专题23 从杂交育种到 基因工程

• 要克服这些局限性，可以采取什么办法？
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。
小结
杂交育种
原理 优点
基因重组
诱变育种
基因突变
可以集中两个亲本 育种年限缩短，改良某些 的优良性状 性状 不能创造出新的 基因,育种时间长
用纯种高秆抗病小麦 与纯种矮秆不抗病小 麦培育矮秆抗病小麦
Ttrr 据表推测，甲的基因型是______________ ，乙的基因型是 ttRr ___________ ，双菌感染后丙的子代中无病植株的比例为 _______________________. 18.75%（或3/16）
（1）古印第安人培育玉米的方法称为 选择育种 （2）选择育种的优缺点是 。 • 优点：技术简单、容易操作。 • 缺点：选择范围有限，育种周期长。
中间为青霉菌，周围是细菌。
讨论：
• 与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？
优点：创造新的基因，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。
• 联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的 局限性。
局限性：由于突变的不定向性，有利变异少，必须大量 处理材料，因此该种育种方法具有一定的盲目性。
资料三 以往，治疗糖尿病的 胰岛素是从动物胰腺 中提取的，从100千克 猪、牛等动物的胰腺 只能提取3－4克胰岛 素，治疗一个患者需 宰杀40－50头牛，这 种药物的造价就可想 而知了。
微生物可以有分泌产物， 且微生物繁殖速率快
设想 一 设想 二
能否让禾本科的植物也能够固定空气 中的氮？ 能否让细菌“吐出”蛛丝？ 能否让微生物产生出人的胰岛素、干 扰素等珍贵的药物？
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200多种。
？
基因进行了切割以后就有了切口， 怎样才能将有切口的基因与其他基因缝合 在一起呢？
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。
G A A T T C
利用质粒将外源基因运载入受体细胞中
归纳：
基因操作的基本步骤
1. 提取目的基因 2. 目的基因与运载体结合 3. 将目的基因导入受体细胞 4. 目的基因的检测和表达
？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？
①从细胞中分 离出DNA
①
③
②限制酶截取 DNA片断 ③分离大肠杆 菌中的质粒
②
④
④ DNA重组
⑤
⑥
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
优点可集中优良 性状 育种年限长 Nhomakorabea缺点
盲目性及突变频 率较低 高产青霉菌株的 育成
成活率低，只适用 于植物 抗病植株的育成
举例
高杆抗病与 矮杆感病杂 交获得矮杆 抗病品种
三倍体西瓜
第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用
资料分析引入
资料一：目前， 全球的氮肥生 产耗费世界总 电力的3%-4%， 且农作物只能 吸收氮肥的 1/10,造成了大 面积土壤和水 质的污染。
杂交育种的方法用于家畜、 家禽的育种
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。
学生总结杂交育种的原理、优点、缺点
原理：通过有性生殖实现基因重组（符合基因的自 由组合定律或染色单体上的基因重组） 优点：能根据人的预见把位于两个品种上的优良性 状集于一身。 缺点：（1）只能利用已有基因的重组，按需选择， 不能创造新的基因 （2）杂交后代会出现分离现象，育种进程 缓慢，过程复杂。
递进式问题
在杂交育种的过程中运用单倍 体育种的方法可以显著缩短育种进 程。但是仍然不能产生新的基因， 应怎样做才能产生更多可供选择的 新基因呢？
回忆基因突变的相关知识
诱变育种 人工利用物理因素（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）来处理生物，使生物发生 基因突变。
● 袁隆平（杂交水稻专家） 2000年国家最高科学技术奖 2004年十大感动中国人物之一
进行情感教育
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。详情 >>
？
基因工程操作的工具
1. 将目的基因片断从人体细胞内提取，
需要基因的剪刀——限制性内切酶。
2. 将目的基因与运载体DNA连接，
需要基因的针线——DNA连接酶。
3. 将目的基因运入大肠杆菌，
需要基因的运输工具——运载体。
限制性内切酶
1. 分布：主要在微生物中。 2. 特点：专一性和特异性，即识别特定核苷 酸序列，切割特定切点。 3. 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 4. 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。
C T T A A G
重组DNA分子 （外源基因）
注：限制酶与连接酶作用的位点都是 磷酸二酯键 ？如何将外源基因送入受体细胞呢？
运载体
能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。
1. 作用：将外源基因送入受体细胞。
2. 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
大肠杆菌
DNA
质粒 （环状DNA分子）
抗生素抗性基因 控制质粒DNA转移的基因
第6章 从杂交育种到基因工程
第1节 杂交育种与诱变育种
（2015年天津，9）小麦抗条锈病性状由基因T/t控制，抗白粉病性 状由基因R/r控制，两对等位基因位于非同源染色体上，以A、B 品种的植株为亲本，取其F2中的甲、乙、丙单植自交，收获籽粒 并分别播种于不同处理的实验小区中，统计各区F3中的无病植株 比例，结果如下表。
缺点
有利不多，需大量处理
应用
太空辣椒的培育 、青霉菌的 选育等微生物的育种方面
杂交育种 原理 基因重组
诱变育种 基因突变
多倍体育种 染色体变异
单倍体育种 染色体变异
方法
杂交
激光、射线或化 学药品处理 时间短
秋水仙素处理萌发种子 或幼苗 器官大和营养物质含量 高 动物中难以开展
花药离体培养 后加倍 缩短育种年限
设想 三
经过多年的努力，科学家于20世纪70年 代创立了可以定向改造生物的新技术—— 基因工程。
基因工程概念
基因工程：又叫基因拼接技术或DNA 重组技术。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 和改造，然后放到另一种生物的细胞里， 定向的改变生物的遗传性状。 基因工程是在分子水平的设计和 施工，需要有专门的工具，生物体内有 哪些专门的工具呢？
总结方案 第一步：先杂交得到高抗植株； 第二步：将矮抗植株连续自交直至不再发生性 状分离为止。
高杆抗病 矮杆不抗病
P
DDTT
×
ddtt
F1
DdTt
高杆抗病
F1:DdTt
×
高杆抗病
F2
D_T_, D_tt , ddT_, ddtt 连续自交直至 到不再发生性 状分离为止 ddTT(矮抗)
像这样显性性状是优良性状，采用杂 交育种必须连续自交4～5代后种子才相对 较纯，育种年限至少5年。
。
进一步思考
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。
？能不能将不同品种中的优
良性状结合在一起？
遗传规律的应用及能力的培养 例如：已知小麦的高秆（D）对矮秆（d） 为显性，抗锈病（T）对易染锈病（t） 为显性，两对性状独立遗传。现有高秆 抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。你用 什么方法能把两个品种的优良性状结合 在一起，又能把双方的缺点都去掉？将 你的设想用遗传图解表示出来。
应用： ①农作物新品种的培育，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%。
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。
• 豆科植物的根瘤能够固定空气中 的氮
资料二：蛛丝是自 然界最奇特的物质 之一，它具有极强 的韧度，其韧度是 同样直径钢材的好 几倍。但与家蚕不 同，蜘蛛不能家养， 因为它们会互相吞 食，所以不可能建 立人工饲养蜘蛛的 农场。30多年来， 科学家们一直试图 找到利用其他生物 体来制造蛛丝的办 • 蜘蛛能够吐出蛛丝 法。
基因工程的应用
1、基因工程与作物育种：转基因抗虫棉、耐贮存番茄、 耐盐碱棉花、抗除草作物、转基因奶牛、超级绵羊等 等 2、基因工程与药物研制：干扰素、白细胞介素、溶血 栓剂、凝血因子、疫苗 3、基因工程与环境保护：超级细菌
• 思考 :1.你预计在实际操作中会遇到哪些 困难?
深入思考
？还有什么育种方法有可能缩短育种年
限，使具有小麦的矮杆抗锈病的品种能 更迅速在生产实践上得到应用？
引入单倍体育种，将旧知识与新知识联系起 来，形成完整知识体系。
单倍体育种
P DDTT × ddtt ↓ F1 DdTt ↓ 花药离体培养 单倍体植株 (DT、Dt、dT、dt) 人工诱导加倍 淘汰高杆易染锈病、 选矮秆抗病的个体（ddTT） 高杆抗病、矮秆易染锈病 ↓ 个体（DDTT、DDtt、ddtt） 采收种子留种