高中生物复习课专题七第3课《从杂交育种到基因工程》（必修2）
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《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
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