從雜交育種到基因工程

第六章

從雜交育種到基因工程主要：選擇育種，雜交育種，誘變育種，基因工程次要：目的基因，基因的運載體，限制性核酸內(nèi)切酶，DNA連接酶，受體細胞

第1、2節(jié)雜交育種與誘變育種基因工程及其應用一、雜交育種和誘變育種雜交育種誘變育種概念將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法利用________來處理生物，使生物發(fā)生________，從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法原理________________范圍________的生物所有生物方法雜交→自交→選優(yōu)→自交物理射線處理、化學誘變劑處理特點①不能產(chǎn)生________，原有基因性狀的重新組合②育種進程緩慢①提高________，加快育種進程②產(chǎn)生________，新性狀，大幅改良性狀③盲目性大，有利變異________物理因素或化學因素基因突變基因重組基因突變有性生殖新基因突變率新基因少二、基因工程及其應用1．概念的理解基因工程別名基因拼接技術或________技術操作環(huán)境

生物體體外操作對象________操作水平DNA________水平基本過程剪切、拼接、導入、表達結果________改造；生物的遺傳性狀，獲得人類需要的基因產(chǎn)物DNA重組基因分子定向限制酶DNA連接酶運載體受體運載體受體細胞檢測與鑒定育種藥物環(huán)境[想一想]

1.提示：二者最大的區(qū)別在于誘變育種能產(chǎn)生新基因，從而創(chuàng)造出新性狀。2．提示：不同；①運載體是將外源基因導入受體細胞的專門運輸工具，常用的運載體有質粒、動植物病毒、噬菌體等。②細胞膜上的載體是位于細胞膜上的載體蛋白質，與控制物質進出細胞有關系。原理常用方式優(yōu)點缺點舉例雜交育種基因重組雜交↓自交↓選種↓自交①使不同個體優(yōu)良性狀集中在一個個體上；②操作簡便①育種時間長；②局限于親緣關系較近的個體矮稈抗病小麥誘變育種基因突變輻射、激光、空間誘變等提高變異頻率，加速育種進程，大幅度改良性狀有很大盲目性，有利變異少，需大量處理實驗材料青霉素高產(chǎn)菌株原理常用方式優(yōu)點缺點舉例單倍體育種染色體變異花藥離體培養(yǎng)，用秋水仙素處理①明顯縮短育種年限；②子代均為純合子技術復雜，需與雜交育種配合單倍體育種獲得矮稈抗病小麥多倍體育種染色體變異用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗器官大，提高營養(yǎng)物質含量只適用于植物，發(fā)育延遲，結實率低三倍體無子西瓜基因工程育種基因重組將一種生物的特定基因轉移到另一種生物細胞中打破物種界限，定向改造生物的遺傳性狀技術復雜，生態(tài)安全問題較多轉基因抗蟲棉的培育1．誘變育種與雜交育種相比，前者能產(chǎn)生前所未有的新基因，創(chuàng)造變異新類型；后者不能產(chǎn)生新基因，只是實現(xiàn)原有基因的重新組合。2．在所有育種方法中，最簡捷、常規(guī)的育種方法——雜交育種。3．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合的方法。(4)要求提高品種產(chǎn)量，提高營養(yǎng)物質含量，可運用多倍體育種。[選題·典型中選秀]例1：下面為6種不同的育種方法。據(jù)圖回答下列問題。(1)圖中A至D方向所示的途徑表示________育種方式，這種方法屬常規(guī)育種，一般從F2代開始選種，這是因為________。A→B→C的途徑表示________育種方式，這兩種育種方式中后者的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在________。(2)B常用的方法為________。(3)E方法所用的原理是________，所用的方法如________、________。育種時所需處理的種子應是萌動的(而非休眠的)種子，原因是________。雜交從F2代開始發(fā)生性狀分離單倍體明顯縮短育種年限花藥離體培養(yǎng)基因突變X射線、紫外線種子萌動后進行細胞分裂，DNA在復制過程中可能由于某種因素的影響發(fā)生基因突變(4)C、F過程最常用的藥劑是________，其作用的原理是________。(5)由G到H過程中涉及的生物技術有________和________。(6)K→L→M這種育種方法的優(yōu)越性表現(xiàn)在________。秋水仙素在細胞分裂時，抑制紡錘體形成，引起染色體數(shù)目加倍基因工程植物組織培養(yǎng)克服了遠緣雜交不親和的障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍2．有關基因工程的相關提醒(1)限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求是同一種酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端；第二步中兩種工具酶都用到。(2)質粒是最常用的運載體，不要把質粒和運載體等同，除此之外，噬菌體和動植物病毒也可作為運載體。運載體的化學本質為DNA，其基本單位為脫氧核苷酸。(3)目的基因表達的標志：通過翻譯合成相應的蛋白質。(4)通過基因工程培育的抗蟲棉，只能抗蟲，不能抗病毒、細菌。容易混淆的DNA連接酶和DNA聚合酶(1)DNA連接酶：在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。(2)DNA聚合酶：可將單個的脫氧核苷酸加到已有的脫氧核苷酸序列上，形成磷酸二酯鍵。(3)相同點：這兩種酶都是蛋白質，可以形成兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。[選題·典型中選秀]例2：如圖是利用基因工程技術生產(chǎn)人胰島素的操作過程示意圖，請據(jù)圖作答。(1)圖中基因工程的基本過程可以概括為“四步曲”：________；________；________；________。(2)能否利用人的皮膚細胞來完成①過程？________，為什么？__________________________________。(3)過程②必需的酶是________酶，過程③必需的酶是________酶。(4)若A中共有a個堿基對，其中鳥嘌呤有b個，若③④⑤過程連續(xù)進行4次，至少需提供胸腺嘧啶________個。(5)在利用AB獲得C的過程中，常用________切割A和B，使它們產(chǎn)生________，再加入________，才可形成C。[破題·分層揭秘密](一)明確解題思路(2)圖中①過程是從細胞中獲取相應的mRNA，由于基因的選擇性表達，人的皮膚細胞中的胰島素基因不轉錄，不表達，因此不能形成胰島素mRNA。(3)從mRNA→DNA是逆轉錄的過程，需要逆轉錄酶。DNA分子的擴增需用解旋酶將雙鏈DNA解旋為單鏈。(4)一個DNA分子中的鳥嘌呤(b個)和胸腺嘧啶之和占堿基總數(shù)(2a個)的一半，所以一個DNA分子片段中胸腺嘧啶數(shù)為(a－b)個。連續(xù)復制4次，共產(chǎn)生DNA分子24＝16個，由于復制方式為半保留復制，故需要提供的胸腺嘧啶數(shù)量為(a－b)×(16－1)＝15(a－b)。(5)構建基因表達載體時需將目的基因與運載體用同一種限制酶切割，產(chǎn)生相同的黏性末端，才可以在DNA連接酶的作用下連接形成基因表達載體。(二)調(diào)動和運用知識解題(1)提取目的基因目的基因與運載體結合將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定(2)不能皮膚細胞中的胰島素基因未表達(或未轉錄)，不能形成胰島素mRNA(3)逆轉錄解旋(4)15(a－b)(5)同一種限制性核酸內(nèi)切酶相同的黏性末端DNA連接酶【選題·熱考秀】普通小麥中有高稈抗病(TTRR)和矮稈易感病(ttrr)兩個品種，控制兩對相對性狀的基因分別位于兩對同源染色體上?，F(xiàn)分別用雜交育種、單倍體育種和誘變育種來培育矮稈抗病品種，分析如下：分析：(1)選擇的品種抗病是顯性，矮稈是隱性，雜交育種過程需要純合親本雜交，在F2獲得矮稈抗病個體之后再連續(xù)自交。(2)單倍體育種包含雜交、花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素加倍過程。(3)誘變育種需要利用射線處理。具體過程如下：【備考·角度說】No.1角度：育種目標不同培育新品種的方法不同。(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)良性狀的個體作為親本，經(jīng)過雜交→自交過程，在F2中選擇，如果選取顯性個體，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)良性狀的個體作為親本，經(jīng)過雜交獲得F1，取F1的花藥進行離體培養(yǎng)，形成單倍體幼苗，再用秋水仙素處理。

(3)獲得較大果實或大型植株或提高營養(yǎng)物質含量——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”或直接改變現(xiàn)有性狀，獲得當前不存在的基因或性狀——誘變育種。(5)實現(xiàn)定向改變現(xiàn)有性狀——基因工程育種把目的基因導入受體細胞內(nèi)，如果是動物方面的育種，需要導入受精卵；如果是植物方面的育種，導入體細胞，再經(jīng)過植物組織培養(yǎng)即可。No.2角度：拓展探究[拓展]

(1)雜交育種由F1獲得F2的方法是什么？F2矮稈抗病植株中不能穩(wěn)定遺傳的占多少？[提示]

自交。2/3。將F1高稈抗病類型自交，在F2中可獲得高稈抗病、矮稈抗病、高稈易感病和矮稈易感病四種類型，從四種類型中選擇矮稈抗病類型。(2)三組方法中，最不容易獲得矮稈抗病小麥品種的是什么方法？[提示]

誘變育種法。誘變育種具有突變率低且不定向等特點，所以最不易獲得矮稈抗病品種。(3)單倍體育種為什么能明顯縮短育種年限？[提示]

單倍體育種培養(yǎng)的個體都是純合子?；ㄋ庪x體培養(yǎng)形成單倍體，經(jīng)秋水仙素處理后染色體數(shù)目加倍，獲得的個體都是純合子，所以單倍體育種能夠明顯縮短育種年限。1.與雜交育種、單倍體育種、多倍體育種和基因工程育種相比，盡管人工誘變育種具有很大的盲目性，但是該育種方法的獨特之處是(

)A．可以將不同品種的優(yōu)良性狀集中到一個品種上B．育種周期短，加快育種的進程C．改變基因結構，創(chuàng)造前所未有的性狀類型D．能夠明顯縮短育種年限，后代性狀穩(wěn)定快C2.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，與這種育種方式原理不相同的是(

)A．基因工程B．肺炎雙球菌轉化C．三倍體無子西瓜的培育D．減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體的自由組合C3.下列有關育種的敘述中，錯誤的是(

)A．用于大田生產(chǎn)的優(yōu)良品種不一定是純合子B．通過植物組織培養(yǎng)技術培育脫毒苗，篩選培育抗病毒新品種C．雜交育種可用于家畜、家禽的育種D．為了避免對三倍體無子西瓜年年制種，可利用植物組織培養(yǎng)快速繁殖B4.[金版原創(chuàng)題]誘變育種有很多突出優(yōu)點，也存在一些缺點，下列分析正確的是(

)①結實率低，發(fā)育遲緩②提高變異頻率，使后代變異性狀較快穩(wěn)定，因而加快育種進程③大幅度改良某些性狀④莖稈粗壯，果實和種子大，營養(yǎng)物質含量高⑤有利個體不多，需要處理大量的材料A．①④

B．②③⑤C．①④⑤ D．①②④B6.[金版原創(chuàng)]如圖表示某種農(nóng)作物①和②兩種品種分別培育出④⑤⑥三種品種。根據(jù)上述過程，回答下列問題。(1)用①和②培育⑤所采用的方法Ⅰ稱為________，方法Ⅱ稱為________，所依據(jù)的原理是________。(2)用③培育出④