(教師用書)2016-2017版高中生物 第4章 生物的變異 第2節(jié) 生物變異在生產(chǎn)上的應(yīng)用學(xué)案 浙科版必修2
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1、 第二節(jié) 生物變異在生產(chǎn)上的應(yīng)用 1.各種育種方法在改良農(nóng)作物和培育家畜品種等方面的應(yīng)用。(重難點(diǎn)) 2.各種育種方法的優(yōu)點(diǎn)和局限性。(重點(diǎn)) 3.正確認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)基因技術(shù)。(重點(diǎn)) 雜 交 育 種 與 誘 變 育 種 1.雜交育種 (1)原理 基因重組。 (2)概念 有目的地將兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀組合在一起,培育出更優(yōu)良的新品種。 (3)培養(yǎng)手段 雜交、選擇、純合化等。 (4)舉例——抗病紅果肉番茄的培育 2.誘變育種 項(xiàng)目 內(nèi)容 概念 利用物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)生物發(fā)生變異,并從變異后代中選育新品種的過(guò)程 原理 基因突變和染色體畸變
2、人工誘變方法 主要優(yōu)點(diǎn) ①可提高突變頻率 ②能在較短的時(shí)間內(nèi)有效地改良生物品種的某些性狀。如早熟秈稻種子的培育 ③改良作物品質(zhì),增強(qiáng)抗逆性。如“太輻一號(hào)”小麥的培育 生產(chǎn)應(yīng)用 用于動(dòng)物、植物及微生物等方面育種,其中微生物方面的成效極為明顯。如青霉素高產(chǎn)量菌株的選育 探討:培育細(xì)菌新品種時(shí),為什么不能用雜交育種的方法? 提示:雜交育種只適用于進(jìn)行有性生殖的生物,細(xì)菌是原核生物,不能進(jìn)行有性生殖。 探討:雜交育種是否一定要從F2開始篩選?是否一定要連續(xù)多代自交?舉例說(shuō)明。 提示:不一定。如培育雜合子品種,可選親本雜交得到的F1即可。 探討:誘變育種適用于哪些生物?
3、 提示:可適用于各種生物。 探討:誘變育種是否一定能獲得理想品種?為什么? 提示:不一定。因?yàn)橥蛔兙哂胁欢ㄏ蛐浴? 探討:從基因突變的特點(diǎn)出發(fā),誘變育種有哪些缺點(diǎn)? 提示:①由于基因突變具有不定向性,有利變異往往不多,所以誘變育種具有一定的盲目性;②突變個(gè)體難以集中多個(gè)優(yōu)良性狀,所以需要處理大量的實(shí)驗(yàn)材料,工作量大。 1.幾種常見的雜交育種類型(以兩對(duì)相對(duì)性狀為例) 已知AAbb與aaBB為親本: P AAbb×aaBB ↓ F1 AaBb ①
4、↓?F F2 A_B_ A_bb aaB_ aabb ② ↓多次自交直到后代不發(fā)生性狀分離 AABB AAbb aaBB ③ (1)培育雜合子品種:選取雙親子一代,需年年制種(如上述圖①)。 (2)培育隱性純合子品種:選取雙親子一代子二代―→選出符合要求的類型就可以推廣(如上述圖②)。 (3)培育顯性純合子(或一顯一隱純合子)品種:選取雙親子一代子二代―→選出符合要求的個(gè)體選出穩(wěn)定遺傳的個(gè)體推廣(如上述圖③)。 2.動(dòng)、植物雜交育種的區(qū)別 (1)方
5、法:植物雜交育種中純合子的獲得不能通過(guò)測(cè)交,只能通過(guò)逐代自交的方法獲得;而動(dòng)物雜交育種中純合子的獲得一般不通過(guò)逐代自交,而通過(guò)測(cè)交的方法進(jìn)行確認(rèn)后而獲得。 (2)實(shí)例:現(xiàn)有基因型為BBEE和bbee的兩種植物或動(dòng)物,欲培育基因型為BBee的植物或動(dòng)物品種,育種過(guò)程用遺傳圖解表示如下: 3.誘變育種與雜交育種的比較 項(xiàng)目 雜交育種 誘變育種 原理 基因重組 基因突變 方法 雜交→自交→篩選→自交 輻射誘變、激光誘變、化學(xué)藥劑誘變 優(yōu)點(diǎn) 使不同個(gè)體的優(yōu)良性狀集中于同一個(gè)個(gè)體上 可以提高變異的頻率,大幅度改良某些性狀,加速育種進(jìn)程 局限性 育種年限較長(zhǎng) 有利變異
6、的個(gè)體不多,需處理大量實(shí)驗(yàn)材料 【特別提醒】 (1)雜交育種應(yīng)用于能進(jìn)行有性生殖的生物,主要是植物和動(dòng)物。 (2)誘變育種不僅能應(yīng)用于進(jìn)行有性生殖的生物,也能應(yīng)用于進(jìn)行無(wú)性生殖的生物,主要應(yīng)用于植物和微生物。 1.家兔的黑色對(duì)白色為顯性,短毛對(duì)長(zhǎng)毛為顯性。這兩對(duì)基因分別位于一對(duì)同源染色體上。下列關(guān)于利用黑色短毛純種兔和白色長(zhǎng)毛純種兔培育出黑色長(zhǎng)毛純種兔的做法,錯(cuò)誤的是( ) A.黑色短毛純種兔×白色長(zhǎng)毛純種兔,得F1 B.選取健壯的F1個(gè)體自交,得F2 C.從F2中選取健壯的黑色長(zhǎng)毛兔與白色長(zhǎng)毛兔測(cè)交 D.根據(jù)測(cè)交結(jié)果,選取F2中穩(wěn)定遺傳的黑色長(zhǎng)毛雌、雄兔 【解析】 家兔
7、屬于雌雄異體生物,不能進(jìn)行自交。 【答案】 B 2.下列關(guān)于誘變育種的說(shuō)法中,不正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):35930037】 A.能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型 B.一次誘變處理供實(shí)驗(yàn)的生物定能獲得所需的變異類型 C.青霉素產(chǎn)量很高的菌株的選育依據(jù)的原理是基因突變 D.誘變育種過(guò)程能創(chuàng)造新的基因而雜交育種過(guò)程則不能 【解析】 誘變育種依據(jù)的原理是基因突變,能創(chuàng)造新的基因,因此能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型,但是基因突變具有不定向性,一次誘變處理供實(shí)驗(yàn)的生物不一定能獲得所需的變異類型。 【答案】 B 單 倍 體 育 種 、 多 倍 體 育 種 、 轉(zhuǎn)
8、 基 因 技 術(shù) 1.單倍體育種 (1)單倍體植株特點(diǎn) 植株小而弱,且高度不育。 (2)單倍體育種 ①原材料:?jiǎn)伪扼w。 ②概念:利用單倍體作為中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生具有優(yōu)良性狀的可育純合子的育種方法。 ③主要特點(diǎn) a.縮短育種年限。 b.能排除顯隱性干擾,提高效率。 ④原理:染色體數(shù)目變異。 ⑤育種程序:PF1單倍體幼苗染色體加倍的可育純合植株優(yōu)良新品種。 2.多倍體育種 (1)多倍體特點(diǎn) 其細(xì)胞通常比二倍體的細(xì)胞大,細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的含量高、抗逆性強(qiáng),在生產(chǎn)上具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 (2)人工誘導(dǎo)多倍體 ①原理:染色體數(shù)目變異。 ②方法 目前最好的方法是用秋水仙素處理
9、萌發(fā)的種子、幼苗等,使它們的染色體加倍。 ③機(jī)理 秋水仙素能抑制細(xì)胞分裂時(shí)紡錘體的形成,因此染色體雖已復(fù)制,但不能分離,最終導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。 ④應(yīng)用:培育作物新品種的另一個(gè)重要途徑。 ⑤舉例:三倍體無(wú)籽西瓜的培育(過(guò)程圖解) 3.轉(zhuǎn)基因技術(shù) (1)概念 利用分子生物學(xué)和基因工程的手段,將某種生物的基因(外源基因)轉(zhuǎn)移到其他生物物種中,使其出現(xiàn)原物種不具有的新性狀的技術(shù)。 (2)處理方法 用人工方法將人類所需要的目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞內(nèi),使其整合到受體的染色體上。 (3)原理:基因重組。 (4)特點(diǎn) ①人為地增加了生物變異的范圍,實(shí)現(xiàn)種間遺傳物質(zhì)的交換。 ②從采用
10、的多種方法看,這種技術(shù)的針對(duì)性更強(qiáng),效率更高,經(jīng)濟(jì)效益更明顯。 (5)應(yīng)用:各種轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的培育,如抗蟲棉。 探討:三倍體的水稻的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)后,得到的水稻,其稻穗、米粒均變小,這種說(shuō)法正確嗎? 提示:不正確;得到的水稻高度不育。 探討:種植西瓜時(shí)若以黃色瓜瓤的四倍體作母本,以紅色瓜瓤的二倍體作父本,則其所結(jié)西瓜的瓜瓤是什么顏色? 提示:黃色。 探討:若用DNA連接酶將目的基因與運(yùn)載體兩兩結(jié)合時(shí),可能有哪些產(chǎn)物? 提示:目的基因—目的基因、目的基因—運(yùn)載體、運(yùn)載體—運(yùn)載體。 探討:轉(zhuǎn)基因抗蟲棉有性繁殖產(chǎn)生的后代都具有抗蟲特性嗎?為什么? 提示:不一定。因?yàn)樾誀罘蛛x
11、或變異的原因,抗蟲棉的子代可能會(huì)失去抗蟲特性。 1.幾種育種方法的比較 雜交育種 誘變育種 單倍體育種 多倍體育種 原理 基因重組 基因突變 染色體畸變(染色體組先成倍減少,再加倍,得到純合子) 染色體數(shù)目變異 方法 (1)雜交→自交→選優(yōu) (2)雜交 輻射誘變、激光誘變、化學(xué)藥劑處理 花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素誘導(dǎo)加倍 用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗 優(yōu)點(diǎn) 操作簡(jiǎn)便 提高變異頻率,大幅度改良某些性狀,加速育種進(jìn)程 明顯縮短育種年限 ①有機(jī)物含量高,抗逆強(qiáng) ②操作簡(jiǎn)單,短時(shí)間內(nèi)可獲得所需類型。 缺點(diǎn) 時(shí)間長(zhǎng),需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀 有利變異少
12、,需要處理大量實(shí)驗(yàn)材料,具有不確定性 技術(shù)復(fù)雜,成本高 發(fā)育期延遲結(jié)實(shí)率低 2.新品種的育種方法 (1)集中不同親本的優(yōu)良性狀——雜交育種 選擇具有不同優(yōu)良性狀的個(gè)體作為親本,經(jīng)過(guò)雜交→自交過(guò)程,在F2中選擇,如果選取顯性個(gè)體,還需要連續(xù)自交。 (2)集中優(yōu)良性狀,又縮短育種年限——單倍體育種 選擇具有不同優(yōu)良性狀的個(gè)體作為親本,經(jīng)過(guò)雜交獲得F1,取F1的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng),形成單倍體幼苗,再用秋水仙素處理。 (3)獲得較大果實(shí)或大型植株來(lái)提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量——多倍體育種,用秋水仙素或低溫處理萌發(fā)的種子或幼苗,使染色體加倍而形成多倍體。 (4)提高變異頻率,“改良”或“改造”或直
13、接改變現(xiàn)有性狀,獲得當(dāng)前不存在的基因或性狀——誘變育種。 1.下列關(guān)于育種方法的敘述,正確的是( ) A.用雜交的方法進(jìn)行育種,從F1自交后代中可篩選出符合人類需要的優(yōu)良品種 B.用輻射的方法進(jìn)行誘變育種,誘變后的植株一定比誘變前的植株具備更多優(yōu)良性狀 C.用基因型為DdTt的植株進(jìn)行單倍體育種,所有的新品種自交后代中約有1/4為純合子 D.用基因型為DdTt的植株進(jìn)行多倍體育種,所育的新品種和原品種雜交一定能產(chǎn)生可育后代 【解析】 誘變育種的生物學(xué)原理為基因突變,基因突變具有多害少利和多方向的特點(diǎn),故誘變后的植株不一定比誘變前的植株具備更多優(yōu)良性狀,故B錯(cuò)誤。用基因型為Dd
14、Tt的植株進(jìn)行單倍體育種,產(chǎn)生的新品種全為純合子,其自交后代也全為純合子,故C錯(cuò)誤。二倍體植株染色體加倍后成為四倍體植株,四倍 體植株和原二倍體植株雜交得到的三倍體植株是高度不育的,故D錯(cuò)誤。 【答案】 A 2.科學(xué)家用純種的高稈(D)抗銹病(T)小麥與矮稈(d)易染銹病(t)小麥培育出矮稈抗銹病小麥新品種,方法如圖所示。下列敘述正確的是( ) 過(guò)程甲 過(guò)程乙 A.過(guò)程甲產(chǎn)生的F1有四種表現(xiàn)型 B.利用該育種方法培育的優(yōu)良品種不可育 C.過(guò)程乙沒有涉及花藥離體培養(yǎng) D.該育種方法可以明顯縮短育種年限 【解析】 過(guò)程甲產(chǎn)生的F1只有一種表現(xiàn)型;單
15、倍體育種涉及花藥離體培育和人工誘導(dǎo)染色體加倍,得到的個(gè)體是可育的純合子。 【答案】 D 1.育種專家用高稈抗銹病水稻與矮稈不抗銹病水稻雜交,培育出了矮稈抗銹病水稻,這種水稻出現(xiàn)的原因是( ) A.基因突變 B.基因重組 C.染色體變異 D.環(huán)境條件的改變 【解析】 矮稈抗病水稻是經(jīng)雜交育種得到的,其原理是基因重組。 【答案】 B 2.下列各項(xiàng)措施中,能夠產(chǎn)生新基因的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):35930038】 A.高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥雜交 B.用秋水仙素處理二倍體西瓜得到四倍體西瓜 C.用花藥離體培養(yǎng)小麥植株 D.用X射線處理獲得青霉素高產(chǎn)菌株 【解析】 基
16、因突變能產(chǎn)生新的基因,用X射線處理后獲得青霉素高產(chǎn)菌株的原理是基因突變,而選項(xiàng)A的原理為基因重組,選項(xiàng)B、C的原理為染色體變異。 【答案】 D 3.右圖中的①②③④分別表示不同的育種方式,相關(guān)敘述不正確的是( ) A.方式①應(yīng)用的原理包括細(xì)胞全能性 B.方式②只適用于進(jìn)行有性生殖的生物 C.方式③試劑處理的對(duì)象只能是萌發(fā)的種子 D.方式④可以誘發(fā)基因突變產(chǎn)生新基因 【解析】 方式①對(duì)花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)形成單倍體的過(guò)程中用到了細(xì)胞的全能性;方式②是雜交育種,它適用于進(jìn)行有性生殖的生物;方式③為多倍體育種,處理的對(duì)象為萌發(fā)的種子或幼苗;方式④為誘變育種,可產(chǎn)生新基因。 【答案】
17、 C 4.某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a,通過(guò)基因工程的方法,將基因a與運(yùn)載體結(jié)合后導(dǎo)入馬鈴薯植株中,經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在。結(jié)合圖形分析下列有關(guān)這一過(guò)程的敘述,不正確的是( ) A.獲取基因a的限制酶其作用部位是圖中的① B.連接基因a與運(yùn)載體的DNA連接酶其作用部位是圖中的② C.基因a進(jìn)入馬鈴薯細(xì)胞后,可隨馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制,傳給子代細(xì)胞 D.通過(guò)該技術(shù)人類實(shí)現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀 【解析】 限制酶和DNA連接酶均作用于磷酸二酯鍵,即①處,二者作用相反,分別是打開和連接該化學(xué)鍵;目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后,會(huì)隨著馬鈴薯DNA
18、分子的復(fù)制而復(fù)制,傳給子代細(xì)胞,使之產(chǎn)生定向變異,從而改變其遺傳性狀。 【答案】 B 5.某農(nóng)科所通過(guò)如圖所示的育種過(guò)程培育成了高品質(zhì)的糯小麥。下列有關(guān)敘述正確的是( ) A.a(chǎn)過(guò)程中運(yùn)用的遺傳學(xué)原理是基因重組 B.b過(guò)程能提高突變率,從而明顯縮短了育種年限 C.a(chǎn)過(guò)程需要使用秋水仙素,作用于萌發(fā)的種子 D.b過(guò)程需要通過(guò)自交來(lái)提高純合率 【解析】 分析題圖可知,a為單倍體育種過(guò)程,其遺傳學(xué)原理是染色體畸變;b過(guò)程為雜交育種過(guò)程,不是誘變育種,不能提高突變率,縮短育種年限;a過(guò)程需要使用秋水仙素,但其作用對(duì)象不是萌發(fā)的種子,而是花粉萌發(fā)形成的單倍體幼苗;雜合子自交可以提高后代中純合子的比例。 【答案】 D 課堂小結(jié): 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.雜交育種的原理是基因重組,培養(yǎng)手段有雜交、選擇、純合化等。 2.誘變育種的原理是突變,誘變方法有輻射和化學(xué)誘變。 3.單倍體育種的原理是染色體畸變,處理方法有花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素誘導(dǎo)幼苗染色體加倍。 4.多倍體育種的原理是染色體畸變,處理方法是秋水仙素處理萌發(fā)的種子、幼苗等。 5.轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理是基因重組,轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)了種間遺傳物質(zhì)的交換,針對(duì)性更強(qiáng)。 10
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