从杂交育种到基因工程（南雅）

杂交育种原理：基因重组方法：培育纯合子品种：杂交→自交→筛选出符合要求的表现型，通过自交到不发生性状分离为止。培育杂合子品种：一般是选取纯合双亲杂交。优点：使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体。缺点：①育种时间一般比较长②局限于同种或亲缘关系较近的个体③需及时发现优良品种应用：用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦。诱变育种原理：基因突变方法：①物理：紫外线、或γ射线，微重力、激光等处理、再筛选②化学：亚硝酸、硫酸二乙酯处理，再选择优点：提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状缺点：盲目性大，有利变异少，工作量大，需要大量的供试材料应用：高产青霉菌单倍体育种原理：染色体变异方法：①先将花药离体培养，培养出单倍体植株②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子③从中选择优良植株优点：明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程缺点：技术复杂应用：用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦。多倍体育种原理：染色体变异方法：用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗优点：操作简单，能较快获得所需品种缺点：所获品种发育延迟，结实率低，一般只适用于植物应用：三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦基因工程育种原理：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：①目的性强，育种周期短②克服了远缘杂交不亲和的障碍缺点：技术复杂，安全性问题多，有可能引起生态危机应用：转基因“向日葵豆”、转基因抗虫棉Welcometostudybiology!第六章第二节基因工程及其应用在猴子的受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小猴“安迪”。

通过对“安迪”的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。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，然后放在另一种生物的细胞里，定向的改造生物的遗传性状。基因工程一、基因工程的原理㈠基因工程的基本工具基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、拼接等操作，没有非常精细的工具是不行的。进行基因操作最少需要以下三种工具：１、基因的剪刀──限制性内切酶（限制酶）一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。如：EcoRⅠ限制酶重播磷酸二酯键磷酸二酯键DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏性末端”。被同一种限制酶切断的几个DNA具有相同的黏性末端，能够通过互补进行配对。２、基因的针线──DNA连接酶连接酶的作用是：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。重播２、基因的针线──DNA连接酶连接酶的作用是：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。3、基因的运输工具——运载体要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。运载体必须同时满足四个要求：①能与目的基因结合（含有与目的基因相同的限制酶切位点）；②能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；③对受体细胞无害；④含有特殊的标记基因。

常用的运载体有：质粒、噬菌体、动植物病毒等。目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。㈡基因操作的基本步骤１、提取目的基因——将

需要的基因从供体生物

的细胞内提取出来。供体生物细胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶2、目的基因与运载体结合用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。3、将目的基因导入受体细胞并使之扩增导入扩增要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。

为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。为使重组的DNA分子更容易进入受体细胞，通常还要用一些物质对受体细胞进行处理，使受体细胞具有更大的通透性。4、目的基因的检测与鉴定前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。二基因工程的应用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。生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级动物特殊动物2、基因工程与药物研制我国生产的部分基因

工程疫苗和药物⑴基因工程药品的生产许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料昂贵。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。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。人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。人造血液及其生产⑵基因诊断与基因治疗运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。3、基因工程与环境保护⑴环境监测：

基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境