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1、第3讲从杂交育种到基因工程,小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），如果你是袁隆平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？,锈病,想一想：植物杂交育种的方法,以下是杂交育种的参考方案：,高抗 矮不抗,高抗,DDTT,ddtt,DdTt,ddTt,高抗 高不抗 矮抗 矮不抗,ddTT,矮抗 矮不抗,ddTt,ddTT,杂交,F3,思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？,试一试：动物的杂交育种方法,假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长
2、毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）,长毛折耳猫,短毛折耳猫,长毛立耳猫,长立 长折 短立 短折,Bbee,BBee,BBee,Bbee,bbee,bbee,长折,短折,长折,长折,短折,杂交,F3,长折,短折,思考：要培育出一个能稳定遗传的动物品种至少要几年？,一、概念：,将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。,二、依据原理：,基因重组,三、常用方法：,四、优点：,将不同个体的优良性状集中到同一个体上,五、缺点：,育种时间长,点滴收获之1：杂交育种,P,AABB aabb,F1,AaBb,AB、Ab、aB、ab,配子,可得到基因型为AB、Ab
3、、aB、ab这四种单倍体植株,就可得到基因型为AAbb这种纯合子的二倍体植株,一、依据原理：,染色体变异,二、常用方法：,花药（花粉）离体培养,三、优点：,明显缩短育种年限,点滴收获之2：单倍体育种,五、应用：,现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）且育种年限要最短？,技术复杂且须与杂交育种配合,四、缺点：,二倍体,杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间要长，那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？,资料：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。自1987年以来，中国利用自己研制的返
4、回式卫星和神舟号飞船进行了11次航天育种搭载试验，试验品种达1200多种。航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力（103克106克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。据统计，航天育种变异率达4以上，株高变异为40cm30cm，果重变异达70100（蔬菜），生育期变异为3天10天。,思考与讨论,杂交育种能否有新的基因和新的性状产生？如果培育出新的性状，应该采用什么育种方法？,杂交育种产生新的基因型，使性状重新组合，而不能产生新的基因和新的性状。,如果要培育出新的性状，可采用一定的措施来诱导基因突
5、变，培育新的品种。,一、概念：,利用物理因素（如射线、射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。,二、依据原理：,基因突变,三、常用方法：,辐射诱变、激光诱变、作物空间技术育种,四、优点：,可以提高突变率，加速育种过程，大幅度地改良某些品种,产生前所未有的性状。,五、缺点：,有利变异少，须大量处理实验材料,点滴收获之3：诱变育种,一、依据原理：,染色体变异,二、常用方法：,秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,三、优点：,器官较大，提高产量和营养成分，抗逆性强，抗病性强,四、缺点：,技术复杂且须与杂交育种配合，发育延迟,结实率低,点滴收获之4：多倍体育种
6、,五、应用：,三倍体无籽西瓜,二倍体植株,将具有不同优良性状的两亲本杂交,用物理或化学的方法处理萌发的种子或幼苗,花药离体培养；诱导染色体加倍,用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上,提高变异频率加速育种进程,明显缩短育种年限,器官大型，营养含量高,育种时间长,有利变异少需大量处理供试材料,技术复杂，需与杂交育种和多倍体育种配合,只适用于植物,基因突变,染色体组成倍减少,染色体组成倍增加,基因重组,培育矮抗小麦,培育青霉素高产菌株,三倍体无子西瓜的培育,培育矮抗小麦,几种主要育种方法的比较,三、基因工程的原理,基因工程是指按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提
7、取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。所以基因工程又称基因拼接技术或DNA重组技术。,基因工程可在不同种生物之间进行（传统的育种方法只能在同种生物中进行），可按照人们的意愿直接定向地改变生物，培育出新品种。,1.工具之一：基因的“剪刀”限制酶,基因剪刀指的是限制性核酸内切酶（简称限制酶）。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割 DNA分子。如大肠杆菌中有一种限制酶，能够专一识别GAATTC的序列，并在G和A之间将其切开。,什么叫黏性末端？,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性
8、末端。,基因的针线DNA连接酶,（二）基因操作的工具,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,磷酸二酯键,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,（二）基因操作的工具,导入过程需要运输工具运载体。,运载体的作用有哪些？,作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。,基因的运载工具运载体：,常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或某些动植物病毒,大肠杆菌的质粒：,最常用的质
9、粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。,1.工具之三：基因的运载体,“基因的运载体”指的是将外源基因送入到受体细胞的一种运输工具。目前常用的运载体有：质粒（存在于细菌、酵母菌等细胞中，是一种能自我复制的很小的环状DNA分子）、噬菌体和动植物病毒。,质粒,DNA,大肠杆菌细胞,抗生素抗性基因,控制质粒DNA转移的基因,步骤一：提取目的基因,（三）基因操作的基本步骤,目的基因是人们所需要转移或改造的基因。,如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基
10、因、干扰素基因等。,目的基因的提取方法,（三）基因操作的基本步骤,步骤二：目的基因与运载体重组,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,（三）基因操作的基本步骤,常用的受体细胞：,有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,将目的基因导入受体细胞的原理,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,步骤三：目的基因导入受体细胞,不能，受体细胞必须表现出特
11、定的性状，才能说明目的基因完成了表达。,（三）基因操作的基本步骤,受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？,若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。,（三）基因操作的基本步骤,步骤四：目的基因的检测和表达,2.基因工程的操作步骤,第一步,提取目的 基因,第二步,目的基因 与运载体结合,第三步,将目的基 因导入受体细胞,目的基因的检测与鉴定,第四步,细菌,细胞,质粒,DNA,用限 制酶切 断DNA,用连接酶连 接目的基因,将重组DNA 导入受体细胞,目的基因的产物,四、基因工程的应用,1.基因工程与作物育种,2.基因工程与药物研制,3.基因工程与环境保护,阅读教材104105的“基因工程
12、的应用”,五、转基因生物和转基因食品的安全性,阅读教材105106的“转基因生物和转基因食品的安全性”,二、基因工程的应用,运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。,生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),1、基因工程与作物育种,2、,2002年，中国转基因棉花达到150万公顷，已经占到棉花产量的13.,我国大豆食用油近七成是“转基因”产品,与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？,目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短,2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基
13、因工程疫苗和药物,3、基因工程与环境保护,环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,四、基因食品的安全性,1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病。,2、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响。,3、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。,1）以下说法正确的是（）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来,C,练习,2）有关基因工程的叙述正确的是（）A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料,D,
