16.5遺傳與轉(zhuǎn)基因技術(shù)目錄01學習目標02生物的性狀03生物變異04雜交育種05轉(zhuǎn)基因技術(shù)06思考與練習學習

目標1.闡明生物的性狀是由基因組成和環(huán)境共同決定的。2.收集、討論雜交育種和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的資料，知道遺傳信息發(fā)生改變可以引起生物變異，認同雜交育種、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)促進了農(nóng)業(yè)發(fā)展。生物生活在一定的環(huán)境中，環(huán)境是否會影響生物性狀的遺傳?我們知道，水稻有高稈和矮稈等不同的品種，不同品種水稻的基因組成是不同的，也就是說，基因型不同的個體，表現(xiàn)型也不同。但是，在營養(yǎng)缺乏的條件下，高稈水稻也會長得很矮。營養(yǎng)缺乏是引起了基因型的改變，還是僅僅使表現(xiàn)型發(fā)生變化?這就涉及基因型、表現(xiàn)型與環(huán)境三者之間的關(guān)系問題。第一部分生物的性狀是由基因組成和環(huán)境共同決定的基因型相同的個體，如果生活在不同的環(huán)境中，其表現(xiàn)型會相同嗎?環(huán)境對生物性狀表現(xiàn)的影響活動小麥是重要的糧食作物，小麥幼苗在適合的環(huán)境中可以茁壯成長。若環(huán)境因素發(fā)生改變，小麥的性狀表現(xiàn)如葉片的形態(tài)與數(shù)量、植株高矮等可能會不同。環(huán)境對生物性狀表現(xiàn)的影響問題假設(shè)活動問題：光是光合作用的必需條件。針對光照與小麥幼苗的性狀表現(xiàn)關(guān)系，你們小組提出的探究問題是______?假設(shè)：葉綠素只有在光照條件下才能形成，沒有形成葉綠素時，葉綠體呈白色或淡黃色。葉是植物體進行光合作用的主要器官。針對這些已知知識，你們小組作出的假設(shè)是_________。環(huán)境對生物性狀表現(xiàn)的影響問題假設(shè)制訂計劃實施計劃活動制訂計劃：可供你選擇的材料器具：小麥種子，標記筆，培養(yǎng)皿，紙巾，剪刀，鑷子，不透光盒子，放大鏡，等等。針對所提出的假設(shè)，設(shè)計你們小組的實驗方案。實施計劃：按照實驗方案實施實驗。思考：從什么時候開始進行觀察和記錄?環(huán)境對生物性狀表現(xiàn)的影響問題假設(shè)制訂計劃實施計劃分析及結(jié)論活動1.分析你們小組獲得的數(shù)據(jù)，判斷作出的假設(shè)是否成立。2.你們小組得出的結(jié)論是_____。環(huán)境對生物性狀表現(xiàn)的影響問題假設(shè)制訂計劃實施計劃分析及結(jié)論表達與交流活動1.實驗中所使用的小麥種子的基因并未發(fā)生變化，但性狀表現(xiàn)卻不同，這說明了什么?2.環(huán)境變化引起的生物性狀的改變是可遺傳的嗎?需要什么條件?許多遺傳實驗表明，一般環(huán)境條件的變化不易使基因型發(fā)生改變，表現(xiàn)型則容易受到環(huán)境條件的影響。水毛莨是一種水生植物，伸出水面的葉片呈扁平狀，而長期浸沒水中的葉片深裂成絲狀。喜馬拉雅白色家兔的毛色可隨著環(huán)境溫度發(fā)生變化。在30℃以上所件下，全身長出白毛。在25℃條件下，四肢、尾巴、耳朵和鼻尖等體溫較低的部位長出黑毛，其余部位長出白毛。而普通白色家兔無論在25℃還是30℃條件下，全身皆為白毛。表現(xiàn)型是基因型與環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。第二部分遺傳信息發(fā)生改變可以引起生物變異變異是生物界的一種普遍現(xiàn)象。在有芒小麥植株中，偶爾會出現(xiàn)一株無芒小麥；在一株紅花大麗菊的植株上，可能開出半邊紅、半邊白的花朵。引起生物變異的原因有很多，凡性狀的變異能在后代重復出現(xiàn)的叫作可遺傳的變異可遺傳的變異是由于遺傳物質(zhì)的改變產(chǎn)生的。遺傳物質(zhì)發(fā)生改變以后，會影響生物體的新陳代謝過程，從而引起性狀的變異。有一些變異并不涉及遺傳物質(zhì)的改變，它們僅僅是外界環(huán)境條件直接作用于生物體的新陳代謝過程產(chǎn)生的結(jié)果，這些變異并不遺傳給后代。種在不同地塊的同一個豌豆品種，植株的高度、豆粒的大小等存在差異就是這樣。有的植株獲得的養(yǎng)料多一點，所以它們長得高一點、豆粒大一點?！鷥H僅由環(huán)境條件所引起的變異是不遺傳的。第三部分雜交育種可培育農(nóng)作物新品種人們常常利用對人有益的可遺傳變異來改良或培育新品種。雜交育種導通過不同純系品種雜交，在其后代中選擇、純化優(yōu)良品種的方法。高稈、黃粒玉米與矮稈、白粒玉米雜交，其雜種后代中可能出現(xiàn)高稈和矮稈、黃粒玉米。許多優(yōu)良奶牛品種和金魚品種也是通過雜交育種方法而來的。為了獲得矮稈不易倒伏的水稻品種，我國農(nóng)學家于1956年，將栽培的水稻品種“矮仔占4號”和高稈水稻品種“廣場13”雜交，于是成功培育出了半矮稈水稻品種“廣場矮”，這是世界育種史上的一次重大突破，從此矮化育種得到迅猛發(fā)展。20世紀60年代，我國農(nóng)學家通過雜交技術(shù)使水稻的矮稈性狀與高產(chǎn)性狀重新組合，培育出一批矮稈、高產(chǎn)的水稻品種，解決了水稻倒伏減產(chǎn)的問題。雜交育種促進了農(nóng)業(yè)發(fā)展，袁隆平院士和他的超級雜交水稻，為中國和世界的糧食生產(chǎn)作出了重大貢獻。小資料：袁隆平與水稻雜交育種袁隆平(1930—2021)，江西德安人，“共和國勛章”獲得者，中國工程院院士。他是享譽海內(nèi)外的農(nóng)業(yè)科學家、中國雜交水稻事業(yè)的開創(chuàng)者和領(lǐng)導者，被譽為“雜交水稻之父”。水稻是我國的主要糧食作物之一，袁隆平一生致力于雜交水稻的研究，立志解決我國的糧食短缺問題。雜交水稻是通過將遺傳上有一定差異、優(yōu)良性狀互補的兩個水稻品種雜交，獲得的具有雜種優(yōu)勢的新品種。小資料：袁隆平與水稻雜交育種袁隆平自1960年開始進行水稻種植試驗，提出培育水稻“三系”(即雄性不育系、雄性不育保持系、雄性不育恢復系)，并以“三系”配套的方法，利用水稻雜種優(yōu)勢的設(shè)想與思路，拉開中國雜交水稻研究的序幕。袁隆平領(lǐng)銜的科研團隊通過形態(tài)改良和雜種優(yōu)勢利用相結(jié)合的技術(shù)路線，成功攻破水稻超高產(chǎn)育種難題，不斷刷新畝產(chǎn)量。目前第三代雜交水稻早晚雙季稻平均畝產(chǎn)已突破1500kg。如果世界一半的稻田種植雜交水稻，每年增產(chǎn)的糧食可供4億～5億人食品發(fā)展雜交水稻將有效解決世界糧食短缺問題。第四部分轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以有目的地改變生物性狀什么是轉(zhuǎn)基因技術(shù)?科學家第一次取得轉(zhuǎn)基因技術(shù)的成功是以細菌為實驗材料的。讓我們回顧一下科學家利用細菌合成人胰島素的研究，了解轉(zhuǎn)基因技術(shù)的大致過程。科學家利用細菌合成人胰島素的過程交流人胰島素是科學家最早利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使細菌產(chǎn)生的一種重要的人體蛋白質(zhì)。請你閱讀這項技術(shù)的操作步驟。科學家利用細菌合成人胰島素的過程交流1.科學家從細菌細胞中提取出一種叫作質(zhì)粒的環(huán)狀DNA。2.先用一種酶把質(zhì)粒DNA切開。3.將質(zhì)粒DNA與人胰島素基因混合在一起，利用另外一種酶，人胰島素基因會連接到質(zhì)粒DNA切口的兩端，重新形成環(huán)狀DNA。科學家利用細菌合成人胰島素的過程交流4.將攜帶人胰島素基因的質(zhì)粒與細菌混合在一起，有些細菌會把質(zhì)粒吞入體內(nèi)。5.吞入質(zhì)粒的細菌繁殖時，產(chǎn)生的細菌后代也就會含有攜帶人胰島素基因的質(zhì)粒，隨后，人胰島素基因開始指揮細菌合成人胰島素?？茖W家利用細菌合成人胰島素的過程交流了解了科學家利用細菌合成人胰島素的過程后，請你思考并與同學交流以下問題。1.轉(zhuǎn)基因技術(shù)的操作對象是什么?2.轉(zhuǎn)基因技術(shù)的任務是什么?3.轉(zhuǎn)基因細菌為什么能夠在短時間內(nèi)生產(chǎn)大量的人胰島素?從科學家利用細菌合成人胰島素的研究過程看出轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是把一個生物體的特定基因轉(zhuǎn)移到另一個生物體DNA中的生物技術(shù)?？茖W家將人的胰島素基因成功轉(zhuǎn)入細菌體內(nèi)，細菌及其后代都會含有人胰島素基因。于是，細菌就開始生產(chǎn)人胰島素。因為細菌繁殖速度很快，且新陳代謝旺盛，所以能在短時間內(nèi)生產(chǎn)大量人胰島素。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)也可以將特定基因轉(zhuǎn)移到動物或植物細胞中，1982年，美國科學家把大白鼠的生長激素基因轉(zhuǎn)入家鼠受精卵內(nèi)，培育出二倍于普通家鼠的“超級鼠”。1988年，我國科學家把生長激素基因轉(zhuǎn)入鯉魚的受精卵內(nèi)，該魚卵發(fā)育成特大的胖鯉魚。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心。科學家應用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，成功地培育出一批抗蟲、抗病的農(nóng)作物新品種。蘇云金桿菌體內(nèi)能產(chǎn)生一種殺蟲蛋白，農(nóng)作物害蟲吃下這種殺蟲蛋白就會死亡，這種殺蟲蛋白對人和牲畜卻無毒害作用。科學家將蘇云金桿菌殺蟲蛋白基因轉(zhuǎn)移到棉花等農(nóng)作物體內(nèi)，使農(nóng)作物能有效抵御害蟲，不僅提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，還減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用除草劑防除雜草，具有高效、省時、省力等特點。但是，很多除草劑良莠不分，將農(nóng)作物與雜草一起殺死?？茖W家把某種農(nóng)作物的抗除草劑基因轉(zhuǎn)入其他農(nóng)作物中，培育出具有抗除草劑能力的農(nóng)作物新品種?？茖W家還致力于植物抗寒、抗熱、抗旱、抗病、抗鹽堿等基因的研究，以期提高農(nóng)作物適應不良環(huán)境的能力。改良農(nóng)作物的品質(zhì)是轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究的一個引人注目的方向。科學家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出高蛋白含量的馬鈴薯和玉米，能產(chǎn)生大豆蛋白的水稻，耐儲藏的番茄，多色的牽?；?，等等。表16-4不同玉米種子中蛋白質(zhì)、賴氨酸、油分含量(g/100g干種子)玉米種類蛋白質(zhì)賴氨酸油分普通玉米9.000.271.00轉(zhuǎn)基因玉米12.500.438.10乙烯是植物體內(nèi)合成的促進果實成熟的物質(zhì)，自然成熟的番茄乙烯含量高，運輸和儲藏時極易腐爛、變質(zhì)?？茖W家向番茄中轉(zhuǎn)入抑制乙烯合成的基因，這種番茄成熟時的乙烯含量降低，有利于長期保存、保鮮和運輸。供應市場時，用微量的乙烯氣體進行處理，就可以催熟番茄。目前，一些科學家致力于將固氮基因轉(zhuǎn)移到小麥、玉米、水稻等農(nóng)作物體內(nèi)，使其能像豆類植物那樣，獲得固定空氣中氮的能力。你能夠預測出這項研究一旦成功給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的巨大效益嗎?小資料：棉花遺傳育種我國種植棉花的歷史有2000余年。我國是世界植棉大國，在棉紡、棉布生產(chǎn)和棉產(chǎn)品消費等方面均為世界之冠。半個多世紀以來，我國先后育成并發(fā)放了200多個棉花品種，在生產(chǎn)上進行了6次大規(guī)模換種，且已于20世紀60年代結(jié)束了以往大量引進外國品種的局面。小資料：棉花遺傳育種自20世紀90年代以來，農(nóng)學家采用常規(guī)育種與高新技術(shù)相結(jié)合的途徑，選育多個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)外源基因的抗蟲棉品種，我國已成為獨立開展棉花高新技術(shù)育種的國家。目前轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、抗病棉和雜交棉在擴大種植，這些品種將成為我國第七次棉花換種的主體品種。棉花良種普及率已超過90%。小資料：棉花遺傳育種高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟與抗病蟲相結(jié)合是我國新選育的棉花品種的特點，我國的棉花育種技術(shù)已躋身于世界先進行列。第五部分轉(zhuǎn)基因技術(shù)在制藥、遺傳病診治和環(huán)境保護方面的應用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以使動物、植物甚至微生物成為制造藥物的“微型工廠”人們用基因工程使大腸桿菌成為生產(chǎn)人胰島素的工廠，2000L細菌培養(yǎng)液能提取100g胰島素，相當于1t豬胰臟提取的胰島素。目前，利用類似方法生產(chǎn)的藥物有很多種，如人的生長激素、干擾素、凝血因子、溶菌酶等。把控制藥用蛋白合成的基因轉(zhuǎn)移到動物體內(nèi)，用動物乳腺來生產(chǎn)藥用蛋白，是轉(zhuǎn)基因動物研究與應用中相當活躍的領(lǐng)域。2015年，我國科學家首次利用動物生產(chǎn)重組人血白蛋白。2016年，我國科學家成功地培育出了轉(zhuǎn)入人溶菌酶基因的奶牛，其乳汁中可以高效表達人溶菌酶。轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可以用于遺傳病診斷與治療很多遺傳病能夠進行基因診斷，如苯丙酮尿癥。如果基因診斷的結(jié)果確實發(fā)現(xiàn)了某人有基因缺陷等問題，可以通過轉(zhuǎn)換患者細胞中損壞了的基因或引入正常的基因，使其遺傳病得到根治。目前，在基因水平上治療遺傳病已應用于臨床治療。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在環(huán)境治理方面也可以發(fā)揮奇妙的作用轉(zhuǎn)抗蟲基因農(nóng)作物的培育成功，可以極大地減少農(nóng)藥的使用；把單細胞藻類的氫化酶基因?qū)氪竽c桿菌，可以生產(chǎn)清潔的氫能源。此外，科學家創(chuàng)造出多種“超級菌”，有的能分解污染陸地和海洋的石油，有的能吸附污染土壤中的汞、鎘等重金屬離子。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在生物制藥、遺傳病診治和環(huán)境保護等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。思考與練習1.舉