1、雜交育種、誘變育種、基因工程,JLSSY BYH,最早的育種方法：,選擇育種的優(yōu)點：技術(shù)簡單、容易操作 缺點： 選擇范圍有限，育種周期長,選擇育種,選擇育種的局限性是：只能利用生物在自然環(huán)境條件下產(chǎn)生的有限變異，在已有的性狀組合中選育優(yōu)良品種。,每種生物都有不少性狀，這些性狀有的是優(yōu)良性狀，有的是不良性狀，而且不同的優(yōu)良性狀存在于不同的品種中。 設(shè)想如果能想辦法去掉不良性狀，讓優(yōu)良性狀集于一身，創(chuàng)造出自然條件下沒有的新性狀組合，突破選擇育種的局限，培育出具有優(yōu)良性狀組合的新品種。,小麥高稈（D）對矮稈（d）為顯性，抗銹?。═）對不抗銹?。╰）為顯性，現(xiàn)有純合的高稈抗銹病的小麥（DDTT）和矮稈

2、不抗銹病的小麥（ddtt），如果你是袁隆平，怎樣才能得到矮稈抗病的優(yōu)良品種（ddTT）？,想一想：植物雜交育種的方法,銹病,以下是雜交的育種參考方案：, 高抗 矮不抗, 高抗,DDTT,ddtt,DdTt,ddTt,高抗 高不抗 矮抗 矮不抗D_T_ D_tt ddtt,ddTT,矮抗 矮不抗,ddTt,ddTT,雜交,F3,思考：要培育出一個能穩(wěn)定遺傳的植物品種至少要幾年？,第一年,試一試：動物的雜交育種方法,假設(shè)現(xiàn)有長毛立耳貓（BBEE）和短毛折耳貓（bbee），你能否培育出能穩(wěn)定遺傳的長毛折耳貓（BBee）？寫出育種方案（圖解）,長毛折耳貓,長毛立耳貓,短毛折耳貓,長立 長折 短立 短折

3、,Bbee,BBee,BBee,Bbee,bbee,bbee,長折,短折,長折,長折,短折,雜交,F3,長折,短折,！,注意,1、動物雜交育種中純合子的獲得不用通過逐代自交，可改為測交。 2、比植物雜交育種所需年限短。,雜交育種,雜交育種是將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法。,1.概念：,2.原理：,基因重組,3、常用的方法是什么？,4、雜交育種有什么優(yōu)點？,將不同個體的優(yōu)良性狀集中到一個個體上,(1)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中： 改良作物品質(zhì)，提高 農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量,雜交水稻：從1976年到2006年，累計增產(chǎn)糧食5200多億公斤，平均每年解決600萬人的糧

4、食問題。,5、我國在雜交育種方面的成就?,荷斯坦牛,中國黃牛,中國荷斯坦牛 荷斯坦牛與我國黃牛雜交選育后逐漸形成的優(yōu)良種。泌乳期可達30天，年產(chǎn)乳量可達6300kg以上。,中國荷斯坦牛,（2）在家畜、家禽育種中的應(yīng)用,雜種優(yōu)勢,雜種優(yōu)勢是生物界普遍存在的現(xiàn)象。指基因型不同的親本個體相互雜交產(chǎn)生的雜種第一代，在生長勢、生活力、繁殖力、抗逆性、產(chǎn)量和品質(zhì)等一種或多種性狀上優(yōu)于兩個親本的現(xiàn)象。,Eg. 騾（體力強大，耐力好）,在植物雜交育種的過程中運用單倍體育種的方法可以顯著縮短育種進程。,選育出需要的矮抗品種,雜交育種,ddTT,F3,單倍體育種,雜交育種只能利用已有的基因重組，按需選擇，并不能創(chuàng)

5、造新的基因。雜交后代會出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象，育種進程緩慢，過程繁瑣,雜交育種不能創(chuàng)造新的基因，并且所需時間要長，那有沒有能出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，并且需要時間相對要短的育種方法呢？,誘變育種,利用物理因素（如X射線，紫外線，激光等）或化學(xué)因素（如亞硝酸等）處理生物，使生物發(fā)生基因突變。,基因突變,1、概念：,2、原理：,能提高突變率，產(chǎn)生新基因和新的性狀，加速育種進程。在較短時間內(nèi)獲得更多的符合人類需要的優(yōu)良變異類型。,3、方法：,4、優(yōu)點：,物理、化學(xué)方法處理生物，再選擇符合要求的變異類型（輻射誘變、激光誘變、作物空間技術(shù)育種）,“黑農(nóng)五號”大豆,黑龍江農(nóng)科院用輻射方法處理大豆，培育成“黑農(nóng)五號”大

6、豆品種，含油量比原來的品種提高了2.5%，大豆產(chǎn)量提高了16%。,5.應(yīng)用,農(nóng)作物新品種的培育,青霉菌高產(chǎn)菌株的選育,1943年從自然界分離出來的青霉菌只能產(chǎn)生青霉素20單位/mL。后來人們對青霉菌多次進行X射線、紫外線照射以及綜合處理，培育成了青霉素高產(chǎn)菌株，目前青霉素的產(chǎn)量已達到5000060000單位/mL。,微生物育種,“神七”搭載的太空種子,奇怪的“太空椒”,長相奇特的南瓜,航天誘變育種是利用太空的物理環(huán)境作為誘變因子，太空環(huán)境條件很復(fù)雜，與地球表面主要差異是微重力（103克106克）、宇宙射線、重粒子、變化磁場和高真空等，這些物理條件的綜合作用使生物產(chǎn)生基因突變。據(jù)統(tǒng)計，航天育種變

7、異率達4以上。,誘變育種的優(yōu)點是能夠提高突變率，在較短的時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。,誘變育種的局限性是誘發(fā)突變的方向難以掌握，突變體難以集中多個理想性狀。,要想克服這些局限性，可以擴大誘變后代的群體，增加選擇的機會。,選擇育種,雜交育種,誘變育種,特點：在自然產(chǎn)生的變異中選擇 局限：不能把位于兩個品種的優(yōu)良性 狀集于一身,主要優(yōu)點：有目的地把位于兩個品種 的優(yōu)良性狀集于一身 局限：不能產(chǎn)生新的基因,主要優(yōu)點：能產(chǎn)生新基因 局限：該方法具有一定的盲目性,均不能實行種間的基因交流,育種技術(shù)的不斷完善與發(fā)展的動力和原因是超越已有技術(shù)的局限性。育種學(xué)家將如何突破“不能實行種間的基因交流”這一育種技

8、術(shù)的局限呢？,基因工程：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。,原 理：,操作水平：,結(jié) 果：,基因工程,目的基因,基因重組,DNA分子水平,定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。,獲得新性狀,基因工程的應(yīng)用,植物基因工程 動物基因工程 微生物基因工程 環(huán)境保護 其他應(yīng)用,抗蟲棉葉子,正常棉葉子,1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物,植物基因工程,2.抗病轉(zhuǎn)基因植物,抗煙草花葉病毒轉(zhuǎn)基因甜椒,抗病毒轉(zhuǎn)基因西葫蘆,3.其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物,耐寒、耐旱轉(zhuǎn)基因水稻,4.利用轉(zhuǎn)基因改良植

9、物的品質(zhì),含大量維生素的轉(zhuǎn)基因玉米,抗癌抗衰老的紫色西紅柿,轉(zhuǎn)入維生素A合成酶基因的大米,轉(zhuǎn)基因矮牽牛,轉(zhuǎn)基因藍玫瑰,1.用于提高動物生長速度,動物基因工程,轉(zhuǎn)入外源生長激素基因的“超級小鼠”,2.用轉(zhuǎn)基因的動物生產(chǎn)藥物,人治療性抗體轉(zhuǎn)基因奶牛,乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)抗凝血酶蛋白,3.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),“乳糖不耐癥” 乳糖含量低的奶牛： 將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,4.用轉(zhuǎn)基因的動物作器官移植的供體,導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠,基因工程藥品微生物制藥,基因工程肝炎疫苗,基因工程干擾素,基因工程艾滋病疫苗,基因工程藥物發(fā)酵設(shè)備,基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。,通

10、常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。,環(huán)境保護,利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。 環(huán)境檢測：用DNA探針檢測水中病毒的含量,其他,基因診斷：如用基因探針檢測肝類病毒、診斷遺傳病 基因治療：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎校_到治療疾病的目的。,傳統(tǒng)疫苗存在許多缺點：生產(chǎn)過程需大量繁殖病原體，對工作人員健康造成很大威脅；病原體的減毒、滅活有可能不夠徹底，導(dǎo)致接種者直接感染。 基因工程疫苗：

11、將起關(guān)鍵作用的、序列保守的蛋白質(zhì)基因重組到細菌或真核細胞內(nèi)，生產(chǎn)蛋白質(zhì)，制作成疫苗。它不使用病原體本身，所以安全，還可以把不同病原體的抗原基因重組到同一受體細胞，生產(chǎn)多價疫苗。,基因工程藥品 基因工程疫苗,胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭?；?0頭豬的胰臟中才能提取到。1978年，科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，用2000ml 大腸桿菌發(fā)酵液得到100kg胰島素。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場，售價降低了30%50%。,基因工程藥品 胰島素,治療侏儒

12、癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長激素。 現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量。,基因工程藥品 生長激素,干擾素是病毒侵入細胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療某些癌癥和白血病也有一定療效。 傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人血液中的白細胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。19801982年，科學(xué)家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)

13、獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產(chǎn)量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。,基因工程藥品 干擾素,1、基因的,指“ 限制性核酸內(nèi)切酶 ”,一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并在特定切點切割,特點:,“ ”,這個特點說明了：,酶具有專一性,工具,限制性內(nèi)切酶（EcoR）作用過程,指“DNA連接酶”,連接“梯子”斷口的“扶手”而非“梯子”中間的“踏板”。,其作用與限制性內(nèi)切酶相反，作用點相同,工具,DNA連接酶的作用過程,A、常用 的運載體：,質(zhì)粒、噬菌體和動、植物病毒等,工具,標(biāo)記基因，便于進行檢測。,其中質(zhì)粒存在于許多細菌和酵母菌等生物中,是擬核或細胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分

14、子.,B、它們的共同特點是：,都有侵染或進入宿主細胞的能力,培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟：,第一步：,基因工程基本步驟：,第二步：,獲取目的基因,目的基因與運載體結(jié)合,第三步：,將目的基因?qū)胧荏w細胞,第四步:,目的基因的檢測與鑒定,1、獲取目的基因,用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對后，在DNA連接酶的作用下連接形成重組DNA分子。,2、目的基因與運載體結(jié)合,3、將目的基因?qū)胧荏w細胞,常用的受體細胞：菌類和動植物細胞,4、目的基因的表達和檢測,大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入了

15、目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。 將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。,？如何讓大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素？,從細胞中分離出DNA,限制酶截取DNA片斷,分離大腸桿菌中的質(zhì)粒, DNA重組,用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌,培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因,轉(zhuǎn)基因生物與食物安全,反對實質(zhì)性等同。 擔(dān)心滯后效應(yīng)。 擔(dān)心出現(xiàn)新的過敏原。 擔(dān)心營養(yǎng)成分改變。 把動物蛋白轉(zhuǎn)入農(nóng)作物是否侵犯了素食者的權(quán)益？,實質(zhì)性等同是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全性評價的起點而非終點。 多環(huán)節(jié)、嚴謹?shù)陌踩栽u價，可以保證轉(zhuǎn)基因食物的安全。 科學(xué)家審慎的態(tài)度。 沒

16、有轉(zhuǎn)基因食物影響人體健康的實例。 舉證排除法。,轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全,會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 重組的微生物在降解某些化合物時所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，可能造成二次污染。 重組DNA與微生物雜交可能產(chǎn)生對人類有害的病原微生物。 轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有的毒蛋白通過食物鏈有可能進入動物或人體。,轉(zhuǎn)入的是自然界已有的基因，不會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 可以減少農(nóng)藥用量。 抗除草劑農(nóng)作物使農(nóng)田管理更容易。 新聞報道不實，公眾的過分擔(dān)憂。,雜交,輻射、射線 化學(xué)藥劑,秋水仙素,花藥離 體培養(yǎng),基因重組,基因突變,染色體變異,可以集中兩 個親體的優(yōu) 良性狀,育種年限縮短，改良某些性狀,果大，莖稈粗，營養(yǎng)物豐富,年限

17、短，易穩(wěn)定,時間長,有利不多， 需大量處理,發(fā)育遲 結(jié)實低,高度不育 植株弱小,遺傳育種的方法及原理,應(yīng)用指南 1誘變育種與雜交育種相比，前者能產(chǎn)生前所未有的新基因，創(chuàng)造變異新類型；后者不能產(chǎn)生新基因，只是實現(xiàn)原有基因的重新組合。 2在所有育種方法中，最簡捷、常規(guī)的育種方法雜交育種。 3雜交育種選育的時間是F2，原因是從F2開始發(fā)生性狀分離；選育后是否連續(xù)自交取決于所選優(yōu)良性狀是顯性還是隱性。,4雜交育種是通過雜交培育具有優(yōu)良性狀且能穩(wěn)定遺傳(純合子)的新品種，而雜種優(yōu)勢則是通過雜交獲得種子，一般不是純合子，在雜種后代上表現(xiàn)出多個優(yōu)良性狀，但只能用雜種一代，因為后代會發(fā)生性狀分離。,5誘變育種

18、盡管能提高突變率，但處理材料時仍然是未突變的遠遠多于突變的個體；突變的不定向性和一般有害的特性決定了在突變的個體中有害仍多于有利，只是與自然突變相比較，二者都增多。,6雜交育種與雜種優(yōu)勢的區(qū)別 雜交育種是通過有性生殖，使不同的優(yōu)良性狀組合到后代的一個個體中，從而選育出優(yōu)良品種的方法。 雜種優(yōu)勢是指基因型不同的個體雜交產(chǎn)生的雜交一代，在適應(yīng)能力等方面優(yōu)于兩個親本的現(xiàn)象。,7不同育種目的的雜交育種的基本步驟及特點 培育雜合子品種雜種優(yōu)勢的利用 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，可以將雜種一代作為種子直接利用，如水稻、玉米等。 a基本步驟：選取雙親P(、 )雜交F1。 b特點：高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗性強，但種子只能種一年。,培

19、育純合子品種 a培育隱性純合子品種的基本步驟 選取雙親P(、 )雜交，F(xiàn)1自交F2選出表現(xiàn)型符合要求的個體種植推廣。 b，培育雙顯純合子或隱一顯純合子品種的基本步驟 選取雙親P(、 )雜交F1自交F2選出表現(xiàn)型符合要求的個體自交F3選出穩(wěn)定遺傳的個體推廣種植。 c特點：操作簡單，但需要的時間較長。,1基因工程的原理 (1)不同生物的DNA分子具有相同結(jié)構(gòu)。 (2)基因是控制生物性狀的基本結(jié)構(gòu)單位和功能單位。 (3)各種生物共用一套遺傳密碼。,基因工程,2基因工程操作的工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶基因的“剪刀” 存在場所：主要是存在于微生物細胞中。 特性：一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核

20、苷酸序列，并且能夠在特定的切點上切割DNA分子。 作用結(jié)果：得到平末端或黏性末端。,(2)DNA連接酶基因的“針線” 作用：連接限制性核酸內(nèi)切酶切開的斷口。 常用的種類及來源：,(3)運載體基因的運輸工具 作為運載體必須具備的條件： 能夠在宿主細胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。 含有多個限制酶切點，以便和外源基因相連。 含有標(biāo)記基因，以便于篩選。,基因工程與基因重組,【知識拓展】 傳統(tǒng)意義上的基因重組：只能發(fā)生在進行有性生殖的同種生物之間；對基因重組使生物體性狀發(fā)生變異這一現(xiàn)象來說，減數(shù)分裂形成不同類型配子是因，而受精作用產(chǎn)生不同性狀的個體則是果。 基因重組分類： 分子水平的基因重組(如通過對DNA的剪

21、切、拼接而實施的基因工程)；,染色體水平的基因重組(減數(shù)分裂過程中同源染色體上非姐妹染色單體交叉互換，以及非同源染色體自由組合下的基因重組)； 細胞水平的基因重組(如動物細胞融合技術(shù)以及植物體細胞雜交技術(shù)的大規(guī)?；蛑亟M)。 基因工程操作工具酶只有兩種，工具有三種。操作步驟中只有第三步導(dǎo)入受體細胞不涉及堿基互補配對，其余三步都涉及。,應(yīng)用指南 1基因工程的三種工具中，限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶是基因操作過程中的酶工具，化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。但它們的功能不同，前者切割磷酸二酯鍵，后者連接磷酸二酯鍵。而運載體可能是質(zhì)?；虿《尽?2限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶都是一類酶，不是一種酶。,3DNA連接

22、酶與DNA聚合酶的不同 DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3末端的羥基上；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。 DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來，因此DNA連接酶不需要模板。,4.限制性核酸內(nèi)切酶與解旋酶 (1)限制性核酸內(nèi)切酶：作用實質(zhì)是使特定部位的兩核苷酸之間磷酸二酯鍵斷開，在基因工程第一步和第二步操作中都會用到，一般用同一種限制酶切割目的基因和運載體，以產(chǎn)生相同的黏性末端。 (2)解旋酶：解旋酶專門打開DNA雙鏈堿基對間的氫鍵，從而打開DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。在DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄時均須先進行解旋，起作用的酶就是解旋酶。,5基因重組發(fā)生于有性生殖中，不能打破生殖隔離，而