復(fù)習(xí)從雜交育種到基因工程

1、第六章 從雜交育種到基因工程一、雜交育種1、概念雜交育種是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，在經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法。2、原理基因重組3、方法例如：高產(chǎn)、矮稈水稻的培育 抗病、矮稈小麥的培育4、應(yīng)用雜交 自交 選優(yōu) 自交 純合子的優(yōu)良品種多次雜交水稻之父：袁隆平,從1976年到2006年，累計(jì)增產(chǎn)糧食5200多億公斤，平均每年解決6000萬人的糧食問題。中國(guó)荷斯坦牛： 荷斯坦弗里生牛與我國(guó)黃牛雜交選育后逐漸形成的優(yōu)良種。 泌乳期可達(dá)305天，年產(chǎn)乳量可達(dá)6300kg以上 。荷斯坦牛中國(guó)黃牛5、優(yōu)點(diǎn)6、缺點(diǎn)1.育種所需時(shí)間較長(zhǎng)（一般需78年）2.只能利用已有的基因重組，不能

2、創(chuàng)造新的基因。使不同個(gè)體優(yōu)良性狀集中在一個(gè)個(gè)體上.操作簡(jiǎn)便1、概念利用物理因素（如X射線，紫外線，激光等）或化學(xué)因素（如亞硝酸等）處理生物，使生物發(fā)生基因突變。2、原理基因突變二、誘變育種“黑農(nóng)五號(hào)”大豆、青霉菌的選育 太空作物的培育等。3、應(yīng)用“黑農(nóng)五號(hào)”大豆 黑龍江農(nóng)科院用輻射方法處理大豆，培育成“黑農(nóng)五號(hào)”大豆品種，含油量比原來的品種提高了2.5%，大豆產(chǎn)量提高了16%。 青霉菌高產(chǎn)菌株的選育1943年從自然界分離出來的青霉菌只能產(chǎn)生青霉素20單位/mL。后來人們對(duì)青霉菌多次進(jìn)行X射線、紫外線照射以及綜合處理，培育成了青霉素高產(chǎn)菌株，目前青霉素的產(chǎn)量已達(dá)到5000060000單位/mL。

3、 太空中各種輻射、失重、宇宙粒子、弱地磁，高真空等綜合作用，產(chǎn)生地面上難以實(shí)現(xiàn)的變異。太空育種太空育種的蔬菜育成的巨人南瓜“神舟”五號(hào)搭載太空黃瓜、優(yōu)點(diǎn)提高變異頻率，加速育種進(jìn)程。大幅度地改良性狀。獲得前所未有的新性狀。難以控制突變方向，具有一定的盲目性,有利個(gè)體少;需大量處理實(shí)驗(yàn)材料 ，工作量大 。、缺點(diǎn) 根據(jù)育種目的選擇育種方式(1)集中不同親本的優(yōu)良性狀(2）集中優(yōu)良性狀，又縮短育種年限(3)若要快速獲得純種(4)若要提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量(5)若要培育原先沒有的性狀（6）實(shí)驗(yàn)材料為原核生物，采用（7）克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙雜交育種 (9)有些植物如小麥、水稻等，雜交實(shí)驗(yàn)較難操作，其 最簡(jiǎn)便

4、的方法是自交。單倍體育種單倍體育種多倍體育種誘變育種(8)若培育植物為營(yíng)養(yǎng)繁殖，如土豆、地瓜等，則只要出現(xiàn)所 需性狀即可，不需要培育出純種。誘變育種和基因工程育種基因工程育種特別提醒(1)雜交種與多倍體的比較：二者都可產(chǎn)生很多優(yōu)良性狀如莖稈粗壯、抗倒伏、產(chǎn)量提高、品質(zhì)改良，但多倍體生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，晚熟；而雜交種可早熟，故成熟期早晚可判定是多倍體還是雜交種。1982年第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問世?？茖W(xué)家將大鼠的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈篌w內(nèi)，使小鼠體重為正常個(gè)體的二倍，被稱為超級(jí)小鼠?！俺?jí)鯉魚”生長(zhǎng)速度比普通鯉魚快42%，經(jīng)濟(jì)效益提高125%?；蚬こ碳捌鋺?yīng)用第2節(jié)1.概念基因工程又叫_或DNA重組技術(shù)，即按照

5、人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，_，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，_生物的遺傳性狀?；蚱唇蛹夹g(shù)加以修飾改造定向地改造一、基因工程及其應(yīng)用2.別名：一）相關(guān)概念基因拼接或DNA重組技術(shù)4.原理：基因重組5.操作對(duì)象：DNA分子6.基本過程：剪切、拼接、導(dǎo)入、表達(dá)7.操作目的：定向的改造生物的遺傳性狀3.操作水平：分子水平“嫁接”了人胰島素基因的大腸桿菌提取培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的簡(jiǎn)要過程你認(rèn)為上述培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟有哪些？普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細(xì)胞胰島素基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入大腸桿菌(含胰島素基因)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌(能分泌胰島素)培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟1.

6、ONE胰島素基因從人體細(xì)胞內(nèi)提取出來2.TWO胰島素基因與運(yùn)載體DNA連接3.THREE胰島素基因?qū)胧荏w(大腸桿菌)細(xì)胞基因的“剪刀”基因的“針線”基因的運(yùn)載體二）基因操作的工具基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶基因的“針線”DNA連接酶基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體1、基因工程的限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)主要存在于微生物一種限切酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列,并在特定切點(diǎn)切割DNA分子已發(fā)現(xiàn)的有200多種種類:來源:特點(diǎn):作用于：磷酸二酯鍵剪刀：使氫鍵斷裂的酶？CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG EcoRI 剪切目的基因C

7、TTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因黏性末端限制性內(nèi)切酶（EcoR）作用過程點(diǎn)擊播放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:形成的黏性末端不同不同的限制酶呢？具有結(jié)果：產(chǎn)生兩個(gè)帶有黏性末端的DNA片段2、基因工程的DNA連接酶作用：兩個(gè)具有相同粘性末端的DNA片段連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子針線：結(jié)果：形成重組DNA使用DNA連接酶制作重組DNA分子甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG

8、GGCATCTTAAAATTCCGTAG DNA連接酶的作用位點(diǎn)是：相鄰的兩個(gè)脫氧核苷酸的切口。即生成：_。磷酸二酯鍵DNA連接酶的作用過程點(diǎn)擊播放3、基因的運(yùn)載體（2）條 件能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選（1）常用運(yùn)載體：質(zhì)粒(常用）、噬菌體和動(dòng)、植物病毒等（3）本質(zhì)小型環(huán)狀DNA分子 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,是能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。從細(xì)胞中分離出DNA從大腸桿菌中提取質(zhì)粒限制 酶提取目的基因限制酶目的基因與運(yùn)載體結(jié)合DNA連 接酶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的表達(dá)與檢測(cè)三）基

9、因工程操作的基本步驟目的基因三）基因操作的基本步驟 目的基因是人們所需要轉(zhuǎn)移或改造的基因。 如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細(xì)菌）基因、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。直接分離基因人工合成基因目的基因的提取方法三）基因操作的基本步驟目的基因與運(yùn)載體重組 1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切口，露出黏性末端。 2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。 3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個(gè)重組DNA分子（重組質(zhì)粒） 目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過程，實(shí)際上是不同來源的基因重組的過程。三）基因操作的基

10、本步驟常用的受體細(xì)胞： 有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的原理 借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞有關(guān)基因工程的相關(guān)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)目的基因表達(dá)的標(biāo)志：通過翻譯合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。 (3)通過基因工程培育的抗蟲棉，只能抗蟲不能抗病毒、細(xì)菌。 容易混淆的DNA連接酶和DNA聚合酶 (1)DNA連接酶：在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。 (2)DNA聚合酶：可將單個(gè)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)

11、相同點(diǎn)：這兩種酶都是蛋白質(zhì)，都可以形成兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。正確理解基因重組與基因工程間的關(guān)系比較項(xiàng)目基因重組基因工程不同點(diǎn)重組基因同一物種的不同基因一般是不同物種間的不同基因意義是生物變異的來源之一，對(duì)生物進(jìn)化有重要意義使人類有可能按自己的意愿直接定向地改造生物的遺傳性狀，培育出新品種相同點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)了不同基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生變異育種的方法有雜交育種、單倍體育種、誘變育種、多倍體育種、基因工程育種等，下面對(duì)這五種育種方式的說法正確的是( )A.涉及的原理有基因突變、基因重組、染色體變異B.都不可能產(chǎn)生定向的可遺傳變異C.都在細(xì)胞水平上進(jìn)行操作D.都不能通過產(chǎn)生新基因而產(chǎn)生新

12、性狀【解析】選A。雜交育種原理是基因重組，單倍體育種原理是染色體變異，誘變育種原理是基因突變，多倍體育種原理是染色體變異，基因工程育種原理是基因重組?；蚬こ逃N可產(chǎn)生定向的可遺傳變異；雜交育種、誘變育種、多倍體育種都是個(gè)體水平上的操作，而單倍體育種的花藥離體培養(yǎng)屬細(xì)胞水平的操作，基因工程育種屬分子水平上的操作；誘變育種可以產(chǎn)生新基因，進(jìn)而形成新性狀。2.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(zhuǎn)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【解析】選C。通過雜交讓位于不同個(gè)體的

13、優(yōu)良性狀集中到一個(gè)個(gè)體上，屬于雜交育種，原理是基因重組。A、B、D都屬于基因重組，C屬于染色體變異。3.下列有關(guān)育種的敘述中，錯(cuò)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(shù)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(duì)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【解析】選B。通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育的脫毒苗沒有病毒，但不一定能抗病毒。四、基因工程的應(yīng)用運(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(dòng)、植物。生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國(guó))乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的

14、轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)1、基因工程與作物育種基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 培育抗逆性品種 將細(xì)菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。 抗蟲基因作物的意義： 減少農(nóng)藥的用量，降低了生產(chǎn)的成本，減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會(huì)引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆轉(zhuǎn)基因龍膽花色奇異轉(zhuǎn)基因藍(lán)豬耳改變花色轉(zhuǎn)基因牽?；ǜ淖兞嘶ㄉ?2002年，中國(guó)轉(zhuǎn)基因棉花達(dá)到150萬公頃，已經(jīng)占到棉花產(chǎn)量的13. 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？

15、目的性強(qiáng)、克服遠(yuǎn)源雜交不親和性、育種周期短導(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只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國(guó)PPL醫(yī)療公司稱，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。 2、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 用基因工程的方法生產(chǎn)胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素、凝血因子、以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒、瘧疾等的疫苗。 提高生產(chǎn)產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本。胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來只能依靠從豬、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！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%! 環(huán)境污染治理：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，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化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等