课程内容

《从杂交育种到基因工程》
知识要点
杂交育种与诱变育种
基因工程的原理
基因工程的应用
转基因生物和转基因食品的安全性
杂交育种和诱变育种
选择育种：利用生物的变异，通过长期选择，劣汰留良，就能培育出优良品种。
特点：周期长，可选择的范围有限。
杂交育种：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
农业生产中，杂交育种是改良作物品质，提高农作物单位面积产量的常规方法。现在，在小麦、水稻生产中大量推广的高产、矮杆品种就是通过杂交育种方法培育出来的。杂交育种的方法也用于家禽、家畜的育种。
特点：只能利用已有的基因的重组，不能创造新基因，育种进程缓慢，过程复杂。
诱变育种：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）来处理生物，使生物发生基因突变
原理：基因突变
优点：提高突变率、在较短时间内获得更多的优良变异类型
成果：60年代以来，我国培育出数百个农作物新品种。具有抗病力强、产量高、品质好等优点。在微生物育种方面，培育出青霉素产量很高的青霉菌菌株。
缺点：基因突变具有不定向性，使选育工作量大，具有一定的盲目性。
杂交育种选育时间
杂交育种选育时间是F2，原因是从F2开始出现性状分离；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。
诱变育种的缺陷
诱变育种尽管提高突变率，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中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，二者都增多了。
基因工程及其应用
概念：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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。
原理：不同中生物之间的基因重组
操作对象：DNA
操作水平：分子水平的操作
基因工程的基本工具
1、基因的剪刀——限制性内切酶（限制酶）
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。目前已经发现的限制酶有200多种。
DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制酶切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。
2、基因的针线——DNA连接酶
连接酶的作用是：将互不配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整道德DNA分子。
3、基因的运输工具——运载体
要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。
基因工程的操作基本步骤
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、目的基因的检测和鉴定
基因工程的应用
（1）作物育种
①成果：转基因抗虫棉，耐贮存的番茄，耐盐碱的棉花，抗除草剂的玉米、油菜、大豆等。
②优点：抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量，大大降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。
（2）药物研制
①成果：胰岛素、干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子，以及预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾等疫苗。
②优点：效率高、成本低、品质好。
（3）环境保护：如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄露的石油，处理工业废水等。
转基因生物和转基因食品的优、缺点
（1）优点：①解决粮食短缺问题；②减少农药使用，从而减少环境污染；③节省生产成本，降低粮食售价；④增加食物营养，提高附加价值；⑤增加食物种类，提升食物品质；⑥促进生产效率的提高，带动相关产业发展等。
（2）缺点：①可能产生新毒素和新过敏原；②可能产生抗除草剂的杂草；③可能是疾病的散播跨越物种障碍；④可能会损害农作物的生物多样性；⑤可能干扰生态系统的稳定性等。
单倍体育种
步骤植株花药→话要立体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→正常植株
特点：正常生殖，每对基因纯合，自交后代不发生性状分离，育种周期短
原理：染色体变异
多倍体育种：采用低温处理或用秋水仙素处理萌发种子（幼苗）的方法诱导染色体加倍，得到多倍体植物。
实例：三倍体无籽西瓜，含糖量高的甜菜
原理：染色体变异
三、育种方案的选择和设计方法
育种的根本目的：培育具有优良性状（抗逆性好、生活力强、产量高、品质优良）的新品种，以便更好地为人类服务。
（1）若要培育隐性性状个体，可用自交或杂交，只要出现该性状即可。
（2）有些植物如小麦、水稻等，杂交试验较难操作，则最简便的方法是自交。
（3）若要快速获得纯种，则用单倍体育种方法。
（4）杂交育种是最简捷的方法，但是要连续自交才能获得纯合子，需要的时间较长。
（5）染色体加倍可以用秋水仙术或低温处理等方法使其加倍。
（6）若实验植物为营养繁殖（如土豆、地瓜等），则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。
（7）若要获得本物种没有的性状可通过诱变和基因工程，其中基因工程是有目的的改良。
从选择育种到基因工程的发展历程说明，生产实践产生对科技发展的需求，科学理论上的突破必然会带来技术上的进步，推动生产水平的提高和人类文明的发展。