第七單元第三課時生物育種

引入蠶絲與蜘蛛絲蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強(qiáng)的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因為它們會互相吞食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。30多年來，科學(xué)家們一直試圖找到利用其他生物體來制造蛛絲的辦法德國科學(xué)家宣稱，他們利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌成功制造出了優(yōu)質(zhì)“蛛絲”，將來能利用這種絲紡織出精美布料或者輕巧而結(jié)實的繩索。蜘蛛的吐絲織網(wǎng)技能要受到挑戰(zhàn)了。基因工程：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理：操作水平：結(jié)果：一、基因工程目的基因供體細(xì)胞受體細(xì)胞基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。獲得新性狀二、基因操作的工具1.基因的“剪刀”──限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子。專一性如:EcoRI限制酶

被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT練一練GGCATCTTAAAATTCCGTAG２、基因的針線──DNA連接酶連接酶的作用是：將互補配對的兩個黏性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子?；虻尼樉€：DNA連接酶

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G用同種限制酶切割3、基因的運輸工具——運載體標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測。

質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等生物中,是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。作為運載體必須具有三個條件：①在宿主細(xì)胞中能保存下來并能大量復(fù)制；②有多個限制酶切點，③有一定的標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。

常用的運載體：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等三、基因工程的應(yīng)用1：基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

1993年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科學(xué)家成功地培育出抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，抗蟲的基因來自蘇云金桿菌。蘇云金桿菌形成的伴胞晶體是一種毒性很強(qiáng)的蛋白質(zhì)晶體，能使棉鈴蟲等鱗翅目害蟲癱瘓致死?？茖W(xué)家將編碼這個蛋白質(zhì)的基因?qū)胱魑?，使作物自身具有抵御蟲害的能力。轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)基因耐貯藏番茄（左）和普通番茄（右）不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)2：基因工程在畜牧養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用

2002年，中國轉(zhuǎn)基因棉花達(dá)到150萬公頃，已經(jīng)占到棉花產(chǎn)量的1／3.我國大豆食用油近七成是“轉(zhuǎn)基因”產(chǎn)品

與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點有哪些？目的性強(qiáng)、克服遠(yuǎn)源雜交不親和性、育種周期短3、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物

許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。

微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠特殊動物

圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動物器官提供巨大的幫助。4、環(huán)境保護(hù)基因工程做成的“超級細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。

通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。

討論：轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？餐桌上的轉(zhuǎn)基因食品你敢吃嗎？四、轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性兩種觀點不安全：證據(jù)安全：證據(jù)你們的觀點？

安全觀點：

1、轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成是一樣的；

2、減少農(nóng)藥使用、減少環(huán)境污染；

3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價；

4、增加食品營養(yǎng)、提高食品產(chǎn)量等。不安全觀點：

1、可能產(chǎn)生抗除草劑的超級雜草；

2、可能使疾病的散播跨越物種障礙；

3、可能損害農(nóng)作物的生物多樣性；

4、認(rèn)為創(chuàng)造新物種，可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

5、可能產(chǎn)生新毒素和新過敏源。1.基因重組與基因工程的比較突破重點：2、基因工程應(yīng)注意的若干個問題(1)限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶的作用部位都是脫氧核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵(不是氫鍵),只是一個切開,一個連接。(2)質(zhì)粒是最常用的運載體,不要把質(zhì)粒與運載體等同,除質(zhì)粒之外,噬菌體和動植物病毒也可作為運載體。運載體的化學(xué)本質(zhì)為DNA,其基本單位為脫氧核苷酸。(3)基因工程中工具酶有兩種——限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶;工具有三種,除上述兩種工具酶外還包括運載體。(4)基因工程四個步驟中只有第3步將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不涉及到堿基互補配對。(5)受體細(xì)胞常用微生物的原因——繁殖快、代謝快、目的基因產(chǎn)物多。(6)培育轉(zhuǎn)基因植物,受體細(xì)胞可選用受精卵或體細(xì)胞。若受體細(xì)胞是體細(xì)胞,再將含目的基因的體細(xì)胞進(jìn)行植物組織培養(yǎng),即可獲得轉(zhuǎn)基因植株。(7)目的基因的檢測是利用質(zhì)粒中的標(biāo)記基因,如大腸桿菌質(zhì)粒中含有抗青霉素基因。把某種生物放入帶有青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng),若有抗性,說明導(dǎo)入成功;若無抗性,說明導(dǎo)入失敗。(8)重組DNA分子進(jìn)入受體細(xì)胞后,受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀,才能說明目的基因完成了表達(dá)過程。例如檢驗抗蟲棉的抗蟲性,可讓棉鈴蟲食用棉花的葉片,食用后棉鈴蟲中毒死亡,則說明抗蟲基因在棉株中得到了表達(dá)?；蛑亟M將兩個或多個優(yōu)良性狀集中在一起。（一）雜交育種雜交自交篩選出符合要求的表現(xiàn)型，連續(xù)自交直至不發(fā)生性狀分離為止。

（1）只能利用已有基因的重組，并不能創(chuàng)造新的基因。（2）雜交后代會出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象,育種周期長。2、方法：1、原理：3、優(yōu)點：4、缺點：5、應(yīng)用：改良作物品質(zhì),提高農(nóng)作物單位面積的產(chǎn)量的常規(guī)方法,同時也可用于家畜、家禽的育種。1.雜種優(yōu)勢(1)概念:雜種優(yōu)勢是生物界普遍存在的現(xiàn)象。它是指基因型不同的親本個體相互雜交產(chǎn)生的雜種子一代,在生長勢、生活力、繁殖力、抗逆性、產(chǎn)量和品質(zhì)等一種或多種性狀上優(yōu)于兩個親本的現(xiàn)象。注意：(2)特點:雜種優(yōu)勢不是某一個性狀單獨表現(xiàn)突出,而是許多性狀綜合表現(xiàn)突出;雜種優(yōu)勢的大小取決于雙親的遺傳差異和互補程度。(3)缺點:具有雜種優(yōu)勢的品種不能代代相傳,因為這類品種的基因型是雜合的,它們的后代必定會出現(xiàn)性狀分離和重組,從而產(chǎn)生出新的性狀組合。2.雜種優(yōu)勢與多倍體新品種如何區(qū)分兩者都有許多優(yōu)良性狀,例如高產(chǎn)、抗病、品質(zhì)的改良等;但有一點是明顯區(qū)別的,即雜交種早熟但多倍體品種生育延遲,所以晚熟。（二）誘變育種4、優(yōu)點：可以提高突變率，在較短時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。5、缺點：突變的方向難以掌握;突變體難以集中多個理想性狀。6、意義：1、概念:利用物理因素或化學(xué)因素來處理生物,使生物發(fā)生基因突變從而獲得優(yōu)良變異類型的育種方法。2、原理:基因突變。3、過程:選擇生物→誘發(fā)突變→選優(yōu)良性狀→培育。培育具有新性狀的品種。（三）多倍體育種

2、方法：

低溫處理或用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗。

1、原理：

5、舉例：三倍體無子西瓜染色體變異3、優(yōu)點：器官比較大，營養(yǎng)物質(zhì)的含量提高4、缺點：發(fā)育延遲，結(jié)實率低（四）單倍體育種離體培養(yǎng)單倍體植株用秋水仙素誘導(dǎo)染色體加倍正常植株（純合,自交后代不發(fā)生形狀分離）

2、方法:

3、優(yōu)點：花藥（花粉）1、原理:染色體變異

4、缺點：明顯縮短了育種年限。技術(shù)復(fù)雜,須與雜交育種配合

5、舉例：快速培育矮桿抗銹病小麥（五）基因工程育種1、原理:

2、方法:基因重組提取目的基因目的基因與運載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與表達(dá)3、優(yōu)點：

4、缺點：

5、舉例：目的性強(qiáng)，可定向改變生物性狀技術(shù)復(fù)雜；存在安全性問題抗蟲棉（六）植物體細(xì)胞雜交1、原理:細(xì)胞膜的流動性、細(xì)胞的全能性。

2、方法:3、優(yōu)點：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。

4、缺點：

5、舉例：技術(shù)難度大白菜—甘藍(lán)細(xì)胞去壁——原生質(zhì)體融合——組織培養(yǎng)（七）動物細(xì)胞核移植1、原理:動物體細(xì)胞核的全能性

2、方法:3、優(yōu)點：改良動物品種，拯救瀕危動物

4、缺點：

5、舉例：難度大,成活率低?？寺⊙?qū)⒕邆渌栊誀畹捏w細(xì)胞核移植到去核卵細(xì)胞中。（八）胚胎移植

1、原理:早期胚胎的分裂、分化潛能

2、方法:3、優(yōu)點：短時間內(nèi)獲得大量具有某種優(yōu)良性狀的動物個體

4、缺點：

5、舉例：成活率低。試管動物將獲得的早期胚胎植入經(jīng)激素處理的雌性動物體的子宮。

雜交-自交-選優(yōu)-連續(xù)自交利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將目的基因引入生物體內(nèi)青霉素高產(chǎn)菌株的培育太空椒矮稈抗銹病小麥的培育產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌抗蟲棉基因水平:途徑與方法舉例原理基因突變基因重組基因重組誘變育種雜交育種

基因工程育種輻射誘變、激光誘變、化學(xué)誘變優(yōu)點缺點提高變異頻率，加速育種過程，可大幅度改良某些性狀有利變異少，須大量處理材料將不同個體的優(yōu)良性狀集中到新品種上時間長，需及時發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀

打破物種界限，定向改造生物性狀可能會引起生態(tài)危機(jī)染色體變異花藥離體培養(yǎng)再經(jīng)人工誘導(dǎo)(秋水仙素)使染色體加倍一定濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗獲得純合體植株,明顯縮短育種年限植物器官大，產(chǎn)量高，營養(yǎng)豐富單倍體育種培育矮稈抗銹病小麥三倍體無子西瓜八倍體小黑麥染色體水平:途徑與方法舉例原理單倍體育種

多倍體育種

染色體變異優(yōu)點缺點技術(shù)較復(fù)雜，需與雜交育種結(jié)合發(fā)育延遲，結(jié)實率降低克隆羊鯉鯽核移植

細(xì)胞水平:途徑與方法舉例原理細(xì)胞工程育種

去細(xì)胞壁→原生質(zhì)體融合→雜種細(xì)胞→組織培養(yǎng)核移植→胚胎移植優(yōu)點缺點保存瀕危物種保持優(yōu)良品種技術(shù)復(fù)雜，難度大能克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，有目的地培育優(yōu)良品種番茄-馬鈴薯白菜-甘藍(lán)植物：動物克?。焊鶕?jù)不同育種需求選擇不同的育種方法(1)將兩親本的兩個不同優(yōu)良性狀集中于同一生物體上,可利用雜交育種,亦可利用單倍體育種。(2)要求快速育種,則運用單倍體育種。(3)要求大幅度改良某一品種,使之出現(xiàn)前所未有的性狀,可利用誘變育種和雜交育種相結(jié)合的方法。(4)要求提高品種產(chǎn)量,提高營養(yǎng)物質(zhì)含量,可運用多倍體育種（5）種間育種法：基因工程、植物體細(xì)胞雜交育種課堂小結(jié)：

1.雜交育種選育的是F2,原因是從F2開始發(fā)生性狀分離;選育后是否連續(xù)自交取決于所選優(yōu)良性狀是顯性還是隱性。2.雜交育種是通過雜交的方法培育具有優(yōu)良性狀且能穩(wěn)定遺傳(純合子)的新品種,而雜種優(yōu)勢則是通過雜交獲得