高中生物 第六章 从杂交育种到基因工程课件 新人教版必修1

从杂交育种到基因工程一、选择育种1、优点：有利生物的变异，通过长期选择，汰劣留良，培育优良品种2、缺点：周期长而且可选择的范围是有限的。二、杂交育种1、概念：2、原理：3、优点：4、不足：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。基因重组将同种生物不同个体上的优良性状集中在同一个体上，即“集优”。①不能创造新基因，是原有基因的重新组合，从而不能产生新性状。②育种进程缓慢，过程繁琐。③只适用于有性生殖的生物。5、方法：杂交自交选优连续自交F1：杂种F2：所需类型纯合子具有不同优良性状的亲本注：杂交育种不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，则需要连续自交筛选直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要在子二代出现该性状个体即可。纯种高杆抗锈病小麦（DDTT）与矮杆不抗锈病小麦（ddtt）培育矮杆抗锈病小麦（ddTT）P：DDTT×ddtt↓F1：DdTt↓自交F2：矮杆抗锈病（ddTtddTT）↓连续自交矮杆抗锈病（ddTT）6、举例：7、应用：8、杂交育种与杂种优势（1）在农业生产上，杂交育种是改良作物品质，提高农作物单位面积产量的常规方法：如杂交水稻，矮杆抗锈病小麦。（2）在畜牧业中，用于家畜、家禽优良品种的选育。如奶牛。（1）杂种优势是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代，在适应能力上优于两个亲本的现象。（2）杂交育种是在杂交后代众多类型中选择符合育种目标的个体进一步培育，直到获得稳定遗传的具有优良性状的新品种；注：生产上人们利用杂种优势，需要年年配种（杂种），但不再留种三、诱变育种1、概念：2、原理：3、优点：4、不足：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变。基因突变①提高突变率，在较短时间内获得更多的优良性状。②产生新基因，从而大幅度改良某些性状③变异范围广，动物、植物、微生物均适用。①有利变异少，需大量处理材料②诱变的方向和性质不能控制，具有盲目性③突变体难以集中多个理想的优良性状。5、方法：6、应用选择生物→诱发突变→选择理想类型→培育诱变因素物理因素：化学因素：空间诱变：X射线、r射线、紫外线、激光等亚硝酸、硫酸二乙酯宇宙强辐射，微重力和高真空等，如太空椒（1）农作物育种：培育出的新品种，具有抗病力强、产量高、品质好等特点，如黑农五号大豆。（2）微生物育种：如青霉菌的培育。注：诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。提示　此特点为缺点，不是优点。×××√×√遗传育种方式的比较核移植技术育种依据原理常用方法①杂交→自交→选优→自交（选纯种）②杂交→所需杂交品种物理诱变、化学诱变、作物空间技术育种花药离体培养，再诱导染色体加倍用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。注：低温、阻碍高尔基体正常发挥功能均可诱导染色体加倍转基因技术将目的基因导入生物体内，培育新品种将不同生物的原生质体融合。同种生物细胞可融合为多倍体。将具有所需性状的体细胞核移植到去核卵细胞中特点得到纯合子，自交后代性状不分离优点可提高变异频率，加速育种进程或大幅度改良某些性状可明显缩短育种年限；获得稳定遗传的纯合子（性状稳定快）器官巨大，提高产量和营养成分打破物种界限，定向改变生物性状；克服远缘杂交不亲和的障碍。按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品。克服远缘杂交不亲和障碍；大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。可改良动物品种或保护濒危物种缺点时间长，须及时发现优良品种有利变异少，须大量处理实验材料技术难度高技术要求高基因重组基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组、染色体变异动物细胞核的全能性染色体组成倍增加产生新的基因组合即基因型产生新的基因获得外源基因不同物种实现基因重组实现细胞核的全能性表达项目杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种细胞融合技术育种技术复杂且须与杂交育种配合发育延迟，结实率低有可能引起生态危机。将不同个体的优良性状集中于一个生物个体上育种程序单倍体育种获得的矮秆抗锈病小麦三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉甲品种乙品种F1F2×人工选择性状稳定遗传的新品种甲品种乙品种×目的基因运载体+种子返地种植多种变异种类新品种卫星搭载太空旅行人工选择F1单倍体植株若干植株新品种花药离体培养秋水仙素人工选择正常的幼苗若干植株新品种秋水仙素人工选择重组DNA受体细胞转基因生物体细胞核去核卵细胞融合技术育种细胞核移植技术育种基因工程育种多倍体育种单倍体育种诱变育种杂交育种项目白菜—甘蓝番茄—马铃薯克隆羊、鲤鲫移核鱼青霉素高产菌株矮秆抗锈病小麦实例甲植株细胞乙植株细胞+原生质体融合杂种细胞组织培养杂种植株重构卵分裂并胚胎移植新品种4．随着我国航天技术的日趋成熟，太空育种正在兴起，有两个优势：①太空失重、真空状态，将很多在地球重力场中无法完成的育种实验变为容易实现的现实；②太空高辐射环境为动、植物、微生物发生基因突变提供良好条件！2．在所有育种方法中，最简捷、常规的育种方法——杂交育种。3．根据不同育种需求选择不同的育种方法。(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。(2)要求快速育种，则运用单倍体育种。(3)要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。(4)要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。(5)让染色体加倍可以用秋水仙素等进行处理，也可采用细胞融合的方法，且此方法能在两个不同物种之间进行。(6)原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，一般采用的方法是诱变育种。⑧AAaaBBbb育种方法综合运用图解杂交育种基因重组F2从F2开始出现AAbb个体(或从F2开始出现性状分离)971∶1花药离体培养能明显缩短育种年限诱变育种过程④产生的变异是定向的(或基因工程育种转入的基因是已知的，用基因工程手段产生的变异是定向的)(1)由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种的育种方式称为_________，其原理是__________。用此育种方式一般从____才能开始选育AAbb个体，是因为__________________________________。(2)若经过过程②产生的子代总数为1552株，则其中基因型为AAbb的植株在理论上有____株。基因型为Aabb的植株经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是_______。(3)过程⑤常采用______________技术得到Ab个体。与过程①②③的育种方法相比，过程⑤⑥的优势是_____________________。(4)过程⑦的育种方式是__________，与过程⑦比较，过程④的明显优势是________________________________________________________。二、基因工程及其应用1.概念：对概念的理解：基因工程别名基因拼接技术、转基因技术或DNA重组技术操作环境生物体的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、表达结果定向改造生物的遗传性状，获得人类需要的基因产物2、原理：基因重组基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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。3.工具4.步骤基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）提取目的基因基因的“针线”——DNA连接酶目的基因与运载体结合基因的运输工具——运载体：常用的有质粒、噬菌体和动植物病毒，目的是将目的基因送入受体细胞。将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定（一）基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）1、分布：主要在微生物中。2、特点：特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。3、举例：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。（一）基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）4、结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。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，这样的切口叫黏性末端。5、作用：基因工程中重要的切割工具。在微生物体内能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。限制酶不剪切细菌本身的DNA的原因：a.DNA分子中不具备相应的识别切割序列。b.在甲基化酶的作用下，将甲基转移到相应序列的碱基上。故而这是微生物长期进化形成的一套完善防御机制。（二）基因的针线—DNA连接酶DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即连接脱氧核糖和磷酸交替连接而成的DNA骨架上的缺口磷酸二酯键，DNA连接酶作用处(1)催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。(2)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。(3)催化结果：形成重组DNA。注：DNA连接酶连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。（三）基因的运输工具—运载体4、质粒：3、种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。是基因工程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，大小只有普通细菌拟核DNA的百分之一。1、作用2、条件（充当运输工具）（目的基因单独不能复制）比一比：(1)DNA连接酶和DNA聚合酶有何不同？(2)运载体和细胞膜上的载体相同吗？ 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 ：：(1)DNA连接酶是修复愈合DNA片段间单链上的缺口，使之形成磷酸二酯键。DNA聚合酶是DNA分子复制时，按模板链的要求，逐个把脱氧核苷酸连接起来，形成DNA的子链。(2)不同。①运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等。②位于细胞膜上的载体是蛋白质，与控制物质进出细胞有关系。基因操作的基本步骤提取目的基因123将目的基因导入受体细胞4目的基因的检测与表达目的基因与运载体结合（一）提取目的基因1、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。2.取得途径直接分离（从供体细胞）人工合成（化学合成）①反转录法②根据蛋白质中氨基酸的序列推测出核苷酸序列，通过化学方法人工合成DNA（二）目的基因与运载体结合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）注：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。常用的受体细胞：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原理借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。（三）将目的基因导入受体细胞（四）目的基因的检测和表达受体细胞摄入DNA分子后,目的基因不一定完成了表达。受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。检测：根据受体细胞中是否具有标记基因，判断目的基因导入与否鉴定：受体细胞是否表现目的基因控制的性状，如棉花抗虫性状的表现。1、分子水平的检测：分子杂交技术第二步：检测目的基因是否转录出mRNA第三步：检测目的基因是否翻译成蛋白质2、个体水平的鉴定方法：抗原－抗体杂交第一步：检测目的基因是否插入受体细胞染色体DNA上方法：DNA分子杂交技术。（转基因生物的DNA与目的基因的DNA片段）方法：分子杂交技术。（转基因生物的mRNA与目的基因的DNA片段）一个抗虫或抗病的目的基因导入细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病的特性，需要做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。（四）目的基因的检测和表达提醒　①微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快、代谢快、目的基因产物多的特点。②动物受体细胞一般选用受精卵，植物受体细胞可以是体细胞，但需与植物组织培养技术相结合。二、基因工程的应用　　1、基因工程与作物育种Ⅰ、高产、稳产和具优良品质的品种Ⅱ、培育抗逆性品种（1）基因工程在农业上的应用：转入向日葵基因的大豆用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。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。抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导人作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的甜椒二、基因工程的应用　　1、基因工程与作物育种Ⅰ、高产、稳产和具优良品质的品种Ⅱ、培育抗逆性品种（1）基因工程在农业上的应用：Ⅰ、繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。（2）基因工程在畜牧养殖业上的应用Ⅱ、利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各种物质，如激素、抗体及酶类等。注：抗虫基因作物的使用优点：教材104页将人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。超级羊生长快、肉质好的转基因鲤鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)导入人基因具特殊用途的猪背上长人耳的老鼠2、基因工程与药物研制　　许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。　　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细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，还能大大降低生产成本。注：用基因工程的方法能够高效率的生产出各种高质量、低成本的药品。　　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。将合成的人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%!　　干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。　　人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。人造血液及其生产疫苗：乙肝、狂犬病、百日咳、霍乱、伤寒、疟疾基因工程药品：胰岛素、干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、人造血液代用品3、基因工程与环境保护（1）环境监测：检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中有10个病毒也能被检测出来快速灵敏Ⅰ、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。（2）环境污染治理Ⅲ、通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和利用工业废物。Ⅱ、用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。科学是把双刃剑，关键是如何使用三、基因工程与食品安全