必修2第六章從雜交育種到基因工程全章課件

自從人類開始種植作物和飼養(yǎng)動物以來，就從未停止過對品種的改良。傳統(tǒng)的方法是選擇育種，通過汰劣留良的方法來選擇和積累優(yōu)良基因。自從孟德爾發(fā)現(xiàn)了遺傳規(guī)律之后，人工雜交的方法被廣泛應(yīng)用于動植物育種。人工誘變技術(shù)的應(yīng)用，使育種方法得到了較大的改進(jìn)?；蚬こ痰恼Q生，使人們能夠按照所設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，進(jìn)行跨越種間鴻溝的基因轉(zhuǎn)移，從而定向地改變生物的遺傳特性，創(chuàng)造出新的生物類型。第6章從雜交育種到基因工程第1節(jié)雜交育種與誘變育種第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用第1節(jié)雜交育種與誘變育種本節(jié)聚焦：1、雜交育種的原理是什么？2、什么是誘變育種？3、雜交育種和誘變育種各有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足？

小麥高稈（D）對矮稈（d）為顯性，抗銹?。═）對不抗銹?。╰）為顯性，現(xiàn)有純合的高稈抗銹病的小麥（DDTT）和矮稈不抗銹病的小麥（ddtt），可采用哪些育種方式得到符合人類要求的優(yōu)良品種？思考與討論一：以下為同學(xué)們提供的育種方案：雜交育種單倍體育種誘變育種

雜交育種的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，但是在實(shí)際操作中會遇到不少困難。請從雜交后代可能出現(xiàn)的各種類型，以及育種時(shí)間等方面，分析雜交育種方法的不足。思考與討論二：PDDTT高稈抗銹病×ddtt矮稈易染銹病F1DdTt高稈抗銹病F2ddTt、ddTT矮稈抗銹病自交

自交

FnddTT矮稈抗銹病∶∶∶雜交育種概念：雜交育種是將兩個(gè)或多個(gè)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。原理：基因重組優(yōu)點(diǎn)：能集中位于不同品種中的優(yōu)良性狀。缺點(diǎn)：只能利用已有的基因組，并不能產(chǎn)生新的基因。雜交進(jìn)程緩慢，過程繁瑣。應(yīng)用：雜交水稻、中國荷斯坦牛等雜交育種2004年十大感動中國人物

頒獎(jiǎng)辭

他是一位真正的耕耘者。當(dāng)他還是一個(gè)鄉(xiāng)村教師時(shí)，已具有顛覆世界權(quán)威的膽識；當(dāng)他名滿天下時(shí)，卻仍專注于田疇。淡薄名利，一介農(nóng)夫，播撒智慧，收獲富足。他畢生的夢想，就是讓所有的人遠(yuǎn)離饑餓。喜看稻菽千重浪，最是風(fēng)流袁隆平。

如果有一天，農(nóng)民種植的水稻都換成了雜交水稻，其它品質(zhì)差、產(chǎn)量低的水稻品種都被農(nóng)民隨意丟棄了，你認(rèn)為結(jié)果會如何？

國家農(nóng)業(yè)科研部門此時(shí)應(yīng)有何為？思考與討論三：DDTT高稈抗銹病×ddtt矮稈易染銹病DdTt高稈抗銹病DT、dT、Dt、dt花藥離體培養(yǎng)ddTT矮稈抗銹病DT、dT、Dt、dt秋水仙素處理

單倍體

幼苗

花粉

純合體

植株

F1

P單倍體育種γ射線ＰDDTT高稈抗銹病

ddTT矮稈抗銹病γ射線Ｐddtt矮稈不抗銹病

ddTT矮稈抗銹病或

與雜交育種相比，誘變育種有什么優(yōu)點(diǎn)？聯(lián)系基因突變的特點(diǎn)，談?wù)務(wù)T變育種的局限性。要想克服這些局限性，可心采取什么辦法？思考與討論四：誘變育種概念：利用物理因素（如x射線，γ射線、紫外線，激光等）或化學(xué)因素（如亞硝酸、硫酸二乙酯等）處理生物，使生物發(fā)生基因突變。原理：基因突變誘變育種優(yōu)點(diǎn)：提高變異的頻率，加速育種進(jìn)程。大幅度地改良某些性狀。缺點(diǎn)：難以控制突變方向，無法將多個(gè)優(yōu)良性狀組合。應(yīng)用：農(nóng)作物育種——黑農(nóng)五號大豆(產(chǎn)量提高16%、含油量提高2.5%)

微生物育種——青霉素

(20單位/ml→50000單位/ml)

利用太空環(huán)境研究植物生長發(fā)育和遺傳變異的研究始于上世紀(jì)60年代初期，迄今已有40多年的歷史。前蘇聯(lián)(俄羅斯)、美國空間植物學(xué)研究的主要目標(biāo)，定位在以探索空間條件下植物生長發(fā)育規(guī)律，改善空間人類生存的小環(huán)境，解決宇航員的食品供給及生存安全等，這是為了將來“太空里的人類”。因而美國航空航天局于1995年建立了引力生物學(xué)中心，重點(diǎn)研究植物對引力的感受和反應(yīng)，但其最終目標(biāo)仍是開發(fā)出更加適于太空旅行的植物。而我國的太空育種則把更多的注意力投向如何利用空間環(huán)境資源，開辟選育植物優(yōu)良品種的新途徑，這是為了現(xiàn)在“地球上的人類”。因?yàn)槟康牡牟煌?，?dǎo)致現(xiàn)在有“中國已經(jīng)走上太空育種的最前沿”一說。太空育種拓展視野：空間生命科學(xué)：高真空(10—8pa)微重力(10—4g)強(qiáng)輻射拓展視野：太空育種“神舟”三號飛船上搭載的38種共計(jì)200克神舟三號”飛船從太空帶回的試管種苗“神舟”五號搭載育成的巨人南瓜甘肅種植的太空育種的蔬菜太空水稻搭載前后株系對比太空育種辣椒升載太空磨菇升載太空磨菇

太空青茄大過小孩頭思考與討論五：太空育種的食品安全嗎？

方法比較雜交育種誘變育種多倍體育種單倍體育種處理原理優(yōu)缺點(diǎn)舉例請比較各種育種方式：1、假設(shè)你想培育一個(gè)作物品種，你想要的性狀和不想要的性狀都是由隱性基因控制的。試說明培育方法，畫出遺傳圖解，并說明這各方法的優(yōu)缺點(diǎn)。2、育種方式只限以上四種嗎？還有什么更好的育種方式嗎？請發(fā)揮你的想象力!思考與討論六：謝謝!再見!課堂練習(xí)：P101常規(guī)育種誘變育種多倍體育種單倍體育種處理雜交用射線、激光、化學(xué)藥品等處理生物用秋水仙素處理種子或幼苗花藥離體培養(yǎng)原理通過基因重組把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中用人工方法誘發(fā)基因突變，產(chǎn)生新性狀，創(chuàng)造新品種或新類型抑制細(xì)胞分裂中紡錘體的形成，使染色體數(shù)目加倍后不能形成兩個(gè)細(xì)胞誘導(dǎo)精子直接發(fā)育成植株，再用秋水仙素加倍成純合體特點(diǎn)方法簡便，但需較長年限方可獲得純合體加速育種的進(jìn)程，大幅改良某些性狀，但突變后有利個(gè)體往往不多器官大，營養(yǎng)物質(zhì)含量高，但發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低縮短育種年限，但方法復(fù)雜，成活率較低舉例高桿抗病與矮桿不抗病小麥雜交產(chǎn)生矮桿抗病品種高產(chǎn)量青霉素菌株的育成三倍體西瓜、八倍體小黑麥抗病植株的育成類別雜交育種人工誘變育種單倍體育種多倍體育種基因工程育種細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞核移植技術(shù)依據(jù)原理基因重組基因突變?nèi)旧w組成倍減少，再加倍后得到純種染色體組成倍增加基因是控制生物性狀的基本單位基因重組、染色體變異基因重組、染色體變異常用方法雜交→自交→選種→自交輻射誘變激光誘變作物空間技術(shù)育種花藥的離體培養(yǎng)，然后再加倍秋水仙素處理萌發(fā)的種子、幼苗轉(zhuǎn)基因（DNA重組）技術(shù)將目的基因引入生物體內(nèi)，培育新品種讓不同生物細(xì)胞原生質(zhì)融合，同種生物細(xì)胞可融合為多倍體將具備所需性狀的體細(xì)胞核移植到去核卵中七種遺傳育種方法的比較優(yōu)點(diǎn)將不同個(gè)體的優(yōu)良性狀集中于一個(gè)體上可以提高變異的頻率，加速育種進(jìn)程，或大幅度地改良某些品種可以明顯地縮短育種年限器官巨大，提高產(chǎn)量和營養(yǎng)成分打破物種界限，定向改變生物的性狀按照人們意愿改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品且克服了遠(yuǎn)緣雜親不親和障礙可改良動物品種或保護(hù)瀕危物種缺點(diǎn)時(shí)間長，須及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)良品種有利變異少，須大量處理實(shí)驗(yàn)材料技術(shù)復(fù)雜且須與雜交育種配合發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低有可能引起生態(tài)危機(jī)技術(shù)難度高技術(shù)要求高舉例矮稈抗銹病小麥青霉素高產(chǎn)菌株太空椒單倍體育種獲得的矮稈抗銹病小麥三倍體無籽西瓜八倍體小黑麥產(chǎn)生人胰島素的大腸肝菌、抗蟲棉白菜、甘藍(lán)、番茄、馬鈴薯克隆羊、鯉鯽、移核魚第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用本節(jié)聚焦：1、什么是基因工程？2、基因工程的原理是什么？3、基因工程有哪些應(yīng)用？4、轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？青霉菌能產(chǎn)生對人類有用的抗生素——青霉素基因決定性狀家蠶能夠吐出蠶絲為人類利用基因決定性狀豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮基因決定性狀設(shè)想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蠶絲？設(shè)想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？設(shè)想三定向基因改造設(shè)想

經(jīng)過多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。

你知道為什么能把人的基因“嫁接”到細(xì)菌上嗎？你能推測出，這種基因的“嫁接”是怎么實(shí)現(xiàn)的嗎？你能舉出一些類似的、與你的生活關(guān)系很密切的例子嗎？問題探討“嫁接”了人胰島素基因的工程菌一、基因工程的原理：1、概念：

就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，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?；蚬こ痰膭e名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物2、基因的“剪刀”——限制性內(nèi)切酶識別特定核苷酸序列，切割特定DNA切點(diǎn)，具特異性。并裂解磷酸二酯鍵。例：大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)能識別

GAATTC序列，并在G和A之間切開。

一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點(diǎn)上將DNA分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有4000多種。CTTAAGGCAATT例：EcoRI

酶切位點(diǎn)限制酶：從特殊的酶切位點(diǎn)將DNA分子切開3、基因的“針線”

——DNA連接酶連接酶的作用：

將互補(bǔ)配對的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。連接的部位：

生成3′-5′磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用過程：DNA連接酶的作用過程4、基因的運(yùn)載體

——質(zhì)?；虿《咀饔茫?/p>

將外源基因送入受體細(xì)胞。條件：

能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)。具有某些標(biāo)記基因。種類：

質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。質(zhì)粒①從細(xì)胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因基因工程過程示意圖基因工程的操作步驟提取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的表達(dá)和檢測再見!課堂練習(xí)：P106二、基因工程的應(yīng)用：1、基因工程與作物育種2、基因工程與藥物研制：三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性：１、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物⑴基因工程藥品的生產(chǎn)

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

微生物生長迅速，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)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。

胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，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！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價(jià)格降低了30%-50%!

干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。

人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn)⑵基因診斷與基因治療

運(yùn)用基因工程設(shè)計(jì)制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準(zhǔn)確而且迅速。我國研究人員正在制備用于基因治療的基因工程細(xì)胞

通過基因工程給患有遺傳病的人體內(nèi)導(dǎo)入正?；蚩伞耙淮涡浴苯獬∪说募部唷＃?、基因工程與農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)

運(yùn)用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)抗蟲棉抗CMV甜椒抗蟲原理？抗蟲結(jié)果？3、基因工程與環(huán)境保護(hù)⑴環(huán)境監(jiān)測：

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測出來

利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。⑵環(huán)境污染治理：

基因工程做成的“超級細(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，用基因工程培育成功的“超級細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。轉(zhuǎn)基因食品看起來分外誘人餐桌上的基因轉(zhuǎn)基因食品你敢吃嗎？轉(zhuǎn)基因食品ABC安全嗎？

21世紀(jì)將是基因工程迅速發(fā)展并完善的世紀(jì)，也是它產(chǎn)生巨大效益的世紀(jì)！基因工程將在醫(yī)療衛(wèi)生、食品工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、環(huán)保等許多方面發(fā)揮重大的作用！再見3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體

要讓一個(gè)從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來的基因在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個(gè)基因送到乙生物的細(xì)胞內(nèi)去！能將外源基因送入細(xì)胞的工具就是運(yùn)載體。

運(yùn)載體必須同時(shí)滿足三個(gè)要求：①能與目的基因結(jié)合；②能進(jìn)入受體生物細(xì)胞并在受體生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并表達(dá)；③比較容易得到。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大腸桿菌、枯草桿菌等的質(zhì)粒能同時(shí)滿足以上三個(gè)要求。

目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等。１、提取目的基因——將

需要的基因從供體生物

的細(xì)胞內(nèi)提取出來。供體生物細(xì)胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶提取目的基因提取目的基因的方法用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥槍法

將供體生物的DNA用限制酶切割為許多片段，再用運(yùn)載體將這些片段都運(yùn)載到受體生物的不同細(xì)胞中去。只要有一個(gè)細(xì)胞獲得了需要的目的基因并得以表達(dá)，基因工程就算成功了。

該法最大的缺點(diǎn)是帶有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成儀有兩種方法：

①逆轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)