生物从杂交育种到基因工程

杂交水稻之父：袁隆平院士与超级水稻第6章从杂交育种到基因工程1、杂交育种2、诱变育种3、单倍体育种4、多倍体育种5、基因工程总结练习生物育种的重要类型。各育种办法的概念、办法、原理、用途、优点、缺点、应用等等。知识目的：第1节杂交育种与诱变育种1、杂交育种2、诱变育种3、单倍体育种4、多倍体育种一、杂交育种杂交育种:是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起（一种个体上），再通过选择和哺育，获得新品种的办法。杂交育种原理:基因重组。在什么状况下进行杂交育种？

例1：小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），请通过杂交育种得到矮秆抗病的优良品种（ddTT），并写出遗传图解下列是杂交育种的参考方案：Ｐ高抗矮不抗Ｆ１高抗Ｆ２DDTTddttDdTtddTt高抗高不抗矮抗矮不抗ddTT矮抗ddTTddTt矮抗ddTT矮抗矮抗矮不抗ddTtddTT杂交自交选优自交F3选优思考：要哺育出一种能稳定遗传的植物品种最少要几年？动物的杂交育种办法假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否哺育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（遗传图解）长毛折耳猫短毛折耳猫长毛立耳猫长毛立耳短毛折耳BBEEbbee长毛立耳BbEe长毛立耳BbEe长立长折短立短折BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee长折短折长折长折短折杂交F1间交配选优测交ＰＦ１Ｆ２F3长折短折！1、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交，而应改为测交。2、比植物杂交育种所需年限短。注意杂交育种优点：缺点:1·只能运用已有基因的重组，按需选择，不能发明新的基因2·杂交后裔会出现性状分离，进行纯化时过程长、复杂。使位于不同个体的优良性状集中于一种个体上杂种优势基因型不同的两个亲本个体杂交产生的杂种第一代，在生长、繁殖、抗逆性、产量等性状上优于两个亲本的现象。如骡子杂交育种小结基因重组使位于不同个体上的多个优良性状集中于一种个体上，即“集优”,能产生新的基因型。育种周期长（自交选择需五~六代,甚至十几代)。原理：

方法：

优点：缺点：应用：用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦哺育矮秆抗病小麦杂交→自交→选优→选优→植物是通过自交，动物通过测交二、诱变育种也就是运用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来解决生物，使生物发生基因突变。诱变育种：基因突变。诱变育种原理:提高突变的频率，在较短时间内获得更多的优良变异类型；能产生新基因优点：有利个体不多，须大量解决供试材料，工作量大缺点：诱变育种——太空育种空间生命科学：高真空微重力强辐射诱变育种的成果“黑农五号”大豆生产青霉素的菌种三、单倍体育种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筛选所需的品种例2：小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），如何才干在较短时间得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？写出遗传图解×高杆抗病DDTTddtt矮杆不抗病F1PDdTt高杆抗病DDTT高杆抗病高杆不抗病矮杆抗病矮杆不抗病DtDTdTdt花粉花药离体培养DtDTdTdt单倍体植株秋水仙素处理幼苗DDttddTTDDtt纯合体植株花药离体培养→P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTt配子DTDtdTdtDTDtdTdtDDTTDDttddTTddtt↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓纯合体秋水仙素→↑

需要的矮抗品种㈡单倍体育种第1年第2年P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTt↓F2D_T_D_ttddT_ddttddTT㈠杂交育种↓第1年第2年第3~6年××↑

需要的矮抗品种矮抗对比育种年限2、单倍体育种的原理：染色体变异明显缩短育种年限。所得后裔均为纯合子，不会发生性状分离1、单倍体育种的办法：通过花药离体培养得到单倍体，再用秋水仙素解决单倍体幼苗3、单倍体育种的优点：技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。4、单倍体育种的缺点：四、多倍体育种四、多倍体育种普通西瓜的幼苗（或萌发的种子）秋水仙素解决幼苗（染色体加倍,4N）生长四倍体植株四倍体植株♀二倍体植株♂×4N瓜肉3N胚三倍体植株二倍体植株的花粉3N瓜肉×普通小麦AAAAAA（6N＝42）

黑麦RR

（2N＝14）F1PF2新品种八倍体小黑麦的哺育过程:配子小黑麦AAAAAARR（8N=56）不育杂种AAAR（4N＝28）AAA(3N=21)R（N=7）秋水仙素解决多倍体育种原理办法过程

优点缺点染色体变异秋水仙素解决萌发的种子或幼苗同源多倍体育种，如：异源多倍体育种，如：可哺育出自然界中没有的新品种，且哺育出的植物器官大，产量高，营养丰富普通只适于植物，发育延迟，结实率低与杂交育种配合；获得的新品种发育延迟杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种原理常用方法优点缺点基因重组基因突变染色体变异（成倍减少）染色体变异（成倍增加）杂交自交选优用物理或化学办法解决生物花药离体培养→单倍体→秋水仙素解决→纯种秋水仙素解决萌发的种子或幼苗使位于不同个体的优良性状集中于一种个体上提高变异频率，加速育种进程，有利变异少，需大量解决供试材料明显缩短育种年限，育种时间较短。技术复杂，需与杂交育种配合多个器官大、营养成分高、抗性强育种时间最长习题演习1:现有二个番茄品种，A品种的基因型为aaBB，B品种的基因型为AAbb，二对等位基因分别位于二对同源染色体上。如果从播种到获得种子需要一年，则获得aabb植株最少需要

A．1年

B．2年

C．3年

D．4年

√杂交自交基因重组花药离体培养秋水仙素解决幼苗染色体变异（单倍体育种）秋水仙素解决幼苗染色体变异（多倍体育种）2:

下图是用某种作物的两个品种①和②分别培育出④、⑤、⑥品种的示意图，试分析回答：①AABBEAb------------④D③AaBbFAAbb----------⑤②aabbGAAaaBBbb----⑥（1）用①和②培育⑤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③培育⑤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③培育⑥所采用的G步骤是_______________。其遗传学原理是______________。H3、杂交育种的优点是：A.能将多个优良的性状组合在一起B.能产生自然界没有的新性状C.能按人类意愿定向变化生物D.很容易哺育出没有任何缺点的品种4、诱变育种的理论根据是A.基因分离B.基因重组C.基因突变D.染色体变异5、在育种上要得到更多的变异，最佳采用A.杂交育种B.诱变育种C.运用单倍体育种D.选择育种√√√两个小麦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,要哺育出基因型为aabb的新品种，最简捷的办法是A.单倍体育种 B.杂交育种 C.人工诱变育种 D.细胞工程育种第2节基因工程及其应用（问题探讨）转入胰岛素基因的大肠杆菌基因工程的原理基因工程的概念基因工程最基本的工具基因工程操作的基本环节基因工程的应用基因工程与作物育种基因工程与药品研制基因工程与环保转基因生物和转基因食品的安全性小资料

1973年，美国斯坦福大学教授S·科恩和加利福尼亚大学旧金山分校教授H·W·博耶将两个不同的质粒（一个是抗四环素质粒，另一个是抗链霉素质粒）拼接在一起，组成嵌合质粒，并将其导入大肠杆菌，当该重组质粒进入大肠杆菌体内后，这些大肠杆菌能抵抗两种药物，而且这种大肠杆菌的后代都具有双重抗药性。这表明“杂合质粒”在大肠杆菌的细胞分裂时也能自我复制。科恩随后以DNA重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。这标志着自然界不同物种间在亿万年中形成的天然屏障被打破了，人类可以根据自己的意愿定向地改造生物的遗传特性，甚至创造新的生命类型。一、基因工程的原理基因工程（geneengineering），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。1、基因工程的概念2、基因工程最基本的工具

基因的“剪刀”--限制性核酸内切酶（简称限制酶）EcoRⅠ限制酶的作用

一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子基因的“针线”

--DNA连接酶2、基因工程最基本的工具

基因的运载体--质粒、噬菌体和动植物病毒大肠杆菌质粒质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体或拟核DNA外能够自主复制的很小的环状DNA分子2、基因工程最基本的工具

基因工程操作基本环节二、基因工程的应用与作物育种基因工程与作物育种--转基因抗虫棉练习：抗棉铃虫的转基因抗虫棉，抗虫基因来自一种细菌——苏云金杆菌。苏云金杆菌能形成一种毒性很强的蛋白质晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。请回答：1、细菌和棉花是差别非常大的两种生物，为什么通过人工的基因重组后，棉花能够合成细菌的某些蛋白质呢？2、从苏云金杆菌中切割抗虫基因所用的工具是，其特点是。（1）两者的遗传物质都是DNA；（2）使用同一套密码子；（3）都遵照中心法则。限制酶专一性3、基因工程操作要通过哪几个基本环节？4、在转基因抗虫棉细胞内，抗虫基因的体现要通过和两个过程。转录翻译基因工程与药品研制--转入人胰岛素基因的大肠杆菌工程菌练习：1979年科学家将人胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内获得成功的体现。请回答：1、在大肠杆菌工程菌细胞内，人胰岛素的合成在处进行，其决定氨基酸序列的mRNA是由细菌内的基因转录成的。2、目的基因与质粒形成重组DNA时，普通要用到的工具酶是。大肠杆菌内核糖体人胰岛素限制酶和DNA连接酶3、人胰岛素基因在大肠杆菌细胞内的控制胰岛素合成要通过和两个阶段。4、人的胰岛素基因能在大肠杆菌工程菌细胞内体现，阐明人类与大肠杆菌使用的是同一套。转录翻译密码子三、转基因生物和转基因食品的安全性人类与否有权利按照自己的意愿操纵地球上的生命？人类发明的转基因生物、转基因食品与否会危害整个生物圈，涉及人类本身？

转基因耐储藏蜜瓜小结：育种的发展历程A.选择育种局限性：选择周期长；可选择的范畴有限B.杂交育种局限性：育种进程繁杂而缓慢，效率低；不能发明新的基因，只能运用已有的基因重组，按需选择