复习从杂交育种到基因工程

1、第六章 从杂交育种到基因工程一、杂交育种1、概念杂交育种是将两个或两个以上的优良性状通过交配集中在一起，在经过选择和培育，获得新品种的方法。2、原理基因重组3、方法例如：高产、矮秆水稻的培育 抗病、矮秆小麦的培育4、应用杂交 自交 选优 自交 纯合子的优良品种多次杂交水稻之父：袁隆平,从1976年到2006年，累计增产粮食5200多亿公斤，平均每年解决6000万人的粮食问题。中国荷斯坦牛： 荷斯坦弗里生牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形成的优良种。 泌乳期可达305天，年产乳量可达6300kg以上 。荷斯坦牛中国黄牛5、优点6、缺点1.育种所需时间较长（一般需78年）2.只能利用已有的基因重组，不能

2、创造新的基因。使不同个体优良性状集中在一个个体上.操作简便1、概念利用物理因素（如X射线，紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸等）处理生物，使生物发生基因突变。2、原理基因突变二、诱变育种“黑农五号”大豆、青霉菌的选育 太空作物的培育等。3、应用“黑农五号”大豆 黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培育成“黑农五号”大豆品种，含油量比原来的品种提高了2.5%，大豆产量提高了16%。 青霉菌高产菌株的选育1943年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到5000060000单位/mL。

3、 太空中各种辐射、失重、宇宙粒子、弱地磁，高真空等综合作用，产生地面上难以实现的变异。太空育种太空育种的蔬菜育成的巨人南瓜“神舟”五号搭载太空黄瓜、优点提高变异频率，加速育种进程。大幅度地改良性状。获得前所未有的新性状。难以控制突变方向，具有一定的盲目性,有利个体少;需大量处理实验材料 ，工作量大 。、缺点 根据育种目的选择育种方式(1)集中不同亲本的优良性状(2）集中优良性状，又缩短育种年限(3)若要快速获得纯种(4)若要提高营养物质含量(5)若要培育原先没有的性状（6）实验材料为原核生物，采用（7）克服远缘杂交不亲和的障碍杂交育种 (9)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其 最简便

4、的方法是自交。单倍体育种单倍体育种多倍体育种诱变育种(8)若培育植物为营养繁殖，如土豆、地瓜等，则只要出现所 需性状即可，不需要培育出纯种。诱变育种和基因工程育种基因工程育种特别提醒(1)杂交种与多倍体的比较：二者都可产生很多优良性状如茎秆粗壮、抗倒伏、产量提高、品质改良，但多倍体生长周期长，晚熟；而杂交种可早熟，故成熟期早晚可判定是多倍体还是杂交种。1982年第一例转基因动物问世。科学家将大鼠的生长激素基因导入小鼠体内，使小鼠体重为正常个体的二倍，被称为超级小鼠。“超级鲤鱼”生长速度比普通鲤鱼快42%，经济效益提高125%。基因工程及其应用第2节1.概念基因工程又叫_或DNA重组技术，即按照

5、人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，_，然后放到另一种生物的细胞里，_生物的遗传性状。基因拼接技术加以修饰改造定向地改造一、基因工程及其应用2.别名：一）相关概念基因拼接或DNA重组技术4.原理：基因重组5.操作对象：DNA分子6.基本过程：剪切、拼接、导入、表达7.操作目的：定向的改造生物的遗传性状3.操作水平：分子水平“嫁接”了人胰岛素基因的大肠杆菌提取培育转基因大肠杆菌的简要过程你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素)人体组织细胞胰岛素基因与运载体DNA拼接导入大肠杆菌(含胰岛素基因)转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素)培育转基因大肠杆菌的关键步骤1.

6、ONE胰岛素基因从人体细胞内提取出来2.TWO胰岛素基因与运载体DNA连接3.THREE胰岛素基因导入受体(大肠杆菌)细胞基因的“剪刀”基因的“针线”基因的运载体二）基因操作的工具基因的“剪刀”限制性核酸内切酶基因的“针线”DNA连接酶基因的运输工具运载体1、基因工程的限制性核酸内切酶(限制酶)主要存在于微生物一种限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割DNA分子已发现的有200多种种类:来源:特点:作用于：磷酸二酯键剪刀：使氢键断裂的酶？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内切酶（EcoR）作用过程点击播放被同一种限制酶切断的几个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？具有结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段2、基因工程的DNA连接酶作用：两个具有相同粘性末端的DNA片段连接起来，使之成为一个完整的DNA分子针线：结果：形成重组DNA使用DNA连接酶制作重组DNA分子甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG

8、GGCATCTTAAAATTCCGTAG DNA连接酶的作用位点是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：_。磷酸二酯键DNA连接酶的作用过程点击播放3、基因的运载体（2）条 件能够在宿主细胞中复制并稳定地保存具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接具有标记基因，便于进行筛选（1）常用运载体：质粒(常用）、噬菌体和动、植物病毒等（3）本质小型环状DNA分子 标记基因，便于进行检测。质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是能够自主复制的很小的环状DNA分子。从细胞中分离出DNA从大肠杆菌中提取质粒限制 酶提取目的基因限制酶目的基因与运载体结合DNA连 接酶目的基因导入受体细胞目的基因的表达与检测三）基

9、因工程操作的基本步骤目的基因三）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，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。直接分离基因人工合成基因目的基因的提取方法三）基因操作的基本步骤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

10、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。目的基因导入受体细胞有关基因工程的相关提醒 (1)限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求是同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第二步中两种工具酶都用到。 (2)目的基因表达的标志：通过翻译合成相应的蛋白质。 (3)通过基因工程培育的抗虫棉，只能抗虫不能抗病毒、细菌。 容易混淆的DNA连接酶和DNA聚合酶 (1)DNA连接酶：在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。 (2)DNA聚合酶：可将单个的脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸序列上，形成磷酸二酯键。 (3)

11、相同点：这两种酶都是蛋白质，都可以形成两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。正确理解基因重组与基因工程间的关系比较项目基因重组基因工程不同点重组基因同一物种的不同基因一般是不同物种间的不同基因意义是生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义使人类有可能按自己的意愿直接定向地改造生物的遗传性状，培育出新品种相同点都实现了不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异育种的方法有杂交育种、单倍体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等，下面对这五种育种方式的说法正确的是( )A.涉及的原理有基因突变、基因重组、染色体变异B.都不可能产生定向的可遗传变异C.都在细胞水平上进行操作D.都不能通过产生新基因而产生新

12、性状【解析】选A。杂交育种原理是基因重组，单倍体育种原理是染色体变异，诱变育种原理是基因突变，多倍体育种原理是染色体变异，基因工程育种原理是基因重组。基因工程育种可产生定向的可遗传变异；杂交育种、诱变育种、多倍体育种都是个体水平上的操作，而单倍体育种的花药离体培养属细胞水平的操作，基因工程育种属分子水平上的操作；诱变育种可以产生新基因，进而形成新性状。2.育种专家用高秆抗锈病水稻与矮秆不抗锈病水稻杂交，培育出了矮秆抗锈病水稻，与这种育种方式原理不相同的是( )A.基因工程B.肺炎双球菌转化C.三倍体无子西瓜的培育D.减数第一次分裂后期非同源染色体的自由组合【解析】选C。通过杂交让位于不同个体的

13、优良性状集中到一个个体上，属于杂交育种，原理是基因重组。A、B、D都属于基因重组，C属于染色体变异。3.下列有关育种的叙述中，错误的是( )A.用于大田生产的优良品种不一定是纯合子B.通过植物组织培养技术培育脱毒苗，筛选培育抗病毒新品种C.杂交育种可用于家畜、家禽的育种D.为了避免对三倍体无子西瓜年年制种，可利用植物组织培养快速繁殖【解析】选B。通过植物组织培养技术培育的脱毒苗没有病毒，但不一定能抗病毒。四、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

14、转基因牛(阿根廷)1、基因工程与作物育种基因工程在农业上的应用 培育抗逆性品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。 抗虫基因作物的意义： 减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色 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？

15、目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短导入人基因具特殊用途的猪和小鼠特殊动物 图为2001年12月底出生的5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。 2、基因工程与药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物 用基因工程的方法生产胰岛素、干扰素、白细胞介素、凝血因子、以及预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾等的疫苗。 提高生产产量、降低生产成本。胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%! 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