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1、1,6.1杂交育种与诱变育种,第6章,从杂交育种到基因工程,2,最早的育种方法：,选择育种的优点：技术简单、容易操作 缺点：育种周期长、可选择的范围有限。,选择育种,3,设想：每种生物都有不少性状，这些性状有的是优良性状，有的是不良性状，而且不同的优良性状存在于不同的品种中。人们一直设想如果能想办法去掉不良性状，让优良性状集于一身，创造出自然条件下没有的新性状组合，突破选择育种的局限，培育出具有优良性状组合的新品种。,选择育种的局限性是：只能利用生物在自然环境条件下产生的有限变异，在已有的性状组合中选育优良品种。,4,他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师的时候,已经具有颠覆世界权威的胆识
2、;当他名满天下的时候,却仍然只是专注于田畴,淡泊名利,一介农夫,播撒智慧,收获富足。他毕生的梦想,就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪,最是风流袁隆平。,袁隆平培育杂交水稻过程中，他利用了哪一种变异的原理？,5,水稻高秆（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水稻（DDTT）和矮秆不抗锈病的水稻（ddtt），如果你是袁隆平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种？用遗传图解表示出来。,探究一：,6,以下是杂交育种的参考方案：, 高抗 矮不抗, 高抗,DDTT,ddtt,DdTt,ddTt,高抗 高不抗 矮抗 矮不抗,ddTT,矮抗 矮不抗,ddTt,ddT
3、T,杂交,F3,思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？,7,5、缺点：,能集中位于不同品种中的优良性状。即“集优”,能产生新的基因型。,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。,基因重组,3、方法：,1、概念：,2、遗传学原理：,4、优点：,课本P99,一：杂交育种,纯种,杂交自交选优自交（测交）,8,中国黄牛,中国荷斯坦牛,荷斯坦牛,应用,9,探究二：动物的杂交育种方法,假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）,长毛折耳猫,短毛折耳猫,长毛立耳猫,10,杂
4、交,F3,B,b,11,！,注意,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。,12,杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间长，那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对短的育种方法呢？,杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓慢，过程繁琐。,13,二、诱变育种：,原理:,基因突变,方法:,利用物理因素（如X射线、r射线、紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变。,应用:,农作物新品种的培育 用于微生物育种：青霉素的选育等,15,青霉素的选育
5、:1943年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行X射线、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5000060000单位/mL。,中间为青霉菌，周围是细菌。,16,来 自 太 空 育 种 的 珍 奇 瓜 果,拓展视野：,17,甘肃种植的太空育种的蔬菜,18,太空育种花卉仙客来,19,即将搭载上天的种子,20,原因：基因突变是随机不定向的。,诱变育种:,局限性：,诱变育种的方向难以掌握，有利变异少，诱变体难以集中多个理想性状。,克服方法 :,扩大诱变后代的群体（大量处理实验材料），增加选择的机会。,优点：,能提高突变率，产生
6、新基因；在较短时间内获得更多的优良变异类型。,21,育种技术的不断完善与发展的动力和原因是超越已有技术的局限性。育种学家将如何突破“不能实行种间的基因交流”这一育种技术的局限呢？,选择育种,杂交育种,诱变育种,特点：在自然产生的变异中选择 局限：不能把位于两个品种的优良性状集于一身,主要优点：有目的地把位于两个品种的优良性状集于一身 局限：不能产生新的基因,主要优点：能产生新基因 局限：该方法具有一定的盲目性,均不能实行种间的基因交流,总结：,22,23,复习：染色体变异育种,多倍体育种 实质：染色体变异 方法：秋水仙素或低温处理正在萌发的种子或幼苗 原理：秋水仙素或低温抑制纺锤体的形成诱导染
7、色体加倍 单倍体育种： 实质：染色体变异 方法：花药离体培养 原理：花药离体培养使染色体数目减半，再经过诱导加倍,将具有不同优良性状的 两亲本杂交,用物理或化学的方法处理生物,花药离体培养,用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上,提高突变频率加速育种进程,明显缩短育种年限、新品种为纯种,器官较大， 营养含量高,育种时间长,有利变异少，需大量处理供试材料,技术复杂，需与 杂交育种配合,只适用于植物,基因突变,染色体变异,染色体变异,基因重组,培育矮抗小麦,培育青霉 素高产菌株,三倍体无子 西瓜的培育,培育矮抗小麦,几种主要育种方法的比较,25,骡是公驴与母马杂交
8、所产生的后代。公马与母驴杂交的后代叫骡。 至少在3000年前，在亚洲某些地区人们已经用骡来驮运物品了，现在世界上许多地区仍在使用骡来干重活儿。 骡能吃苦耐劳，可以在马、驴等牲畜不能承担的艰苦条件下工作。骡的高度、皮毛的均匀度、颈部和臀部的形状与马相似。此外头部短而粗，耳长，肢瘦，蹄小和毛短等方面像驴。,26,27,杂种优势,杂种优势：是生物界普遍存在的现象。 指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。,Eg. 骡（体力强大，耐力好）,28,1:请写出下面各项培育方法 （1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得
9、到烟草新品种的方法是 。 （2）用60Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是 。 （3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 。 （4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于 。 （5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是 。 （6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是 。,单倍体育种,诱变育种,多倍体育种,诱变育种,杂交育种,诱变育种,课后练习,29,杂 交,自 交,基因重组,花药离体
10、培养,秋水仙素,单 倍 体,明显缩短育种年限,用秋水仙素处理,多 倍 体,染色体变异,30,基因工程及其应用,31,谁能告诉我这是？,32,谁能告诉我这是？,33,基因工程：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗的说，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，定向地改造生物的性状。,原理：基因重组,操作水平：DNA分子水平,操作环境：生物外,结 果：定向地改造生物的性状，获得人类所需要的品种。,一、基因工程,目的基因,34,二、 基因操作的工具,专一性,来源:,主要存在于微生物,种类:,已发现的 有200多种,作用于：,磷酸二酯键,35,限制
11、性内切酶（EcoR）作用过程,36,被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,形成的黏性末端不同,不同的限制酶呢？,具有,37,被同一种限制切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,38,、基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端之间的“缺口”连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,39,基因的针线：DNA连接酶,40,3、基因的运输工具运载体,常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒,41,大肠杆菌的质粒 (plasmid)：,运载体(carrying)应该具有什么特点呢?,？,42,运载体(carrying) 1能够在宿主细胞内复制并稳定保
12、存； 具有多个限制酶切点以便与外源基因相连； 具有标记基因，便于进行筛选,43,第一步：获取目的基因：,三、基因工程基本操作步骤,44,第二步、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，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。,45,第三步：将目的基因导入受体细胞,常用的受体细胞：菌类和动植物细胞,46,4、目的基因的表达和检测,大量的受体细胞接受不多的目的基因。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。 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
13、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。,47,48,基因工程(gene engineering)的“四步曲”,提取目的基因,1,目的基因与运载体结合,2,将目的基因导入受体细胞,3,目的基因的检测和表达,4,49,四、 基因工程的应用,一、基因工程与作物育种,50,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,51,生长快、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),52,2、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,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生
14、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。,53,胰岛素从猪、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！使其价格降低了30%-50%!,54,临床常见的生长激素，干扰素和乙肝疫苗等药物都可以用基因工程来大规模生产,1987年开始上市的干扰素,生产胰岛素历史？,55,3、 环境保护 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌
15、”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,56,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,57,转基因生物和转基因食品的安全性,58,59,转基因食品已经走进我国百姓的生活。 国内尚没有转基因作物的大规模生产 近几年我国大量从美国、阿根廷等国进口大豆，其中大部分是转基因大豆。 我国有一半以上的大豆色拉油含有转基因成分。,60,现在国内都有哪些转基因食品？,第一批列入目录的农业转基因生物是： 大豆：大豆种子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕 玉米：玉米种子、玉米、玉米油、玉米粉
16、 油菜：油菜种子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕 棉花种子 番茄：番茄种子、鲜番茄、番茄酱,61,现在市场上常见的小西红柿算是转基因食品么？,小西红柿其实并不属于转基因食品，它是通过常规育种方法培育的。,62,转基因植物的安全性争论,支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。,63,美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。 加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止也没有个案例说明它有问题 。,64,反对派的观点,一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能； 美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,65
