杂交育种和诱变育种、基因工程及其应用

1、杂交育种和诱变育种、基因工程及其应用能发荧光能发荧光的热带斑的热带斑马鱼马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的普通热带斑马鱼是不发荧光的 （基因拼接技术或（基因拼接技术或DNA重组技术）重组技术） 按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物取出来，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。的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。原原 理：理：操作水平：操作水平：结结 果果：目的基因目的基因供体细胞供体细胞受体细胞受体细胞基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状，获定向地改造生物的

2、遗传性状，获得人类所需要的品种。得人类所需要的品种。获得新性状获得新性状基因工程的原理基因工程的原理提取目的基因提取目的基因及切割运载体及切割运载体剪刀剪刀 限制酶限制酶针线针线DNA连接酶连接酶运输工具运输工具运载体运载体基因工程的基本工具基因工程的基本工具目的基因与运载目的基因与运载体体DNA拼接拼接目的基因进入目的基因进入受体细胞受体细胞1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶（限制酶）限制性核酸内切酶（限制酶）一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在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特定的切点上切割DNADNA分子。分子。专一性专一性如如:EcoR

3、I限制酶限制酶被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否具有相同是否具有相同的黏性末端？的黏性末端？思考:、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端连连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G

4、用同种限制酶切割用同种限制酶切割3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体常用运载体：常用运载体： 质粒质粒噬菌体噬菌体动植物病毒动植物病毒标记基因，便标记基因，便于进行检测。于进行检测。质粒：质粒： 存在于细菌、酵母菌等存在于细菌、酵母菌等拟核或细胞核外拟核或细胞核外 小的双链环状小的双链环状 能自主复制，友好地借能自主复制，友好地借居在宿主细胞中居在宿主细胞中1.含有标记基因含有标记基因大肠杆菌大肠杆菌 枯草杆菌枯草杆菌 土壤农杆菌土壤农杆菌提取目的基因提取目的基因与运载体的结合与运载体的结合导入受体细胞导入受体细胞基因的表达和检测基因的表达和检测基因操作的基本步骤基因操作的基本步

5、骤提取目的基因提取目的基因人们所需要的特定的基因人们所需要的特定的基因目的基因与运目的基因与运载体结合载体结合不同来源的不同来源的DNA重新组合重新组合，形成重组，形成重组DNA的过程的过程将目的基因导将目的基因导入受体细胞入受体细胞主要是借鉴噬菌体或病毒主要是借鉴噬菌体或病毒侵染细胞的过程侵染细胞的过程目的基因的检目的基因的检测与鉴定测与鉴定通过一定的手段对受体细通过一定的手段对受体细胞中是否导入目的基因进胞中是否导入目的基因进行检测行检测基因工程的应用基因工程的应用1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国生产的部分基因我国生产的部分基因工

6、程疫苗和药物工程疫苗和药物胰岛素、干扰素、胰岛素、干扰素、白细胞介素、白细胞介素、生长激素、疫苗等生长激素、疫苗等微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。问题，还能大大降低生产成本。 3 3、环境保护环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多种能吞食和分解多种污染环境的物质。污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的

7、一种烃类，用基因工程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培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合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，分解物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物等毒害物质。质。利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分灵敏地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死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。19981998年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了转基因年，英国一位生物学家

8、在电视节目中宣布：老鼠食用了转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。系统遭到破坏。 安全吗?怎样利用纯种高抗和纯种矮感病水稻，培怎样利用纯种高抗和纯种矮感病水稻，培育矮抗水稻？育矮抗水稻？若从播种到收获种子需要一年若从播种到收获种子需要一年,则培育出能稳定遗传的矮则培育出能稳定遗传的矮杆抗病的品种至少需要几年杆抗病的品种至少需要几年?P高杆抗病高杆抗病 DDTT矮杆感病矮杆感病 ddttF1高杆抗病高杆抗病 DdTt第第1年年选育出需要的矮抗品种选育出需要的矮抗品种F2D_T_ D_tt d

9、dT_ ddtt矮抗矮抗杂交育种杂交育种第第2年年第第3年年生长生长ddTTF3减数分裂减数分裂配子配子DTDtdTdt单倍体单倍体 DTDtdTdt花药离体培养花药离体培养秋水仙素秋水仙素第第1年年第第2年年第第4年年 单倍体育种单倍体育种DDttddTTddtt纯合体纯合体DDTT矮抗矮抗单倍体育种单倍体育种染色体变异染色体变异 n原理原理n方法方法n过程过程n优点优点n缺点缺点花药离体培养花药离体培养 选择亲本选择亲本有性杂交有性杂交F1产生的花粉离产生的花粉离体培养体培养单倍体植株单倍体植株诱导染色体加诱导染色体加倍获得可育纯合子倍获得可育纯合子选择所需要的类选择所需要的类型型 明显缩

10、短育种年限明显缩短育种年限 1、技术较复杂，成活率低、技术较复杂，成活率低2、需与杂交育种结合、需与杂交育种结合3、多限于植物、多限于植物 杂交育种杂交育种n原理原理n方法方法n过程过程n优点优点n缺点缺点基因重组基因重组 杂交杂交 杂交杂交连续自交连续自交选优选优 把位于两个品种的优良性状集于一身把位于两个品种的优良性状集于一身 1.只能利用已有的基因重组，不能创造新的只能利用已有的基因重组，不能创造新的2.育种所需时间较长（一般需育种所需时间较长（一般需78年）年）杂交水稻之父：袁隆杂交水稻之父：袁隆平平,从从1976年到年到2006年，累计增产粮食年，累计增产粮食5200多亿公斤，平均多

11、亿公斤，平均每年解决每年解决600万人的万人的粮食问题。粮食问题。中中国国黄黄牛牛荷荷斯斯坦坦牛牛杂种优势杂种优势基因型不同的两个亲本基因型不同的两个亲本个体杂交产生的杂种第个体杂交产生的杂种第一代，在生长、繁殖、一代，在生长、繁殖、抗逆性、产量等性状上抗逆性、产量等性状上优于两个亲本的现象。优于两个亲本的现象。如如骡子太空育种太空育种 太空辣椒平均单个重达太空辣椒平均单个重达500克，果实中克，果实中维生素维生素C的含量提高了的含量提高了10%25%；黄瓜；黄瓜1根达根达1米米多长；多长；“航天芝麻航天芝麻1号号”不仅个大，而且单株蒴不仅个大，而且单株蒴果达果达98粒以上；水稻蛋白质含量可提

12、高粒以上；水稻蛋白质含量可提高8.7%12%。 诱变育种诱变育种n原理原理n方法方法n过程过程n优点优点n缺点缺点基因突变基因突变辐射诱变、激光诱变、化学诱变正在辐射诱变、激光诱变、化学诱变正在分裂的细胞分裂的细胞诱发变异诱发变异选择、育成新品种选择、育成新品种能提高变异频率，加速育种过程，大能提高变异频率，加速育种过程，大幅改良性状，产生新品种。幅改良性状，产生新品种。 多倍体育种多倍体育种n原理原理n方法方法n过程过程n优点优点n缺点缺点染色体变异染色体变异 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗（有秋水仙素处理萌发的种子或幼苗（有丝分裂）丝分裂） 可培育出新品种，培育的植物器官大，产量可培育出新品种，培育的植物器官大，产量高，营养丰富高，营养丰富 只适于植物，发育迟缓，结实率低只适于植物，发育迟缓，结实率低 黑龙江农科院用辐黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培射方法处理大豆，培育成育成“黑农五号黑农五号”大大豆品种，含油量比原豆品种，含油量比原来的品种提高了来的品种提高了2.5%2.5%，大豆产量提高了，大豆产量提高了16%16%。 19431943年从自然界分离出来的年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素青霉菌只能产生青霉素2020单单位位/mL/mL。后来人们对青霉菌。后来人们对青霉菌多次进行多次进行X X射线、紫外线照射线、紫外线照射以及