第六章 从杂交育种到基因工程

五、转基因生物和转基因食品的安全性
• 阅读P105资料分析，讨论： • 你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的 安全性问题？
P106
知识网络总结
基因工程
杂交
单倍体
限 制 酶
DNA 连接
运 载 体
目的基因获取 与运载体结合 导入受体细胞 检测与鉴定
几种常见育种方法的比较
名称 原理 方法 优点 缺点 ①育种时间较长 ②局限于同种的 不同品系之间的 个体 ③若需要杂合子 品种，则需要年 年制种 盲目性大，有利 变异少，需要大 量处理供试材料
中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，
二者都增多。
解题路探究
思维误区警示
易错分析
对基因工程中一些观点说法辨析不清
（1）限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位都 是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键（不是氢键）， 只是一个切开，一个连接。 （2）质粒是最常用的运载体，不要把质粒同运 载体等同，除此之外，噬菌体和动植物病毒也可作 为运载体。运载体的化学本质为DNA，其基本单位为 脱氧核苷酸。 （3）要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口， 产生4个黏性末端。
（4）DNA酶即DNA水解酶，是将DNA水解的酶； DNA聚合酶是在DNA复制过程中，催化形成新DNA分子 的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA片段上， 需要模板；但DNA连接酶是将两个DNA片段的两个缺 口同时连接，不需要模板，两者作用的化学键相同， 都是磷酸二酯键。 （5）原核生物基因（如抗虫基因来自苏云金芽 孢杆菌）可为真核生物（如棉花）提供目的基因。 （6）限制酶在第一步和第二步操作中都用到， 且要求同一种酶，目的是产生相同的黏性末端；第 二步中两种工具酶都用到。 （7）受体细胞动物一般用受精卵，植物若用体 细胞则通过组织培养的方式形成新个体。 （8）抗虫棉只能抗虫，不能抗病毒、细菌。
课本P100
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？ 原因：基因突 不足：
变是随机不定 向的。
诱变育种的方向难以掌握，有利变异少， 诱变体难以集中多个理想性状。处理大量 的生物实验材料
基因工程：即 基因拼接技术或DNA重组技术 。 通俗的说，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 。
杂交育种的实例 杂交 Ｐ 自交 Ｆ１ 选优 自交 选优 F3 Ｆ２ 高抗 高抗 DDTT 矮不抗 ddtt 高抗 DdTt 高不抗 矮抗 矮不抗 ddTT ddTt
矮抗 矮不抗 ddTT ddTt
他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师的时候, 已经具有颠覆世界权威的胆识;当他名满天下的时候,却仍 然只是专注于田畴,淡泊名利,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。
质粒存在于 许多细菌和酵母 菌等生物中,是拟 核或细胞核外能 够自主复制的很 小的环状DNA分子.
标记基 因，便 于进行 检测。
3、基因的运输工具——运载体 运载体必须同时满足三 个条件： ①具有一到多个限制酶的酶 切位点,以便与外源基因连 接;
②能进入受体细胞并在受体 细胞内稳定存在并能复制、 表达；
1、基因工程与作物育种
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。
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
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，还能大大降低生产成本。
C T T AA G
用同种限制酶切割
G AA T T C G G AA T T C G
C T T AA
C T T AA
基因的针线：DNA连接酶
G AA T T C DNA连接酶连 接的是DNA骨 架上的缺口，不 是碱基间的氢键
C T T AA G
3、基因的运输工具——运载体
常用的运载体： 质粒、噬菌体和 动植物病毒等
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。
利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地 反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡， 甚至还可以吸收和转化污染物。 环境检测：用DNA探针检测水中病毒的含量
4.杂交育种选育的时间是F2，原因是从F2开始发生
性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优 良性状是显性还是隐性。
5.杂交育种是通过杂交培育具有优良性状且能稳
定遗传（纯合子）的新品种，而杂种优势则是 通过杂交获得种子，一般不是纯合子，在杂种 后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一 代，因为后代会发生性状分离。 6.诱变育种尽管能提高突变率，但处理材料时仍 然是未突变的远远多于突变的个体；突变的不 定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体
缺点： 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。杂交后代会出现分离现象， 育种过程缓慢，过程复杂。
二、诱变育种
1、概念： 利用物理因素（如X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。 基因突变 2、原理： 3、方法： 物理、化学方法处理生物，再选择 符合要求的变异类型 4、优点： 能提高突变率，产生新基因和新的性状， 加速育种进程。在较短时间内获得更多的 符合人类需要的优良变异类型。
原 理： 操作水平：
基因重组 DNA分子水平
操作环境
结 果：
生物体外
定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。
优点：
①与杂交育种相比较明显的优点：克服 远缘杂交不亲合障碍。 ②与诱变育种相比较明显的优点：定向 改造生物性状，目的强性。
二、基因操作的工具
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序 列，并在特定的切点上切割DNA分子。 专一性
1、动物杂交育种中纯合
子的获得不能通过逐代自
交，而应改为测交。
2、比植物杂交育种所需
年限短。
一、杂交育种
概念： 杂交育种是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。 原理：基因重组 1、杂交育种不能创造新的基因，并且
所需时间要长，你知道在什么情况下能 方法： 杂交→自交→选优→ 自交 够产生新的基因吗？可以用什么方法处 理？ 优点： 使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个 个体上，即“集优”,能产生新的基因型。
杂交 育种
基因 杂交→自 重组 交→筛选
使不同品种中的 优良性状集中于 同一个体上
诱变 育种
诱变因素 基因 处理后筛 突变 选
提高变异频率， 加快育种进程， 大幅度改良某些 性状
单倍体 育种 多倍体 育种
染色体 变异
花药离体培养
明显缩短 育种年限
技术复杂
用一定浓度的秋 所获品种发 染色体 操作简单，能较 水仙素处理萌发 育延迟，结 变异 快获得所需品种 的种子或幼苗 实率低 利用转基因技术 基因重 将外源基因导入 生物细胞，培育 组 生物新品种 ①目的性强，育 技术复杂， 种周期短； 存在安全性 ②克服了远缘杂 问题 交不亲和的障碍
最早的育种方法： 选择育种
选择育种的优点：技术简单、容易操作 缺点： 选择范围有限，育种周期长 （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。）
试一试：植物杂交育种的方法
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？
杂种优势
杂种优势是生物界普遍存在的现象。 指基因型不同的亲本个体相互杂交产生 的杂种第一代，在生长势、生活力、繁 殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多 种性状上优于两个亲本的现象。
Eg. 骡（体力强大，耐力好）
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。
1.基因的“剪刀”──限制性内切酶（限制酶）
如:EcoRI限制酶
思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否 具有相同的黏性末端？
２、基因的针线──DNA连接酶
连接酶的作用是：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 AA T T C
C T T AA G
G AA T T C
基因工 程育种
深化拓展 1.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。 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。
高真空 微重力 强辐射
太空番茄
太空南瓜
太空椒
基因突变的应用:
①农作物新品种的培育
例如：黑龙江省农科院用辐射方法处理大豆培 育成了“黑农5号”大豆品种，产量高，含油 量丰富。
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。