高中生物 第二章 第2节 现代生物技术在育种上的应用导学案(新人教版)选修2

高中生物第二章第2节现代生物技术在育种上的应用导学案(新人教版)选修21、描述转基因技术育种和细胞杂交育种等现代育种技术。

2、列举现代育种技术在实践中应用的实例，探讨其前景。

3、关注转基因生物及其产品引发的社会问题。

一、转基因技术育种1、概念转基因技术是指按照人们的意愿，把一种生物的某个______克隆出来，加以______和______，再转移到________生物的细胞里，从而______地改造生物的遗传性状。

2、内容__________的制备和目的基因导入__________的过程。

3、操作流程基因分离→目的基因→目的基因与________结合→目的基因导入__________→转化组织或细胞→植株再生→______与未转化的植株→筛选→________植株→移苗入土→选优。

二、转基因植物的实例1、1983年第一例转基因植物转基因______。

2、转基因________番茄。

3、转基因______作物：转________抗虫棉、抗虫玉米、抗虫杨树和抗虫甘蓝，转植物________抑制剂基因、转外源凝集素基因的转基因水稻、转基因棉。

4、抗________作物：抗除草剂玉米、油菜、大豆、棉等。

三、转基因动物的实例1、1982年美国科学家将大鼠的______________注射到小白鼠的受精卵中，获得第一只转基因“超级小鼠”。

2、动物转基因技术的应用：提高产仔数或产蛋数；提高______能力；研制乳腺____________；提高动物生长速率；改善肉的品质。

四、细胞杂交育种1、细胞杂交指将同类或不同类生物体的__________或体细胞，在一定的物理或化学条件下进行融合形成__________，再创造条件将__________培养成完整的杂种生物个体。

思考：粮食危机威胁着人类的生存，你能想办法培育如下图所示的马铃薯抗盐碱和干旱作物调节细胞渗透压的基因增强甜味的水果降低乳糖的奶牛生产胰岛素的工程菌人胰岛素基因人2、将目的基因导入不同受体细胞的比较细胞种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射法Ca2＋处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程目的基因插入Ti质粒的TDNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA 上→表达目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子3、乳腺生物反应器（1）优点。

①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。

（2）操作过程。

用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。

为了将目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。

操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）→构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体→发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。

（3）缺点。

只能是雌性个体在泌乳期时才能应用。

（4）成果。

已在乳腺生物反应器中表达了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。

4、植物体细胞杂交（1）植物体细胞杂交是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植株的方法。

从这句话可以看出，植物体细胞杂交是从细胞融合开始，到培育成新的植株结束。

其生殖方式为无性生殖。

（2）植物体细胞杂交的实质是不同植物细胞的原生质体的融合。

（3）植物体细胞融合的障碍是细胞外的细胞壁，融合完成的标志是产生新的细胞壁。

（4）形成融合细胞的类型：体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，又能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。

（5）植物体细胞杂交育种的优点和局限性优点：植物体细胞杂交的最大突破是克服了远缘杂交不亲和的种间或属间障碍。

局限性：由于目前仍有许多理论和技术问题没有解决，不能让杂种植株按照人们的需要表现出亲代的优良性状。

5、植物原生质体能成为植物细胞工程的理想研究材料的原因（1）容易从同一种植物材料的组织中获得大量的遗传上相同的游离原生质体。

（2）可以被诱导与其他物种的原生质体融合，从而克服不同物种细胞之间的有性不亲和障碍，实现远缘物种间的体细胞杂交。

（3）可以提高变异频率，因为既可以捕获外源DNA，也可以捕获较大的细胞器，如叶绿体等，是植物遗传转化的理想受体。

（4）保持着植物细胞的全能性，在适宜的培养条件下，可以重新长出细胞壁，进行细胞分裂、分化，形成完整的小植株。

（5）植物原生质体虽然没有细胞壁，但仍然进行着植物细胞的各种生命活动，包括蛋白质和核酸的合成、光合作用、呼吸作用、通过膜向外界进行物质交换等。

（6）原生质体膜很薄，实验操作方便，如进行基因导入和遗传转化，以及从原生质制备各种细胞器等，为遗传重组提供有用材料。

6、物理和化学方法诱导原生质体融合的基本原理化学融合的机制：常用化学融合方法有高pH高Ca2＋法诱导原生质体融合的基本原理是中和原生质体表面所带的电荷，使原生质体的质膜紧密接触，从而有利于质膜的接触融合。

PEG处理原生质体可以使原生质体聚集，促进融合。

物理融合的机制：常用方法为电融合法。

此法是先将两种原生质体以适当的比例混合成悬浮液，将其滴入电融合小室中，给小室两极以交变电流，使原生质体沿电场方向排列成串珠状，接着给以瞬间高强度的电脉冲，使原生质体膜产生局部破损而导致融合。

题型一转基因技术育种【例1】采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是（）。

①将毒素蛋白注射到棉受精卵中②将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中③将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉花体细胞，再进行组织培养④将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，注射到棉花子房，并进入受精卵A、①②B、②③C、③④D、①④解析：将目的基因导入受体细胞的时候，是通过限制酶和DNA连接酶将目的基因和运载体结合起来，然后导入受体细胞的。

将毒素蛋白直接注射到棉受精卵中和将编码毒素蛋白的DNA 序列注射到棉受精卵中是不对的，没有载体的帮助，它们不能表达。

显微注射法是将目的基因导入动物细胞常用的方法。

答案：C反思领悟：将目的基因导入不同生物体内的方法各有不同，总结如下：将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，其次还有花粉管通道法和基因枪法等；将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法，此方法的受体细胞是受精卵；将目的基因导入微生物细胞时，先用Ca2＋处理细胞，使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。

题型二植物体细胞杂交【例2】植物体细胞杂交过程是（）。

A、用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体B、以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合C、用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株D、通过以上三者来完成解析：植物体细胞杂交过程实际上是不同植物体细胞原生质体融合的过程，融合后形成的杂种细胞进一步经组织培养形成杂种植株。

答案：D反思领悟：植物体细胞首先用纤维素酶、果胶酶去掉细胞壁获得原生质体，然后利用物理或化学方法诱导原生质体融合，形成杂种细胞，最后利用植物组织培养获得杂种植株。

题型三基因重组技术的应用【例3】（多选）下列实例中，涉及基因重组的是（）。

A、我国著名育种专家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻品种B、英国科学家利用细胞核移植技术克隆出小绵羊C、荷兰科学家将人乳高铁蛋白基因移植到牛体内并获得成功D、乘宇宙飞船上过太空的辣椒种子结出的果实较平常的大一倍以上解析：袁隆平培育出的超级水稻品种是利用杂交技术，根据基因重组原理培育成功的，故A项对。

C项为基因工程的产物，基因工程也是利用基因重组原理，把一种生物的基因转移到另一种生物体内，定向地改造生物的遗传性状，即把不同种生物的基因组合在一起，并得以表达的过程，故C项对。

B项克隆小绵羊的产生是无性生殖的过程，无基因重组现象，D项太空育种是利用基因突变原理，故B、D项错。

答案：AC反思领悟：基因重组具有两种类型：一是有性生殖过程中非等位基因的重新组合；二是DNA拼接技术即基因工程。

1、下列有关基因工程的成果及应用的说法，正确的是（）。

A、用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒B、基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物C、任何一种假单孢杆菌都能分解4种石油成分，所以假单孢杆菌是“超级细菌”D、基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物2、世界上培育的第一种转基因植物和我国政府批准大面积种植的第一种转基因植物分别是（）。

A、抗玉米螟转基因玉米和转基因金大米B、转基因金大米和转基因油菜C、转基因烟草和转基因抗虫棉D、抗除草剂大豆和转基因抗虫棉3、）下列关于转基因植物的叙述，正确的是（）。

A、转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中B、转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加C、动物的生长激素基因转入植物后不能表达D、如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题4、植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是（）。

A、植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁B、细胞壁使原生质体失去活力C、细胞壁阻碍了原生质体的融合D、细胞壁不是原生质的组成部分答案：1、D 用基因工程方法培育的抗虫植物只是杀死害虫，对病毒无效；基因工程在畜牧业上的应用不仅是培养体型巨大、品质优良的动物，更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳动物体内的表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需的各类物质；每种假单孢杆菌只能分解石油中的一种成分，“超级细菌”是用基因工程方法把能分别分解3种烃类的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌体内，创造出能同时分解4种烃类的细菌。

2、C 世界上培育的第一种转基因植物是转基因烟草，我国政府批准大面积种植的第一种转基因植物是转基因抗虫棉。

3、A 若把抗除草剂基因导入油菜的细胞核中，则会在减数分裂时进入配子，然后随花粉进入环境。

抗虫植物会对捕食它的昆虫群体进行自然选择，导致昆虫群体抗性基因频率增加。

条件允许时，动物基因同样可以在植物体内表达，在修饰和改造后也可以在原核生物体内表达。

转基因生物的外源基因不管是来源于自然界还是由人工合成，都可能存在安全性问题。

4、C 细胞壁阻碍了植物体细胞的杂交，所以在细胞工程中首先就要去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。