从杂交育种到基因工程
一、必备知识梳理
（一）、杂交育种和诱变育种
2：练一练
（2008·江苏卷，23）下列关于育种的叙述中，正确的是
（ ）
A. 用物理因素诱变处理可提高突变率 B. 诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C. 三倍体植物不能由受精卵发育而来 D. 诱变获得的突变体多数表现出优良性状
（二）、基因工程及其应用
提醒（1）、基因工程的原理：基因重组。
（2）、优点：①与杂交育种相比较明显的优点：克服远缘杂交不亲合障碍。
②与诱变育种相比较明显的优点：定向改造生物性状，目的强性。
基因的“剪刀”： ______________
基因的“针线”： ______________ 2、工具
基因的 _________ ：常用的有质粒、噬菌体和动植物病毒等，目的是
将_______基因送入 ________ 细胞
3、步骤：
提取目的基因→目的基因与__________结合→将目的基因导入______→目的基因的___________ 基因工程与作物 ______ ，如抗虫棉
4 、 基因工程的应用： 基因工程与 基因工程与 ______ 保护，如超级菌分解泄漏石油
提醒
（1）基因工程操作工具酶只有两种，工具有三种。
（2）操作步骤中只有第三步导入受体细胞不涉及到碱基互补配对，其余三步都涉及到。
5、练一练
下列属于基因工程工具酶的是 （ ）
①限制性核酸内切酶 ②DNA 水解酶 ③DNA 聚合酶④DNA 连接酶⑤RNA 聚合酶⑥解旋酶
A. ①④ B. ①②③
C. ①③④⑤⑥ D. ①②③④⑤⑥
（三）、构建知识网络
二、常见考点
考点一：几种常见育种方式的比较
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. 根据不同育种需求选择不同的育种方法
（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。
4. 杂交育种选育的时间是F2，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。
5. 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。
6. 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。
（二）对位训练
1. 下面为6种不同的育种方法。据图回答下列问题:
(1)图中A 至D 方向所示的途径表示F2代开始选种，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发的（而非休眠的）种子，原因是 。
（4）上述育种过程中，哪两个过程所使用的方法相同？ （填写字母），具体使用的方法有 (至少回答两个) ，其作用机理是 。
（5）G 过程原理是 ，H 和I 分别表示 和 过程。
（6）K →L →M 这种育种方法的优越性表现在 。
（7）上述A ～I 过程中，哪些过程作用前后没有改变作用对象的基因型 ？（填写字母）。
考点二 基因工程的操作工具和步骤
(一) 、深化拓展
1. 基因工程操作工具
（1）基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
①分布：主要在原核生物体内。
②特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA 分子。 ③实例：EcoR Ⅰ限制酶能专一识别GAATTC 序列，并在G 和A 之间将这段序列切开。
④切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA 片段。
⑤作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA 切断，对自己的DNA （要不五次序列，要不就是被特异性的甲基化酶甲基化）无损害。
(2)基因的“针线”——DNA 连接酶
①催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA 片
段。
②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
③催化结果：形成重组DNA 。
(3)常用的运载体——质粒
①本质：小型环状DNA 分子。
②作用：a. 作为运载工具，将目的基因送到宿主
细胞中去；
b. 用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
③条件：a. 能在宿主细胞内稳定保存并大量复
制；
b. 有多个限制酶切点；
c. 有标记基因。
2. 基因工程操作步骤图解
提醒 （1）微生物常做受体细胞的原因是因其繁殖速度快、代谢旺盛、目的产物多。
（2）目的基因表达的标志：通过转录翻译合成出相应的蛋白质。
（二）、对位训练
2. 基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展，现在基因工程在动植物育种上有广泛而重要的应用。基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答：
（1）图中A 是 ，最常用的是 ；在基因工程中，需要在 酶的作用下才能完成剪接过程。
（2）在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有 （用图解中序号表示）。
（3）不同种生物之间的基因移植成功，从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是
（4）研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是 。
（5）科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体DNA 上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明 。如果把该基因导入叶绿体DNA 中，将来产生的配子中 (填“一定”或“不一定”) 含有抗病基因。
三、解题思路探究
（一）思维误区警示
1、易错分析：对基因工程中一些观点说法辨析不清
（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形成的磷酸二酯键（不是氢键），只是一个切开，一个连接。
（2）质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA ，其基本单位为脱氧核苷酸。
（3）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。
（4）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。
（5）原核生物基因（如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌）可为真核生物（如棉花）提供目
的基因。
（6）限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。
（7）受体细胞动物一般用受精卵，植物若用体细胞则通过组织培养的方式形成新个体。
（8）抗虫棉只能抗虫，不能抗病毒、细菌。
（二）纠正训练
1. 要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作上应选用 （ ）
A. 只需DNA 连接酶 B. 同一种限制酶和DNA 连接酶
C. 只需限制酶 D. 不同的限制酶与DNA 连接酶
2. 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
四、知识综合应用
重点提示：通过“生物育种方式有关知识”的考查，提升“理论联系实际，综合运用所学知识解释自然界和社会生活中的一些生物学现象”的能力。
典例分析 （2009·广东卷，33）为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。请回答问题。
（1）从对该种除草剂敏感的二倍体水稻植株上取花药离体培养，诱导成幼苗。
（2）用γ射线照射上述幼苗，目的是分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有 。
（3）取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体 ，获得纯合 ，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
（4）对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与 杂交，如果 ，表明抗性是隐性性状。F1自交，若F2的性状分离比为15（敏感）：1（抗性），初步推测 。
从杂交育种到基因工程
一、必备知识梳理
（一）、杂交育种和诱变育种
2：练一练
（2008·江苏卷，23）下列关于育种的叙述中，正确的是
（ ）
A. 用物理因素诱变处理可提高突变率 B. 诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C. 三倍体植物不能由受精卵发育而来 D. 诱变获得的突变体多数表现出优良性状
（二）、基因工程及其应用
提醒（1）、基因工程的原理：基因重组。
（2）、优点：①与杂交育种相比较明显的优点：克服远缘杂交不亲合障碍。
②与诱变育种相比较明显的优点：定向改造生物性状，目的强性。
基因的“剪刀”： ______________
基因的“针线”： ______________ 2、工具
基因的 _________ ：常用的有质粒、噬菌体和动植物病毒等，目的是
将_______基因送入 ________ 细胞
3、步骤：
提取目的基因→目的基因与__________结合→将目的基因导入______→目的基因的___________ 基因工程与作物 ______ ，如抗虫棉
4 、 基因工程的应用： 基因工程与 基因工程与 ______ 保护，如超级菌分解泄漏石油
提醒
（1）基因工程操作工具酶只有两种，工具有三种。
（2）操作步骤中只有第三步导入受体细胞不涉及到碱基互补配对，其余三步都涉及到。
5、练一练
下列属于基因工程工具酶的是 （ ）
①限制性核酸内切酶 ②DNA 水解酶 ③DNA 聚合酶④DNA 连接酶⑤RNA 聚合酶⑥解旋酶
A. ①④ B. ①②③
C. ①③④⑤⑥ D. ①②③④⑤⑥
（三）、构建知识网络
二、常见考点
考点一：几种常见育种方式的比较
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. 根据不同育种需求选择不同的育种方法
（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。
4. 杂交育种选育的时间是F2，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。
5. 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。
6. 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。
（二）对位训练
1. 下面为6种不同的育种方法。据图回答下列问题:
(1)图中A 至D 方向所示的途径表示F2代开始选种，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发的（而非休眠的）种子，原因是 。
（4）上述育种过程中，哪两个过程所使用的方法相同？ （填写字母），具体使用的方法有 (至少回答两个) ，其作用机理是 。
（5）G 过程原理是 ，H 和I 分别表示 和 过程。
（6）K →L →M 这种育种方法的优越性表现在 。
（7）上述A ～I 过程中，哪些过程作用前后没有改变作用对象的基因型 ？（填写字母）。
考点二 基因工程的操作工具和步骤
(一) 、深化拓展
1. 基因工程操作工具
（1）基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
①分布：主要在原核生物体内。
②特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA 分子。 ③实例：EcoR Ⅰ限制酶能专一识别GAATTC 序列，并在G 和A 之间将这段序列切开。
④切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA 片段。
⑤作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA 切断，对自己的DNA （要不五次序列，要不就是被特异性的甲基化酶甲基化）无损害。
(2)基因的“针线”——DNA 连接酶
①催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA 片
段。
②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
③催化结果：形成重组DNA 。
(3)常用的运载体——质粒
①本质：小型环状DNA 分子。
②作用：a. 作为运载工具，将目的基因送到宿主
细胞中去；
b. 用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
③条件：a. 能在宿主细胞内稳定保存并大量复
制；
b. 有多个限制酶切点；
c. 有标记基因。
2. 基因工程操作步骤图解
提醒 （1）微生物常做受体细胞的原因是因其繁殖速度快、代谢旺盛、目的产物多。
（2）目的基因表达的标志：通过转录翻译合成出相应的蛋白质。
（二）、对位训练
2. 基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展，现在基因工程在动植物育种上有广泛而重要的应用。基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答：
（1）图中A 是 ，最常用的是 ；在基因工程中，需要在 酶的作用下才能完成剪接过程。
（2）在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有 （用图解中序号表示）。
（3）不同种生物之间的基因移植成功，从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是
（4）研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是 。
（5）科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体DNA 上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明 。如果把该基因导入叶绿体DNA 中，将来产生的配子中 (填“一定”或“不一定”) 含有抗病基因。
三、解题思路探究
（一）思维误区警示
1、易错分析：对基因工程中一些观点说法辨析不清
（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形成的磷酸二酯键（不是氢键），只是一个切开，一个连接。
（2）质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA ，其基本单位为脱氧核苷酸。
（3）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。
（4）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。
（5）原核生物基因（如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌）可为真核生物（如棉花）提供目
的基因。
（6）限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。
（7）受体细胞动物一般用受精卵，植物若用体细胞则通过组织培养的方式形成新个体。
（8）抗虫棉只能抗虫，不能抗病毒、细菌。
（二）纠正训练
1. 要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作上应选用 （ ）
A. 只需DNA 连接酶 B. 同一种限制酶和DNA 连接酶
C. 只需限制酶 D. 不同的限制酶与DNA 连接酶
2. 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
四、知识综合应用
重点提示：通过“生物育种方式有关知识”的考查，提升“理论联系实际，综合运用所学知识解释自然界和社会生活中的一些生物学现象”的能力。
典例分析 （2009·广东卷，33）为了快速培育抗某种除草剂的水稻，育种工作者综合应用了多种育种方法，过程如下。请回答问题。
（1）从对该种除草剂敏感的二倍体水稻植株上取花药离体培养，诱导成幼苗。
（2）用γ射线照射上述幼苗，目的是分叶片变黄，仅有个别幼叶的小片组织保持绿色，表明这部分组织具有 。
（3）取该部分绿色组织再进行组织培养，诱导植株再生后，用秋水仙素处理幼苗，使染色体 ，获得纯合 ，移栽到大田后，在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
（4）对抗性的遗传基础做进一步研究，可以选用抗性植株与 杂交，如果 ，表明抗性是隐性性状。F1自交，若F2的性状分离比为15（敏感）：1（抗性），初步推测 。