高考生物育种与基因工程.ppt

热 点 提 示 1.杂交育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等各种育种方式的原理、过程、优缺点的分类与比较。 2.基因工程的简单应用，转基因生物与转基因食品的安全问题。,第六章 杂交育种与诱变育种 基因工程,考 纲 1.生物变异在育种上的应用 2.转基因食品的安全问题 ,1、多倍体产生的主要原因,处于有丝分裂前期的细胞,外界环境剧变, 不能形成纺锤体,细胞分裂停止,外界环境适宜,细胞重新开始进入分裂间期,染色体数目加倍,注：减数分裂不正常也可产生数目加倍的配子，从而产生染色体加倍的植株。,知识回顾：,2、单倍体育种过程,普通植株,减数 分裂,花粉,花药离 体培养,单倍体幼苗,秋水仙 素处理,纯合子幼苗,所需的品种,选择,思考：,现有两个不同品种的水稻：高杆抗病DDTT和矮杆不抗病 ddtt，欲培育出矮杆抗病ddTT的优良植株，你有何办法？ 写出育种流程图。,高杆抗病DDTT,ddtt矮杆不抗病,P,单倍体育种,原理、方法、优点、缺点分别是什么？,高杆抗病DDTT,ddtt矮杆不抗病,F1,P,DdTt,高杆抗病,D_T_,D_tt,高杆抗病,ddT_,ddtt,高杆不抗病,矮杆抗病,矮杆不抗病,纯合体植株,F2,连续多代自 交3 5代,矮杆抗病,杂交育种,原理、方法、优点、缺点、适用范围分别是什么？,杂交,练习： P89 例1 课堂达标1 1,一、杂交育种,原理：,基因重组,方法：,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，即“集优”,能产生新的基因型。,缺点：,育种所需时间较长（自交选择需五-六代,甚至十几代)。,杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间要长，那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？,适用范围：,亲本有一定亲缘关系（同源）,诱变育种,ddtt矮杆不抗病的种子或幼苗,高杆抗病DDTT或,各种射线照射或 化学试剂处理、种植、观察,ddTT新品种,原理、方法、优点、缺点分别是什么？,二、诱变育种,原理：,基因突变,方法：,物理方法(紫外线、X射线、失重等) 或 化学方法(亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理植株，再选择符合要求的变异类型,优点：,产生新基因和新的性状，能提高变异的频率，后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。,缺点：,有利个体不多，须大量处理供试材料 ，工作量大 。,应用:,太空辣椒的培育 、青霉菌的选育等,二者最大的区别在于诱变育种能创造出新基因。,思考： 1、杂交育种与杂交优势是一回事吗？ 2、诱变育种与杂交育种相比，最大的区别是什么？,不是；杂交育种是在杂交后代众多类型中选留符合育种基因标的个体进一步培育，直至获得稳定遗传的具有优良性状的新品种(纯合子)。 杂种优势主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定。,从高杆抗病DDTT植株中获取抗病基因TT,抗病基因TT 与质粒结合,把抗病基因TT导入ddtt矮杆不抗病植株内,矮杆抗病新品种,抗病基因TT表达,基因工程育种,原理、方法、优点、缺点分别是什么？,三、基因工程育种,原理：,基因重组,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表达与检测筛选获得优良个体,优点：,目的性强（定向改造生物的性状），育种周期短；克服了远缘杂交不亲和性,缺点：,技术复杂、安全性问题多，有可能引起生态危机,应用:,转基因抗虫棉,几种育种方式比较 P88,（1） 杂种优势不同于杂交育种，杂种优势是杂交子一代所表现的优良性状。 （2）在所有育种方法中,最简捷、常规的育种方法杂交育种。 （3）根据不同育种需求选择不同的育种方法 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。 要求快速育种，则运用单倍体育种。 。,特别提醒：,特别提醒：,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。 要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。 （4）杂交育种选育的时间是从F2代开始，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。,思考：1、如果水稻的某迟熟（AA)品种,那么我们有什么好办法快速的得到早熟（aa）品种？,人工诱变 + 单倍体育种,早熟品种(aa),当年就可以培育出优良新品种！,迟熟品种 (AA),杂合子 (Aa),幼苗 （A）,幼苗 （a）,迟熟品种(AA),时间：,2、已有A、B两个小麦品种，A抗病，B蛋白含量高。如何培育出同时具有A、B两品种的优良品质的小麦？,杂交育种、基因工程,3、如果没有A品种小麦，只有抗病水稻。如何培育出同时具有A、B两品种的优良品质的小麦（抗病蛋白含量高）？,基因工程、诱变育种,但基因工程育种比诱变育种好，因为基因工程定向改造生物性状，诱变育种具有不定向性。,不能用杂交育种好，因为小麦与水稻存在生殖隔离。,例1：对下列有关实例形成原理的解释，正确的是（ ） A培育无籽西瓜是利用单倍体育种的原理 B无籽番茄的获得是利用了多倍体育种的原理 C培养青霉素高产菌株过程中利用了基因突变的原理 D“多莉羊”的诞生是利用了诱变育种的原理,C,例2、改良缺乏某种抗病性的水稻品种，不宜采用的方法是（ ) A诱变育种 B单倍体育种 C基因工程育种 D杂交育种 例3、两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB,这两对基因按自由组合定律遗传,要培育出基因型为aabb的新品种,最简捷的方法是( ) A.杂交育种 B. 细胞工程育种 C.单倍体育种 D.人工诱变育种,B,A,例4能够使植物表达动物蛋白的育种方法是( ) A单倍体育种 B杂交育种 C基因工程育种 D多倍体育种,解析：基因工程育种是指将目的基因导入受体细胞并使其表达的技术手段。能克服远缘杂交不亲和的障碍，从而使动物基因在植物细胞的中表达(植物基因在动物细胞的中表达)。,C,练习： P232 1-7、11、13、14、17,基因工程,1、定义：,2、基本工具,3、操作步骤：,常用的运载体,基因的剪刀：,基因的“针线”：,运载体,名称、存在、特性、作用及其结果,名称、作用及其结果,作用,应具备的条件：,质粒的本质,（原理、目的、意义）,4、产物：,基因工程：,原 理：,操作水平：,结 果：,一、基因工程,目的基因,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,获得新性状,基因拼接技术或DNA重组技术,基因操作的工具,1、基因工程的剪刀,指“ 限制性核酸内切酶 ”,微生物,一种限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并切割特定核苷酸间的磷酸二酯键，形成平末端或黏性末端,已发现的有4000多种,练习：P232 8,这个特点说明了：,酶具有专一性,练习：P269 1,1、被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？不同的限制酶呢？,2、限制酶的发现有什么意义？,形成的黏性末端不同,基因工程创立的标志,相同。,思考:,（07广东）7.现有一长度为1000碱基对(by）的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000 by，用Kpn1单独酶切得到400 by和600 by两种长度的DNA分子，用EcoRI、Kpnl同时酶切后得到200 by和600 by两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是,D,2已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如上图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是( ) 线性DNA分子的 酶切示意图 A3 B4 C9 D12,线性DNA分子的酶切示意图,C,解析：限制性内切酶具有专一性，据题干信息可知，三个切点都是该酶的切点，若线性DNA分子在三个切点都被切断，则得a、b、c、d；有一个切点被切断，得ab、cd，或abc、d，或a、bcd；有两个切点被切断，得a、b、cd，若ab、c、d，或a、bc、d。因此，共得到不同长度的DNA片段有9种。,连接酶的作用是： 。,2：基因工程的针线,指“DNA连接酶”,连接“梯子”断口的“扶手”而非“梯子”中间的“踏板”。即连接形成 。,其作用与限制性内切酶 。,磷酸二酯键，而不是氢键,相反，但作用点相同,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。,5(2019福建泉州月考)下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( ) A B C D,C,知识小结：名P150 限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、解旋酶的比较,2(2019潍坊模拟)质粒作为“分子运输车”的条件是( ) 能够自我复制 双链环状DNA分子 有多个限制酶切点 有标记基因 真核细胞中没有 A B C D,解析：载体具备的条件是：能自我复制；有标记基因；最好有多个限制酶切点；能在宿主细胞内稳定存在并大量复制。,C,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、具有标记基因，便于进行筛选,质粒、噬菌体和动、植物病毒等,4、对宿主细胞无害,作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。,共同特点是：,都有侵染或进入宿主细胞的能力,标记基因，便于进行检测。,其中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.,P232 10 质粒是基因工程中最常用的运载体，质粒上有标记基因（如图所示），通过标记基因可以推知外源基因（目的基因）是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同。右图表示外源基因插入位置（插入点有a、b、c），请据下表细菌生长情况，推测三种重组细菌与外源基因插入点相对应的一组是 A。是a、是c、是b B是c和b、是b、是c C是c和b、是c、是b D是a、是b、是c,A,注意： 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。,练习：P269 5,第一步：,三、基因工程基本步骤：,第二步：,目的基因的获取,基因表达载体的构建,第三步：,将目的基因导入受体细胞,第四步:,目的基因的检测和表达,第一步：目的基因的获取,1、目的基因主要是指_。 2、获取目的基因的常用方法,阅读选修3课本P9，掌握下列知识：,编码蛋白质的结构基因,从基因文库中获取 利用PCR技术扩增目的基因 （变性，复性，延伸） 通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成,基因文库,基因组文库,部分基因文库（如:cDNA文库）,1.基因文库 将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库,（一）从基因文库中获得目的基因,2、方法：课本 P9,练习：P135 即3,3在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是( ) A用mRNA为模板逆转录合成DNA B以4种脱氧核苷酸为原料人工合成 C将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选 D由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA,解析：人工合成目的基因有两种方法：一是通过mRNA单链DNA双链DNA；二是根据蛋白质氨基酸序列mRNA序列推测出结构基因的核苷酸序列通过化学方法人工合成；在已知基因碱基序列的情况下，合成目的基因的最佳方法就是以4种脱氧核苷酸为原料，进行化学合成(第二种方法)。,B,拓展：原核细胞与真核细胞的基因结构比较,注意： 真核生物DNA编码区是不连续的，外显子能编码蛋白质，内含子不能，但内含子比外显子多很多，具体作用不清楚，两者都能转录。 原核生物中基因的编码区是连续的，即只有外显子。,P269 4下列获取目的基因的方法中需要模板链的是 从基因文库中获取目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 反转录法 通过DNA合成仪利用化学方法人工合成 A B C D 1、PCR技术扩增DNA，需要的条件是（ ） 目的基因 引物 四种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 mRNA 核糖体 A. B. C. D.,D,A, 概念：PCR全称为_，是一项 在生物_复制_的核酸合成技术,条件：_、 、_、_ 、 _、_ 。,原理：_,方式：以_方式扩增，即_（n为扩增循 环的次数）,结果：,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,DNA双链复制,模板、,四种脱氧核苷酸,一对引物(做启动子),Taq酶,指数,2n,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增,（二）利用PCR技术扩增目的基因,加热,能量,过程：,a、DNA变性（90-95）： 目的基因DNA受热变性，解链,b、复性（55-60） 引物结合到互补DNA单链,c、延伸（70-75）： 合成链在Taq酶作用下进行延伸,（二）利用PCR技术扩增目的基因,（二）利用PCR技术扩增目的基因,细胞内（主要在细胞核）,细胞外（主要在PCR扩增仪）,解旋酶、DNA聚合酶,Taq酶,细胞内温和条件,需控制温度，在较高温度下进行,DNA分子,DNA片段或基因,DNA复制与PCR技术扩增,均需要模板、原料、酶、引物,符合2n的例子,1、DNA复制 2、细胞有丝分裂 3、细菌种群数量增长 4、PCR技术扩增 5、一个含n对同源染色体的生物产生 6、配子的种类 7、杂合子F1产生配子的种类 8、杂合子F1测交子代基因型种类、表现型种类 9、F2代表现型种类,1.用一定的_切割质粒，使其出现一个切口，露出_。 2.用_切断目的基因，使其产生_ 。,3.将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加入适量_，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,限制酶,黏性末端,同一种限制酶,切口,DNA连接酶,相同的黏性末端,二、基因表达载体的构建,质粒,DNA分子,限制酶处理,一个切口 两个黏性末端,两个切口 获得目的基因,DNA连接酶,重组DNA分子（重组质粒）,同一种,4.过程:,二、基因表达载体的构建,练习：P270 18(4),5基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是,，限制酶的识别序列和切点是,A目的基因和质粒均用限制酶切割 B目的基因和质粒均用限制酶切割 C质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割 D质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割,5基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是，限制酶的识别序列和切点是。根据图示判断下列操作正确的是( ) A目的基因和质粒均用限制酶切割 B目的基因和质粒均用限制酶切割 C质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割 D质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割,解析：本题中要遵循一个原则：不能同时将两个标记基因切开，至少保留一个，所以只能用酶切割质粒；而从目的基因右侧碱基序列可知只能用酶切割目的基因,才能得到含目的基因的DNA片段。 答案：D,5.基因表达载体的组成：,目的基因 启动子 终止子 标记基因,二、基因表达载体的构建,区分：载体、运载体与表达载体,练习：P242 即3 P243 5,转化 ,方法,将目的基因导入 植物细胞,将目的基因导入 动物细胞,将目的基因导入 微生物细胞,农杆菌转化法,基因枪法,花粉管通道法,显微注射法,Ca2+处理法,目的基因进入_内，并且在 受体细胞内维持_和_的过程,受体细胞,稳定,表达,三、将目的基因导入受体细胞,1、将目的基因导入植物细胞的方法：农杆菌转化法(最常用、80%的转基因植物都是) （1）农杆菌介绍 （2）原理及适用范围,三、将目的基因导入受体细胞,（双子叶植物和裸子植物）,2、将目的基因导入动物细胞 （1）方法：显微注射法（最常用、有效） （2）动物细胞多采用 。,3、将目的基因导入微生物细胞 （1）方法：Ca2+处理法 （2）常用材料：大肠杆菌,三、将目的基因导入受体细胞,受精卵（或早期胚胎）,原因是受精卵全能性最强，可使目的基因在相应的组织中得以表达。,繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少,将目的基因导入受体细胞转化,创P 241,练习：P313 7 P347 6,补充:P347 6 请以人凝血因子基因为例，说明基因的表达过程,四、目的基因的检测与鉴定,创P 241,DNA分子杂交(DNA和DNA之间),目的基因是否进入受体细胞,杂交带,目的基因是否转录出mRNA,分子杂交(DNA和mRNA之间),杂交带,杂交带,目的基因是否翻译成蛋白质,抗原抗体杂交,包括做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能活性是否相同,练习：P347 7、 8 10（4）,补充:P347 8 请以S基因为例，说明基因的表达过程,抗病,抗逆,生长速度,品质,药物,器官移植,1DNA探针能检测到标本上的：（ ） A遗传密码 B遗传信息 C蛋白质序列 D细胞结构 2DNA探针能用于检测：（ ） A地方性甲肿病患者 B乙肝患者 C骨质软化病患者 D缺铁贫血病患者 3、下列哪项不是基因工程技术（ ） A.基因转移 B.基因扩增 C.基因检测 D.基因表达,B,B,D,42019年我国科学工作者用基因工程迅速研制出“非典”诊断盒。其作用及机理是：（ ） A治疗“非典”,利用的是抗原抗体反应 B诊断“非典”,利用的是DNA分子杂交原理 C诊断“非典”，利用的是抗原抗体反应 D治疗“非典”，利用的是DNA分子杂交原理,B,5、下列不属于基因工程方法生产的药物是 A.干扰素 B.白细胞介素 C.青霉素 D.乙肝疫苗,C,6目前，欧洲、亚洲许多国家都发现了禽流感疫情，并引起了人体感染，造成多人死亡。科学工作者经研究，发现了数种快速检验禽流感病原体的方法，以正确诊断禽流感，以下与禽流感病原体研究、诊断有关的是( A镜检法：在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液，以发现病原体 BPCR：体外基因复制技术，可在几十分钟内把病原体的基因扩展到数百万倍 C酶联法：用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合，通过酶联反应，以发现病原体 DDNA探针技术：用放射性同位素、荧光因子等标记的DNA 分子做探针，利用DNA分子杂交原理来检测病原体,BCD,17为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中的其他植物，科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中。其原因是：（ B ） A叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中 B受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞 C转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流 D植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比,7为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中的其他植物，科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中。其原因是：（ ） A叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中 B受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞 C转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流 D植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比 8、目前转基因工程可以（ ） A.打破地理隔离但不能突破生殖隔离 B.打破生殖隔离但不能突破地理隔离 C.完全突破地理隔离和生殖隔离 D.部分突破地理隔离和生殖隔离,B,D,9、根据下列所给材料很大问题： 材料一：把人的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的质粒上，然后导入大肠杆菌内，产生出人的胰岛素。 材料二：把萤火虫的荧光基因转入烟草体内，培育出荧光的烟草。 材料三：有人把蜘蛛产生丝蛋白的基因转入羊的细胞中，在羊分泌的乳汁中加入某种物质后，可抽出细丝，这种细丝可望用作手术的缝合线。,（1）上述生物新品种的产生运用了 技术。 （2）一种生物的基因在另一种生物体内能够表达，而不影响其他基因的表达，这说明基因是 有 效应的 片段，具有一定的 性，同时可以说明各种生物共用一套 。 （3）上述技术所用的工具酶有 。 （4）材料一中，拼接到质粒上的人胰岛素基因与质粒上的其他基因在结构上的区别是 。,基因工程,遗传,DNA,独立,密码子,限制酶、DNA连接酶,人胰岛素基因编码区是不连续的,（5）材料三中所用缝合线与普通缝合线相比有何优点？ 。 （6）可遗传的变异分为三种 、 和 ，而基因工程改变一个物种的基因属于 。 （7）从上述所给的材料，不能得出哪一结论 A.动植物之间可以相互转基因 B.真核生物与原核生物之间可以相互转基因 C.基因工程可以定向地改变生物的基因 D.转基因生物的出现对生物的进化是有利的。,可以被分解吸收，不需拆线,基因重组,基因突变,染色体变异,基因重组,D,2. 基因工程与蛋白质工程的比较,练习：P242 4 例2 P348 12,创P 241,以下为备用，该节不再讲,练习题,1、 下图是用某种作物的两个品种和分别培育出、品种的示意图，试分析回答： AABB E Ab - D AaBb F AAbb- aabb G AAaaBBbb- （1）用和培育所采用的D和F步骤分别是 和 。其应用的遗传学原理是 。 （2）用培育所采用的E和H步骤分别是_ 和 。其应用的遗传学原理是 。 （3）用培育所采用的G步骤是 。其遗传学原理是 。,H,杂交,自交,基因重组,花药离体培养,秋水仙素处理幼苗,染色体变异（单倍体育种）,秋水仙素处理幼苗,染色体变异（多倍体育种）,2 请写出下面各项培育方法： （1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是 。 （2）用60Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是 。 （3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 。 （4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理属于 。 （5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是 。 （6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是 。,单倍体育种,诱变育种,多倍体育种,诱变育种,杂交育种,诱变育种,21（海南09）(14分) 填空回答下列问题： (1)水稻杂交育种是通过品种间杂交，创造新变异类型而选育新品种的方法。其特点是将两个纯合亲本的_ 通过杂交集中在一起，再经过选择和培育获得新品种。 (2)若这两个杂交亲本各具有期望的优点，则杂交后，