第六章 從雜交育種到基因工程

1、 【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容： 第六章 從雜交育種到基因工程 二. 學(xué)習(xí)內(nèi)容：本周學(xué)習(xí)雜交育種的方法和意義，基因工程的操作方法和意義。掌握雜交育種的原理，基因工程的操作原理和具體的方法。 三. 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：雜交育種的方法和應(yīng)用基因工程的方法和應(yīng)用 四. 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：雜交育種的操作方法基因工程的操作方法 五. 學(xué)習(xí)過(guò)程：第一節(jié) 雜交育種和誘變育種雜交育種（cross breeding）：是將兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀通過(guò)交配集中在一起，再經(jīng)過(guò)選擇和培育，獲得新品種的方法。雜交育種動(dòng)機(jī)：培養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的品種，提高單位面積產(chǎn)量雜交育種實(shí)踐：玉米等植物、家禽、家畜等優(yōu)點(diǎn)：操作方便，使用廣泛缺點(diǎn)：周期長(zhǎng)、過(guò)

2、程復(fù)雜，選擇范圍有限，只能來(lái)自已有基因，后代會(huì)出現(xiàn)分離。原理：基因的自由組合定律雜交方法：親代 高產(chǎn)、不抗病 × 低產(chǎn)、抗病雜種第一代 高產(chǎn)、抗病雜種第二代 高產(chǎn)、抗??；中產(chǎn)、抗?。恢挟a(chǎn)、不抗病。誘變育種（mutation bueeding）：利用物理因素、化學(xué)因素來(lái)處理生物，使生物發(fā)生基因突變。動(dòng)機(jī)：產(chǎn)生新的基因型實(shí)踐：微生物的誘變、植物誘變優(yōu)點(diǎn)：可以產(chǎn)生新的基因缺點(diǎn)：盲目性，突變率低，處理的物種范圍較窄，一般有害“黑農(nóng)五號(hào)”產(chǎn)量提高16% 含油亮比原來(lái)提高2.5%青霉素菌株：20單位/ml 50000單位/ml 第二節(jié) 基因工程及其應(yīng)用一. 一. 概念基因工程：基因拼接技術(shù)或DN

3、A重組技術(shù)。是指在生物體外，通過(guò)對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無(wú)性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。1. 基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的，操作對(duì)象是DNA2. 在生物體外實(shí)現(xiàn)的基因改造3. 對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行無(wú)性繁殖4. 重組基因最終表達(dá) 二. 二. 工具項(xiàng)目基因的剪刀基因的針線運(yùn)輸工具物質(zhì)限制性內(nèi)切酶DNA連接酶運(yùn)載體本質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)DNA來(lái)源主要為微生物各生物細(xì)胞內(nèi)質(zhì)粒：細(xì)菌及酵母菌等病毒：動(dòng)物、植物、微生物作用切斷DNA形成切口連接斷裂DNA成為完整的核酸鏈將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中對(duì)目的

4、基因大量復(fù)制特點(diǎn)識(shí)別特定的DNA序列在特定位點(diǎn)切開(kāi)DNA形成互補(bǔ)粘性末端形成共價(jià)鍵磷酸、脫氧核糖間縮合成鍵1. 能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存2. 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接3. 具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選 三. 三. 操作A. 提取目的基因目的基因：是人們所需要的特定基因如：蘇云金芽孢桿菌中的抗蟲(chóng)基因植物的抗病（抗病毒、抗細(xì)菌）基因、種子的貯藏蛋白的基因人的胰島素基因、干擾素基因等主要途徑：一是從供體細(xì)胞的DNA中直接分離基因；另一條是人工合成基因。1. 直接分離基因：最常用的方法是“鳥(niǎo)槍法”，又叫“散彈射擊法”。供體細(xì)胞中的DNA切成許多片段重組DNA受體細(xì)胞（大量復(fù)制）

5、基因擴(kuò)增分離含有目的基因的細(xì)胞把帶有目的基因的DNA片段分離出來(lái)應(yīng)用：如許多抗蟲(chóng)、抗病毒的基因都可以用上述方法獲得。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便缺點(diǎn)： 工作量大，具有一定的盲目性 真核細(xì)胞的基因含有不表達(dá)的DNA片段，不能直接用于基因的擴(kuò)增和表達(dá)2. 人工合成基因：（1）以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，獲得所需要的基因。目的基因mRNA單鏈DNA雙鏈DNA（目的基因序列）（2）根據(jù)已知的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測(cè)出相應(yīng)的信使RNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推測(cè)出它的結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列，再通過(guò)化學(xué)方法，以單核苷酸為原料合成目的基因。蛋白質(zhì)氨基

6、酸序列mRNA序列DNA序列目的基因主要應(yīng)用：如人的血紅蛋白基因、胰島素基因等就可以通過(guò)人工合成基因的方法獲得。重要發(fā)展：DNA序列自動(dòng)測(cè)序儀對(duì)提取出來(lái)的基因進(jìn)行核苷酸序列分析，擴(kuò)增DNA技術(shù)（也叫PCR技術(shù)），使目的基因在短時(shí)間內(nèi)成百萬(wàn)倍地?cái)U(kuò)增。B. 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合C. 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞常用受體細(xì)胞：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。主要手段：借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。質(zhì)粒細(xì)菌目的基因擴(kuò)增 氯化鈣：以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞。D. 目的基因的檢測(cè)和表達(dá)1. 在全部受體細(xì)胞中，真正能夠攝入重組DNA分子的受體細(xì)胞是很少的。

7、2. 必須通過(guò)一定的手段對(duì)受體細(xì)胞中是否導(dǎo)入了目的基因進(jìn)行檢測(cè)。3. 檢測(cè)的方法（1）抗性監(jiān)測(cè)：（2）受體細(xì)胞是否表現(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。 四. 四. 應(yīng)用1. 用于發(fā)酵工程，制備工程菌生產(chǎn)基因產(chǎn)品2. 改造植物的性狀，使其獲得優(yōu)良性狀3. 用于動(dòng)物改造，用于生產(chǎn)或醫(yī)藥4. 環(huán)境監(jiān)測(cè)或凈化 【模擬試題】（答題時(shí)間：30分鐘）1. 基因在特定的時(shí)間和空間條件下表達(dá)的結(jié)果是（ ）A. 表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性B. 形成大量的愈傷組織C. 分化為各種組織和器官D. 脫分化為一群薄壁細(xì)胞2. 一種細(xì)菌mRNA由360個(gè)核苷酸組成，它所編碼的蛋白質(zhì)長(zhǎng)度是（ ）A. 約360個(gè)氨基酸B

8、. 約1080個(gè)氨基酸C. 共120個(gè)氨基酸D. 少于120個(gè)氨基酸3. 下列不屬于獲取目的基因的方法是（ ）A. 鳥(niǎo)槍法B. 轉(zhuǎn)錄法C. 逆轉(zhuǎn)錄法D. 根據(jù)已知蛋白質(zhì)序列合成4. 基因工程中常用細(xì)胞，酵母菌等做受體細(xì)胞，原因是（ ）A. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便B. 繁殖速度快C. 遺產(chǎn)物質(zhì)少，簡(jiǎn)單D. 性狀穩(wěn)定、變異少5. 運(yùn)載體的功能說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ）A. 轉(zhuǎn)運(yùn)目的基因到受體細(xì)胞中B. 擴(kuò)增、表達(dá)目的基因C. 合成目的基因D. 監(jiān)測(cè)目的基因的存在6. 下列是工程菌的是（ ）A. 酵母菌B. 大腸桿菌C. 生產(chǎn)干擾素用大腸桿菌D. 乳酸菌7. 格里菲思和艾弗里所進(jìn)行的肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證實(shí)

9、了（ ） DNA是遺傳物質(zhì) RNA是遺傳物質(zhì) DNA是主要的遺傳物質(zhì) 蛋白質(zhì)和多糖不是遺傳物質(zhì) S型細(xì)菌的性狀是由DNA決定的 在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，S型細(xì)菌的DNA可能進(jìn)入到了R型菌細(xì)胞中A. B. C. D. 8. 下列、均是遺傳物質(zhì)應(yīng)具有的特點(diǎn)。噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑苯幼C實(shí)DNA作為遺傳物質(zhì)具有的特點(diǎn)是（ ） 分子結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的穩(wěn)定性 能夠自我復(fù)制，保持前后代的連續(xù)性 能通過(guò)指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制生物性狀 能產(chǎn)生可遺傳的變異A. B. C. D. 9. 采用基因工程的方法培育抗蟲(chóng)棉，下列導(dǎo)入目的基因的作法正確的是（ ） 將毒素蛋白注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中 將

10、編碼毒素蛋白的DNA序列，與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細(xì)菌，用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，再進(jìn)行組織培養(yǎng) 將編碼毒素蛋白的DNA序列，與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房進(jìn)入受精卵A. B. C. D. 10. 圖示為限制酶切割某DNA分子的過(guò)程，從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列及切點(diǎn)為（ ）A. CTTAAG，切點(diǎn)在C和T之間B. CTTAAG，切點(diǎn)在G和A之間C. GAATTC，切點(diǎn)在G和A之間D. GAATTC，切點(diǎn)在C和T之間11. 下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述，正確的是（ ）A. 質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器B. 質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子C. 質(zhì)粒只有在侵入宿主細(xì)胞后在宿主

11、細(xì)胞內(nèi)復(fù)制D. 細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制過(guò)程一定是在宿主細(xì)胞外獨(dú)立進(jìn)行12. 真核生物編碼蛋白質(zhì)的基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生有功能的成熟的信使RNA的過(guò)程是（ ）A. 轉(zhuǎn)錄后直接產(chǎn)生的信使RNAB. 將內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分剪掉，外顯子轉(zhuǎn)錄部分拼接而成C. 將外顯子轉(zhuǎn)錄部分剪掉，內(nèi)顯子轉(zhuǎn)錄部分拼接而成D. A、B、C三種情況都有13. 下列關(guān)于細(xì)胞質(zhì)基因的存在位置的說(shuō)法中正確的是（ ）A. 存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)某些細(xì)胞器的染色體上 B. 存在于細(xì)胞質(zhì)中某些細(xì)胞器內(nèi)的DNA上C. 存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi) D. 存在于染色體上14. 英國(guó)科學(xué)家維爾莫特首次用羊的體細(xì)胞（乳腺細(xì)胞）成功地培育出一只小母羊，取名為“多利”，這一方法被稱之

12、為“克隆”，以下四項(xiàng)中與此方法在本質(zhì)上最相近的是（ ）A. 將兔的早期胚胎分割后，分別植入兩只母兔子宮內(nèi)，并最終發(fā)育成兩只一樣的兔B. 將人的抗病毒基因嫁接到煙草的DNA分子上，培育出具有抗病能力的煙草新品種C. 將鼠骨髓瘤細(xì)胞與經(jīng)過(guò)免疫的脾細(xì)胞融合成雜交瘤細(xì)胞D. 將人的精子與卵細(xì)胞在體外受精，受精卵在試管內(nèi)發(fā)育15. 要想獲得大量的單克隆抗體就必須用單個(gè)的B淋巴細(xì)胞進(jìn)行無(wú)性繁殖，形成細(xì)胞群。原因是（ ）A. 在體外培養(yǎng)條件下B淋巴細(xì)胞可以無(wú)限增殖B. 在動(dòng)物體內(nèi)B淋巴細(xì)胞可產(chǎn)生多達(dá)百萬(wàn)種以上的抗體C. 每一個(gè)B淋巴細(xì)胞都參與特異性免疫反應(yīng) D. 每一個(gè)B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體16.

13、科學(xué)家通過(guò)基因工程培育出抗蟲(chóng)棉時(shí)，需要從蘇云金芽孢桿菌中提取出抗蟲(chóng)基因，“放入”棉的細(xì)胞中與棉的DNA結(jié)合起來(lái)并發(fā)揮作用，請(qǐng)回答下列有關(guān)問(wèn)題：（1）從蘇云金芽孢桿菌中切割抗蟲(chóng)基因所用的工具是，其特點(diǎn)是。（2）蘇云金芽孢桿菌一個(gè)DNA分子上有許多基因，獲得抗蟲(chóng)基因常采用的方法是“鳥(niǎo)槍法”。具體作法是：用酶將蘇云金芽孢桿菌的切成許多片段，然后將這些片段，再通過(guò)轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞，讓它們?cè)诟鱾€(gè)受體細(xì)胞中大量，從中找出含有目的基因的細(xì)胞，再用一定的方法把分離出來(lái)。（3）進(jìn)行基因操作一般要經(jīng)過(guò)的四個(gè)步驟是：，。17. 下圖是將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)爰?xì)菌D細(xì)胞內(nèi)，產(chǎn)生“工程菌”的示意圖。所用的載體為質(zhì)粒A。

14、若知細(xì)菌D細(xì)胞內(nèi)不含質(zhì)粒A，也不含質(zhì)粒A上的基因，質(zhì)粒A導(dǎo)入細(xì)菌后，其上的基因能得到表達(dá)。（1）圖中A和B產(chǎn)生的C叫 ，它通常在體外完成，此過(guò)程必須用到的工具酶為 。（2）目前把C導(dǎo)入細(xì)菌時(shí)效率不高，在導(dǎo)入前一般要用 處理細(xì)菌，以增大細(xì)菌細(xì)胞細(xì)胞壁的通透性。（3）在導(dǎo)入完成后得的細(xì)菌，實(shí)際上有的根本沒(méi)有導(dǎo)入質(zhì)粒，有的導(dǎo)入了普通質(zhì)粒，只須少數(shù)導(dǎo)入的是C。所以在基因工程的操作步驟中必須要有 這一步驟。（4）若將C導(dǎo)入細(xì)菌D后，目的基因在“工程菌”表達(dá)成功的標(biāo)志是什么？（5）目的基因表達(dá)成功后，“工程菌”明顯不同于細(xì)菌D。從變異的來(lái)源看，此變異屬于 。類似于此技術(shù)，在細(xì)胞工程中也能產(chǎn)生此類變異，請(qǐng)舉出細(xì)胞工程中能產(chǎn)生此類變異的兩個(gè)實(shí)例。 【試題答案】1. C 2. D 3. B 4. B 5. C 6. C 7. D 8. D 9. B 10. C11. B 12. B 13. B 14