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1、從雜交育種到基因工程,一、選擇育種,1、優(yōu)點：,有利生物的變異，通過長期選擇，汰劣留良，培育優(yōu)良品種,2、缺點：,周期長而且可選擇的范圍是有限的。,二、雜交育種,1、概念： 2、原理： 3、優(yōu)點： 4、不足：,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。,基因重組,將同種生物不同個體上的優(yōu)良性狀集中在同一個體上，即“集優(yōu)”。,不能創(chuàng)造新基因，是原有基因的重新組合，從而不能產(chǎn)生新性狀。 育種進程緩慢，過程繁瑣。 只適用于有性生殖的生物。,5、方法：,雜交,自交,選優(yōu),連續(xù)自交,,,,,F1：雜種,F2：,所需類型,純合子,具有不同優(yōu)良性狀的親本,注：雜交育種
2、不一定需要連續(xù)自交。若選育顯性優(yōu)良純種，則需要連續(xù)自交篩選直至性狀不再發(fā)生分離；若選育隱性優(yōu)良純種，則只要在子二代出現(xiàn)該性狀個體即可。,純種高桿抗銹病小麥（DDTT）與矮桿不抗銹病小麥（ddtt）培育矮桿抗銹病小麥（ddTT）,P： DDTT ddtt, F1： DdTt,自交 F2：矮桿抗銹?。╠dTt ddTT ）,連續(xù)自交,矮桿抗銹?。╠dTT）,6、舉例：,7、應用：,8、雜交育種與雜種優(yōu)勢,（1）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，雜交育種是改良作物品質，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的常規(guī)方法：如雜交水稻，矮桿抗銹病小麥。,（2）在畜牧業(yè)中，用于家畜、家禽優(yōu)良品種的選育。如奶牛。,（1）雜種優(yōu)勢是指基因型
3、不同的親本個體相互雜交產(chǎn)生的雜種第一代，在適應能力上優(yōu)于兩個親本的現(xiàn)象。,（2）雜交育種是在雜交后代眾多類型中選擇符合育種目標的個體進一步培育，直到獲得穩(wěn)定遺傳的具有優(yōu)良性狀的新品種；,注：生產(chǎn)上人們利用雜種優(yōu)勢，需要年年配種（雜種），但不再留種,三、誘變育種,1、概念： 2、原理： 3、優(yōu)點： 4、不足：,利用物理因素或化學因素來處理生物，使生物發(fā)生基因突變。,基因突變,提高突變率，在較短時間內獲得更多的優(yōu)良性狀。 產(chǎn)生新基因，從而大幅度改良某些性狀 變異范圍廣，動物、植物、微生物均適用。,有利變異少，需大量處理材料 誘變的方向和性質不能控制，具有盲目性 突變體難以集中多個理想
4、的優(yōu)良性狀。,5、方法：,6、應用,選擇生物誘發(fā)突變選擇理想類型培育,誘變因素,,物理因素： 化學因素： 空間誘變：,X射線、r射線、紫外線、激光等 亞硝酸、硫酸二乙酯 宇宙強輻射，微重力和高真空等，如太空椒,（1）農(nóng)作物育種：培育出的新品種，具有抗病力強、產(chǎn)量高、品質好等特點，如黑農(nóng)五號大豆。,（2）微生物育種：如青霉菌的培育。,注：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。,提示此特點為缺點，不是優(yōu)點。,,,,,,,遺傳育種方式的比較,基因重組,基因突變,染色體變異,染色體變異,基因重組,基因重組、染色體變異,動物細
5、胞核的全能性,染色體組成倍增加,產(chǎn)生新的基因組合即基因型,產(chǎn)生新的基因,獲得外源基因,不同物種實現(xiàn)基因重組,實現(xiàn)細胞核的全能性表達,項目,雜交育種,誘變育種,單倍體育 種,多倍體育 種,基因工程育種,細胞融合技術育種,技術復雜且須與雜交育種配合,發(fā)育延遲，結實率低,有可能引起生態(tài)危機。,將不同個體的優(yōu)良性狀集中于一個生物個體上,甲品種,乙品種,,F1,F2,,,,,人工選擇性狀穩(wěn)定遺傳的新品種,甲品種,乙品種,,目的基因,運 載 體,+,種子,返地種植,多種變異種類,新品種,,,,衛(wèi)星 搭 載,太空 旅 行,人工 選擇,F1,,單倍體植株,若干植株,新品種,,,,花藥離 體培養(yǎng),秋水 仙素,人
6、工 選擇,正常的幼苗,若干植株,新品種,,,秋水仙素,人工選擇,,,,重組DNA,受體細胞,轉基因生物,,,體細胞核,去 核 卵,細胞融合技術育種,細胞核 移植技 術育種,基因工程育 種,多倍體 育 種,單倍體 育 種,誘變 育種,雜交 育種,項目,白菜甘藍番茄馬鈴薯,克隆羊、鯉鯽移核魚,青霉素 高產(chǎn)菌株,矮稈抗銹病小麥,實例,甲植株細胞,乙植株細胞,+,,,,原生質體 融 合,雜種細胞,組織培養(yǎng),,,雜種植株,,,,,重構卵,分裂并胚胎 移 植,新品種,,,,,4隨著我國航天技術的日趨成熟，太空育種正在興起，有兩個優(yōu)勢：太空失重、真空狀態(tài)，將很多在地球重力場中無法完成的育種實驗變?yōu)槿菀讓?/p>
7、現(xiàn)的現(xiàn)實；太空高輻射環(huán)境為動、植物、微生物發(fā)生基因突變提供良好條件！,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。,(5)讓染色體加倍可以用秋水仙素等進行處理，也可采用 細胞融合的方法，且此方法能在兩個不同物種之間進行。 (6)原核生物不能進行減數(shù)分裂，所以不能運
8、用雜交的方法進行育種，一般采用的方法是誘變育種。,,,AAaaBBbb,,育種方法綜合運用圖解,,,雜交育種,基因重組,F2,從F2開始出現(xiàn)AAbb個體(或從F2開始出現(xiàn)性狀分離),97,11,花藥離體培養(yǎng),能明顯縮短育種年限,誘變育種,過程產(chǎn)生的變異是定向的(或基因工程育種轉入的基因是已知的，用基因工程手段產(chǎn)生的變異是定向的),(1)由品種AABB、aabb經(jīng)過過程培育出新品種的育種方式稱為_________，其原理是__________。用此育種方式一般從____才能開始選育AAbb個體，是因為__________________________________。 (2)若經(jīng)過過程產(chǎn)生的子
9、代總數(shù)為1 552株，則其中基因型為AAbb的植株在理論上有____株?；蛐蜑锳abb的植株經(jīng)過過程，子代中AAbb與aabb的數(shù)量比是_______。 (3)過程常采用______________技術得到Ab個體。與過程的育種方法相比，過程的優(yōu)勢是_____________________。 (4)過程的育種方式是__________，與過程比較，過程的明顯優(yōu)勢是________________________________________________________。,二、基因工程及其應用,1.概念：,對概念的理解：,2、原理：,基因重組,基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術
10、。通俗地說，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胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。,3.工具,4.步驟,基因的“剪刀”限制性核酸內切酶（限制酶）,提取目的基因,基因的“針線”DNA連接酶,目的基因與運載體結合,基因的運輸工具運載體：常用的有質粒、噬菌體和動植物病毒，目的是將目的基因送入受體細胞。,將目的基因導入受體細胞,目的基因的檢測與鑒定,,,（一）基因的剪刀限制性內切酶（簡稱限制酶）,,1、分布：主要在微生物中。,2、特點：特異性，即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子。,3、舉例：大腸桿菌的一種限制酶（
11、EcoR）能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。,（一）基因的剪刀限制性內切酶（簡稱限制酶）,,4、結果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。,什么叫黏性末端？,被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。,5、作用：基因工程中重要的切割工具。在微生物體內能將外來的DNA切斷，對自己的DNA無損害。,限制酶不剪切細菌本身的DNA的原因：,a.DNA分子中不具備相應的識別切割序列。,b.在甲基化酶的作用下，將甲基轉移到相應序列的堿基上。,故而這是微生物長期進化形成的一套完善防御機制。,（二）基因的針線DNA連接酶,,DNA連接酶可把黏性末
12、端之間的縫隙“縫合”起來，即連接脫氧核糖和磷酸交替連接而成的DNA骨架上的缺口,,,磷酸二酯鍵，DNA連接酶作用處,,(1)催化對象：兩個具有相同黏性末端的DNA片段。 (2)催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。 (3)催化結果：形成重組DNA。,注：DNA連接酶連接的部位：磷酸二酯鍵（梯子的扶手），不是氫鍵（梯子的踏板）。,（三）基因的運輸工具運載體,,4、質粒：,3、種類：,質粒、噬菌體和動植物病毒。,是基因工程最常用的運載體，它廣泛地存在于細菌中，是細菌染色體外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子，大小只有普通細菌擬核DNA的百分之一。,,1、作用,,2、條件,（充當運輸工具）,（目的基因
13、單獨不能復制）,比一比：(1)DNA連接酶和DNA聚合酶有何不同？(2)運載體和細胞膜上的載體相同嗎？ 答案：：(1)DNA連接酶是修復愈合DNA片段間單鏈上的缺口，使之形成磷酸二酯鍵。DNA聚合酶是DNA分子復制時，按模板鏈的要求，逐個把脫氧核苷酸連接起來，形成DNA的子鏈。 (2)不同。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。 位于細胞膜上的載體是蛋白質，與控制物質進出細胞有關系。,基因操作的基本步驟,,,,,提取目的基因,,1,,,2,,,3,將目的基因導入受體細胞,,,4,目的基因的檢測與表達,目的基因與運載體結合,（一）提取目的基因,,
14、1、目的基因：是人們所需要轉移或改造的基因。,如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《尽⒖辜毦┗?、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、干擾素基因等。,2.取得途徑,,直接分離（從供體細胞）,人工合成（化學合成）,,反轉錄法,根據(jù)蛋白質中氨基酸的序列推測出核苷酸序列，通過化學方法人工合成DNA,,（二）目的基因與運載體結合,1）用一定的限制酶切割質粒，使其出現(xiàn)一個切口，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粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質粒）,注：目的基因與運載體的結合過程，實
15、際上是不同來源的基因重組的過程。,,常用的受體細胞：,大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。,將目的基因導入受體細胞原理,借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。,（三）將目的基因導入受體細胞,,（四）目的基因的檢測和表達,受體細胞攝入DNA分子后,目的基因不一定完成了表達。,受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達。,若不能表達，要對抗蟲基因再進行修飾。,,檢測：根據(jù)受體細胞中是否具有標記基因，判 斷目的基因導入與否 鑒定：受體細胞是否表現(xiàn)目的基因控制的性狀，如棉花抗蟲性狀的表現(xiàn)。,1、分子水平的檢測：分子雜交技術,第二步：檢測目的基因是否轉錄出mRNA,第三步：檢測目
16、的基因是否翻譯成蛋白質,2、個體水平的鑒定,方法：抗原抗體雜交,第一步：檢測目的基因是否插入受體細胞染色體DNA上,方法： DNA分子雜交技術。 （轉基因生物的DNA與目的基因的DNA片段）,方法： 分子雜交技術。 （轉基因生物的mRNA與目的基因的DNA片段）,一個抗蟲或抗病的目的基因導入細胞后，是否賦予了植物抗蟲或 抗病的特性，需要做抗蟲或抗病的接種實驗，以確定是否有抗性及 抗性程度。,（四）目的基因的檢測和表達,提醒微生物常被用做受體細胞的原因是其具有繁殖快、代謝快、目的基因產(chǎn)物多的特點。 動物受體細胞一般選用受精卵，植物受體細胞可以是體細胞，但需與植物組織培養(yǎng)技術相結合。,二、基因工程
17、的應用,,1、基因工程與作物育種,、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質的品種,、培育抗逆性品種,（1）基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用：,轉入向日葵基因的大豆,用基因工程的方法可以改善糧食作物的蛋白質含量。如“向日葵豆”植株。,將細菌的抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉移到作物體內，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉。,抗蟲的基因來自蘇云金桿菌。蘇云金桿菌形成的伴胞晶體是一種毒性很強的蛋白晶體，能使棉鈴蟲等鱗翅口害蟲癱瘓致死?？茖W家將編碼這個蛋白質的基因導人作物，使作物自身具有抵御蟲害的能力。,,,,,轉魚抗寒基因的番茄,轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒,,二、基因工程的應用,,1、基因工程與
18、作物育種,、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具優(yōu)良品質的品種,、培育抗逆性品種,（1）基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用：,、繁殖具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質量的皮毛等優(yōu)良品質的轉基因動物。,（2）基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上的應用,,、利用某些特定的外源基因在哺乳動物體內表達，從這些動物的乳腺細胞中獲得人類所需要的各種物質，如激素、抗體及酶類等。,注：抗蟲基因作物的使用優(yōu)點：教材104頁,將人的生長激素基因和牛的生長激素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的“超級小鼠”。,超級羊,生長快、肉質好的轉基因鯉魚(中國),乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷),導入人基因具特殊用途的豬,,,背上長人耳的老鼠,,2、基因工程與
19、藥物研制,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)。若將生物合成相應藥物成分的基因導入微生物細胞內，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。,,注：用基因工程的方法能夠高效率的生產(chǎn)出各種高質量、低成本的藥品。,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)量之低和價格之高可想而知。,將合成的人的胰島素基因導入大腸桿菌，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，
20、還使其價格降低了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。,疫苗： 乙肝、狂犬病、百日咳、霍亂、傷寒、瘧疾,基因工程藥品：胰島素、干擾素、白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品,,3、基因工程與環(huán)境保護,（1）環(huán)境監(jiān)測：檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。,,1t水中有10個病毒也能被檢測出來,快速靈敏,,、基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質。,通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質。,（2）環(huán)境污染治理,,,、通過基因重組構建新的殺蟲劑，取代生產(chǎn)過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農(nóng)藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。,、用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。,,科學是把雙刃劍，關鍵是如何使用,三、基因工程與食品安全,
高中生物 第六章 從雜交育種到基因工程課件 新人教版必修1
