高中生物 第2章 生物科学与农业 2.2 现代生物技术在育种上的应用课件 新人教选修2(00001)

1、第第2节现代生物技术在育种上的应用节现代生物技术在育种上的应用课程目标课程目标导航导航1.描述转基因技术育种和细胞杂交育种等现代育种技术。描述转基因技术育种和细胞杂交育种等现代育种技术。2.列举现代育种技术在实践中应用的实例，探讨其前景。列举现代育种技术在实践中应用的实例，探讨其前景。3.关注转基因生物及其产品引发的社会问题。关注转基因生物及其产品引发的社会问题。知识点知识点1转基因技术转基因技术知识梳理知识梳理1.转基因技术育种转基因技术育种(1)概念概念转基因技术是指按照人们的意愿，把一种生物的某个转基因技术是指按照人们的意愿，把一种生物的某个克隆出来，加以克隆出来，加以和和，再转移到，再

2、转移到生物的细胞里，从而生物的细胞里，从而地改造生物的遗传性状。地改造生物的遗传性状。(2)内容内容的制备和目的基因导入的制备和目的基因导入的过程。的过程。基因基因修饰修饰改造改造另一种另一种定向定向目的基因目的基因受体细胞受体细胞(3)操作流程操作流程基因分离基因分离目的基因目的基因目的基因与目的基因与结合结合目的基目的基因导入因导入转化组织或细胞转化组织或细胞植株再生植株再生与未转化的植株与未转化的植株筛选筛选植株植株移苗入土移苗入土选优。选优。载体载体受体细胞受体细胞转化转化转基因转基因2.转基因植物的实例转基因植物的实例(1)1983年第一例转基因植物年第一例转基因植物转基因转基因。(

3、2)转基因转基因番茄。番茄。(3)转基因转基因作物：转作物：转抗虫棉、抗虫抗虫棉、抗虫玉米、抗虫杨树和抗虫甘蓝，转植物玉米、抗虫杨树和抗虫甘蓝，转植物抑制剂基因、抑制剂基因、转外源凝集素基因的转基因水稻、转基因棉。转外源凝集素基因的转基因水稻、转基因棉。(4)抗抗作物：抗除草剂玉米、油菜、大豆、棉等。作物：抗除草剂玉米、油菜、大豆、棉等。烟草烟草耐贮藏耐贮藏抗虫抗虫Bt基因基因蛋白酶蛋白酶除草剂除草剂3.转基因动物的实例转基因动物的实例(1)1982年美国科学家将大鼠的年美国科学家将大鼠的注射到注射到小白鼠的受精卵中，获得第一只转基因小白鼠的受精卵中，获得第一只转基因“超级小鼠超级小鼠”。(2

4、)动物转基因技术的应用：提高产仔数或产蛋数；提高动物转基因技术的应用：提高产仔数或产蛋数；提高能力；研制乳腺能力；研制乳腺；提高；提高动物生长速率；改善肉的品质。动物生长速率；改善肉的品质。生长激素基因生长激素基因抗病抗病生物反应器生物反应器活学活用活学活用1.以下有关基因工程的叙述中错误的是以下有关基因工程的叙述中错误的是()A.马铃薯的叶肉细胞可用做受体细胞马铃薯的叶肉细胞可用做受体细胞B.目的基因的成功导入是目的基因在受体细胞中表达的前提目的基因的成功导入是目的基因在受体细胞中表达的前提C.采用采用“基因文库法基因文库法”获得目的基因是最常用的获得目的基因获得目的基因是最常用的获得目的基

5、因的方法的方法D.一般采用同一种限制酶分别处理质粒和含目的基因的一般采用同一种限制酶分别处理质粒和含目的基因的DNA解析解析基因文库法是获取目的基因的常用方法之一基因文库法是获取目的基因的常用方法之一，常用方法常用方法还有还有PCR技术和化学方法人工合成等。具体用哪一种方法技术和化学方法人工合成等。具体用哪一种方法，需需根据目的基因的特点等综合考虑根据目的基因的特点等综合考虑，如核苷酸序列已知的较小的如核苷酸序列已知的较小的基因基因，可用化学方法直接人工合成。可用化学方法直接人工合成。答案答案C2.番茄在运输和贮藏过程中常会出现由于过早成熟而腐烂变质的番茄在运输和贮藏过程中常会出现由于过早成熟

6、而腐烂变质的现象。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的现象。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。请回答：请回答：(1)在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀剪刀”是是_，基因的，基因的“针线针线”是是_，基因的，基因的“运输工具运输工具”是是_。(2)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是主要优点是_、_、_。解析解析本题重点考查转基因技术在育种

7、过程中的应用本题重点考查转基因技术在育种过程中的应用，同时考同时考查了转基因技术的操作工具及优点。在培育转基因作物的过程查了转基因技术的操作工具及优点。在培育转基因作物的过程中中，需要用同一种限制性核酸内切酶在目的基因和载体，需要用同一种限制性核酸内切酶在目的基因和载体DNA的的特定位点上切割特定位点上切割，使两者产生相同的黏性末端使两者产生相同的黏性末端，然后再用然后再用DNA连接酶将目的基因和载体连在一起连接酶将目的基因和载体连在一起，由载体将目的基因转入到由载体将目的基因转入到受体细胞中。受体细胞中。答案答案(1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNA连接酶载体连接酶载体(2)目的性目的

8、性强性状稳定快克服了种间基因不能交流的限制强性状稳定快克服了种间基因不能交流的限制归纳总结归纳总结1.转基因技术的定义转基因技术的定义转基因技术是指按照人们的意愿，把一种生物的某个基因克隆转基因技术是指按照人们的意愿，把一种生物的某个基因克隆出来，加以修饰和改造，再转移到另一种生物的细胞里，从而出来，加以修饰和改造，再转移到另一种生物的细胞里，从而定向地改造生物的遗传性状。定向地改造生物的遗传性状。转基因技术主要涉及两个方面的内容：目的基因的制备和目的转基因技术主要涉及两个方面的内容：目的基因的制备和目的基因导入受体细胞的过程。基因导入受体细胞的过程。2.转基因技术的主要步骤转基因技术的主要步

9、骤(如下图所示如下图所示)3.将目的基因导入不同受体细胞的比较将目的基因导入不同受体细胞的比较细胞种类细胞种类植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞微生物细胞微生物细胞常用方法常用方法农杆菌转化法农杆菌转化法(还还有基因枪法、花粉有基因枪法、花粉管通道法管通道法)显微注射法显微注射法Ca2处理法处理法受体细胞受体细胞体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞转化过程转化过程目的基因插入目的基因插入Ti质质粒的粒的TDNA上上农杆菌农杆菌导入植物导入植物细胞细胞整合到受体整合到受体细 胞 的 染 色 体细 胞 的 染 色 体DNA上上表达表达目的基因表达载体目的基因表达载体提纯提纯取卵取卵(受精受精卵卵

10、)显微注射显微注射受精卵发育受精卵发育获得获得具有新性状的动物具有新性状的动物个体个体Ca2处理细胞处理细胞感受态细胞感受态细胞基因基因表达载体与感受态表达载体与感受态细胞混合细胞混合感受态感受态细 胞 吸 收 重 组细 胞 吸 收 重 组DNA分子分子知识点知识点2细胞杂交育种细胞杂交育种知识梳理知识梳理1.细胞杂交细胞杂交指将同类或不同类生物体的指将同类或不同类生物体的或体细胞，在或体细胞，在一定的物理或化学条件下进行融合形成一定的物理或化学条件下进行融合形成，再创，再创造条件将造条件将培养成完整的杂种生物个体。培养成完整的杂种生物个体。原生质体原生质体杂种细胞杂种细胞杂种细胞杂种细胞思考

11、：思考：粮食危机威胁着人类的生存，你能想办法培育如图所示粮食危机威胁着人类的生存，你能想办法培育如图所示的马铃薯的马铃薯番茄植株吗？番茄植株吗？提示：提示：采用植物体细胞杂交技术采用植物体细胞杂交技术，可以获得地上结番茄、地下可以获得地上结番茄、地下结马铃薯的植物结马铃薯的植物，提高立体产量。提高立体产量。2.杂交过程杂交过程原生质体原生质体细胞壁细胞壁愈伤愈伤杂种杂种3.获得原生质体获得原生质体4.诱导原生质体融合诱导原生质体融合酶解法：植物细胞放在含有酶解法：植物细胞放在含有、的无菌混合酶液中消化数小时，将细胞壁分解，得到原生质体。的无菌混合酶液中消化数小时，将细胞壁分解，得到原生质体。(

12、1)过程：原生质体融合包括过程：原生质体融合包括融合融合细胞质融合细胞质融合融合。融合。(2)方法方法物理法：如物理法：如、电刺激等。、电刺激等。化学法：聚乙二醇能够使原生质体紧密接触，导致细胞膜融化学法：聚乙二醇能够使原生质体紧密接触，导致细胞膜融合。合。纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶细胞膜细胞膜细胞核细胞核振动振动活学活用活学活用下列关于动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是下列关于动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是()A.诱导融合的方法完全相同诱导融合的方法完全相同B.所用的技术手段完全相同所用的技术手段完全相同C.所采用的原理完全相同所采用的原理完全相同D.都能形成杂

13、种细胞都能形成杂种细胞解析解析解答此题需从以下几方面入手分析：首先解答此题需从以下几方面入手分析：首先，两种细胞工两种细胞工程技术中都要进行细胞融合程技术中都要进行细胞融合，融合的技术基本相同融合的技术基本相同，但不能说但不能说完全相同；第二完全相同；第二，除动物细胞的融合常用灭活的病毒作诱导剂除动物细胞的融合常用灭活的病毒作诱导剂外外，其他诱导方法二者基本相同；第三其他诱导方法二者基本相同；第三，二者采用的原理基本，二者采用的原理基本相同，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，最终形成的是相同，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，最终形成的是杂种杂种细胞细胞，植物体细胞杂交的原理是细胞的全能性

14、和细胞膜的，植物体细胞杂交的原理是细胞的全能性和细胞膜的流动性，最终由杂种细胞形成杂种植株。流动性，最终由杂种细胞形成杂种植株。答案答案D归纳总结归纳总结1.植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术(1)定义定义将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。杂种细胞培育成新的植物体的技术。(2)原理原理细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。(3)过程过程(如下图所示如下图所示)(4)诱导融合方法诱导融合方法物理方法：离心、振动、电刺激。物理方法：离心、振动、电刺激。化学方法：

15、聚乙二醇化学方法：聚乙二醇(PEG)。(5)与植物体细胞杂交过程有关的几个问题与植物体细胞杂交过程有关的几个问题植物体细胞杂交是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一植物体细胞杂交是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植株的方法。由此可以看个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植株的方法。由此可以看出，植物体细胞杂交包括植物细胞融合和植物组织培养两方面。出，植物体细胞杂交包括植物细胞融合和植物组织培养两方面。其生殖方式为无性生殖。其生殖方式为无性生殖。植物体细胞融合的实质是不同植物体细胞的原生质体相融合。植物体细胞融合的实质是不同植物体细胞的原生质体相融合。植物体细胞融

16、合的障碍是细胞外的细胞壁，可用纤维素酶和植物体细胞融合的障碍是细胞外的细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解掉。果胶酶将细胞壁分解掉。形成融合细胞的类型：体细胞融合成功以后，既有形成融合细胞的类型：体细胞融合成功以后，既有AB型杂型杂种细胞，又能形成种细胞，又能形成AA型和型和BB型两种融合细胞，但只有型两种融合细胞，但只有AB型细型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。后还应有一个筛选过程。植物体细胞杂交育种的优点和局限性植物体细胞杂交育种的优点和局限性优点：植物体细胞杂交的最大突破是克服了远缘杂

17、交不亲和的优点：植物体细胞杂交的最大突破是克服了远缘杂交不亲和的种间或属间障碍。种间或属间障碍。局限性：由于目前仍有许多理论和技术问题没有解决，不能让局限性：由于目前仍有许多理论和技术问题没有解决，不能让杂种植株按照人们的需要表现出亲代的优良性状。杂种植株按照人们的需要表现出亲代的优良性状。2.动物细胞杂交动物细胞杂交(1)含义含义动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。传信息的单核细胞，

18、称为杂交细胞。(2)原理原理细胞膜的流动性。细胞膜的流动性。(3)动物细胞融合的过程动物细胞融合的过程(4)诱导融合的方法诱导融合的方法物理法：离心、振动、电刺激。物理法：离心、振动、电刺激。 化学法：聚乙二醇化学法：聚乙二醇(PEG)。生物法：灭活的病毒生物法：灭活的病毒(动物细胞融合特有的促融剂动物细胞融合特有的促融剂)，灭活是，灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。坏这些病原体的抗原结构。(5)应用应用动物细胞融合最重要的用途是制备单克隆抗体。迄今为止，已动物细胞融合最重要的用途是制备单克

19、隆抗体。迄今为止，已经实现了人经实现了人鼠、人鼠、人猴、人猴、人蛙等种间个体的细胞杂交，获蛙等种间个体的细胞杂交，获得杂交细胞，但尚未获得杂种动物。得杂交细胞，但尚未获得杂种动物。3.植物体细胞杂交和动物细胞杂交的比较植物体细胞杂交和动物细胞杂交的比较(见下表见下表)比较项目比较项目植物体细胞杂交植物体细胞杂交动物细胞杂交动物细胞杂交原理原理细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞融合细胞融合前的处理前的处理去除细胞壁后诱导原生质体融合去除细胞壁后诱导原生质体融合使细胞分散后诱导细使细胞分散后诱导细胞融合胞融合诱导手段诱导手段离心、电刺激、振动、

20、聚乙二醇离心、电刺激、振动、聚乙二醇等诱导等诱导离心、电刺激、振动、离心、电刺激、振动、聚乙二醇等诱导，还聚乙二醇等诱导，还有灭活的病毒诱导有灭活的病毒诱导用途用途克服远缘杂交不亲和障碍，获得克服远缘杂交不亲和障碍，获得杂种植株杂种植株制备单克隆抗体的技制备单克隆抗体的技术之一术之一共同点共同点都能产生杂种细胞都能产生杂种细胞4.生物育种技术比较生物育种技术比较技术技术原理原理优点优点缺点缺点诱变育种诱变育种基因突变基因突变提高生物变异的频率，提高生物变异的频率，可大幅度改良某些性可大幅度改良某些性状，缩短育种进程状，缩短育种进程盲目性大，需大量盲目性大，需大量处理实验材料处理实验材料杂交育种

21、杂交育种基因重组基因重组使位于不同个体的优使位于不同个体的优良性状集中于一个个良性状集中于一个个体体周期长，难以克服周期长，难以克服远缘杂交不亲和的远缘杂交不亲和的障碍障碍单倍体育种单倍体育种 染色体变异染色体变异获得个体均为纯种，获得个体均为纯种，明显缩短育种年限明显缩短育种年限 技术复杂，需要与技术复杂，需要与杂交育种配合杂交育种配合多倍体多倍体育种育种染色体变异染色体变异器官大，提高产量和某器官大，提高产量和某些营养成分含量些营养成分含量适用于植物，动适用于植物，动物方面难以开展物方面难以开展基因工基因工程育种程育种分子遗传学分子遗传学原理原理打破物种界限，定向地打破物种界限，定向地改造生物遗传性状改造生物遗传性状易造成基因污染易造成基因污染细胞工细胞工程育种程育种细胞生物学细胞生物学和分子生物和分子生物学原理学原理克服远缘杂交不亲和的克服远缘杂交不亲和的障碍；扩大了用于杂交障碍；扩大了用于杂交的亲本组合范围；定向的亲本组合范围；定向改造生物遗传性状改造生物遗传性状不能按人们的需不能按人们的需要表现出亲代的要表现出亲代的优良性状优良性状知识点知识点3乳腺生物反应器乳腺生物反应器知识梳理知识梳理1.优点优点高；高；好；好；低；低；易提取。易提取。产量产量质量质量成本成本2.操作过程操作过程用用技术实现动物乳腺生物反应器的操作过技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与