃薯”
C．高产优质杂交水稻和青霉素高产菌株
D．无子西瓜和八倍体小黑麦
解析：　太空椒、青霉素高产菌株属于人工诱变育种，原理是基因突变；番茄—马铃薯利用了植物体细胞杂交的方法；高产优质杂交水稻利用了杂交育种方法，原理是基因重组；抗虫棉属于基因工程，原理是基因重组；无子番茄利用了生长素促进果实发育的原理；八倍体小黑麦和无子西瓜的原理都是染色体变异，属于多倍体育种。
答案：　D
3．如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工具是(　　)
A．DNA连接酶和解旋酶
B．DNA聚合酶和限制性核酸内切酶
C．限制性核酸内切酶和DNA连接酶
D．DNA聚合酶和RNA聚合酶
答案：　C
4．(2012·郑州市四校联考)人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程是：甲种生物的蛋白质→mRNA目的基因与质粒DNA重组导入乙种生物的细胞中获得甲种生物的蛋白质，下列说法正确的是(　　)
A．①过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、C
B．②过程要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起
C．如果受体细胞是细菌，可以选用枯草杆菌、炭疽杆菌等
D．④过程中用的原料不含A、U、G、C
解析：　①过程是逆转录，利用逆转录酶合成DNA片段，需要的原料是A、T、G、C；②过程是目的基因与质粒DNA重组，需要限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起；将重组质粒导入受体细胞时，如果受体细胞是细菌，则不应该用致病菌，而炭疽杆菌是致病菌；④过程是基因的表达过程，原料中含有A、U、G、C。
答案：　B
5．(2012·黄山质检)将某种植物①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如下图所示，下列分析错误的是(　　)
A．由③到④的育种过程依据的主要原理是基因突变
B．由⑤×⑥过程形成的⑧植株能培育出新物种
C．若③的基因型为AaBbdd，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4
D．由③到⑨过程可能发生突变和重组，可为生物进化提供原材料
解析：　如果原植物为二倍体，则⑤为二倍体，⑥为四倍体，它们杂交形成的⑧为三倍体，由于三倍体没有可育性，所以不能培育出新物种；基因型为AaBbdd的③自交形成的⑩，其中能稳定遗传的纯合子所占的比例为1/2×1/2×1＝1/4；由③形成花粉时发生减数分裂，基因要发生重组，秋水仙素处理幼苗，可使细胞中基因发生突变，也可使染色体数目加倍。
答案：　B
6．(2012·商丘模拟)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F1，F1自交产生F2，F2中不能稳定遗传的占______，选F2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⑦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。
答案：　(1)3/4　3∶2　(2)⑤、⑦、⑧　花药离体培养　(3)③、④　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)①、②