第七單元第三課時(shí)生物育種

引入蠶絲與蜘蛛絲蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強(qiáng)的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因?yàn)樗鼈儠?huì)互相吞食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場(chǎng)。30多年來(lái)，科學(xué)家們一直試圖找到利用其他生物體來(lái)制造蛛絲的辦法德國(guó)科學(xué)家宣稱(chēng)，他們利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌成功制造出了優(yōu)質(zhì)“蛛絲”，將來(lái)能利用這種絲紡織出精美布料或者輕巧而結(jié)實(shí)的繩索。蜘蛛的吐絲織網(wǎng)技能要受到挑戰(zhàn)了。基因工程：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理：操作水平：結(jié)果：一、基因工程目的基因供體細(xì)胞受體細(xì)胞基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類(lèi)所需要的品種。獲得新性狀二、基因操作的工具1.基因的“剪刀”──限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。專(zhuān)一性如:EcoRI限制酶

被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端？思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT嘗試寫(xiě)出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT練一練GGCATCTTAAAATTCCGTAG２、基因的針線──DNA連接酶連接酶的作用是：將互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)黏性末端連接起來(lái)，使之成為一個(gè)完整的DNA分子?；虻尼樉€：DNA連接酶

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G用同種限制酶切割3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測(cè)。

質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等生物中,是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。作為運(yùn)載體必須具有三個(gè)條件：①在宿主細(xì)胞中能保存下來(lái)并能大量復(fù)制；②有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，③有一定的標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。

常用的運(yùn)載體：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等三、基因工程的應(yīng)用1：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

1993年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科學(xué)家成功地培育出抗棉鈴蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，抗蟲(chóng)的基因來(lái)自蘇云金桿菌。蘇云金桿菌形成的伴胞晶體是一種毒性很強(qiáng)的蛋白質(zhì)晶體，能使棉鈴蟲(chóng)等鱗翅目害蟲(chóng)癱瘓致死?？茖W(xué)家將編碼這個(gè)蛋白質(zhì)的基因?qū)胱魑?，使作物自身具有抵御蟲(chóng)害的能力。轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚(yú)抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)基因耐貯藏番茄（左）和普通番茄（右）不會(huì)引起過(guò)敏的轉(zhuǎn)基因大豆生長(zhǎng)快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(yú)(中國(guó))乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)2：基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用

2002年，中國(guó)轉(zhuǎn)基因棉花達(dá)到150萬(wàn)公頃，已經(jīng)占到棉花產(chǎn)量的1／3.我國(guó)大豆食用油近七成是“轉(zhuǎn)基因”產(chǎn)品

與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)有哪些？目的性強(qiáng)、克服遠(yuǎn)源雜交不親和性、育種周期短3、基因工程與藥物研制我國(guó)生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物

許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來(lái)源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。

微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問(wèn)題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價(jià)格降低了30%-50%!導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠特殊動(dòng)物

圖為2001年12月底出生的5只可愛(ài)的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國(guó)PPL醫(yī)療公司稱(chēng)，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動(dòng)物器官提供巨大的幫助。4、環(huán)境保護(hù)基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。

通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類(lèi)，用基因工程培育成功的“超級(jí)細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類(lèi)化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。

討論：轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？餐桌上的轉(zhuǎn)基因食品你敢吃嗎？四、轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性?xún)煞N觀點(diǎn)不安全：證據(jù)安全：證據(jù)你們的觀點(diǎn)？

安全觀點(diǎn)：

1、轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成是一樣的；

2、減少農(nóng)藥使用、減少環(huán)境污染；

3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價(jià)；

4、增加食品營(yíng)養(yǎng)、提高食品產(chǎn)量等。不安全觀點(diǎn)：

1、可能產(chǎn)生抗除草劑的超級(jí)雜草；

2、可能使疾病的散播跨越物種障礙；

3、可能損害農(nóng)作物的生物多樣性；

4、認(rèn)為創(chuàng)造新物種，可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

5、可能產(chǎn)生新毒素和新過(guò)敏源。1.基因重組與基因工程的比較突破重點(diǎn)：2、基因工程應(yīng)注意的若干個(gè)問(wèn)題(1)限制性?xún)?nèi)切酶和DNA連接酶的作用部位都是脫氧核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵(不是氫鍵),只是一個(gè)切開(kāi),一個(gè)連接。(2)質(zhì)粒是最常用的運(yùn)載體,不要把質(zhì)粒與運(yùn)載體等同,除質(zhì)粒之外,噬菌體和動(dòng)植物病毒也可作為運(yùn)載體。運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)為DNA,其基本單位為脫氧核苷酸。(3)基因工程中工具酶有兩種——限制性?xún)?nèi)切酶和DNA連接酶;工具有三種,除上述兩種工具酶外還包括運(yùn)載體。(4)基因工程四個(gè)步驟中只有第3步將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不涉及到堿基互補(bǔ)配對(duì)。(5)受體細(xì)胞常用微生物的原因——繁殖快、代謝快、目的基因產(chǎn)物多。(6)培育轉(zhuǎn)基因植物,受體細(xì)胞可選用受精卵或體細(xì)胞。若受體細(xì)胞是體細(xì)胞,再將含目的基因的體細(xì)胞進(jìn)行植物組織培養(yǎng),即可獲得轉(zhuǎn)基因植株。(7)目的基因的檢測(cè)是利用質(zhì)粒中的標(biāo)記基因,如大腸桿菌質(zhì)粒中含有抗青霉素基因。把某種生物放入帶有青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng),若有抗性,說(shuō)明導(dǎo)入成功;若無(wú)抗性,說(shuō)明導(dǎo)入失敗。(8)重組DNA分子進(jìn)入受體細(xì)胞后,受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀,才能說(shuō)明目的基因完成了表達(dá)過(guò)程。例如檢驗(yàn)抗蟲(chóng)棉的抗蟲(chóng)性,可讓棉鈴蟲(chóng)食用棉花的葉片,食用后棉鈴蟲(chóng)中毒死亡,則說(shuō)明抗蟲(chóng)基因在棉株中得到了表達(dá)?；蛑亟M將兩個(gè)或多個(gè)優(yōu)良性狀集中在一起。（一）雜交育種雜交自交篩選出符合要求的表現(xiàn)型，連續(xù)自交直至不發(fā)生性狀分離為止。

（1）只能利用已有基因的重組，并不能創(chuàng)造新的基因。（2）雜交后代會(huì)出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象,育種周期長(zhǎng)。2、方法：1、原理：3、優(yōu)點(diǎn)：4、缺點(diǎn)：5、應(yīng)用：改良作物品質(zhì),提高農(nóng)作物單位面積的產(chǎn)量的常規(guī)方法,同時(shí)也可用于家畜、家禽的育種。1.雜種優(yōu)勢(shì)(1)概念:雜種優(yōu)勢(shì)是生物界普遍存在的現(xiàn)象。它是指基因型不同的親本個(gè)體相互雜交產(chǎn)生的雜種子一代,在生長(zhǎng)勢(shì)、生活力、繁殖力、抗逆性、產(chǎn)量和品質(zhì)等一種或多種性狀上優(yōu)于兩個(gè)親本的現(xiàn)象。注意：(2)特點(diǎn):雜種優(yōu)勢(shì)不是某一個(gè)性狀單獨(dú)表現(xiàn)突出,而是許多性狀綜合表現(xiàn)突出;雜種優(yōu)勢(shì)的大小取決于雙親的遺傳差異和互補(bǔ)程度。(3)缺點(diǎn):具有雜種優(yōu)勢(shì)的品種不能代代相傳,因?yàn)檫@類(lèi)品種的基因型是雜合的,它們的后代必定會(huì)出現(xiàn)性狀分離和重組,從而產(chǎn)生出新的性狀組合。2.雜種優(yōu)勢(shì)與多倍體新品種如何區(qū)分兩者都有許多優(yōu)良性狀,例如高產(chǎn)、抗病、品質(zhì)的改良等;但有一點(diǎn)是明顯區(qū)別的,即雜交種早熟但多倍體品種生育延遲,所以晚熟。（二）誘變育種4、優(yōu)點(diǎn)：可以提高突變率，在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類(lèi)型。5、缺點(diǎn)：突變的方向難以掌握;突變體難以集中多個(gè)理想性狀。6、意義：1、概念:利用物理因素或化學(xué)因素來(lái)處理生物,使生物發(fā)生基因突變從而獲得優(yōu)良變異類(lèi)型的育種方法。2、原理:基因突變。3、過(guò)程:選擇生物→誘發(fā)突變→選優(yōu)良性狀→培育。培育具有新性狀的品種。（三）多倍體育種

2、方法：

低溫處理或用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。

1、原理：

5、舉例：三倍體無(wú)子西瓜染色體變異3、優(yōu)點(diǎn)：器官比較大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量提高4、缺點(diǎn)：發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低（四）單倍體育種離體培養(yǎng)單倍體植株用秋水仙素誘導(dǎo)染色體加倍正常植株（純合,自交后代不發(fā)生形狀分離）

2、方法:

3、優(yōu)點(diǎn)：花藥（花粉）1、原理:染色體變異

4、缺點(diǎn)：明顯縮短了育種年限。技術(shù)復(fù)雜,須與雜交育種配合

5、舉例：快速培育矮桿抗銹病小麥（五）基因工程育種1、原理:

2、方法:基因重組提取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與表達(dá)3、優(yōu)點(diǎn)：

4、缺點(diǎn)：

5、舉例：目的性強(qiáng)，可定向改變生物性狀技術(shù)復(fù)雜；存在安全性問(wèn)題抗蟲(chóng)棉（六）植物體細(xì)胞雜交1、原理:細(xì)胞膜的流動(dòng)性、細(xì)胞的全能性。

2、方法:3、優(yōu)點(diǎn)：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。

4、缺點(diǎn)：

5、舉例：技術(shù)難度大白菜—甘藍(lán)細(xì)胞去壁——原生質(zhì)體融合——組織培養(yǎng)（七）動(dòng)物細(xì)胞核移植1、原理:動(dòng)物體細(xì)胞核的全能性

2、方法:3、優(yōu)點(diǎn)：改良動(dòng)物品種，拯救瀕危動(dòng)物

4、缺點(diǎn)：

5、舉例：難度大,成活率低。克隆羊?qū)⒕邆渌栊誀畹捏w細(xì)胞核移植到去核卵細(xì)胞中。（八）胚胎移植

1、原理:早期胚胎的分裂、分化潛能

2、方法:3、優(yōu)點(diǎn)：短時(shí)間內(nèi)獲得大量具有某種優(yōu)良性狀的動(dòng)物個(gè)體

4、缺點(diǎn)：

5、舉例：成活率低。試管動(dòng)物將獲得的早期胚胎植入經(jīng)激素處理的雌性動(dòng)物體的子宮。

雜交-自交-選優(yōu)-連續(xù)自交利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將目的基因引入生物體內(nèi)青霉素高產(chǎn)菌株的培育太空椒矮稈抗銹病小麥的培育產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌抗蟲(chóng)棉基因水平:途徑與方法舉例原理基因突變基因重組基因重組誘變育種雜交育種

基因工程育種輻射誘變、激光誘變、化學(xué)誘變優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)提高變異頻率，加速育種過(guò)程，可大幅度改良某些性狀有利變異少，須大量處理材料將不同個(gè)體的優(yōu)良性狀集中到新品種上時(shí)間長(zhǎng)，需及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀

打破物種界限，定向改造生物性狀可能會(huì)引起生態(tài)危機(jī)染色體變異花藥離體培養(yǎng)再經(jīng)人工誘導(dǎo)(秋水仙素)使染色體加倍一定濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗獲得純合體植株,明顯縮短育種年限植物器官大，產(chǎn)量高，營(yíng)養(yǎng)豐富單倍體育種培育矮稈抗銹病小麥三倍體無(wú)子西瓜八倍體小黑麥染色體水平:途徑與方法舉例原理單倍體育種

多倍體育種

染色體變異優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)技術(shù)較復(fù)雜，需與雜交育種結(jié)合發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率降低克隆羊鯉鯽核移植

細(xì)胞水平:途徑與方法舉例原理細(xì)胞工程育種

去細(xì)胞壁→原生質(zhì)體融合→雜種細(xì)胞→組織培養(yǎng)核移植→胚胎移植優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)保存瀕危物種保持優(yōu)良品種技術(shù)復(fù)雜，難度大能克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，有目的地培育優(yōu)良品種番茄-馬鈴薯白菜-甘藍(lán)植物：動(dòng)物克隆：根據(jù)不同育種需求選擇不同的育種方法(1)將兩親本的兩個(gè)不同優(yōu)良性狀集中于同一生物體上,可利用雜交育種,亦可利用單倍體育種。(2)要求快速育種,則運(yùn)用單倍體育種。(3)要求大幅度改良某一品種,使之出現(xiàn)前所未有的性狀,可利用誘變育種和雜交育種相結(jié)合的方法。(4)要求提高品種產(chǎn)量,提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量,可運(yùn)用多倍體育種（5）種間育種法：基因工程、植物體細(xì)胞雜交育種課堂小結(jié)：

1.雜交育種選育的是F2,原因是從F2開(kāi)始發(fā)生性狀分離;選育后是否連續(xù)自交取決于所選優(yōu)良性狀是顯性還是隱性。2.雜交育種是通過(guò)雜交的方法培育具有優(yōu)良性狀且能穩(wěn)定遺傳(純合子)的新品種,而雜種優(yōu)勢(shì)則是通過(guò)雜交獲得