基因工程與育種

1、課前基礎(chǔ)知識(shí)背誦課前基礎(chǔ)知識(shí)背誦 v雜交育種的定義雜交育種的定義 v基因工程的定義和工具基因工程的定義和工具 v限制酶的作用特點(diǎn)限制酶的作用特點(diǎn) v基因工程操作的基本步驟基因工程操作的基本步驟 基因工程育種基因工程育種 2、原理： 3、操作水平： 4、結(jié)果：按照人們的意愿（目的性強(qiáng)）定向 地改造生物的遺傳性狀，獲得人類 所需要的品種。 1、概念： (1)、基因工程的 大腸桿菌(EcoR I)的一種限制酶能識(shí)別 GAATTC序列，并在G和A之間切開。 限制酶 C T T A A G A A T T C G （一）基因工程的工具（一）基因工程的工具 被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口， 帶有幾個(gè)伸

2、出的核苷酸，他們之間正好互 補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。 C T T A A GA A T T C G 限制酶限制酶 v作用特點(diǎn)：作用特點(diǎn)： v作用結(jié)果：作用結(jié)果： v作用部位：作用部位： 產(chǎn)生黏性末端 磷酸二酯鍵 (2)、基因工程的 DNA連接酶 其作用與限制酶相反，作用點(diǎn)相同。 C T T A A G A A T T C G vDNADNA連接酶與連接酶與DNADNA聚合酶一樣嗎？為什么？聚合酶一樣嗎？為什么？ 【高考警示鐘高考警示鐘】 容易混淆的容易混淆的DNADNA連接酶和連接酶和DNADNA聚合酶聚合酶 (1)DNA(1)DNA連接酶：在兩個(gè)連接酶：在兩個(gè)DNADNA片段之間形成磷

3、酸片段之間形成磷酸 二酯鍵。二酯鍵。 (2)DNA(2)DNA聚合酶：可將單個(gè)的脫氧核苷酸加到已聚合酶：可將單個(gè)的脫氧核苷酸加到已 有的脫氧核苷酸序列上，形成磷酸二酯鍵。有的脫氧核苷酸序列上，形成磷酸二酯鍵。 (3)(3)相同點(diǎn)：這兩種酶都是蛋白質(zhì)，可以形成相同點(diǎn)：這兩種酶都是蛋白質(zhì)，可以形成 兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 3、基因的運(yùn)載體 （1）條件 能在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接 具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選 （2）常用的運(yùn)載體 質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)、植物病毒等 主要借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的方法。主要借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)

4、胞的方法。 1、提取目的基因 直接分離基因人工合成基因 2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過(guò)程，實(shí)際上是不同來(lái)源 的基因重組的過(guò)程。 （二）基因工程的步驟 3、目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 4、目的基因的檢測(cè)與鑒定 檢測(cè)： 鑒定： 標(biāo)記基因控制的性狀是否出現(xiàn)。 目的基因控制的性狀是否出現(xiàn)。 受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說(shuō)明 目的基因完成了表達(dá)。若不能表達(dá)，要對(duì)目的基 因再進(jìn)行修飾。 （1）常用細(xì)菌繁殖快、代謝快、代謝產(chǎn)物多 （2）轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 （3）轉(zhuǎn)基因植物 有關(guān)基因工程的相關(guān)提醒有關(guān)基因工程的相關(guān)提醒 (1)(1)限制酶在第一步和第二步操作中都用到，且要求限制酶在第一步和第二步操

5、作中都用到，且要求 同一種酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端；第二步中兩同一種酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端；第二步中兩 種工具酶都用到。種工具酶都用到。 (2)(2)質(zhì)粒是最常用的運(yùn)載體，不要把質(zhì)粒和運(yùn)載體等質(zhì)粒是最常用的運(yùn)載體，不要把質(zhì)粒和運(yùn)載體等 同，除此之處，噬菌體和動(dòng)植物病毒也可作為運(yùn)載體。同，除此之處，噬菌體和動(dòng)植物病毒也可作為運(yùn)載體。 運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)為運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)為DNADNA，其基本單位為脫氧核苷酸。，其基本單位為脫氧核苷酸。 (3)(3)目的基因表達(dá)的標(biāo)志：通過(guò)翻譯合成相應(yīng)的蛋白目的基因表達(dá)的標(biāo)志：通過(guò)翻譯合成相應(yīng)的蛋白 質(zhì)。質(zhì)。 (4)(4)通過(guò)基因工程培育的抗蟲棉，只能抗蟲

6、，不能抗通過(guò)基因工程培育的抗蟲棉，只能抗蟲，不能抗 病毒、細(xì)菌。病毒、細(xì)菌。 【典例訓(xùn)練典例訓(xùn)練1 1】20082008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了“發(fā)現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)和 發(fā)展了水母綠色熒光蛋白發(fā)展了水母綠色熒光蛋白”的三位科學(xué)家。將綠色熒的三位科學(xué)家。將綠色熒 光蛋白基因的片段與目的基因連接起來(lái)組成一個(gè)融合光蛋白基因的片段與目的基因連接起來(lái)組成一個(gè)融合 基因，再將該融合基因轉(zhuǎn)入真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出基因，再將該融合基因轉(zhuǎn)入真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出 的蛋白質(zhì)就會(huì)帶有綠色熒光。綠色熒光蛋白在該研究的蛋白質(zhì)就會(huì)帶有綠色熒光。綠色熒光蛋白在該研究 中的主要作用是中的主要作用是( )( ) A A追

7、蹤目的基因在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制過(guò)程追蹤目的基因在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制過(guò)程 B B追蹤目的基因插入到染色體上的位置追蹤目的基因插入到染色體上的位置 C C追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布 D D追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 【變式變式】下列有關(guān)基因工程的相關(guān)敘述中，正確的是下列有關(guān)基因工程的相關(guān)敘述中，正確的是 A.A.基因治療就是去除生物體細(xì)胞中有缺陷的突變基因基因治療就是去除生物體細(xì)胞中有缺陷的突變基因 B.B.運(yùn)載體上抗性基因的存在有利于對(duì)目的基因是否表運(yùn)載體上抗性基因的存在有利于對(duì)目的基因是否表 達(dá)進(jìn)行檢測(cè)達(dá)進(jìn)行檢測(cè)

8、C.C.在基因工程操作中，必須用同種限制性核酸內(nèi)切酶在基因工程操作中，必須用同種限制性核酸內(nèi)切酶 剪切目的基因和質(zhì)粒剪切目的基因和質(zhì)粒 D.D.轉(zhuǎn)基因技術(shù)造成的變異，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于人為的基因轉(zhuǎn)基因技術(shù)造成的變異，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于人為的基因 重組，但卻產(chǎn)生了定向變異重組，但卻產(chǎn)生了定向變異 一般用同種限制性核酸內(nèi)切酶剪切目的基因和質(zhì)粒，一般用同種限制性核酸內(nèi)切酶剪切目的基因和質(zhì)粒， 但也有兩種不同的限制酶產(chǎn)生相同的黏性末端，如但也有兩種不同的限制酶產(chǎn)生相同的黏性末端，如 GATTCG GATTCG 和和ATTCATTC。 D D 基因重組與基因工程間的關(guān)系基因重組與基因工程間的關(guān)系 幾種遺傳育種的方法

9、比較幾種遺傳育種的方法比較 基因基因 重組重組 雜交雜交 自交自交 選種選種 自交自交 使不同個(gè)使不同個(gè) 體優(yōu)良性狀體優(yōu)良性狀 集中在一個(gè)集中在一個(gè) 個(gè)體上個(gè)體上; ; 操作簡(jiǎn)便操作簡(jiǎn)便 育種時(shí)間育種時(shí)間 長(zhǎng)長(zhǎng); ; 局限于親局限于親 緣關(guān)系較近緣關(guān)系較近 的個(gè)體的個(gè)體 矮稈矮稈 抗病抗病 小麥小麥 基因基因 突變突變 染色染色 體變體變 異異 輻射、輻射、 激光、激光、 空間誘空間誘 變等變等 花藥離花藥離 體培體培 養(yǎng)養(yǎng), ,用用 秋水仙秋水仙 素處理素處理 提高變異頻提高變異頻 率率, ,加速育加速育 種進(jìn)程種進(jìn)程, ,大大 幅度改良性幅度改良性 狀狀 明顯縮短明顯縮短 育種年限育種年限

10、; ; 子代均為子代均為 純合子純合子 有很大盲目有很大盲目 性性, ,有利變有利變 異少異少, ,需大需大 量處理實(shí)驗(yàn)量處理實(shí)驗(yàn) 材料材料 青霉素青霉素 高產(chǎn)菌高產(chǎn)菌 株株 單倍體單倍體 育種獲育種獲 得矮稈得矮稈 抗病小抗病小 麥麥 技術(shù)復(fù)雜技術(shù)復(fù)雜, , 需與雜交需與雜交 育種配合育種配合 染色染色 體變體變 異異 基因基因 重組重組 用秋水仙用秋水仙 素處理萌素處理萌 發(fā)的種子發(fā)的種子 或幼苗或幼苗 將一種生物將一種生物 的特定基因的特定基因 轉(zhuǎn)移到另一轉(zhuǎn)移到另一 種生物細(xì)胞種生物細(xì)胞 中中 器官大器官大, ,提提 高營(yíng)養(yǎng)物高營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)含量質(zhì)含量 打破物種界打破物種界 限限, ,定向改

11、定向改 造生物的遺造生物的遺 傳性狀傳性狀 只適用于只適用于 植物植物, ,發(fā)發(fā) 育延遲育延遲, , 結(jié)實(shí)率低結(jié)實(shí)率低 三倍體三倍體 無(wú)子西無(wú)子西 瓜瓜 轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因 抗蟲棉抗蟲棉 的培育的培育 技術(shù)復(fù)雜技術(shù)復(fù)雜, , 生態(tài)安全生態(tài)安全 問(wèn)題較多問(wèn)題較多 【技巧點(diǎn)撥臺(tái)技巧點(diǎn)撥臺(tái)】 根據(jù)育種目的選擇育種方式根據(jù)育種目的選擇育種方式 (1)(1)若要培育隱性性狀個(gè)體，可用自交或雜交，只若要培育隱性性狀個(gè)體，可用自交或雜交，只 要出現(xiàn)該性狀即可。要出現(xiàn)該性狀即可。 (2)(2)有些植物如小麥、水稻等，雜交實(shí)驗(yàn)較難操作，有些植物如小麥、水稻等，雜交實(shí)驗(yàn)較難操作， 其最簡(jiǎn)便的方法是自交。其最簡(jiǎn)便的方法是

12、自交。 (3)(3)若要快速獲得純種，可用單倍體育種方法。若要快速獲得純種，可用單倍體育種方法。 (4)(4)若要提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，可用多倍體育種方法。若要提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，可用多倍體育種方法。 (5)(5)若要培育原先沒有的性狀，可用誘變育種。若要培育原先沒有的性狀，可用誘變育種。 (6)(6)若培育植物為營(yíng)養(yǎng)繁殖，如土豆、地瓜等，則若培育植物為營(yíng)養(yǎng)繁殖，如土豆、地瓜等，則 只要出現(xiàn)所需性狀即可，不需要培育出純種。只要出現(xiàn)所需性狀即可，不需要培育出純種。 【典例訓(xùn)練典例訓(xùn)練2 2】下列有關(guān)育種說(shuō)法正確的是下列有關(guān)育種說(shuō)法正確的是( )( ) A.A.用雜交的方法進(jìn)行育種，用雜交的方法進(jìn)行育種

13、，F(xiàn) F1 1自交后代有可能篩自交后代有可能篩 選出符合人類需要的優(yōu)良品種選出符合人類需要的優(yōu)良品種 B.B.用輻射的方法進(jìn)行誘變育種，誘變后的植株一用輻射的方法進(jìn)行誘變育種，誘變后的植株一 定比誘變前的植株具備更多的優(yōu)良性狀定比誘變前的植株具備更多的優(yōu)良性狀 C.C.用基因型為用基因型為DdTtDdTt的植株進(jìn)行單倍體育種，所育的植株進(jìn)行單倍體育種，所育 的種自交后代約有的種自交后代約有1/41/4為純合子為純合子 D.D.用基因型為用基因型為DdTtDdTt的植株進(jìn)行多倍體育種，所育的植株進(jìn)行多倍體育種，所育 的種和原品種雜交一定能產(chǎn)生可育后代的種和原品種雜交一定能產(chǎn)生可育后代 A A 【

14、變式變式】某植物的基因型為某植物的基因型為AaBBAaBB，通過(guò)下列技術(shù)可以分，通過(guò)下列技術(shù)可以分 別將它轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵禄蛐偷闹参铮簞e將它轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵禄蛐偷闹参铮?AABB AABB aBaB AaBBC AaBBC AAaaBBBBAAaaBBBB 則以下排列正確的是則以下排列正確的是( )( ) A.A.誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、花藥離體培養(yǎng)、細(xì)胞融合誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、花藥離體培養(yǎng)、細(xì)胞融合 B.B.雜交育種、花藥離體培養(yǎng)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、多倍體育種雜交育種、花藥離體培養(yǎng)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、多倍體育種 C.C.花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、多倍體育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、多倍體育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)

15、 D.D.多倍體育種、花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)多倍體育種、花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù) B B 1.1.與雜交育種、單倍體育種、多倍體育種和基因與雜交育種、單倍體育種、多倍體育種和基因 工程育種相比，盡管人工誘變育種具有很大的盲工程育種相比，盡管人工誘變育種具有很大的盲 目性，但是該育種方法的獨(dú)特之處是目性，但是該育種方法的獨(dú)特之處是( )( ) A.A.可以將不同品種的優(yōu)良性狀集中到一個(gè)品種上可以將不同品種的優(yōu)良性狀集中到一個(gè)品種上 B.B.育種周期短，加快育種的進(jìn)程育種周期短，加快育種的進(jìn)程 C.C.改變基因結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造前所未有的性狀類型改變基因結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造前所未有的性狀類型

16、D.D.能夠明顯縮短育種年限，后代性狀穩(wěn)定快能夠明顯縮短育種年限，后代性狀穩(wěn)定快 2.2.育種專家用高稈抗銹病水稻與矮稈不抗銹病水育種專家用高稈抗銹病水稻與矮稈不抗銹病水 稻雜交，培育出了矮稈抗銹病水稻，與這種育種稻雜交，培育出了矮稈抗銹病水稻，與這種育種 方式原理不相同的是方式原理不相同的是( )( ) A.A.基因工程基因工程 B.B.肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化 C.C.三倍體無(wú)子西瓜的培育三倍體無(wú)子西瓜的培育 D.D.減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體的自由組合減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體的自由組合 3.3.下列有關(guān)育種的敘述中，錯(cuò)誤的是下列有關(guān)育種的敘述中，錯(cuò)誤的是( )( ) A.A

17、.用于大田生產(chǎn)的優(yōu)良品種不一定是純合子用于大田生產(chǎn)的優(yōu)良品種不一定是純合子 B.B.通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育脫毒苗，篩選培育通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育脫毒苗，篩選培育 抗病毒新品種抗病毒新品種 C.C.雜交育種可用于家畜、家禽的育種雜交育種可用于家畜、家禽的育種 D.D.為了避免對(duì)三倍體無(wú)子西瓜年年制種，可利用為了避免對(duì)三倍體無(wú)子西瓜年年制種，可利用 植物組織培養(yǎng)快速繁殖植物組織培養(yǎng)快速繁殖 4.4.用純種的高稈（用純種的高稈（D D）抗銹?。ǎ┛逛P?。═ T）小麥與矮稈（）小麥與矮稈（d d）易染）易染 銹病（銹?。╰ t）小麥培育矮稈抗銹病小麥新品種的方法如下，）小麥培育矮稈抗銹病小麥新品種的方法如下， 下列有關(guān)此育種方法的敘述中，正確的是（下列有關(guān)此育種方法的敘述中，正確的是（ ） 高稈抗銹病高稈抗銹病矮稈易染銹病矮稈易染銹病 F F1 1 雄配子 雄配子 幼苗幼苗 選出符合生產(chǎn)要求的品種選出符合生產(chǎn)要求的品種 A.A.過(guò)程的作用原理為染色體變異過(guò)程的作用原理為染色體變異 B.B.過(guò)程必須經(jīng)過(guò)受精作用過(guò)程必須經(jīng)過(guò)受精作用 C.C.過(guò)程必須使用生長(zhǎng)素處理幼苗過(guò)程必須使用生長(zhǎng)素處理幼苗 D.D.此育種方法可選出符合生產(chǎn)要求的品種占此育種方法可選出符合生產(chǎn)要求的品種占1/41/4 5.5.下列關(guān)于基因工程的敘述，不正確的是下列關(guān)于基因工程的敘述，不正