《从杂交育种到基因工程》教案

第6章从杂交育种到基因工程

一、一周知识概述

二、重难点讲解

（一）杂交育种

1、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(稳定遗传)的方法。

2、原理

利用自由组合定律实现基因重组。

3、应用

可用于农作物品质的改良、产量的提高、培育新品种；也用于家禽、家畜的育种。

4、不足

杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能产生新的基因；杂种后代出现分

离现象，育种进程缓慢，过程复杂。

（二）诱变育种

1、概念

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。

2、优点

能提高突变率，产生新基因；在较短时间内获得更多的优良变异类型。

3、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。

4、局限性

诱变育种的方向难以掌握，诱变体难以集中多个理想性状。原因是基因突变是随机不定

向的。

5、克服方法

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。

（三）基因工程的基本内容

1、基因工程的概念

概念：基因工程又称为基因拼接技术或DNA重组技术。在体外，将外源基因经“剪切”

和“拼接”重组后，导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出

人类所需要的基因产物或创建新的生物类型。

作用：定向改造生物的遗传性状。

2、基因操作的工具

基因的剪刀——限制性内切酶：能识别一种特定的核苷酸序列，并能在特定的切点上切

割DNA分子。

基因的针线——DNA连接酶：连接被限制酶切开形成的粘性末端，合成重组的DNA分子。

基因的运载工具——运载体：常使用的有质粒、噬菌体和动植物病毒。具备条件：能在

宿主细胞中复制并稳定存在；具多个限制酶切点；具某些标记基因，便于筛选。

3、基因操作的基本步骤

（1）提取目的基因：取得符合人们的要求的DNA片段，这种DNA片段称为“目的基因”。获得途径常有两条：一是直接分离法，又叫“鸟枪法”。用DNA 限制性内切酶从供体细胞的DNA中将目的基因分离出。优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性。另一途径

是人工合成法：一是反转录法，以目的基因转录成的mRNA为模板，反转录成单链DNA再合成双链DNA；二是逆推法，以已知氨基酸序列，推出mRNA序列，再推出目的基因序列，然后

人工合成。

（2）目的基因与运载体结合：这个过程即为体外重组DNA的过程。首先选择目的基因

所适合的运载工具，如质粒、病毒等，然后用同一种限制酶分别切割运载体和目的基因，使其产生相同的黏性末端，再加入适量的DNA连接酶，在生物体外将目的基因的DNA与运载体的DNA结合起来，形成重组DNA（或重组质粒）

（3）将目的基因导入受体细胞：将重组的DNA杂合分子，借鉴细菌或病毒侵染细菌的途径，转移到选定的生物体细胞中，使重组的DNA在受体细胞中复制、转录、翻译得以表达。

把目的基因装在运载体上并通过运载体将目的基因运到受体细胞的这一过程，在一般情况下，

转化成功率仅为百分之一。为此遗传工程师们创造了低温条件下用氯化钙处理受体细胞和增

加重组DNA浓度的办法来提高转化率。采用氯化钙化处理后，能增大受体细胞的细胞壁透性，从而使杂种DNA分子更容易进入。另外也可用基因枪法、激光微束穿孔法、显微注射法等方

法直接将目的基因转入受体细胞（如受精卵细胞）。

（4）目的基因的检测和表达：目的基因的导入过程是肉眼看不到的，因此，要知道导

入是否成功，并把目的基因能表达的受体细胞挑选出来，运载体事先应有特定的标志，若在受体中能找出已转化细胞或个体，即检测到外源DNA所携带的特定遗传信息是否得到了表达，

则可据此判断受体细胞是否获得了目的基因。

（四）基因工程在医药卫生上的应用

1、生产基因工程药品

有些药品的常规生产方法是直接从生物体组织、细胞或血液中提取。由于受原料来源的

限制，产量低，价格昂贵。用基因工程方法制造的“工程菌”，可以高效地生产各种高质量、

低成本的药品。如：胰岛素、干扰素和乙肝疫菌等。

2、用于基因诊断

该方法是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针。再将样品中

的DNA分离出来，用化学法或热处理法使样品DNA解旋；再将事先制好的DNA探针引入化验样品中，根据 DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。目

前用基因诊断方法已经能够检测出肠道病毒、单疱疹病毒等许多病毒。此外在遗传性疾病诊断方面的发展尤为迅速，如：白血病、苯丙酮尿症、镰刀型贫血症等十几种疾病的产前诊断。

3、用于基因治疗

对于具有基因缺陷的细胞，可以将健康的外源基因导入该细胞中，并使该基因在细胞中

得以表达，达到治疗疾病的目的。当然，该种表达还仅仅只能在人体外完成，而要将基因转移到人体内的细胞，还有许多技术上的难题需要解决。基因疗法不仅可以用来治疗一些遗传

病，如白化病、苯丙酮尿症等，随着研究的深入，还可用于治疗恶性肿瘤、艾滋病、心血管

疾病等。

（五）转基因植物

据估计，目前世界上每年因病虫害和杂草需损失大约1/3的农作物，造成的经济损失高

达数千亿美元。重组DNA技术的发展，可将动物、植物、微生物的基因相互转移，打破了物种之间难以杂交的天然屏障。迄今为止，已经把具有价值的目的基因，如抗病毒、抗虫、抗

除草剂、改变花色和花形、延长保鲜期等基因分别转入到烟草、马铃薯、棉、番茄、大豆、

苜蓿、矮牵牛等植物中，取得了可喜的成就。植物基因工程对未来农业将会产生不可估量的

影响。

在抗病毒方面：病毒是农作物的大敌，会导致农作物严重减产。自1986年美国把烟草花叶病毒的外壳蛋白质基因转移到番茄体内，培育出抗烟草花叶病毒的番茄植株以后，抗黄