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1、第2节现代生物技术在育种上的应用课程目标导航1.描述转基因技术育种和细胞杂交育种等现代育种技术。2.列举现代育种技术在实践中应用的实例，探讨其前景。3.关注转基因生物及其产品引发的社会问题。知识点1转基因技术知识梳理1.转基因技术育种(1)概念转基因技术是指按照人们的意愿，把一种生物的某个基因克隆出来，加以修饰和改造，再转移到另一种生物的细胞里，从而定向地改造生物的遗传性状。(2)内容目的基因的制备和目的基因导入受体细胞的过程。(3)操作流程基因分离目的基因目的基因与载体结合目的基因导入受体细胞转化组织或细胞植株再生转化与未转化的植株筛选转基因植株移苗入土选优。2.转基因植物的实例(1)198
2、3年第一例转基因植物转基因烟草。(2)转基因耐贮藏番茄。(3)转基因抗虫作物：转Bt基因抗虫棉、抗虫玉米、抗虫杨树和抗虫甘蓝，转植物蛋白酶抑制剂基因、转外源凝集素基因的转基因水稻、转基因棉。(4)抗除草剂作物：抗除草剂玉米、油菜、大豆、棉等。3.转基因动物的实例(1)1982年美国科学家将大鼠的生长激素基因注射到小白鼠的受精卵中，获得第一只转基因“超级小鼠”。(2)动物转基因技术的应用：提高产仔数或产蛋数；提高抗病能力；研制乳腺生物反应器；提高动物生长速率；改善肉的品质。活学活用1.以下有关基因工程的叙述中错误的是()A.马铃薯的叶肉细胞可用做受体细胞B.目的基因的成功导入是目的基因在受体细胞
3、中表达的前提C.采用“基因文库法”获得目的基因是最常用的获得目的基因的方法D.一般采用同一种限制酶分别处理质粒和含目的基因的DNA解析基因文库法是获取目的基因的常用方法之一，常用方法还有PCR技术和化学方法人工合成等。具体用哪一种方法，需根据目的基因的特点等综合考虑，如核苷酸序列已知的较小的基因，可用化学方法直接人工合成。答案C2.番茄在运输和贮藏过程中常会出现由于过早成熟而腐烂变质的现象。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。请回答：(1)在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是_，基因的“针线”是_，基因的“运输工具”
4、是_。(2)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是_、_、_。解析本题重点考查转基因技术在育种过程中的应用，同时考查了转基因技术的操作工具及优点。在培育转基因作物的过程中，需要用同一种限制性核酸内切酶在目的基因和载体DNA的特定位点上切割，使两者产生相同的黏性末端，然后再用DNA连接酶将目的基因和载体连在一起，由载体将目的基因转入到受体细胞中。答案(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶载体(2)目的性强性状稳定快克服了种间基因不能交流的限制归纳总结1.转基因技术的定义转基因技术是指按照人们的意愿，把一种生物的某个基因克隆出来，加以修饰和改造，再转移到另一种生物的细胞里，从而
5、定向地改造生物的遗传性状。转基因技术主要涉及两个方面的内容：目的基因的制备和目的基因导入受体细胞的过程。 2.转基因技术的主要步骤(如下图所示)3.将目的基因导入不同受体细胞的比较细胞种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法(还有基因枪法、花粉管通道法)显微注射法Ca2处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程目的基因插入Ti质粒的TDNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的染色体DNA上表达目的基因表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物个体Ca2处理细胞感受态细胞基因表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收重组DNA分子知识点2细胞杂交育种知识梳理1.细胞杂
6、交指将同类或不同类生物体的原生质体或体细胞，在一定的物理或化学条件下进行融合形成杂种细胞，再创造条件将杂种细胞培养成完整的杂种生物个体。思考：粮食危机威胁着人类的生存，你能想办法培育如图所示的马铃薯番茄植株吗？提示：采用植物体细胞杂交技术，可以获得地上结番茄、地下结马铃薯的植物，提高立体产量。2.杂交过程3.获得原生质体酶解法：植物细胞放在含有纤维素酶、果胶酶的无菌混合酶液中消化数小时，将细胞壁分解，得到原生质体。4.诱导原生质体融合(1)过程：原生质体融合包括细胞膜融合细胞质融合细胞核融合。(2)方法物理法：如振动、电刺激等。化学法：聚乙二醇能够使原生质体紧密接触，导致细胞膜融合。活学活用下
7、列关于动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是()A.诱导融合的方法完全相同B.所用的技术手段完全相同C.所采用的原理完全相同D.都能形成杂种细胞解析解答此题需从以下几方面入手分析：首先，两种细胞工程技术中都要进行细胞融合，融合的技术基本相同，但不能说完全相同；第二，除动物细胞的融合常用灭活的病毒作诱导剂外，其他诱导方法二者基本相同；第三，二者采用的原理基本相同，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，最终形成的是杂种细胞，植物体细胞杂交的原理是细胞的全能性和细胞膜的流动性，最终由杂种细胞形成杂种植株。答案D归纳总结1.植物体细胞杂交技术(1)定义将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种
8、细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。(2)原理细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。(3)过程(如下图所示)(4)诱导融合方法物理方法：离心、振动、电刺激。化学方法：聚乙二醇(PEG)。(5)与植物体细胞杂交过程有关的几个问题植物体细胞杂交是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植株的方法。由此可以看出，植物体细胞杂交包括植物细胞融合和植物组织培养两方面。其生殖方式为无性生殖。植物体细胞融合的实质是不同植物体细胞的原生质体相融合。植物体细胞融合的障碍是细胞外的细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解掉。形成融合细胞的类型：体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，
9、又能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。植物体细胞杂交育种的优点和局限性优点：植物体细胞杂交的最大突破是克服了远缘杂交不亲和的种间或属间障碍。局限性：由于目前仍有许多理论和技术问题没有解决，不能让杂种植株按照人们的需要表现出亲代的优良性状。2.动物细胞杂交(1)含义动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。(2)原理细胞膜的流动性。(3)动物细胞融合的过程多核体杂种细胞(4)诱导融合的方法物理法：离心、振动、电刺
10、激。 化学法：聚乙二醇(PEG)。生物法：灭活的病毒(动物细胞融合特有的促融剂)，灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。(5)应用动物细胞融合最重要的用途是制备单克隆抗体。迄今为止，已经实现了人鼠、人猴、人蛙等种间个体的细胞杂交，获得杂交细胞，但尚未获得杂种动物。3.植物体细胞杂交和动物细胞杂交的比较(见下表)比较项目植物体细胞杂交动物细胞杂交原理细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性细胞融合前的处理去除细胞壁后诱导原生质体融合使细胞分散后诱导细胞融合诱导手段离心、电刺激、振动、聚乙二醇等诱导离心、电刺激、振动、聚乙二醇等诱导，还有灭活的病毒诱
11、导用途克服远缘杂交不亲和障碍，获得杂种植株制备单克隆抗体的技术之一共同点都能产生杂种细胞4.生物育种技术比较技术原理优点缺点诱变育种基因突变提高生物变异的频率，可大幅度改良某些性状，缩短育种进程盲目性大，需大量处理实验材料杂交育种基因重组使位于不同个体的优良性状集中于一个个体周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍单倍体育种染色体变异获得个体均为纯种，明显缩短育种年限 技术复杂，需要与杂交育种配合多倍体育种染色体变异器官大，提高产量和某些营养成分含量适用于植物，动物方面难以开展基因工程育种分子遗传学原理打破物种界限，定向地改造生物遗传性状易造成基因污染细胞工程育种细胞生物学和分子生物学原理克服远缘
12、杂交不亲和的障碍；扩大了用于杂交的亲本组合范围；定向改造生物遗传性状不能按人们的需要表现出亲代的优良性状知识点3乳腺生物反应器知识梳理1.优点产量高；质量好；成本低；易提取。2.操作过程用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。为了将目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。操作过程大致归纳为：获取目的基因(例如血清白蛋白基因)构建基因表达载体(在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子)显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中，转
13、入的基因才能表达)。3.缺点只能是雌性个体在泌乳期时才能应用。4.成果已在乳腺生物反应器中表达了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和抗胰蛋白酶等重要医药产品。活学活用乳腺生物反应器可用于()A.动物抗病育种 B.生产药用蛋白C.治疗人类疾病 D.分泌大量乳汁解析乳腺生物反应器是让某些特定基因在哺乳动物体内表达，使这些哺乳动物的乳汁中含有人类所需要的物质，如激素、抗体和酶类。答案B随堂练习巩固1.下列关于转基因植物的叙述，正确的是()A.转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中B.转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加C.动物的生长激素基因转入植物后不能表达D.如转基因植物的外源
14、基因来源于自然界，则不存在安全性问题解析若把抗除草剂基因导入油菜的细胞核中，则会在减数分裂时进入配子，然后随花粉进入环境。抗虫植物会对捕食它的昆虫群体进行自然选择，导致昆虫群体抗性基因频率增加。条件允许时，动物基因同样可以在植物体内表达，在修饰和改造后也可以在原核生物体内表达。转基因生物的外源基因不管是来源于自然界还是由人工合成，都可能存在安全性问题。 答案A2.采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是()将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉花体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，注射到棉花子房，并进入受精卵A. B. C. D.解析将目的基因导入受体细胞的时候，是通过限制酶和DNA连接酶将目的基因和运载体结合起来，然后导入受体细胞的。将毒素蛋白直接注射到棉受精卵中和将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中是不对的，没有载体的帮助，它们不能表达。显微注射法是将目的基因导入动物细胞常用的方法。答案C3.植物体细胞杂交过程是()A.用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质
