从杂交育种到基因工程

1、从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程 已知在荔枝的性状控制中，D（无绿线）对d（有绿线）显性，T（有甜味）对t（无甜味）显性。现有两株普通荔枝，一株的基因型是DDTT，另一株的基因型是ddtt。据题回答：（一）、假如你是育种专家，能否利用普通荔枝得到“西园挂绿”（ddTT）？请简要介绍你的育种方案。DDTTddtt DdTt无绿甜无绿甜 无绿无甜无绿无甜 绿甜绿甜 绿无甜绿无甜ddTT绿甜绿甜ddTtddTTddTt绿甜绿甜ddTT绿甜绿甜绿甜绿甜 绿无甜绿无甜ddTtddTT杂交杂交自交自交选优选优自交自交F3选优选优思考：要培育出思考：要培育出一个能稳定遗传一个能稳定遗传的植物品种至少

2、的植物品种至少要几年？要几年？方案一：杂交育种方案一：杂交育种长毛折耳猫长毛折耳猫短毛折耳猫短毛折耳猫长毛立耳猫长毛立耳猫试一试：动物育种的方法试一试：动物育种的方法Bbee长毛立耳长毛立耳 短毛折耳短毛折耳BBEEbbee长毛立耳长毛立耳 BbEe 长毛立耳长毛立耳BbEe长立长立 长折长折 短立短立 短折短折BBeeBBeeBbeebbeebbee长折长折 短折短折长折长折 长折长折 短折短折杂交杂交F1间间交配交配选优选优测交测交F3长折长折 短折短折2 2、选优以后动物进行的是测交，植物为连续自、选优以后动物进行的是测交，植物为连续自交。交。3 3、最后在选种上，动物选择的是后代不发生

3、性、最后在选种上，动物选择的是后代不发生性状分离的亲代，植物选择的是不发生性状分离状分离的亲代，植物选择的是不发生性状分离的后代。的后代。( (亲代已经用于制种）亲代已经用于制种）4 4、比植物杂交育种所需年限短。比植物杂交育种所需年限短。注意注意概念：概念： 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，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，获得新品种的方法再经过选择和培育，获得新品种的方法。依据原理：依据原理：基因重组基因重组常用方法常用方法：优点：优点：操作简单，目的性强，能操作简单，目的性强，能使同种生物的不同使同种生物的不同优良性状集中于同一个体，具有预见性

4、。优良性状集中于同一个体，具有预见性。缺点：缺点：育种年限长育种年限长，杂交后代会出现性状分离，杂交后代会出现性状分离，需连续自交才能选育出所需要的优良性需连续自交才能选育出所需要的优良性状。状。而且而且 只适用于有性生殖的生物，存只适用于有性生殖的生物，存在远缘杂交不亲和的障碍。在远缘杂交不亲和的障碍。杂交育种杂交育种结合上述几个实例，小结如下：结合上述几个实例，小结如下：杂交杂交 自交自交 选优选优 自交自交 杂交育种是利用基因重组的原理，一般发杂交育种是利用基因重组的原理，一般发生在有性生殖的减数分裂过程中。微生物生在有性生殖的减数分裂过程中。微生物一般不能进行减数分裂，因此一般不用杂一

5、般不能进行减数分裂，因此一般不用杂交育种的方法对微生物进行育种交育种的方法对微生物进行育种思考：思考：杂交育种能否用于微生物育种？杂交育种能否用于微生物育种？方案二：诱变育种方案二：诱变育种概念：概念： 利用物理因素（如利用物理因素（如射线、射线、射线、紫外线、激光等）或射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变生基因突变, ,从中选育出具有优良性状个体从中选育出具有优良性状个体的育种方法。的育种方法。依据原理：依据原理： 基因突变基因突变常用方法：常用方法：用物理因素用物理因素( (如如X X

6、射线、射线、射线、紫外线、中子、射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等激光、电离辐射等) )或化学因素或化学因素( (如亚硝酸、碱如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙酯等各种化学药剂基类似物、硫酸二乙酯等各种化学药剂) )或空或空间诱变育种间诱变育种( (用宇宙强辐射、微重力等条件用宇宙强辐射、微重力等条件) )来来处理生物。处理生物。优点：优点：可以提高突变率，加速育种进程，大幅度可以提高突变率，加速育种进程，大幅度地改良某些品种地改良某些品种,产生前所未有的性状。产生前所未有的性状。缺点缺点：有利变异少，须大量处理实验材料有利变异少，须大量处理实验材料诱变育种诱变育种应用应用农作物新品种的培育农作

7、物新品种的培育 新品种具有抗病力强、产量高、品新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。如质好等优点。如“黑农五号黑农五号”大豆，产大豆，产量提高了量提高了16%16%，含油量比原来提高了，含油量比原来提高了2.5%2.5%。 用于微生物育种用于微生物育种 例如青霉素的选育。例如青霉素的选育。19431943年从自然年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素界分离出来的青霉菌只能产生青霉素2020单单位位/mL/mL。后来人们对青霉菌多次进行。后来人们对青霉菌多次进行X X射线、射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到素高产

8、菌株，目前青霉素的产量已达到50000500006000060000单位单位/mL/mL。 诱变育种的优点是能够提高突变率，在诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。较短的时间内获得更多的优良变异类型。 诱变育种的局限性是诱发突变的方向诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性难以掌握，突变体难以集中多个理想性状状。 要想克服这些局限性，可以扩大诱变要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。后代的群体，增加选择的机会。方案三：单倍体育种方案三：单倍体育种选取选取绿甜绿甜（ ddTTddTT ）即为所需）即为所需类型类型 绿

9、甜绿甜DDTTddtt DdTt花药离体培养花药离体培养DT Dt dT dt单倍体单倍体秋水仙素诱导秋水仙素诱导染色体加倍染色体加倍纯合体纯合体 DDTT DDttddTT ddtt3、单单倍倍体体育育种种明显缩短育种年限，加速育种进程明显缩短育种年限，加速育种进程。利用单倍体作中间环节培育可育的利用单倍体作中间环节培育可育的纯合子纯合子只需只需两年时间两年时间可可完成，而常完成，而常规的育种方法获得一个纯系一般需规的育种方法获得一个纯系一般需5 58 8年时间年时间原理原理优点优点方法方法染色体染色体数目数目变异变异选择亲本选择亲本有性杂交有性杂交F F1 1产生产生的花粉离体培养获得单倍

10、体植的花粉离体培养获得单倍体植株株诱导染色体加倍获得可育诱导染色体加倍获得可育纯合子纯合子选择所需要的类型选择所需要的类型。缺点缺点技术较复杂，需与杂交育种结合，技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物多限于植物。 （二）为了改良“西园挂绿”，增城领导欲招聘高级育种工程师一名。要求在不改变“西园挂绿”原有外观品质的前提下把“西园挂绿”改良为无核、果大、糖分含量多。若你前往应聘，该怎样设计育种方案？方案提示：方案提示：借鉴三倍体无子西瓜的育种方式借鉴三倍体无子西瓜的育种方式 （多倍体育种）（多倍体育种）4、多多倍倍体体育育种种植株茎秆粗壮，果实种子都植株茎秆粗壮，果实种子都比较大，营养物质含量提

11、高比较大，营养物质含量提高。原理原理优点优点方法方法染色体染色体数目数目变异变异用秋水仙素处理萌发的种子或用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，从而使细胞内染色体数幼苗，从而使细胞内染色体数目加倍，染色体数目加倍的细目加倍，染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，胞继续进行正常的有丝分裂，即可发育成多倍体植株。即可发育成多倍体植株。缺点缺点技术复杂，发育延迟，结实率技术复杂，发育延迟，结实率低，一般只适合于植物。低，一般只适合于植物。 （三）（三） 荔枝介壳虫害严重影响了荔枝介壳虫害严重影响了“西园挂绿西园挂绿”的产量，以前果农常采用的产量，以前果农常采用喷洒农药、放养寄生蜂等方法来防治。喷洒农

12、药、放养寄生蜂等方法来防治。如今科学家在一种细菌体内找到了它的如今科学家在一种细菌体内找到了它的抗性基因（抗性基因（L L），请设计育种方案来有），请设计育种方案来有效减轻荔枝介壳虫危害。效减轻荔枝介壳虫危害。提取提取目的基因目的基因目的基因与运载体目的基因与运载体结合结合将目将目的基因的基因导入导入受体细胞受体细胞目的基因的检测与目的基因的检测与表达表达筛选出符合要求的新品种。筛选出符合要求的新品种。导入导入增殖、增殖、表达表达方案提示：基因工程育种方案提示：基因工程育种结合结合提取提取原理原理方法方法缺点缺点优点优点基因工程育种基因工程育种基因重组基因重组提取，构建，导入，检测与表达提取，

13、构建，导入，检测与表达定向的改变生物的性状，克服了定向的改变生物的性状，克服了远源杂交不亲和的障碍远源杂交不亲和的障碍操作技术复杂，可能引起生态危操作技术复杂，可能引起生态危机机 生物育种的技术和方法有：生物育种的技术和方法有：杂交育种、诱变育种、单倍体杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种、多倍体育种、基因工程育种等。育种等。生物育种方法总结：生物育种方法总结： 类别类别 杂交杂交 育种育种 诱变诱变 育种育种单倍体单倍体育育 种种多倍体多倍体育种育种基因工程基因工程育种育种 原理原理常用常用方法方法 优点优点 缺缺点点基因基因重组重组杂交杂交自交自交选选 优优将不同个体将

14、不同个体的优良性状的优良性状集中于一个集中于一个个体上个体上后代易出现后代易出现分离现象，分离现象，育种时间长、育种时间长、过程复杂过程复杂基因基因突变突变辐射诱变，辐射诱变，激光诱变，激光诱变，空间育种空间育种染色体染色体变异变异花药离体培花药离体培养，再秋水养，再秋水仙素处理使仙素处理使染色体加倍染色体加倍明显缩明显缩短育种短育种年限年限技术复杂，技术复杂，需与杂交需与杂交育种配合，育种配合，多限于植多限于植物物染色体染色体变异变异用秋水仙用秋水仙素处理萌素处理萌发的种子发的种子或幼苗或幼苗果实大，果实大，营养物质营养物质含量高含量高发育延迟，发育延迟，结实率降结实率降低低基因基因重组重组

15、提取，构建，提取，构建，导入，检测导入，检测与表达与表达定向的改变生定向的改变生物的性状，克物的性状，克服了种间杂交服了种间杂交的障碍的障碍操作技术操作技术复杂，可复杂，可能引起生能引起生态危机态危机提高突变频提高突变频率，加速育率，加速育种过程，或种过程，或大幅度改良大幅度改良某些品种某些品种突变方向不突变方向不定，有利变定，有利变异少，须大异少，须大量处理实验量处理实验材料材料1、 下图是用某种作物的两个品种下图是用某种作物的两个品种和和分别培育出分别培育出、品品种的示意图，试分析回答：种的示意图，试分析回答： AABB E Ab - D AaBb F AAbb-aabb G AAaaBB

16、bb-（1）用）用和和培育培育所采用的所采用的D和和F步骤分别是步骤分别是 和和 。其应用的遗传学原理是其应用的遗传学原理是 。（2）用）用培育培育所采用的所采用的E和和H步骤分别是步骤分别是 和和 。其应用的遗传学原理是其应用的遗传学原理是 。（3）用）用培育培育所采用的所采用的G步骤是步骤是 。其遗传学原。其遗传学原理是理是 。 H杂交杂交自交自交基因重组基因重组花药离体培养花药离体培养秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗染色体变异染色体变异秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗染色体变异染色体变异练习题练习题2 2、当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返、当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航

17、员成功返航时，一些特殊的乘客也回到了地球。他们是一些：生航时，一些特殊的乘客也回到了地球。他们是一些：生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太空周游了空周游了115115小时小时3232分钟，返回地球后，搭载单位的科分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们进行有关试验。研人员将继续对它们进行有关试验。 回答：（回答：（1 1）作物种子从太空返回地面后种植，往往）作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现新的变异特征。这种变异的来源主要是植物种子能出现新的变异特征。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的经太空中的 辐射后，其辐射后，

18、其 发生变异。请预发生变异。请预测可能产生的新的变异对人类是否有益测可能产生的新的变异对人类是否有益? ? ，你判，你判断的理由是断的理由是_。（2 2）试举出这种育种方法的优点：）试举出这种育种方法的优点： 。 宇宙射线等宇宙射线等 基因基因 不一定不一定 基因突变是不定向的基因突变是不定向的 突变频率高，大幅度改良某些性状突变频率高，大幅度改良某些性状 3 、用纯种的高秆、用纯种的高秆(D)抗锈病抗锈病(T)小麦与矮秆小麦与矮秆(d)易染锈易染锈病病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下： 高秆抗锈病高秆抗锈病矮秆易染锈病矮秆易染锈病F1雄配子

19、雄配子 幼苗幼苗选出符合要求的品种，下列有关此育选出符合要求的品种，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是种方法的叙述中，正确的是A这种育种方法叫杂交育种这种育种方法叫杂交育种B过程过程必须使用生长素处理必须使用生长素处理C这种方法的最大优点是缩短育种年限这种方法的最大优点是缩短育种年限D过程必须经过受精作用过程必须经过受精作用答案：答案：C1.在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用是（）是（） A.将目的基因从染色体上切割出来将目的基因从染色体上切割出来 B.识别并切割特定的识别并切割特定的DNA核有酸序列核有酸序列 C.将目的基因与运载体结合将目

20、的基因与运载体结合 D.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞2.基因工程中常用细菌等原核生物作受体细胞的原基因工程中常用细菌等原核生物作受体细胞的原因不包括（）因不包括（）A.繁殖速度快繁殖速度快B.遗传物质相对较少遗传物质相对较少C.多为单细胞，操作简便多为单细胞，操作简便D. DNA为单链，变异少为单链，变异少BD随堂练习随堂练习 3.基因工程是基因工程是DNA分子水平的操作，下列分子水平的操作，下列有关基因工程的叙述中，错误的是（）有关基因工程的叙述中，错误的是（） A.限制酶只用于切割获取目的基因限制酶只用于切割获取目的基因 B.载体与目的基因必须用同一种限制酶处载体与目的基因

21、必须用同一种限制酶处理理 C.基因工程所用的工具酶是限制酶基因工程所用的工具酶是限制酶DNA连连接酶接酶 D.带有目的基因的载体是否进入受体细胞带有目的基因的载体是否进入受体细胞需检测需检测A 4.作为基因的运输工具作为基因的运输工具运载体，必须具备的条运载体，必须具备的条件之一及理由是（）件之一及理由是（）A.能够在宿主细胞中稳定的保存下来并大量复制，能够在宿主细胞中稳定的保存下来并大量复制，以便提供大量的目的的基因以便提供大量的目的的基因B.具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达C.具有某些标记基因，以便目的基因能够与让结合具有某些标记基因，以便目的基因能够与让结合 D.它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳定保存定保存 5.基因工程中常见的载体是（）基因工程中常见的载体是（） A.质体质体B.染色体染色体C.质粒质粒D.线粒体线粒体DC第一步：第一步： 基因组文库（一种生物的基因组文库（一种生物的所有基因所有基因） 部分基因文库：如