课程内容

《从杂交育种到基因工程》（必修2）
考纲要求：
1.生物变异在育种上的应用
2.转基因食品的安全
一、人工诱变在育种上的应用
诱变意义：是创造动、植物新品种和微生物新类型的重要方法。
（1）常用的方法：用物理、化学方法处理植物，使生物发生基因突变
（2）优点：①提高突变率，缩短育种周期；②大幅度改良某些性状
（3）缺点：①成功率低，有利个体往往不多，需大量处理试验材料
②基因突变有不定向性，盲目性强
随堂练习
有关基因突变的叙述，正确的是（C）
A 不同基因突变的概率是相同的
B 基因突变的方向是有环境决定的
C 一个基因可以向多个方向突变
D 细胞分裂的中期不发生基因突变
二、杂交育种
1.原理：基因重组
2.过程：杂交→ 自交→ 选优→ 自交
3.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
4.缺陷：育种所需时间较长，只能进行本物种或亲缘关系较近的物种杂交，杂交后代易出现性状分离，不能克服远缘杂交不亲合的障碍。
5.应用：矮杆抗病小麦的培育
随堂练习：
依据基因重组概念的发展，判断下下列图示过程中没有发生基因重组的是（A)
A 普通椒→ （培育）太空椒
B 人凝血因子基因→ （转入）羊的受精卵
C 抗虫基因→ （插入）大肠杆菌质粒
D 初级卵母细胞→ （形成)次级卵母细胞
三、染色体变异在育种上的应用
1.多倍体育种：
(1)原理：染色体变异
（2）方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
（3）优点：茎秆粗壮、果实和种子大
（4）缺点：结实率低、发育延迟
（5）应用：三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦
无籽原因：同染染色体联会紊乱，无法正常完成减数分裂，没有配子，所以就没有种子。
原理：当秋水素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体复制且着丝点分裂后不能移向两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，将来就可能发育成多倍体植株。
三倍体无籽西瓜的培育
原理：秋水仙素能抑制纺锤体的形成
方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
为什么以一定浓度的秋水仙素溶液处理幼苗的牙尖？
答：牙尖有丝分裂旺盛
三倍体西瓜为什么没有种子？一颗都没有吗?
答：由于染色体联会紊乱，不能进行正常的减数分裂。不是，在进行减数分裂时有可能形成正常的卵细胞。
每年都要制种，很麻烦，有没有别的替代方法？
答：方法一：将三倍体西瓜植株进行组织培养获取大量的组织苗，再进行移栽。
方法二：利用生长素或生长素类似物处理二倍体未授粉的雌蕊，以促进子房发育成无籽果实，在此过程中要进行套袋处理，以避免授粉。
多倍体植物具有生长旺盛，各器官粗壮种子少或不产生种子的特征。凡是不以种子为收获目标的植物都可以考虑进行多倍体育种。
2.单倍体育种
原理：染色体变异
方法：花药离体培养、秋水仙素加倍
AXB→ F1花粉→ 单倍体植株→ 纯种植株→ 优良品种
有点：明显缩短育种年限（2年）获得的后代均为纯种个体（A、B均为二倍体）
杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种比较
原理：依次为基因重组、基因突变、染色体变异（成倍减少）、染色体变异（成倍增加）
常用方法：依次为杂交、自交、筛选；用物理或化学方法处理生物；花药离体培养→ 单倍体→ 秋水仙素处理→ 纯种；秋水仙素
优点：依次是使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上；提高变异频率，加速育种过程；明显缩短育种年限，育种时间较短技术复杂；各种器官大、营养成分高、抗性强
缺点：依次是育种时间最长；有利变异少，需大量原材料；技术复杂，需与杂交育种配合；与杂交育种配合；获得的新品种发育延迟
一、基因工程的原理
1.概念：基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人民的意愿，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。
2.知识升华--理解概念
基因工程别名：基因拼接技术或DNA重组技术
原理：基因重组
操作环境：生物体外
操作对象：基因
操作水平：DNA分子水平
基本过程：剪切→ 拼接→ 导入→ 表达
结果：定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的生物或制品。
二、基因工程的基本工具
（1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶
作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点
作用位点：磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键
结果：产生黏性末端（碱基互补配对）
举例：大肠杆菌的一种ECORI限制酶识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
2.基因的针线--DNA连接酶
能力提升--拓展思维
1.不同DNA分子能够拼接在一起的原因？
不同生物的DNA具有相同的结构
2.你能分清DNA聚合酶与DNA连接酶吗？
探究思考：
抑制限制酶能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。
设想如果我们把外源DNA分子直接导入受体细胞，结果会怎样？
（3）基因的运输工具--运载体
常用的运载体主要有两类：
1)细菌细胞质的质粒
2）噬菌体或某些动植物病毒
大肠杆菌的质粒特点
细胞拟核之外的小的环状DNA分子；
常含有抗药基因（标记基因）
质粒的存在对宿主细胞无影响
质粒的复制只能在宿主细胞内完成
运载体
1.能够在宿主细胞内复制并稳定保存
2.具有多个限制酶切点以便与外源基因相连
3.具有标记基因，便于进行筛选
基因操作的基本步骤--“四部曲”
1.提取目的基因---剪 （用限制酶切割DNA）
2.目的基因与运载体结合-----拼（用连接酶连接）
3.将目的基因导入受体细胞-----转  （获得转基因生物）
4.目的基因的检测和表达-----检
三、基因工程的应用
1.基因工程与作物育种
运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。
与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的有点有哪些?
目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短
2.基因工程与药物研制
用基因工程的方法生产胰岛素、干扰素、白细胞介素、凝血因子、以及预防乙肝、疟疾等的疫苗
3.基因工程与环境保护
（1）环境监测  （2）环境污染治理
四、转基因生物与转基因食品的安全性
安全观点：1.转基因食品与非转基因食品的构成是一样的
2.减少农药使用，减少环境污染
3.节省生产成本，降低粮食售价
4.增加食品营养，提高食品产量等
不安全观点：1.可能产生抗除草剂的超级杂草
2.可能使疾病的散播跨越物种障碍
3.可能损害农作物的生物多样性
4.认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性
5.可能产生新毒素和新过敏源
随堂练习
用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列说法不正确 的是（B)
A 常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒
B DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶
C 可用抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D 导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达