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1、 自从人类开始种植作物和饲养动物以来，就 从未停止过对品种的改良。传统的方法是选择育 种，通过汰劣留良的方法来选择和积累优良基因 。自从孟德尔发现了遗传规律之后，人工杂交的 方法被广泛应用于动植物育种。人工诱变技术的 应用，使育种方法得到了较大的改进。基因工程 的诞生，使人们能够按照所设计的蓝图，进行跨 越种间鸿沟的基因转移，从而定向地改变生物的 遗传特性，创造出新的生物类型。第1节 杂交育种与诱变育种第2节 基因工程及其应用本节聚焦： 1、杂交育种的原理是什么？ 2、什么是诱变育种？ 3、杂交育种和诱变育种各有哪些优点和不 足？小麦小麦高秆（高秆（D D）对矮秆）对矮秆（d d）为显性，抗锈
2、病（）为显性，抗锈病（T T）对不抗锈病（对不抗锈病（t t）为显性，现）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTTDDTT）和矮秆不抗锈病的）和矮秆不抗锈病的小麦（小麦（ddttddtt），可采用），可采用哪些哪些育种方式育种方式得到符合得到符合人类要求人类要求的优良品种？的优良品种？以下为同学们提供的育种方案：以下为同学们提供的育种方案：杂交育种杂交育种单倍体育种单倍体育种诱变育种诱变育种杂交育种的优点杂交育种的优点 是很明显的，但是在是很明显的，但是在 实际操作中会遇到不实际操作中会遇到不 少困难。请从杂交后少困难。请从杂交后 代可能出现的各种类代可能出现的各种
3、类 型，以及育种时间等型，以及育种时间等 方面，分析杂交育种方面，分析杂交育种 方法的不足。方法的不足。P DDTT高秆抗锈病 ddtt矮秆易染锈病F1 DdTt高秆抗锈病F2 ddTt、ddTT矮秆抗锈病自 交 自 交 Fn ddTT矮秆抗锈病 概念概念：杂交育种是将两个或多个品种的优良性状杂交育种是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。得新品种的方法。 原理原理：基因重组基因重组 优点优点：能集中位于不同品种中的优良性状。能集中位于不同品种中的优良性状。 缺点缺点：只能利用已有的基因组，并不能产生新的只
4、能利用已有的基因组，并不能产生新的 基因。杂交进程缓慢，过程繁琐。基因。杂交进程缓慢，过程繁琐。 应用应用：杂交水稻、中国荷斯坦牛等杂交水稻、中国荷斯坦牛等20042004年十大感动中国人物年十大感动中国人物 颁奖辞颁奖辞 他是一位真正的耕耘者。当他还是一他是一位真正的耕耘者。当他还是一 个乡村教师时，已具有颠覆世界权威的胆识个乡村教师时，已具有颠覆世界权威的胆识 ；当他名满天下时，却仍专注于田畴。淡薄；当他名满天下时，却仍专注于田畴。淡薄 名利，一介农夫，播撒智慧，收获富足。他名利，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。喜毕生的梦想，就是让所有的人远离饥饿。喜
5、 看稻菽千重浪，最是风流袁隆平。看稻菽千重浪，最是风流袁隆平。如果有一天，农民种植的水稻都换如果有一天，农民种植的水稻都换 成了杂交水稻，其它品质差、产量低的成了杂交水稻，其它品质差、产量低的 水稻品种都被农民随意丢弃了，你认为水稻品种都被农民随意丢弃了，你认为 结果会如何？结果会如何？国家农业科研部门此时应有何为？国家农业科研部门此时应有何为？DDTT高秆抗锈病 ddtt矮秆易染锈病DdTt高秆抗锈病DT、dT、Dt、dt花药离 体培养 ddTT矮秆抗锈病DT、dT、Dt、dt秋水仙 素处理 单倍体 幼苗花粉纯合体 植株F1P射线射线 DDTTDDTT高秆抗锈病ddTTddTT矮秆抗锈病射线
6、射线 ddttddtt矮秆不抗锈病ddTTddTT矮秆抗锈病或或与杂交育种相比，与杂交育种相比， 诱变育种有什么优点？诱变育种有什么优点？ 联系基因突变的特点，联系基因突变的特点， 谈谈诱变育种的局限性谈谈诱变育种的局限性 。要想克服这些局限性。要想克服这些局限性 ，可心采取什么办法？，可心采取什么办法？概念概念：利用物理因素（如利用物理因素（如x x 射线，射线， 射线、紫外线射线、紫外线 ，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙，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。酯等）处理生物，使生物发生基因突变。 原理原理： 基因突变基因突变优点优点：提高变异的
7、频率，加速育种进程。提高变异的频率，加速育种进程。 大幅度地改良某些性状。大幅度地改良某些性状。 缺点缺点：难以控制突变方向，无法将多个优良性状难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合。组合。 应用应用： 农作物育种农作物育种黑农五号大豆黑农五号大豆( (产量提高产量提高16%16%、含油量提高、含油量提高2.5%)2.5%)微生物育种微生物育种青霉素青霉素(20(20单位单位/ml50000/ml50000单位单位/ml)/ml)利用太空环境研究植物生长发育和遗传变异的研究 始于上世纪60年代初期，迄今已有40多年的历史。前苏 联(俄罗斯)、美国空间植物学研究的主要目标，定位在 以探索空间条
8、件下植物生长发育规律，改善空间人类生 存的小环境，解决宇航员的食品供给及生存安全等，这 是为了将来“太空里的人类”。因而美国航空航天局于 1995年建立了引力生物学中心，重点研究植物对引力的 感受和反应，但其最终目标仍是开发出更加适于太空旅 行的植物。而我国的太空育种则把更多的注意力投向如何利用 空间环境资源，开辟选育植物优良品种的新途径，这是 为了现在“地球上的人类”。因为目的的不同，导致现 在有“中国已经走上太空育种的最前沿”一说。空间生命科学： 高真空(108pa) 微重力(104g) 强辐射“神舟神舟”三号飞船上搭载的三号飞船上搭载的3838种共计种共计200200克克神舟三号神舟三号
9、”飞船从太空带回的试管种苗飞船从太空带回的试管种苗 “ “神舟神舟” ”五号搭载育成的巨人南瓜五号搭载育成的巨人南瓜甘肃种植的太空育种的蔬菜甘肃种植的太空育种的蔬菜太空水稻搭载前后株系对比太空水稻搭载前后株系对比太空育种辣椒太空育种辣椒 升载太空磨菇升载太空磨菇升载太空磨菇升载太空磨菇太空青茄大过小孩头太空青茄大过小孩头 太空育种的食品太空育种的食品 安全吗？安全吗？方法 比较杂交育种诱变育种多倍体育种 单倍体育种处理原理优缺点举例请比较各种育种方式请比较各种育种方式：1 1、假设你想培育一个作物品种，你想要、假设你想培育一个作物品种，你想要 的性状和不想要的性状都是由隐性基因的性状和不想要的
10、性状都是由隐性基因 控制的。试说明培育方法，画出遗传图控制的。试说明培育方法，画出遗传图 解，并说明这各方法的优缺点。解，并说明这各方法的优缺点。2 2、育种方式只限以上四种吗？还有什么、育种方式只限以上四种吗？还有什么 更好的育种方式吗？请发挥你的想象力更好的育种方式吗？请发挥你的想象力! !P101常规育种诱变育种多倍体育种单倍体育种处理杂交用射线、激光、 化学药品等处理 生物用秋水仙素处理 种子或幼苗花药离体培养原理通过基因重组把 两亲本的优良性 状组合在同一后 代中用人工方法诱发 基因突变，产生 新性状，创造新 品种或新类型抑制细胞分裂中 纺锤体的形成， 使染色体数目加 倍后不能形成两
11、 个细胞诱导精子直接 发育成植株， 再用秋水仙素 加倍成纯合体特点方法简便，但需 较长年限方可获 得纯合体加速育种的进程 ，大幅改良某些 性状，但突变后 有利个体往往不 多器官大，营养物 质含量高，但发 育延迟，结实率 低缩短育种年限 ，但方法复杂 ，成活率较低举例高杆抗病与矮杆 不抗病小麦杂交 产生矮杆抗病品 种高产量青霉素菌 株的育成三倍体西瓜、 八倍体小黑麦抗病植株的育 成类别杂交育 种人工诱 变育种单倍体 育种多倍体 育种基因工 程育种细胞融 合技术细胞核 移植技 术依据原 理基因重 组基因突 变染色体 组成倍 减少， 再加倍 后得到 纯种染色体 组成倍 增加基因是 控制生 物性状 的
12、基本 单位基因重 组、染 色体变 异基因重 组、染 色体变 异常用方 法杂交 自交 选种 自交辐射诱 变激光 诱变作 物空间 技术育 种花药的 离体培 养，然 后再加 倍秋水仙 素处理 萌发的 种子、 幼苗转基因 （DNA 重组） 技术将 目的基 因引入 生物体 内，培 育新品 种让不同 生物细 胞原生 质融合 ，同种 生物细 胞可融 合为多 倍体将具备 所需性 状的体 细胞核 移植到 去核卵 中七种遗传育种方法的比较优点将不同 个体的 优良性 状集中 于一个 体上可以提 高变异 的频率 ，加速 育种进 程，或 大幅度 地改良 某些品 种可以明 显地缩 短育种 年限器官巨 大，提 高产量 和营
13、养 成分打破物 种界限 ，定向 改变生 物的性 状按照人 们意愿 改变细 胞内遗 传物质 或获得 细胞产 品且克 服了远 缘杂亲 不亲和 障碍可改良 动物品 种或保 护濒危 物种缺点时间长 ，须及 时发现 优良品 种有利变 异少， 须大量 处理实 验材料技术复 杂且须 与杂交 育种配 合发育延 迟，结 实率低有可能 引起生 态危机技术难 度高技术要 求高举例矮秆抗 锈病小 麦青霉素 高产菌 株太空 椒单倍体 育种获 得的矮 秆抗锈 病小麦三倍体 无籽西 瓜八倍 体小黑 麦产生人 胰岛素 的大肠 肝菌、 抗虫棉白菜、 甘蓝、 番茄、 马铃薯克隆羊 、鲤鲫 、移核 鱼本节聚焦： 1、什么是基因工程
14、？ 2、基因工程的原理是什么？ 3、基因工程有哪些应用？ 4、转基因食品安全吗？青霉菌能产生对人类有用的抗生素 青霉素基因决定性状基因决定性状v家蚕能够吐出蚕丝为人类利用基因决定性状基因决定性状v豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮基因决定性状基因决定性状设想设想 一一能否让禾本科的植物也能够固定空气中 的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？设想设想 二二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素 等珍贵的药物？设想设想 三三定向基因改造设想经过多年的努力，科学家于20世纪 70年代创立了可以定向改造生物的新技 术基因工程。你知道为什么能把人的基因你知道为什么能把人的基因“ “嫁接嫁接” ”到到 细菌上吗？你能
15、推测出，这种基因的细菌上吗？你能推测出，这种基因的“ “嫁嫁 接接” ”是怎么实现的吗？你能举出一些类似是怎么实现的吗？你能举出一些类似 的、与你的生活关系很密切的例子吗？的、与你的生活关系很密切的例子吗？“ “嫁接嫁接” ”了人胰岛素基因了人胰岛素基因 的工程菌的工程菌一、基因工程的原理：一、基因工程的原理：1 1、概念：、概念：就是按照人们的意愿，把一种生物的某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，定向地改造生物的遗另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗 传性状。传性状。基因工程的别名基因拼接技
16、术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基 因操作水平DNA分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果人类需要的基因产物2、 基因的“剪刀”限制性内切酶识别特定核苷酸序列，切割特定DNA切点 ，具特异性。 并裂解磷酸二酯键。例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。一种限制酶只能识别一种特定的核苷 酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子 切断。目前已发现的限制酶有4000多种。C TTAAGGCA AT T例：EcoRI 酶切位点限制酶：从特殊的酶切位点将DNA分子切开3、基因的“针线” DNA连接酶连接酶的作用： 将互补配对的两个黏性末端连接起来，使 之成为一个完整的DNA分子。连接的部位：生成3- 5磷酸二酯键DNA连接酶的作用过程：DNA连接酶的作用过程4
