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第2章生物科學(xué)與農(nóng)業(yè) 第1節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的繁殖控制技術(shù) 基礎(chǔ)自主梳理 核心要點突破 課標(biāo)領(lǐng)航 知能過關(guān)演練 第1節(jié) 課標(biāo)領(lǐng)航 1 掌握植物栽培和家畜飼養(yǎng)中的繁殖控制技術(shù)及意義 2 了解雜種優(yōu)勢及意義 情景導(dǎo)引植物園中的大片菊花爭奇斗艷 花園中幾公頃的郁金香姹紫嫣紅 管理人員告訴游人 這些菊花都是由一個莖尖生產(chǎn)出來的 郁金香同樣是一個莖尖繁殖的后代 你認為這可信嗎 基礎(chǔ)自主梳理 一 雜種優(yōu)勢的應(yīng)用1 雜種優(yōu)勢具有一定 的兩個個體進行雜交后 所產(chǎn)生的后代在生活力 生長發(fā)育速度 抗逆性以及形態(tài)大小等方面明顯優(yōu)于雜交 的現(xiàn)象 2 雜種優(yōu)勢的應(yīng)用農(nóng)業(yè)上培育雜交水稻 雜交玉米 畜牧業(yè)上培育雞 羊 奶牛和肉牛 遺傳差異 雙親 3 制種由于雜交種后代會出現(xiàn)性狀分離 每年都要制種 而且要求制種的雙親都是 思考感悟1 玉米一般種植雜種 必須每年都要換種子 為什么 提示 目的是利用雜種優(yōu)勢獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)玉米 但是種植雜種所結(jié)的種子中有雜種 第二年種植會發(fā)生性狀分離 造成減產(chǎn) 所以必須每年都要換種子 純合子 二 植物微型繁殖技術(shù) 快速繁殖技術(shù) 1 概念 利用離體的 莖等器官 外植體 在無菌和特定光溫條件下 在人工培養(yǎng)基上進行的快速無性繁殖技術(shù) 簡稱 微繁 或 快繁 2 產(chǎn)品 用微繁技術(shù)生產(chǎn)的苗木一般稱為 芽 組培苗 3 過程 選擇優(yōu)良母株 外植體 外植體表面消毒 接種 莖尖伸長 芽發(fā)育成莖或芽苗再生 芽苗或再生苗伸長 莖段扦插快速繁殖 伸長苗生根 移苗入土 移苗入圃 4 特點 快速 高保真 和不受自然生長季節(jié)的限制 5 應(yīng)用 用于 植物的保存和繁殖 名稀特優(yōu)植物的保存和繁殖 植物脫病毒 園藝園林苗木的大規(guī)模工廠化育苗 瀕危 思考感悟2 植物的 微繁 技術(shù)具有 高保真 的優(yōu)點 為什么 提示 植物的 微繁 技術(shù)是植物組織培養(yǎng)獲得試管苗 植物組織培養(yǎng)過程進行的是有絲分裂 親子代遺傳物質(zhì)不變 屬于無性生殖 三 動物的人工授精技術(shù)1 人工授精技術(shù)是指以人工方法 利用器械采集雄性動物的精液 經(jīng)檢查與稀釋處理后 再輸入到雌性動物 內(nèi) 以此來代替自然交配 從而達到繁育的目的 2 操作流程精液采集 品質(zhì)檢查 稀釋與分裝 保存與運輸 解凍與輸精 自然生產(chǎn) 生殖道 3 作用 1 極大地提高了優(yōu)良公畜的 效率 迅速地擴大其優(yōu)良遺傳特性在動物種群中的比例 2 能較好地減少 的飼養(yǎng)數(shù)量 降低生產(chǎn)和管理成本 3 可以使得優(yōu)良種公畜的使用不受時間和 限制 配種 種公畜 地域 四 試管家畜技術(shù)1 概念通過人工操作使卵子和精子在 條件下成熟和受精 并通過培養(yǎng)成為早期胚胎后 再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術(shù) 2 過程卵子的采集和精子的采集 精子的處理和卵子體外培養(yǎng) 體外受精 發(fā)育至早期胚胎 移植到受體子宮 產(chǎn)仔 體外 受精卵 五 胚胎分割技術(shù)1 概念是指采用機械方法將 分割成2等份 4等份或更多份 經(jīng)體內(nèi)或體外培養(yǎng) 然后植入代孕母體內(nèi)從而獲得同卵雙生或多生后代的技術(shù) 2 作用胚胎分割可以提高胚胎的利用率 增加每枚胚胎的后代繁殖數(shù) 提高優(yōu)良品種的推廣速度 早期胚胎 六 克隆哺乳動物技術(shù)1 克隆技術(shù) 核移植 是指利用某哺乳動物的 產(chǎn)生一個與該動物幾乎完全相同的新個體 2 原理動物的體細胞核仍然具有 3 作用使優(yōu)良農(nóng)業(yè)動物的數(shù)量在較短的時間內(nèi)得到大規(guī)模擴增 用于對瀕臨滅絕動物的 體細胞核 全能性 保存 核心要點突破 雜種優(yōu)勢的特點 1 雜種優(yōu)勢不是僅有一兩個性狀單獨表現(xiàn)突出 往往有若干性狀綜合起來表現(xiàn)突出 因此 凡是表現(xiàn)有雜種優(yōu)勢的組合 其生長勢 抗逆性 產(chǎn)量等方面通常都有優(yōu)勢 2 雜種優(yōu)勢的大小一般取決于雙親性狀的相對差異和互補程度 在一定的范圍內(nèi) 雙親差異越大 雜種優(yōu)勢往往越強 3 親本基因型的純合度不同 雜種優(yōu)勢的強弱也不同 雙親的純合度越高 F1的雜種優(yōu)勢就越強 因此 玉米自交系間的雜交種要比品種間雜交種的優(yōu)勢強 4 雜種優(yōu)勢在F1表現(xiàn)最明顯 由F1自交或互交產(chǎn)生的F2 其優(yōu)勢顯著降低 同時 雜種優(yōu)勢越強的組合 其優(yōu)勢下降的幅度也越大 而且在以后的世代內(nèi) 優(yōu)勢隨著自交代數(shù)的增加而遞減 因此 為了充分利用雜種優(yōu)勢 在生產(chǎn)上必須年年配制雜交種子 以確保利用的是F1 下列對雜種優(yōu)勢的有關(guān)敘述 正確的是 A 動物由于生殖隔離 不會出現(xiàn)種間雜種優(yōu)勢B 雜種優(yōu)勢只出現(xiàn)在種內(nèi)C 雜種優(yōu)勢僅有一兩個性狀表現(xiàn)突出D 雜種優(yōu)勢的大小 一般取決于雙親性狀相對性狀的差異和互補程度 嘗試解答 D 解析 同一物種的動物之間沒有生殖隔離 種間動物亦有雜種優(yōu)勢 如騾子 雜種優(yōu)勢不是僅有一兩個性狀單獨表現(xiàn)突出 而往往是若干性狀綜合起來表現(xiàn)突出 雜種優(yōu)勢的大小 一般取決于雙親相對性狀的差異和互補程度 在一定范圍內(nèi) 雙親差異越大 雜種優(yōu)勢越強 互動探究 1 具有雜種優(yōu)勢的植物 是否可用營養(yǎng)繁殖 2 雜交種是否就一定表現(xiàn)雙親的優(yōu)良性狀 提示 1 可以 2 不一定 1 概念 植物微型繁殖技術(shù) 也稱 快速繁殖技術(shù) 簡稱 微繁 或 快繁 是植物組織培養(yǎng) planttissueculture 技術(shù)的一種 是利用離體的芽 莖等器官 外植體 在無菌和特定光溫條件下 在人工培養(yǎng)基上進行的快速無性繁殖技術(shù) 植物微型繁殖技術(shù)的概念和原理 2 原理 在離體 提供營養(yǎng)物質(zhì) 激素及其他適宜條件下植物體細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能 其基礎(chǔ)是生物體的每一個細胞都含有本物種的全套遺傳物質(zhì) 都有發(fā)育成整個個體的全套基因 3 植物微繁技術(shù)流程 4 植物微型繁殖技術(shù)的特點 1 繁殖速度快 采用傳統(tǒng)的方法 如分根法 一株花卉一年只能生產(chǎn)幾株至幾十株 而利用組織培養(yǎng)技術(shù)則每年可以繁殖出幾十萬至幾百萬小植物 2 不受季節(jié)限制 植物組織培養(yǎng)是在室內(nèi)進行 條件可以控制 可以全年連續(xù)生產(chǎn) 3 后代性狀穩(wěn)定 組織培養(yǎng)是體細胞克隆 可基本保持母體的遺傳性狀 4 可培養(yǎng)無病毒植株 恢復(fù)品種品質(zhì) 5 經(jīng)濟效益高 植物組織快速繁殖所需的空間小 在一個50m2的培養(yǎng)室內(nèi) 一年可生產(chǎn)試管苗100萬株以上 有很高的經(jīng)濟效益 下列關(guān)于植物微型繁殖技術(shù)的敘述 錯誤的是 A 植物微型繁殖技術(shù)的外植體可選用植物組織的任何一部分細胞B 該技術(shù)具有取材少 培養(yǎng)周期短 繁殖率高的特點C 植物微型繁殖技術(shù)便于自動化管理D 植物微型繁殖技術(shù)能夠培育無病毒植株 嘗試解答 A 跟蹤訓(xùn)練用高度分化的植物細胞 組織或器官進行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織 下列敘述錯誤的是 A 該愈傷組織是細胞經(jīng)過脫分化和分裂形成的B 該愈傷組織的細胞沒有全能性C 該愈傷組織是由排列疏松的薄壁細胞組成的D 該愈傷組織可以形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu) 解析 選B 愈傷組織細胞再分化可形成根或芽 進一步發(fā)育為植物體 愈傷組織的細胞排列疏松而無規(guī)則 是一種高度液泡化的 呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞 由高度分化的植物細胞 組織或器官產(chǎn)生愈傷組織的過程 稱為植物細胞的脫分化 或者叫做去分化 脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)培養(yǎng) 又可以重新分化成根或芽等器官 此過程稱為再分化 再分化形成的試管苗 移栽到地里 可以發(fā)育成完整的植株 因此該愈傷組織的細胞能夠表現(xiàn)出全能性 1 概念人工授精技術(shù)是指以人工方法 利用器械采集雄性動物的精液 經(jīng)檢查與稀釋處理后 再輸入到雌性動物生殖道內(nèi) 以此來代替自然交配 從而達到繁育的目的 2 人工授精技術(shù)流程 動物的人工授精技術(shù) 3 人工授精的應(yīng)用人工授精技術(shù)在家畜養(yǎng)殖業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用 主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1 極大地提高了優(yōu)良公畜的配種效率 迅速地擴大其優(yōu)良遺傳特性在動物種群中的比例 2 能較好地減少種公畜的飼養(yǎng)數(shù)量 降低生產(chǎn)和管理成本 3 可以使良種公畜的使用不受時間和地域限制 生物冷凍中會造成 A 生物個體冷凍不死亡B 精液冷凍死亡C 胚胎冷凍死亡D 精液冷凍不死亡 嘗試解答 D 解析 精子和胚胎在冷凍過程中 需要添加冷凍保護劑 如二甲基亞砜 己二醇等 冷凍前要進行平衡 在平衡時 這些冷凍保護劑會滲透到精子或胚胎中去 這樣 在冷凍時 精子或胚胎內(nèi)部就不會形成對精子和胚胎造成致命傷害的冰晶 精子只是一個細胞 胚胎也只有很少數(shù)量的細胞 這使冷凍保護劑能夠很容易就滲透到細胞中去 而生物個體 尤其是高等生物 細胞數(shù)目繁多 不可能在短時間內(nèi)使冷凍保護劑滲透到所有細胞 并且一般的冷凍保護劑都或多或少對細胞有毒害作用 長時間浸潤其中 會導(dǎo)致生物個體的死亡 所以到目前為止 還沒有復(fù)雜生物個體冷凍成功的例子 互動探究 1 冷凍的精液如何使精子恢復(fù)活性 2 體外受精還要如何處理 提示 1 將裝有精子的毛細管從液氮或干冰中取出 立即放入盛有溫度為39 左右的水中 搖晃10s左右 取出 擦干試管 2 體外受精時要洗去冷凍保護劑 1 概念和試管嬰兒一樣 試管家畜并非是在試管中發(fā)育成長 而是通過體外受精技術(shù)獲得的家畜 這就是從母畜體內(nèi)取出卵細胞 在試管或培養(yǎng)皿中完成受精 再將發(fā)育正常的早期胚胎移植到受體 代孕母體 子宮內(nèi)著床 妊娠 發(fā)育 直至分娩 2 試管家畜技術(shù)流程 如下圖 試管家畜 特別提醒需供體和受體同期發(fā)情處理 2011年高考浙江卷 培育 試管山羊 的基本過程如下圖所示 若要培育成功 下列敘述正確的是 A 甲過程中可通過給母山羊注射有關(guān)激素使其超數(shù)排卵B 乙過程的目的之一是促進卵母細胞和精子的成熟C 丙過程與乙過程中應(yīng)采用相同成分的培養(yǎng)液D 丁過程中早期胚胎須移植到供體性狀相同的代孕母羊子宮內(nèi) 嘗試解答 A 解析 對小型動物而言 一般采用注射促性腺激素的方法來促進雌性個體的超數(shù)排卵 A項正確 乙過程為體外受精過程 B項錯誤 乙過程即受精時用獲能培養(yǎng)液或者專門的受精溶液 丙過程為體外胚胎培養(yǎng)過程 所用溶液為發(fā)育培養(yǎng)液 C項錯誤 對代孕母羊的要求只是身體健康 而對它的性狀無要求 D項錯誤 解析 選A 精子采集后 要對精子進行獲能處理 才能受精 精子獲能是指精子獲得能量穿透卵子透明帶的生理過程 是精子受精前必須經(jīng)歷的一個重要階段 卵子采集后需要在體外培養(yǎng)直至成熟才能進行受精作用 1 概念胚胎分割技術(shù)是采用機械方法 即用特制的顯微刀片或玻璃微針將早期胚胎分割成2份 4份或更多份 經(jīng)體內(nèi)或體外培養(yǎng) 然后植入代孕母體內(nèi) 從而獲得同卵雙生或多生后代 2 原理早期發(fā)育的胚胎含有相同的遺傳物質(zhì) 且都具有發(fā)育成完整個體的潛能 胚胎分割技術(shù) 3 胚胎移植的生理基礎(chǔ) 1 動物發(fā)情排卵后 同種動物的供 受體生殖器官的生理變化是相同的 2 早期胚胎處于游離狀態(tài) 3 受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng) 4 供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受任何影響 特別提醒 胚胎分裂一般在胚胎發(fā)育至桑椹胚或囊胚期 細胞未分化狀態(tài) 要均等分割 尤其是囊胚期內(nèi)細胞團細胞 胚胎分割移植屬于 A 無性生殖B 單性生殖C 有性生殖D 細胞融合 嘗試解答 A 解析 胚胎分割技術(shù)就是指采用機械方法將早期胚胎分割成2份 4份或更多份 經(jīng)體內(nèi)或體外培養(yǎng) 然后植入代孕母體內(nèi) 從而獲得同卵雙生或多生后代 其實質(zhì)是克隆 屬于無性生殖 互動探究胚胎分割移植的后代遺傳物質(zhì)相同嗎 提示 相同 1 概念克隆 clone 實際上是指無性繁殖 哺乳動物的克隆技術(shù)是指利用哺乳動物的體細胞核 產(chǎn)生一個與該動物幾乎完全相同的新個體 2 動物克隆的一般過程 克隆哺乳動物技術(shù) 3 克隆技術(shù)的應(yīng)用 1 培育優(yōu)良種畜和生產(chǎn)實驗動物 2 生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物 3 生產(chǎn)人胚胎干細胞 用于細胞和組織替代療法 4 復(fù)制瀕危動物物種 保存和傳播動物物種資源 下列關(guān)于克隆的敘述錯誤的是 A 克隆實際是指無性繁殖B 克隆羊的產(chǎn)生證明高度分化的動物細胞核有全能性C 克隆技術(shù)可以解決人類不孕癥的生育問題D 目前所說的哺乳動物克隆均為 核移植 嘗試解答 C 解析 我們要認識到 克隆技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)一樣是一把雙刃劍 克隆人類將對人類的倫理 道德及社會秩序產(chǎn)生嚴重的負面影響 故各國政府均明令禁止將克隆技術(shù)應(yīng)用于人類克隆 故C項錯誤 解析 選D 克隆就是無性繁殖 包括個體的克隆 細胞的增殖 分子水平上的DNA分子的自我復(fù)制 將雞的某個DNA片段整合到小鼠DNA中 含有雙方的遺傳物質(zhì) 不屬于克隆