湖南省高中生物 第六章 从杂交育种到基因工程课件 新人教版必修1.ppt

从杂交育种到基因工程 一 选择育种 1 优点 有利生物的变异 通过长期选择 汰劣留良 培育优良品种 2 缺点 周期长而且可选择的范围是有限的 二 杂交育种 1 概念 2 原理 3 优点 4 不足 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 基因重组 将同种生物不同个体上的优良性状集中在同一个体上 即 集优 不能创造新基因 是原有基因的重新组合 从而不能产生新性状 育种进程缓慢 过程繁琐 只适用于有性生殖的生物 5 方法 杂交 自交 选优 连续自交 f1 杂种 f2 所需类型 纯合子 具有不同优良性状的亲本 注 杂交育种不一定需要连续自交 若选育显性优良纯种 则需要连续自交筛选直至性状不再发生分离 若选育隐性优良纯种 则只要在子二代出现该性状个体即可 纯种高杆抗锈病小麦 ddtt 与矮杆不抗锈病小麦 ddtt 培育矮杆抗锈病小麦 ddtt p ddtt ddtt f1 ddtt 自交f2 矮杆抗锈病 ddttddtt 连续自交 矮杆抗锈病 ddtt 6 举例 7 应用 8 杂交育种与杂种优势 1 在农业生产上 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 如杂交水稻 矮杆抗锈病小麦 2 在畜牧业中 用于家畜 家禽优良品种的选育 如奶牛 1 杂种优势是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代 在适应能力上优于两个亲本的现象 2 杂交育种是在杂交后代众多类型中选择符合育种目标的个体进一步培育 直到获得稳定遗传的具有优良性状的新品种 注 生产上人们利用杂种优势 需要年年配种 杂种 但不再留种 三 诱变育种 1 概念 2 原理 3 优点 4 不足 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 基因突变 提高突变率 在较短时间内获得更多的优良性状 产生新基因 从而大幅度改良某些性状 变异范围广 动物 植物 微生物均适用 有利变异少 需大量处理材料 诱变的方向和性质不能控制 具有盲目性 突变体难以集中多个理想的优良性状 5 方法 6 应用 选择生物 诱发突变 选择理想类型 培育 诱变因素 物理因素 化学因素 空间诱变 x射线 r射线 紫外线 激光等亚硝酸 硫酸二乙酯宇宙强辐射 微重力和高真空等 如太空椒 1 农作物育种 培育出的新品种 具有抗病力强 产量高 品质好等特点 如黑农五号大豆 2 微生物育种 如青霉菌的培育 注 诱变育种与杂交育种相比 前者能产生前所未有的新基因 创造变异新类型 后者不能产生新基因 只是实现原有基因的重新组合 提示此特点为缺点 不是优点 遗传育种方式的比较 基因重组 基因突变 染色体变异 染色体变异 基因重组 基因重组 染色体变异 动物细胞核的全能性 染色体组成倍增加 产生新的基因组合即基因型 产生新的基因 获得外源基因 不同物种实现基因重组 实现细胞核的全能性表达 项目 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 基因工程育种 细胞融合技术育种 技术复杂且须与杂交育种配合 发育延迟 结实率低 有可能引起生态危机 将不同个体的优良性状集中于一个生物个体上 甲品种 乙品种 f1 f2 人工选择性状稳定遗传的新品种 甲品种 乙品种 目的基因 运载体 种子 返地种植 多种变异种类 新品种 卫星搭载 太空旅行 人工选择 f1 单倍体植株 若干植株 新品种 花药离体培养 秋水仙素 人工选择 正常的幼苗 若干植株 新品种 秋水仙素 人工选择 重组dna 受体细胞 转基因生物 体细胞核 去核卵 细胞融合技术育种 细胞核移植技术育种 基因工程育种 多倍体育种 单倍体育种 诱变育种 杂交育种 项目 白菜 甘蓝番茄 马铃薯 克隆羊 鲤鲫移核鱼 青霉素高产菌株 矮秆抗锈病小麦 实例 甲植株细胞 乙植株细胞 原生质体融合 杂种细胞 组织培养 杂种植株 重构卵 分裂并胚胎移植 新品种 4 随着我国航天技术的日趋成熟 太空育种正在兴起 有两个优势 太空失重 真空状态 将很多在地球重力场中无法完成的育种实验变为容易实现的现实 太空高辐射环境为动 植物 微生物发生基因突变提供良好条件 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 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 让染色体加倍可以用秋水仙素等进行处理 也可采用细胞融合的方法 且此方法能在两个不同物种之间进行 6 原核生物不能进行减数分裂 所以不能运用杂交的方法进行育种 一般采用的方法是诱变育种 aaaabbbb 育种方法综合运用图解 杂交育种 基因重组 f2 从f2开始出现aabb个体 或从f2开始出现性状分离 97 1 1 花药离体培养 能明显缩短育种年限 诱变育种 过程 产生的变异是定向的 或基因工程育种转入的基因是已知的 用基因工程手段产生的变异是定向的 1 由品种aabb aabb经过 过程培育出新品种的育种方式称为 其原理是 用此育种方式一般从 才能开始选育aabb个体 是因为 2 若经过过程 产生的子代总数为1552株 则其中基因型为aabb的植株在理论上有 株 基因型为aabb的植株经过过程 子代中aabb与aabb的数量比是 3 过程 常采用 技术得到ab个体 与过程 的育种方法相比 过程 的优势是 4 过程 的育种方式是 与过程 比较 过程 的明显优势是 二 基因工程及其应用 1 概念 对概念的理解 2 原理 基因重组 基因工程又叫做基因拼接技术或dna重组技术 通俗地说 就是按照人们的意愿 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 3 工具 4 步骤 基因的 剪刀 限制性核酸内切酶 限制酶 提取目的基因 基因的 针线 dna连接酶 目的基因与运载体结合 基因的运输工具 运载体 常用的有质粒 噬菌体和动植物病毒 目的是将目的基因送入受体细胞 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 一 基因的剪刀 限制性内切酶 简称限制酶 1 分布 主要在微生物中 2 特点 特异性 即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并且能在特定的切点上切割dna分子 3 举例 大肠杆菌的一种限制酶 ecor 能识别gaattc序列 并在g和a之间切开 一 基因的剪刀 限制性内切酶 简称限制酶 4 结果 产生黏性未端 碱基互补配对 什么叫黏性末端 被限制酶切开的dna两条单链的切口 带有几个伸出的核苷酸 他们之间正好互补配对 这样的切口叫黏性末端 5 作用 基因工程中重要的切割工具 在微生物体内能将外来的dna切断 对自己的dna无损害 限制酶不剪切细菌本身的dna的原因 a dna分子中不具备相应的识别切割序列 b 在甲基化酶的作用下 将甲基转移到相应序列的碱基上 故而这是微生物长期进化形成的一套完善防御机制 二 基因的针线 dna连接酶 dna连接酶可把黏性末端之间的缝隙 缝合 起来 即连接脱氧核糖和磷酸交替连接而成的dna骨架上的缺口 磷酸二酯键 dna连接酶作用处 1 催化对象 两个具有相同黏性末端的dna片段 2 催化位置 脱氧核糖与磷酸之间的缺口 3 催化结果 形成重组dna 注 dna连接酶连接的部位 磷酸二酯键 梯子的扶手 不是氢键 梯子的踏板 三 基因的运输工具 运载体 4 质粒 3 种类 质粒 噬菌体和动植物病毒 是基因工程最常用的运载体 它广泛地存在于细菌中 是细菌染色体外能够自主复制的很小的环状dna分子 大小只有普通细菌拟核dna的百分之一 1 作用 2 条件 充当运输工具 目的基因单独不能复制 比一比 1 dna连接酶和dna聚合酶有何不同 2 运载体和细胞膜上的载体相同吗 答案 1 dna连接酶是修复愈合dna片段间单链上的缺口 使之形成磷酸二酯键 dna聚合酶是dna分子复制时 按模板链的要求 逐个把脱氧核苷酸连接起来 形成dna的子链 2 不同 运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具 常用的运载体有质粒 动植物病毒 噬菌体等 位于细胞膜上的载体是蛋白质 与控制物质进出细胞有关系 基因操作的基本步骤 提取目的基因 1 2 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与表达 目的基因与运载体结合 一 提取目的基因 1 目的基因 是人们所需要转移或改造的基因 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因 还有植物的抗病 抗病毒 抗细菌 基因 种子贮藏蛋白的基因 以及人的胰岛素基因 干扰素基因等 2 取得途径 直接分离 从供体细胞 人工合成 化学合成 反转录法 根据蛋白质中氨基酸的序列推测出核苷酸序列 通过化学方法人工合成dna 二 目的基因与运载体结合 1 用一定的限制酶切割质粒 使其出现一个切口 露出黏性末端 2 用同一种限制酶切断目的基因 使其产生相同的黏性末端 3 将切下的目的基因片段插入质粒的切口处 再加入适量dna连接酶 形成了一个重组dna分子 重组质粒 注 目的基因与运载体的结合过程 实际上是不同来源的基因重组的过程 常用的受体细胞 大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物细胞等 将目的基因导入受体细胞原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 三 将目的基因导入受体细胞 四 目的基因的检测和表达 受体细胞摄入dna分子后 目的基因不一定完成了表达 受体细胞必须表现出特定的性状 才能说明目的基因完成了表达 若不能表达 要对抗虫基因再进行修饰 检测 根据受体细胞中是否具有标记基因 判断目的基因导入与否鉴定 受体细胞是否表现目的基因控制的性状 如棉花抗虫性状的表现 1 分子水平的检测 分子杂交技术 第二步 检测目的基因是否转录出mrna 第三步 检测目的基因是否翻译成蛋白质 2 个体水平的鉴定 方法 抗原 抗体杂交 第一步 检测目的基因是否插入受体细胞染色体dna上 方法 dna分子杂交技术 转基因生物的dna与目的基因的dna片段 方法 分子杂交技术 转基因生物的mrna与目的基因的dna片段 一个抗虫或抗病的目的基因导入细胞后 是否赋予了植物抗虫或抗病的特性 需要做抗虫或抗病的接种实验 以确定是否有抗性及抗性程度 四 目的基因的检测和表达 提醒 微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快 代谢快 目的基因产物多的特点 动物受体细胞一般选用受精卵 植物受体细胞可以是体细胞 但需与植物组织培养技术相结合 二 基因工程的应用 1 基因工程与作物育种 高产 稳产和具优良品质的品种 培育抗逆性品种 1 基因工程在农业上的应用 转入向日葵基因的大豆 用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量 如 向日葵豆 植株 将细菌的抗虫 抗病毒 抗除草剂 抗盐碱 抗干旱 抗高温等抗性基因转移到作物体内 将从根本上改变作物的特性 如转基因抗虫棉 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晶体 能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死 科学家将编码这个蛋白质的基因导人作物 使作物自身具有抵御虫害的能力 转鱼抗寒基因的番茄 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 二 基因工程的应用 1 基因工程与作物育种 高产 稳产和具优良品质的品种 培育抗逆性品种 1 基因工程在农业上的应用 繁殖具有抗病能力 高产仔率 高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物 2 基因工程在畜牧养殖业上的应用 利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达 从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各种物质 如激素 抗体及酶类等 注 抗虫基因作物的使用优点 教材104页 将人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注射到小白鼠受精卵中 得到的 超级小鼠 超级羊 生长快 肉质好的转基因鲤鱼 中国 乳汁中含有人生长激素的转基因牛 阿根廷 导入人基因具特殊用途的猪 背上长人耳的老鼠 2 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 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 注 用基因工程的方法能够高效率的生产出各种高质量 低成本的药品 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 长期以来只能依靠从猪 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 将合成的人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 大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题 还使其价格降低了30 50 干扰素治疗病毒感染简直是 万能灵药 过去从人血中提取 300l血才提取1mg 其 珍贵 程度自不用多说 疫苗 乙肝 狂犬病 百日咳 霍乱 伤寒 疟疾 基因工程药品 胰岛素 干扰素 白细胞介素 溶血栓剂 凝血因子 人造血液代用品 3 基因工程与环境保护