从杂交育种到基因工程

从杂交育种到基因工程第1页/共74页【课程标准】1、搜集生物变异在育种上应用的事例。

2、简述基因工程的诞生。3、简述基因工程的原理及技术。4、举例说出基因工程的应用。5、调查基因工程产品在社会中的应用情况，讨论转基因生物的利与弊。关注转基因生物和转基因食品的安全性。第2页/共74页1、杂交育种的原理？2、什么是诱变育种？原理？3、杂交育种和诱变育种各有哪些优点和不足？4、什么是基因工程？5、基因工程的原理是什么？6、基因工程有哪些应用？7、转基因食品安全吗？【1、2小节复习知识点】第3页/共74页

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），可采用哪些育种方式得到符合人类要求的优良品种？思考与讨论一：第一节杂交育种与诱变育种第4页/共74页育种方案：杂交育种单倍体育种诱变育种第5页/共74页

杂交育种的优点是很明显的，但是在实际操作中会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的各种类型，以及育种时间等方面，分析杂交育种方法的不足。思考与讨论二：PDDTT高秆抗锈病×ddtt矮秆易染锈病F1DdTt高秆抗锈病F2ddTt、ddTT矮秆抗锈病自交

自交

FnddTT矮秆抗锈病∶∶∶杂交育种第6页/共74页第7页/共74页2004年十大感动中国人物

颁奖辞

他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师时，已具有颠覆世界权威的胆识；当他名满天下时，却仍专注于田畴。淡薄名利，一介农夫，播撒智慧，收获富足。他毕生的梦想，就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪，最是风流袁隆平。第8页/共74页γ射线ＰDDTT高秆抗锈病

ddTT矮秆抗锈病γ射线Ｐddtt矮秆不抗锈病

ddTT矮秆抗锈病或

与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可心采取什么办法？思考与讨论四：诱变育种第9页/共74页概念：利用物理因素（如x射线，γ射线、紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变。原理：

基因突变诱变育种第10页/共74页优点：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。缺点：难以控制突变方向，多数变异有害应用：农作物育种——黑农五号大豆

(产量提高16%、含油量提高2.5%)

微生物育种——青霉素

(20单位/ml→50000单位/ml)第11页/共74页第12页/共74页“神舟”三号飞船上搭载的38种共计200克神舟三号”飞船从太空带回的试管种苗“神舟”五号搭载育成的巨人南瓜甘肃种植的太空育种的蔬菜第13页/共74页DDTT高秆抗锈病×ddtt矮秆易染锈病DdTt高秆抗锈病DT、dT、Dt、dt花药离体培养ddTT矮秆抗锈病DT、dT、Dt、dt秋水仙素处理

单倍体

幼苗

花粉

纯合体

植株

F1

P单倍体育种第14页/共74页一、基因工程(原理:基因重组)1、概念：就是按照人们的意愿，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的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物第15页/共74页2、基因的“剪刀”

——限制性内切酶识别特定核苷酸序列，切割特定DNA切点，具特异性。并裂解磷酸二酯键。例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别

GAATTC序列，并在G和A之间切开。第16页/共74页

一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有4000多种。第17页/共74页CTTAAGGCAATT例：EcoRI

酶切位点限制酶：从特殊的酶切位点将DNA分子切开第18页/共74页第19页/共74页3、基因的“针线”

——DNA连接酶连接酶的作用：

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DNA分子。连接的部位：

生成3-5磷酸二酯键(与限制酶作用位点相同)第20页/共74页DNA连接酶的作用过程第21页/共74页4、基因的运载体

——质粒或病毒作用：

将外源基因送入受体细胞。条件：

A能在宿主细胞内复制并稳定地保存。

B具有多个限制酶切点。

C具有某些标记基因。种类：

质粒、噬菌体和动植物病毒。第22页/共74页质粒第23页/共74页①从细胞中分离出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥培养大肠杆菌克隆大量基因基因工程过程示意图第24页/共74页基因工程的操作步骤A提取目的基因B目的基因与运载体结合C目的基因导入受体细胞D目的基因的表达和检测第25页/共74页二、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：三、转基因生物和转基因食品的安全性：第26页/共74页转基因马铃薯转基因烟草第27页/共74页抗虫棉抗CMV甜椒抗虫原理？抗虫结果？第28页/共74页

玉米起源于美洲大陆，15世纪传入欧洲，16世纪经葡萄牙传入中国，现在遍布全世界。远在古代，美洲的印第安人就选择和培育了许多穗大粒饱的玉米。原来他们把玉米奉为神灵，用作祭祀的玉米是在隔离条件下种植的，经过精心管理和认真选育，不仅果穗硕大、颗粒饱满，而且品质优良，无任何杂粒，这样就选育出了具有优良性状的玉米品种。

印第安人培育玉米造福全人类育种方式总结:第29页/共74页

古印第安人是最早选择和培育玉米的，最突出的贡献是选育了果穗硕大、淀粉含量高的玉米。请分析古印第安人培育玉米的方法所隐含的遗传学原理及其优缺点。（1）古印第安人培育玉米的方法称为

。（2）这里的“选择”的含义是

。（3）“用作祭的玉米是在隔离条件下种植的”其中“隔离”作用是

。选择育种汰劣留良防止劣质玉米与选择的具有优良性状的玉米杂交，使优良性状得到不断的积累。

第30页/共74页（5）现代育种工作是否运用选择育种的“汰劣留良”这一措施？（4）选择育种的优是

缺点是

选择范围有限，育种周期长。技术简单、容易操作。其他育种方式也有这一步骤的选择。强调——

选择育种的局限性是：只能利用生物在自然环境条件下产生的有限变异，在已有的性状组合中选育优良品种（缺点）。第31页/共74页1、想让许多优良性状集中在一个个体上？2、想要自然界没有的更优良的性状？3、尽快获得优良纯合体？4、获得多倍体的优良性状？5、定向改良生物某性状（或使其具备另一物种的某种性状）？6、获得两个物种的特性？我们的问题第32页/共74页下图分别表示了哪几种育种方法？A—F具体表示了什么过程？第33页/共74页1、该图解表示哪种育种方法？2、A和D过程叫什么？3、依据的原理是什么？

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。杂交；自交基因重组杂交育种一、杂交育种第34页/共74页4、杂交育种有哪些优点和不足？

不同个体的优良性状集中到新品种上，方法简单、技术要求不高。杂交出现性状分离，育种时间长，不产生新基因等。5、我国在杂交育种方面取得了哪些重大成果？杂交稻、荷斯坦牛等第35页/共74页

植物杂交的育种参考方案：

Ｐ高抗矮不抗Ｆ１高抗Ｆ２DDTTddttDdTtddTt高抗高不抗矮抗矮不抗ddTT矮抗ddTTddTt矮抗ddTT矮抗矮抗矮不抗ddTtddTT杂交自交选优自交F3选优思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？第36页/共74页动物的杂交育种中国荷斯坦牛：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。第37页/共74页试一试：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第38页/共74页长毛立耳短毛折耳BBEEbbee长毛立耳BbEe长毛立耳BbEe长立长折短立短折BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee长折短折长折

长折短折杂交F1间交配选优测交

ＰＦ１Ｆ２F3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？第39页/共74页注意1、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交，而应改为同种基因型个体间杂交。2、比植物杂交育种所需年限短。小结：杂交育种的概念：原理：基因重组方法：

植物：杂交自交选优自交动物：（相互交配）（测交）第40页/共74页思考与讨论

杂交育种的优点是很明显的，但是在实际操作中会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的各种类型，以及育种时间等方面，分析比较杂交育种方法的不足。

杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓慢，过程繁琐。第41页/共74页诱变育种1、该图解表示哪种育种方法？依据的原理是什么？2、这种育种方法常用的诱变因素是什么？基因突变太空（辐射、失重）二、诱变育种物理因素(紫外线、α射线、失重等)或化学因素(亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理植株，再选择符合要求的变异类型

第42页/共74页4、举例说明这种育种方法培育的优良品种。3、该育种方法有哪些优势与不足？有利变异少，须大量处理材料提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状

；变异范围广高产青霉菌、太空椒等。第43页/共74页思考：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达600kg，最高达750kg，蛋白质含量增加8%-20%，生长期平均缩短10天。请回答：

水稻产生这种变异的来源是_______，产生变异的原因是________。基因突变

各种宇宙射线和失重的作用，使基因的分子结构发生改变。

第44页/共74页诱变育种应用:①农作物新品种的培育②用于微生物育种，新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。如“黑农五号”大豆，产量提高了16%，含油量比原来提高了2.5%。第45页/共74页

诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外，还采用太空育种。太空育种主要是利用返回式卫星和高空气球能达到的高空环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件使植物种子的基因发生基因突变的作物育种新技术。我国已培育成功许多太空作物：第46页/共74页空间生命科学：高真空(10—8pa)微重力(10—4g)强辐射(尤其是危害性极大的HZE）第47页/共74页第48页/共74页②用于微生物育种：例如青霉素的选育。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50000～60000单位/mL。中间为青霉菌，周围是细菌。第49页/共74页思考与讨论

与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？优点：产生新基因和新的性状，能提高变异的频率，后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。不足：诱变育种的方向难以掌握，多数有害克服：要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。第50页/共74页单倍体育种1、该图解表示哪种育种方法？2、A、B、C分别表示什么过程？3、该育种方法依据的原理是什么？杂交、花药离体培养、秋水仙素处理幼苗染色体变异技术难度最大是哪一步？三、单倍体育种第51页/共74页4、该育种方法有哪些优势与不足？获得纯合体植株,明显缩短育种年限技术较复杂，需与杂交育种结合。多限于植物。

第52页/共74页多倍体育种1、此图解表示那种育种方法？依据的原理是什么？2、F表示什么过程？3、该育种方法有哪些优点和缺点？染色体变异植物器官大，产量高，营养丰富发育延迟，结实率降低。只适于植物

秋水仙素处理萌发的种子或幼苗四、多倍体育种第53页/共74页多倍体育种番茄（AA）甜椒（BB）ABAABB×杂交不育异源二倍体

秋水仙素处理使染色体加倍可育的番茄椒（异源四倍体）

第54页/共74页以上我们复习了多少种育种的方法？杂交育种单倍体育种诱变育种多倍体育种除了以上复习的四种育种方法，你知道还有哪些其他育种方法吗？第55页/共74页这是什么育种方法？它还要结合什么方法才能完成？基因工程育种植物组织培养这种育种方法依据什么原理？有什么优点和缺点？基因重组打破物种界限，定向改造生物性状可能会引起生态危机，技术难度大

五、基因工程第56页/共74页这又是什么育种方法？它也要结合什么方法才能完成？细胞工程育种植物组织培养这种育种方法所依据的原理又是什么？有何优点和缺点？细胞的全能性想一想：植物细胞A和植物细胞B要如何处理才能进一步融合？能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。技术复杂，难度大。

六、细胞工程第57页/共74页杂种细胞杂种植株番茄细胞(2n)甜椒细胞(2n)原生质体正在融合的原生质体愈伤组织4n原生质体融合

组织培养

植物细胞工程（植物体细胞杂交）育种去壁

第58页/共74页现在我们一共复习了多少种育种方法？杂交育种单倍体育种诱变育种多倍体育种基因工程育种细胞工程育种需要植物组织培养技术的支持第59页/共74页

杂交-自交-选优-自交基因工程的步骤青霉素高产菌株的培育太空椒矮秆抗锈病的小麦

产生人胰岛素的大肠杆菌抗虫棉基因水平:途径与方法

举例

原理

基因突变基因重组基因重组诱变育种

杂交育种

基因工程育种

辐射诱变、激光诱变、化学诱变–选择优点

缺点

提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状；变异范围广有利变异少，须大量处理材料将不同个体的优良性状集中到新品种上时间长，需及时发现优良性状

打破物种界限，定向改造生物性状可能会引起生态危机第60页/共74页染色体变异花药离体培养再经人工诱导使染色体加倍一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

获得纯合体植株,明显缩短育种年限植物器官大，产量高，营养丰富

单倍体育种培育矮秆抗锈病小麦三倍体无子西瓜八倍体小黑麦

染色体水平:途径与方法

举例

原理

单倍体育种多倍体育种

染色体变异优点

缺点

技术较复杂，需与杂交育种结合。多限于植物

发育延迟，结实率降低。只适于植物

第61页/共74页克隆羊鲤鲫核移植

细胞水平:途径与方法举例

原理细胞工程育种

去细胞壁→原生质体融合→杂种细胞→组织培养核移植→胚胎移植优点

缺点

保存濒危物种保持优良品种技术复杂，难度大

能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种

番茄-马铃薯白菜-甘蓝

植物：动物克隆：细胞的全能性第62页/共74页归纳总结最简易（常规）的育种方法是：

最快速的育种方法是：种间育种方法是：能创造新性状的育种方法是：杂交育种单倍体育种

基因工程育种、细胞工程育种诱变育种第63页/共74页请写出下面各项培育方法：（1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是

。（2）用60Co辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是

。（3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是

。（4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于

。（5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是

。单倍体育种

诱变育种

多倍体育种

诱变育种

杂交育种

第64页/共74页（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是

。（7）将白菜与甘蓝的体细胞用酶处理，再用聚乙二醇使其融合，通过组织培养获得新的植物品种。这种方法是

。（8）将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花受精卵中，培育出抗虫棉的方法是

。（9）生产“人工种子”采用的方法是

。多倍体育种

细胞工程育种

基因工程育种

植物组织培养

第65页/共74页想一想：如果水稻的某迟熟（AA)品种,那么我们有什么好办法快速的得到早熟（aa）品种？灵活创新、实际应用第66页/共74页人工诱变+单倍体育种早熟品种(aa)花药离体培养

当年就可以培育出优良新品种！迟熟品种(AA)杂合子(Aa)人工诱变

幼苗（A）

幼苗（a）秋水仙素处理迟熟品种(AA)秋水仙素处理√第67页/共74页运用知识解决问题：

[问题1]：番茄是一种营养丰富、经济价值很高的果蔬，深受人们的喜爱。现有3个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为aaBBDD。3对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形3对性状。思考：（1）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型为aabbdd的植株？如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要多少年？（用文字简要描述获得过程即可）(2)如果要缩短获得aabbdd植株的时间，可采用什么方法？简述其过程？

第68页/共74页AABBdd×AAbbDD（A）（B）AABbDd×aaBBDDAaBbDdaabbdd（种子）aabbdd（植株）配子abdabd（单倍体幼苗）aabbdd（植株）减数分裂秋水仙素处理

花药离体培养

第一年第二年第三年第四年第三年（C）×第69页/共74页[问题2]：番茄营养丰富但不耐贮藏。为了解决番茄贮藏问题，研究者发现，一种耐贮藏基因能使果实长期贮藏。如果你是育种专家，你将如何育种？思路一：通过是神州号宇宙飞船搭载种子进入太空。（1）飞船搭载的种子应当选刚萌发的种子，而非休眠的种子的原因是什么?

（2）这些番茄返回地面后，是否均可产生耐储藏变异？为什么？

种子萌发后进入细胞分裂，DNA在复制过程中容易受到外界因素的影响而发生基因突变

不会。变异是不定向的、随机的（3）将植物经太空返回地面后种植，发现该植物不耐贮存的性状（假设为隐性性状）突变为耐贮存性状（假设为显性性状）。①表现为耐贮存性状的种子能否大面积推广？说明理由。

②简要叙述获得该显性耐贮存优良品种的步骤

不能。因为显性杂