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1、第4讲 从杂交育种到基因工程,一、杂交育种和诱变育种,知识梳理,二、基因工程及其应用 1概念的理解,提醒：(1)基因工程的原理：基因重组。 (2)优点：与杂交育种相比较明显的优点：克服远缘杂交不亲合障碍。 与诱变育种相比较明显的优点：定向改造生物性状，目的性强。,2工具 (1)基因的“剪刀”：_ (2)基因的“针线”：_。 (3)基因的_：常用的有质粒、噬菌体和动植物病毒等，目的是将_基因送入_细胞。,3步骤 提取目的基因目的基因与_结合将目的基因导入_目的基因的_ 4基因工程的应用,自主核对： 一、两个或多个品种的优良性状通过交配 物理因素或化学因素 基因突变 基因重组 基因突变 有性生殖
2、射线 诱变剂 新基因 突变率 新基因 少 二、1.DNA重组 外 基因 分子 定向 基因产物 2.限制酶 DNA连接酶 运载体 目的 受体 3.运载体 受体细胞 表达和检测 4.育种 药物 环境,1各种育种方式有何特点？ 2各种育种方式如何结合应用？,考点1 遗传育种的方法及原理,考点突破,应用指南 1诱变育种与杂交育种相比，前者能产生前所未有的新基因，创造变异新类型；后者不能产生新基因，只是实现原有基因的重新组合。 2在所有育种方法中，最简捷、常规的育种方法杂交育种。 3杂交育种选育的时间是F2，原因是从F2开始发生性状分离；选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性。 4杂交育种是
3、通过杂交培育具有优良性状且能稳定遗传(纯合子)的新品种，而杂种优势则是通过杂交获得种子，一般不是纯合子，在杂种后代上表现出多个优良性状，但只能用杂种一代，因为后代会发生性状分离。,5诱变育种尽管能提高突变率，但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的个体；突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害仍多于有利，只是与自然突变相比较，二者都增多。 6杂交育种与杂种优势的区别 杂交育种是通过有性生殖，使不同的优良性状组合到后代的一个个体中，从而选育出优良品种的方法。 杂种优势是指基因型不同的个体杂交产生的杂交一代，在适应能力等方面优于两个亲本的现象。,7不同育种目的的杂交育种的基本步骤及特
4、点 培育杂合子品种杂种优势的利用 在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。 a基本步骤：选取双亲P(、 )杂交F1。 b特点：高产、优质、抗性强，但种子只能种一年。 培育纯合子品种 a培育隐性纯合子品种的基本步骤 选取双亲P(、 )杂交，F1自交F2选出表现型符合要求的个体种植推广。,b，培育双显纯合子或隐一显纯合子品种的基本步骤 选取双亲P(、 )杂交F1自交F2选出表现型符合要求的个体自交F3选出稳定遗传的个体推广种植。 c特点：操作简单，但需要的时间较长。,例1 (2009南京期末)用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新
5、品种的方法如下，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是( ),A过程的作用原理为染色体变异 B过程必须经过受精作用 C过程必须使用生长素处理幼苗 D此育种方法可选出符合生产要求的品种占1/4,解析 图示为单倍体育种，过程原理为基因重组；是将花药培养为幼苗，属于植物组织培养；过程应该用一定浓度的秋水仙素处理幼苗。 答案 D,对点训练1 小麦是一种重要的粮食作物，改善小麦的遗传性状是科学工作者不断努力的目标下图是遗传育种的一些途径。,(1)以矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种过程中，F1自交产生F2，其中矮秆抗病类型出现的比例是_，选F2矮秆抗病类型
6、连续自交、筛选，直至_。,(2)如想在较短时间内获得上述新品种小麦，可选图中_(填字母)途径所用的方法。其中的F环节是_。 (3)科学工作者欲使小麦获得燕麦抗锈病的性状，应该选择图中_(填字母)表示的技术手段最为合理可行，该技术手段主要包括：_。 (4)小麦与玉米杂交，受精卵发育初期出现玉米染色体在细胞分裂时全部丢失的现象，将种子中的胚取出进行组织培养，得到的是小麦_植株。 (5)两种亲缘关系较远的植物进行杂交，常出现杂交不亲和现象，这时可采用_技术手段进行处理。 (6)图中的遗传育种途径，_(填字母)所表示的方法具有典型的不定向性。,解析：图中A、B为诱变育种，C、D为基因工程育种，E、F、
7、G为单倍体育种，H、I为细胞工程育种，J、K为多倍体育种；(1)用矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种的过程叫做杂交育种，F2中矮秆抗病类型出现的比例是3/16，让F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至不再发生性状分离，即新的品种培育成功；(2)要尽快获得矮秆抗病类型新品种，应该采用图中E、F、G单倍体育种的方式；(3)欲使小麦获得燕麦抗锈病的性状，应该是用基因工程的育种方式，其过程包括：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和表达；,(4)小麦与玉米杂交后，由于发育初期受精卵中玉米染色体全部丢失，胚细胞中只剩下
8、小麦生殖细胞中的染色体，因此将胚取出进行组织培养，得到的是小麦单倍体植株；(5)要克服远缘杂交不亲和的障碍，需要采用细胞工程育种的方式，让两个物种的体细胞融合，通过组织培养的方式培养杂种细胞，即可得到新的物种；(6)诱变育种、杂交育种都是不定向的过程。 答案：(1)3/16 不再发生性状分离 (2)E、F、G 花药离体培养 (3)C、D 提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和表达 (4)单倍体 (5)植物体细胞杂交 (6)A、B,考点2 基因工程 1基因工程的原理 (1)不同生物的DNA分子具有相同结构。 (2)基因是控制生物性状的基本结构单位和功能单位。
9、 (3)各种生物共用一套遗传密码。 2基因工程操作的工具 (1)限制性核酸内切酶基因的“剪刀” 存在场所：主要是存在于微生物细胞中。 特性：一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能够在特定的切点上切割DNA分子。 作用结果：得到平末端或黏性末端。,(2)DNA连接酶基因的“针线” 作用：连接限制性核酸内切酶切开的断口。 常用的种类及来源：,(3)运载体基因的运输工具 作为运载体必须具备的条件： 能够在宿主细胞内复制并稳定地保存。 含有多个限制酶切点，以便和外源基因相连。 含有标记基因，以便于筛选。,3基因工程与基因重组,应用指南 1基因工程的三种工具中，限制性核酸内切酶、DNA
10、连接酶是基因操作过程中的酶工具，化学本质是蛋白质。但它们的功能不同，前者切割磷酸二酯键，后者连接磷酸二酯键。而运载体可能是质粒或病毒。 2限制性核酸内切酶、DNA连接酶都是一类酶，不是一种酶。 3DNA连接酶与DNA聚合酶的不同 DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3末端的羟基上；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。,DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，因此DNA连接酶不需要模板。 4基因重组发生于有性生殖中
11、，不能打破生殖隔离，而基因工程则可实现异种生物的基因转移。 5基因工程可使受体获得新的基因，表现出新的性状，该技术可看作是一种广义的基因重组。 6转基因动、植物的培育，因其细胞全能性不同，外源基因的受体、细胞也不同。培育转基因动物的受体细胞一般为受精卵；培育转基因植物的受体细胞可用生殖细胞，也可用体细胞。基因工程常需与其他工程技术配合，才能实现目的。,例2 下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是( ) A一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B限制酶的活性受温度影响 C限制酶能识别和切割RNA D限制酶可从原核生物中提取 答案 C,对点训练2 人体细胞内含有抑制癌症发生的p53基因，生
12、物技术可对此类基因的变化进行检测。,(1)目的基因的获取方法通常包括_和_。 (2)图表示从正常人和患者体内获取的p53基因的部分区域。与正常人相比，患者在该区域的碱基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改变的碱基对；这种变异被称为_。 (3)已知限制酶E识别序列为CCGG，若用限制酶E分别完全切割正常人和患者的p53基因部分区域(见上图)，那么正常人的会被切成_个片段；而患者的则被切割成长度为_对碱基和_对碱基的两种片段。 (4)如果某人的p53基因部分区域经限制酶E完全切割后，共出现170、220、290和460碱基对的四种片段，那么该人的基因型是_(以P表示正常基因，P表示异常基因)。,解
13、析：(1)目的基因通常从细胞中直接分离或通过化学方法人工合成。(2)对比正常人和患者p53基因部分区域的碱基对序列可知：正常基因中的CG碱基对被TA碱基对替换而成为异常基因。(3)由图示知：正常人的p53基因部分区域有2个限制酶切割位点，用限制酶E对正常人的该基因区域进行切割，将得到长度分别为290对碱基、170对碱基和200对碱基3个片段。异常基因因碱基替换而失去一个限制酶E的切割位点，故用限制酶E切割患者的p53基因部分区域，只能得到长度为460对碱基和220对碱基的2种片段。(4)若某人的该基因区域用限制酶E完成切割后，共出现170、290、220和460碱基对4种片段。说明该人既有正常
14、基因，又有异常基因，故该人基因型为PP。,答案：(1)从细胞中分离 通过化学方法人工合成 (2)见下图,基因碱基对的替换(基因突变) (3)3 460 220 (4)PP,考点3 实验面面观：探究性生物学实验的设计方法 探究性生物学实验应在明确实验要求、目的的前提下，遵循实验设计“操作方便、程序合理、药品节约、依据现象推测结论”的原则进行设计，一般可分为以下几个环节； 1理论假设的提出 根据题目要求，确定实验的条件即实验变量x，实验中要注意控制无关“变量”。一般只确定一个变量，即在一定条件下唯一一个对实验结果可能产生影响的变量。在此基础上提出理论假设，它常常可以描述为：“当条件x存在时，事件P
15、(实验现象)可能发生；当条件x改变时，若事件P发生，能得出何结论：当事件P不发生，能得出何结论。,2设计探究性假设 分五个实验步骤进行： 实验准备，包括必要的实验器材及实验药品的准备； 满足条件x，设计一个实验，观察事件P能否发生； 条件x改变，设计一个实验，观察事件P能否发生，发生的程度如何？ 设计对照实验。 梳理，实验是否遵循“单因子变量”、“平行重复”原则。 3观察、记录和结论 仔细观察并准确记录实验现象，并根据实验现象做出相应的结论。,应用指南 1若条件x存在，事件P能发生，条件x改变，事件P不能发生(或发生程度改变)，结论是“_”。 2若条件x存在，事件P能发生，条件x改变，事件P能发生(或发生程度改变)，结论是“_”。 3若条件x存在，事件P不能发生，条件x改变，事件P能发生(或发生程度改变)，结论是“_”。,例3 已知桃树中，树体乔化与矮化为一对相对性状(由等位基因D、d控制)，蟠桃果形与圆桃果形为一对相对性状(由等位基因H、h控
