第七单元第四课时现代生物进化理论 (1)

品 与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育 种的优点有哪些？ 目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短
3、基因工程与药物研制
许多药品的生产 是从生物组织中提取 的。受材料来源限制 产量有限，其价格往 往十分昂贵。
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
微生物生长迅速，容易控制，适于大 规模工业化生产。若将生物合成相应药物 成分的基因导入微生物细胞内，让它们产 生相应的药物，不但能解决产量问题，还 能大大降低生产成本。
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转鱼抗寒基 因的番茄
转基因耐贮藏番茄（左）和普通番 不会引起过敏的转基因 茄（右） 大豆
2：基因工程在畜牧养殖业的应用
生长快、肉质好的转基因 鱼(中国)
乳汁中含有人生长激素的转 基因牛(阿根廷)
2002年，中国转基因棉花达到150万公 顷，已经占到棉花产量的1／3.
我国大豆食用油近七成是“转基因”产
胰岛素从猪、牛等动物 的胰腺中提取，100Kg胰腺只 能提取4-5g的胰岛素，其产 量之低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素 基因导入大肠杆菌， 每2000L培养液就能 产生100g胰岛素！使 其价格降低了30%50%!
导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
特殊动物
图为2001年12月底出生的5只 可爱的转基因克隆小猪。据培育者英 国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将 为研究和“生产”适用于人体移植手 术使用的动物器官提供巨大的帮助。
举例
八倍体小黑麦
细胞水平:
细胞工程育种 原 理 植物： 动物克隆： 途径与方法 去细胞壁→原生质 体融合→杂种细胞 核移植→胚胎移植 →组织培养
优点
缺点 举例
能克服远缘杂交的不 亲和性，有目的地培 育优良品种
保存濒危物种 保持优良品种
技术复杂，难度大
番茄-马铃薯 白菜-甘蓝
ห้องสมุดไป่ตู้
克隆羊
鲤鲫核移植
课堂小结：
基因突变 辐射诱变、激光诱变、 化学诱变
基因工程育种
基因重组 利用转基因技 术将目的基因 引入生物体内 打破物种界限， 定向改造生物 性状 可能会引起 生态危机 产生人胰岛素的 大肠杆菌 抗虫棉
方法
优点 缺点 举例
将不同个体的优良性 提高变异频率，加速育种 状集中到新品种上 过程，可大幅度改良某些 性状 时间长，需及时发 现优良性状 矮秆抗锈病 小麦的培育 有利变异少，须大 量处理材料 青霉素高产菌株的培育 太空椒
根据不同育种需求选择不同的育种方法 (1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上,可利用杂交
育种,亦可利用单倍体育种。
(2)要求快速育种,则运用单倍体育种。 (3)要求大幅度改良某一品种,使之出现前所未有的性状,可利用诱 变育种和杂交育种相结合的方法。 (4)要求提高品种产量,提高营养物质含量,可运用多倍体育种 （5）种间育种法：基因工程、植物体细胞杂交育 种
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。
突破重点：
1.基因重组与基因工程的比较
2、基因工程应注意的若干个问题 (1)限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形
成的磷酸二酯键(不是氢键),只是一个切开,一个连接。
(2)质粒是最常用的运载体,不要把质粒与运载体等同,除质粒之外, 噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA
（纯合,自交后代不发生形状分离）
3、优点： 明显缩短了育种年限。 4、缺点： 技术复杂, 须与杂交育种配合
5、举例： 快速培育矮杆抗锈病小麦
（五）基因工程育种
1、原理: 基因重组 2、方法: 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 目的基因的检测与表达 3、优点：目的性强，可定向改变生物性状 4、缺点： 技术复杂；存在安全性问题 5、举例： 抗虫棉
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAA GGGATT
２、基因的针线──DNA连接酶
连接酶的作用是：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。
G AA T T C
C T T AA G
G AA T T C
C T T AA G
改良作物品质,提高农作物单位面积的产 5、应用： 量的常规方法,同时也可用于家畜、家禽 的育种。
注意：
1.杂种优势 (1)概念:杂种优势是生物界普遍存在的现象。它是指基因型不同 的亲本个体相互杂交产生的杂种子一代,在生长势、生活力、繁 殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本
的现象。
4、
基因工程做成的“超 级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
环境保护
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类， 用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解 石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化 汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
讨论：转基因食品安全吗？
餐 桌 上 的 转 基 因 食 品 你 敢 吃 吗？
(2)特点:杂种优势不是某一个性状单独表现突出,而是许多性状综 合表现突出;杂种优势的大小取决于双亲的遗传差异和互补程度 。
(3)缺点:具有杂种优势的品种不能代代相传,因为这类品种的基因 型是杂合的,它们的后代必定会出现性状分离和重组,从而产生出 新的性状组合。 2.杂种优势与多倍体新品种如何区分 两者都有许多优良性状,例如高产、抗病、品质的改良等;但有一点 是明显区别的,即杂交种早熟但多倍体品种生育延迟,所以晚熟。
（三）多倍体育种
1、原理： 染色体变异 2、方法： 低温处理或用秋水仙素处理萌发 的种子或幼苗。 3、优点： 器官比较大，营养物质的含量提高 4、缺点： 发育延迟，结实率低 5、举例： 三倍体无子西瓜
（四）单倍体育种
1、原理: 染色体变异 2、方法:
花药（花粉）
离体培养
单倍体植株 正常植株
用秋水仙素诱 导染色体加倍
引入
蚕丝与蜘蛛丝
蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有极强的韧度，其韧度是同样直 径钢材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞 食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。30多年来，科学家们一直 试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法
• 德国科学家宣称，他们利用转基因细菌成功 制造出了优质“蛛丝”，将来能利用这种丝 纺织出精美布料或者轻巧而结实的绳索。 • 蜘蛛的吐丝织网技能要受到挑战了。
1.杂交育种选育的是F2,原因是从F2开始发生性状分离;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。 2.杂交育种是通过杂交的方法培育具有优良性状且能稳定遗传(纯合
子)的新品种,而杂种优势则是通过杂交获得种子,一般不是纯合子,在 杂种后代上表现出多个优良性状,但只能用杂种一代,因为后代会发 生性状分离。 3.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;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。
（二）诱变育种
1、概念:利用物理因素或化学因素来处理生物, 使生物发生基因突变从而获得优良变异类型的 育种方法。 2、原理:基因突变。 3、过程:选择生物→诱发突变→选优良性状→ 培育。 4、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。 5、缺点： 突变的方向难以掌握; 突变体难以集中多个理想性状。 6、意义： 培育具有新性状的品种。
用同种限制酶切割
G AA T T C G G AA T T C G
C T T AA
C T T AA
基因的针线：DNA连接酶
G AA T T C
C T T AA G
3、基因的运输工具——运载体
常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒等
质粒存在于许多细 菌和酵母菌等生物中, 是细胞染色体外能够自 主复制的很小的环状 DNA分子。 作为运载体必须具有三 个条件：①在宿主细胞 中能保存下来并能大量 复制；②有多个限制酶 切点，③有一定的标记 基因，便于进行筛选。
（六）植物体细胞杂交
1、原理: 细胞膜的流动性、细胞的全能性。 2、方法: 细胞去壁——原生质体融合——组织培养 3、优点：克服了远缘杂交不亲和的障碍。 4、缺点： 技术难度大
5、举例： 白菜—甘蓝
（七）动物细胞核移植
1、原理: 动物体细胞核的全能性 2、方法: 将具备所需性状的体细胞 核移植到去核卵细胞中。 3、优点：改良动物品种，拯救濒危动物 4、缺点： 难度大,成活率低。 5、举例： 克隆羊
标记基 因，便 于进行 检测。
1：基因工程在农业上的应用 1993年，中国农业科学院 的科学家成功地培育出抗 棉铃虫的转基因抗虫棉， 抗虫的基因来自苏云金杆 菌。苏云金杆菌形成的伴 胞晶体是一种毒性很强的 蛋白质晶体，能使棉铃虫 等鳞翅目害虫瘫痪致死。 科学家将编码这个蛋白质 的基因导入作物，使作物 自身具有抵御虫害的能力。
,其基本单位为脱氧核苷酸。
(3)基因工程中工具酶有两种——限制性内切酶和DNA连接酶; 工具有三种,除上述两种工具酶外还包括运载体。 (4)基因工程四个步骤中只有第3步将目的基因导入受体细胞不 涉及到碱基互补配对。
(5)受体细胞常用微生物的原因——繁殖快、代谢快、目的基因产
物多。 (6)培育转基因植物,受体细胞可选用受精卵或体细胞。若受体细胞
在棉株中得到了表达。
（一）杂交育种
1、原理： 基因重组 2、方法： 杂交 自交 筛选出符合 要求的表现型，连续自交直至不 发生性状分离为止。 3、优点： 将两个或多个优良性状集中在一起。 4、缺点： （1）只能利用已有基因的重组，并不能
创造新的基因。（2）杂交后代会出现性 状分离现象,育种周期长。
染色体水平:
单倍体育种 原 理 途径与 方法 优点 缺点 染 色 体 变 异 花药离体培养再经人工诱导 (秋水仙素)使染色体加倍 获得纯合体植株, 明显缩短育种年限 技术较复杂， 需与杂交育种结合 单倍体育种培育 矮秆抗锈病小麦 多倍体育种 染色体变异 一定浓度的秋水仙素 处理萌发的种子或幼 苗 植物器官大，产 量高，营养丰富 发育延迟， 结实率降低 三倍体无子西瓜