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第6章从杂交育种到基因工程第一节杂交育种与诱变育种一、各种育种方法的比较：杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种处理杂交→自交→选优→自交用射线、激光、化学药物处理用秋水仙素处理萌发后的种子或幼苗花药离体培养原理基因重组，组合优良性状人工诱发基因突变破坏纺锤体的形成，使染色体数目加倍诱导花粉直接发育，再用秋水仙素优缺点方法简单，可预见强，但周期长加速育种，改良性状，但有利个体不多，需大量处理器官大，营养物质含量高，但发育延迟，结实率低缩短育种年限，但方法复杂，成活率较低例子水稻的育种高产量青霉素菌株无子西瓜抗病植株的育成第二节基因工程及其应用一、基因工程1、概念：基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗的说，就是按照人们意愿，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、原理：基因重组3、结果：定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。
二、基因工程的工具1、基因的“剪刀”—限制性核酸内切酶（简称限制酶）（1）特点：具有专一性和特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。
（2）作用部位：磷酸二酯键（4）例子：EcoRI限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。
（黏性末端）（黏性末端）（5）切割结果：产生2个带有黏性末端的DNA片断。
（6）作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。
注：黏性末端即指被限制酶切割后露出的碱基能互补配对。
2、基因的“针线”——DNA连接酶（1）作用：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。
（2）连接部位：磷酸二酯键3、基因的运载体（1）定义：能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。
（2）种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
三、基因工程的操作步骤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四、基因工程的应用1、基因工程与作物育种：转基因抗虫棉、耐贮存番茄、耐盐碱棉花、抗除草作物、转基因奶牛、超级绵羊等等2、基因工程与药物研制：干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、疫苗3、基因工程与环境保护：超级细菌五、转基因生物和转基因食品的安全性两种观点是：1、转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制2、转基因生物和转基因食品是安全的，应该大范围推广。
遗传与进化第六章从杂交育种到基因工程第一节杂交育种与诱变育种杂交育种【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（自由组合或交叉互换），即控制不同优良性状的基因通过减数分裂和受精作用重新组合在一起，产生新的基因型，从而使人们所需要的位于不同个体上的优良性状集中到一个个体上。
【过程】（1）具有优良性状的两个亲本杂交。
（2）F1表现出显性性状，让F1自交，获得F2。
（3）从F2中选出符合要求的性状进行多次自交纯化获得新品种。
【优缺点】（1）优点：可以将两个或多个品种的优良性状集中在一起。
（2）缺点：不会创造新物种，且杂交后代会出现性状分离，育种过程漫长，操作复杂。
杂交育种的适用范围和技术要求（1）适用范围：同一物种不同品种的个体间。
亲缘关系较近的不同物种个体间（为了使后代可育，应做染色体加倍处理，得到的个体即是异源多倍体），如八倍体小黑麦的培育、萝卜和甘蓝杂交。
（2）技术要求：①材料的选择，要求所选育的材料分别具有我们所期望的个别性状；所选的原始材料，是能稳定遗传的品种，一般是纯合子。
②杂交一次，获得的F1是杂合子，不管在性状上是否完全符合要求，一般情况下，都不能直接用于扩大栽培。
③让F1自交得到F2。
性状的重新组合一般是在F2中出现，选出性状上符合要求的品种，这些品种有纯合子也有杂合子。
④把初步选出的品种进行隔离自交，根据F3是否出现性状分离，确定被隔离的亲本是否是纯合子。
如果是纯合子，F3不会出现性状分离，且基因型与亲本相同。
诱变育种【概念】利用物理因素（如X射线、Y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。
【原理】基因突变。
基因在自然条件下的突变率很低，人们利用物理或化学的方法处理生物，诱发基因突变，提高变异的频率，然后从获得的大量突变个体中选择出具有优良性状的个体。
【诱变因素】（1）物理因素：X射线、Y射线、紫外线以及激光等的照射都可以使生物在DNA复制过程中发生基因突变。
一、杂交育种(阅读教材P98～99)1．概念：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。
2．育种原理：基因重组。
3．过程：(以高产抗病小麦品种的选育为例)4．应用(1)农产品：改良作物品质，提高农作物单位面积产量。
(2)家畜、家禽：培育出适应性强的乳用、肉用或乳肉兼用型优良品种。
二、诱变育种(阅读教材P100)1．原理：基因突变。
2．处理方法(1)物理因素：X射线、紫外线等。
(2)化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等。
3．优点：可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。
4．应用(1)在农作物诱变育种方面取得了可喜的成果。
(2)在微生物育种方面也发挥了重要作用。
重点聚焦1.杂交育种的原理是什么？2.什么是诱变育种？3.杂交育种和诱变育种各有哪些优点和不足？[共研探究]材料一已知小麦的高秆(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、矮秆易染锈病两个纯系品种，欲培育能稳定遗传的矮秆抗锈病的小麦。
材料二AAbb×aaBB ―→AaBb――→减数分裂ABAbaBab――→Ⅰ――→ⅡAABBAAbbaaBBaabb1．根据材料一，回答下列问题：(1)杂交育种的过程①将两种优良性状集中在同一种植株上，需选用分别具有一种优良性状的纯合亲本杂交，实质是将控制两种优良性状的基因集中在同一个体上。
②杂交育种的选择从F2开始，因为此时开始出现性状分离。
③出现矮秆抗锈病的个体后不能立即推广种植，因为矮秆抗锈病个体的基因型有ddTT 和ddTt两种，其中ddTt的个体自交会发生性状分离，不能稳定遗传。
④获得能稳定遗传的矮秆抗锈病个体的步骤：从F2中选出矮秆抗锈病的个体，让其不断自交，在自交后代中逐步淘汰矮秆易染锈病的个体，直到不再发生性状分离，即得到了要选育的矮秆抗锈病的稳定遗传的纯合子品种——ddTT。
⑤若选育的两种优良性状都是由隐性基因控制的，不需要连续自交。
第六章 从杂交育种到基因工程第一节 杂交育种与诱变育种 一、杂交育种1．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，它依据的主要遗传学原理是基因重组 。
2．过程：现有两个纯种的小麦，一为高秆(D)抗锈病(T)；另一为矮秆(d)易染锈病(t)，这两对性状独立遗传，如何获得矮秆抗锈病的新类型？(1) 应采取的步骤是：①先让两纯种亲本进行 杂交 ，得到F 1。
②再将F 1进行 自交 ，得到F 2。
③将F 2种植，从中选育出 矮秆抗锈病 新类型。
(2)过程如右图，请回答：①过程表示 ；②过程表示 ； ③过程表示 。
④写出图中F 2表现型及其比例。
⑤从F 2代中选出矮秆抗锈病的个体，基因型为 ，能否立即推广，为什么？ ⑥怎样处理才能得到比较纯的矮秆抗锈病个体?3、杂交育种依据的遗传学原理是基因重组4、杂交育种的优点：使位于不同个体上的_优点_集中在 同一个体 上，即“集优”。
预见性强。
5、杂交育种的不足：不能创造出新的__基因__，进程缓慢，过程繁琐，后代易出现 性状分离 。
6、应用：在农业生产中，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。
杂交育种的方法也用于 家畜、家禽 的育种。
思考：在杂交育种工作中，选择通常从哪一代开始，理由是什么？深入拓展：若该生物靠有性生殖繁殖后代，则必须选育出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离；若该生物靠无性生殖产生后代，那么只要得到该优良性状就可以了，纯种、杂种并不影响后代性状的表达。
二、诱变育种 1．诱变育种是利用物理因素 (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、诱变育种的原理是 基因突变 。
3、诱变育种的优点：提高了 突变率 ，在短时间内获得更多的优良变异类型，加速 产生新基因 的进程，创造生物新品种、新类型。
其优点是提高突变率、短时间内获得更多的优良变异类型、抗病力强、产量高、品质好 。
【本讲教育信息】一. 教学内容：第六章从杂交育种到基因工程二. 学习内容：本周学习杂交育种的方法和意义，基因工程的操作方法和意义。
掌握杂交育种的原理，基因工程的操作原理和具体的方法。
三. 学习重点：杂交育种的方法和应用基因工程的方法和应用四. 学习难点：杂交育种的操作方法基因工程的操作方法五. 学习过程：第一节杂交育种和诱变育种杂交育种（cross breeding）：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。
杂交育种动机：培养品质优良的品种，提高单位面积产量杂交育种实践：玉米等植物、家禽、家畜等优点：操作方便，使用广泛缺点：周期长、过程复杂，选择范围有限，只能来自已有基因，后代会出现分离。
原理：基因的自由组合定律杂交方法：亲代高产、不抗病×低产、抗病杂种第一代高产、抗病杂种第二代高产、抗病；中产、抗病；中产、不抗病。
诱变育种（mutation bueeding）：利用物理因素、化学因素来处理生物，使生物发生基因突变。
动机：产生新的基因型实践：微生物的诱变、植物诱变优点：可以产生新的基因缺点：盲目性，突变率低，处理的物种范围较窄，一般有害“黑农五号”产量提高16% 含油亮比原来提高2.5%青霉素菌株：20单位/ml 50000单位/ml第二节基因工程及其应用一.一.概念基因工程：基因拼接技术或DNA重组技术。
是指在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然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。
1. 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，操作对象是DNA2. 在生物体外实现的基因改造3. 对受体细胞进行无性繁殖4. 重组基因最终表达二.二.工具项目基因的剪刀基因的针线运输工具物质限制性内切酶DNA连接酶运载体本质蛋白质蛋白质DNA来源主要为微生物各生物细胞内质粒：细菌及酵母菌等病毒：动物、植物、微生物作用切断DNA形成切口连接断裂DNA成为完整的核酸链将目的基因转移到受体细胞中对目的基因大量复制特点识别特定的DNA序列在特定位点切开DNA形成互补粘性末端形成共价键磷酸、脱氧核糖间缩合成键1. 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存2. 具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接3. 具有某些标记基因，便于进行筛选三.三.操作A. 提取目的基因目的基因：是人们所需要的特定基因如：苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子的贮藏蛋白的基因人的胰岛素基因、干扰素基因等主要途径：一是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一条是人工合成基因。
1. 直接分离基因：最常用的方法是“鸟枪法”，又叫“散弹射击法”。
供体细胞中的DNA切成许多片段重组DNA→受体细胞（大量复制）→基因扩增→分离含有目的基因的细胞→把带有目的基因的DNA片段分离出来应用：如许多抗虫、抗病毒的基因都可以用上述方法获得。
优点：操作简便缺点：①工作量大，具有一定的盲目性②真核细胞的基因含有不表达的DNA片段，不能直接用于基因的扩增和表达2. 人工合成基因：（1）以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，获得所需要的基因。
目的基因mRNA单链DNA双链DNA（目的基因序列）（2）根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。
蛋白质氨基酸序列mRNA序列DNA序列目的基因主要应用：如人的血红蛋白基因、胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。
重要发展：DNA序列自动测序仪对提取出来的基因进行核苷酸序列分析，扩增DNA 技术（也叫PCR技术），使目的基因在短时间内成百万倍地扩增。
B. 目的基因与运载体结合C. 将目的基因导入受体细胞常用受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
主要手段：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
质粒细菌目的基因扩增氯化钙：以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。
D. 目的基因的检测和表达1. 在全部受体细胞中，真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的。
2. 必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测。
3. 检测的方法（1）抗性监测：（2）受体细胞是否表现出特定的性状：才能说明目的基因完成了表达过程。
四.四.应用1. 用于发酵工程，制备工程菌生产基因产品2. 改造植物的性状，使其获得优良性状3. 用于动物改造，用于生产或医药4. 环境监测或净化【模拟试题】（答题时间：30分钟）1. 基因在特定的时间和空间条件下表达的结果是（）A. 表现出细胞的全能性B. 形成大量的愈伤组织C. 分化为各种组织和器官D. 脱分化为一群薄壁细胞2. 一种细菌mRNA由360个核苷酸组成，它所编码的蛋白质长度是（）A. 约360个氨基酸B. 约1080个氨基酸C. 共120个氨基酸D. 少于120个氨基酸3. 下列不属于获取目的基因的方法是（）A. 鸟枪法B. 转录法C. 逆转录法D. 根据已知蛋白质序列合成4. 基因工程中常用细胞，酵母菌等做受体细胞，原因是（）A. 结构简单，操作方便B. 繁殖速度快C. 遗产物质少，简单D. 性状稳定、变异少5. 运载体的功能说法中错误的是（）A. 转运目的基因到受体细胞中B. 扩增、表达目的基因C. 合成目的基因D. 监测目的基因的存在6. 下列是工程菌的是（）A. 酵母菌B. 大肠杆菌C. 生产干扰素用大肠杆菌D. 乳酸菌7. 格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌的转化实验，证实了（）① DNA是遗传物质② RNA是遗传物质③ DNA是主要的遗传物质④蛋白质和多糖不是遗传物质⑤S型细菌的性状是由DNA 决定的⑥在转化过程中，S型细菌的DNA可能进入到了R型菌细胞中A. ①④⑤⑥B. ②④⑤⑥C. ②③⑤⑥D.③④⑤⑥8. 下列①、②、③、④均是遗传物质应具有的特点。
噬菌体侵染细菌实验能够直接证实DNA作为遗传物质具有的特点是（）①分子结构具有相对的稳定性②能够自我复制，保持前后代的连续性③能通过指导蛋白质合成，控制生物性状④能产生可遗传的变异A. ①②B. ③④C. ①④D. ②③9. 采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（）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，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房进入受精卵A. ①②B. ②③C. ③④D. ④①10. 图示为限制酶切割某DNA分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列及切点为（）A. CTTAAG，切点在C和T之间B. CTTAAG，切点在G和A之间C. GAATTC，切点在G和A之间D. GAATTC，切点在C和T之间11. 下列有关质粒的叙述，正确的是（）A. 质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器B. 质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子C. 质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制D. 细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行12. 真核生物编码蛋白质的基因经转录产生有功能的成熟的信使RNA的过程是（）A. 转录后直接产生的信使RNAB. 将内含子转录部分剪掉，外显子转录部分拼接而成C. 将外显子转录部分剪掉，内显子转录部分拼接而成D. A、B、C三种情况都有13. 下列关于细胞质基因的存在位置的说法中正确的是（）A. 存在于细胞质内某些细胞器的染色体上B. 存在于细胞质中某些细胞器内的DNA上C. 存在于细胞质和细胞核内D. 存在于染色体上14. 英国科学家维尔莫特首次用羊的体细胞（乳腺细胞）成功地培育出一只小母羊，取名为“多利”，这一方法被称之为“克隆”，以下四项中与此方法在本质上最相近的是（）A. 将兔的早期胚胎分割后，分别植入两只母兔子宫内，并最终发育成两只一样的兔B. 将人的抗病毒基因嫁接到烟草的DNA分子上，培育出具有抗病能力的烟草新品种C. 将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞D. 将人的精子与卵细胞在体外受精，受精卵在试管内发育15. 要想获得大量的单克隆抗体就必须用单个的B淋巴细胞进行无性繁殖，形成细胞群。
原因是（）A. 在体外培养条件下B淋巴细胞可以无限增殖B. 在动物体内B淋巴细胞可产生多达百万种以上的抗体C. 每一个B淋巴细胞都参与特异性免疫反应D. 每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体16. 科学家通过基因工程培育出抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放入”棉的细胞中与棉的DNA结合起来并发挥作用，请回答下列有关问题：（1）从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是，其特点是。
（2）苏云金芽孢杆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。
具体作法是：用酶将苏云金芽孢杆菌的切成许多片段，然后将这些片段，再通过转入不同的受体细胞，让它们在各个受体细胞中大量，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把分离出来。
（3）进行基因操作一般要经过的四个步骤是：，，，。
17. 下图是将人的生长激素基因导入细菌D细胞内，产生“工程菌”的示意图。
所用的载体为质粒A。
若知细菌D细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌后，其上的基因能得到表达。
（1）图中A和B产生的C叫，它通常在体外完成，此过程必须用到的工具酶为。
（2）目前把C导入细菌时效率不高，在导入前一般要用处理细菌，以增大细菌细胞细胞壁的通透性。
（3）在导入完成后得的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入了普通质粒，只须少数导入的是C。
所以在基因工程的操作步骤中必须要有这一步骤。
（4）若将C导入细菌D后，目的基因在“工程菌”表达成功的标志是什么？（5）目的基因表达成功后，“工程菌”明显不同于细菌D。
从变异的来源看，此变异属于。
类似于此技术，在细胞工程中也能产生此类变异，请举出细胞工程中能产生此类变异的两个实例。
【试题答案】1. C2. D3. B4. B5. C6. C7. D8. D9. B 10. C11. B 12. B 13. B 14. A 15. D16.（1）限制性内切酶；一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割（2）限制性内切；DNA；分别与运载体结合；运载体；复制；带有目的基因的DNA片段（3）提取目的基因；目的基因与运载体结合；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测和表达17.（1）重组DNA；DNA限制性内切酶、DNA连接酶（2）CaCl2（3）目的基因的检测与表达（4）“工程菌”能合成生长激素（5）基因重组；植物体细胞杂交、动物细胞融合。
