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1、第第2节现代生物技术在育种上的应用节现代生物技术在育种上的应用课程目程目标导航航1.描述描述转基因技基因技术育种和育种和细胞胞杂交育种等交育种等现代育种技代育种技术。2.列列举现代育种技代育种技术在在实践中践中应用的用的实例，探例，探讨其前景。其前景。3.关注关注转基因生物及其基因生物及其产品引品引发的社会的社会问题。知识点知识点1转基因技术转基因技术知知识梳理梳理1.转基因技术育种转基因技术育种(1)概念概念转基因技基因技术是指按照人是指按照人们的意愿，把一种生物的某个的意愿，把一种生物的某个克隆出来，加以克隆出来，加以和和，再，再转移到移到生物的生物的细胞里，从而胞里，从而地改造生物的地改
2、造生物的遗传性状。性状。(2)内容内容的制的制备和目的基因和目的基因导入入的的过程。程。基因基因修饰修饰改造改造另一种另一种定向定向目的基因目的基因受体细胞受体细胞(3)操作流程操作流程基因分离基因分离目的基因目的基因目的基因与目的基因与结合合目目的的基基因因导入入转化化组织或或细胞胞植株再生植株再生与未与未转化的植株化的植株筛选植株植株移苗入土移苗入土选优。载体载体受体细胞受体细胞转化转化转基因转基因2.转基因植物的实例转基因植物的实例(1)1983年第一例年第一例转基因植物基因植物转基因基因。(2)转基因基因番茄。番茄。(3)转基因基因作物：作物：转抗抗虫虫棉棉、抗抗虫虫玉米、抗虫玉米、抗
3、虫杨树和抗虫甘和抗虫甘蓝，转植物植物抑抑制制剂基基因因、转外源凝集素基因的外源凝集素基因的转基因水稻、基因水稻、转基因棉。基因棉。(4)抗抗作物：抗除草作物：抗除草剂玉米、油菜、大豆、棉等。玉米、油菜、大豆、棉等。烟草烟草耐贮藏耐贮藏抗虫抗虫Bt基因基因蛋白酶蛋白酶除草剂除草剂3.转基因动物的实例转基因动物的实例(1)1982年美国科学家将大鼠的年美国科学家将大鼠的注注射射到到小白鼠的受精卵中，小白鼠的受精卵中，获得第一只得第一只转基因基因“超超级小鼠小鼠”。(2)动物物转基基因因技技术的的应用用：提提高高产仔仔数数或或产蛋蛋数数；提提高高能力；研制乳腺能力；研制乳腺；提提高高动物生物生长速率
4、；改善肉的品速率；改善肉的品质。生长激素基因生长激素基因抗病抗病生物反应器生物反应器活学活用活学活用1.以下有关基因工程的叙述中以下有关基因工程的叙述中错误的是的是()A.马铃薯的叶肉薯的叶肉细胞可用做受体胞可用做受体细胞胞B.目的基因的成功目的基因的成功导入是目的基因在受体入是目的基因在受体细胞中表达的前提胞中表达的前提C.采采用用“基基因因文文库法法”获得得目目的的基基因因是是最最常常用用的的获得得目目的的基基因因的方法的方法D.一般采用同一种限制一般采用同一种限制酶酶分分别处理理质粒和含目的基因的粒和含目的基因的DNA解解析析基基因因文文库库法法是是获获取取目目的的基基因因的的常常用用方
5、方法法之之一一，常常用用方方法法还还有有PCR技技术术和和化化学学方方法法人人工工合合成成等等。具具体体用用哪哪一一种种方方法法，需需根根据据目目的的基基因因的的特特点点等等综综合合考考虑虑，如如核核苷苷酸酸序序列列已已知知的的较较小小的的基因基因，可用化学方法直接人工合成。可用化学方法直接人工合成。答案答案C2.番番茄茄在在运运输和和贮藏藏过程程中中常常会会出出现由由于于过早早成成熟熟而而腐腐烂变质的的现象象。应用用基基因因工工程程技技术，通通过抑抑制制某某种种促促进果果实成成熟熟激激素素的的合合成成，可可使使番番茄茄贮藏藏时间延延长，培培育育成成耐耐贮藏藏的的番番茄茄新新品品种种。请回答：
6、回答：(1)在在培培育育转基基因因番番茄茄的的操操作作中中，所所用用的的基基因因的的“剪剪刀刀”是是_，基基因因的的“针线”是是_，基基因因的的“运运输工工具具”是是_。(2)与与杂交交育育种种、诱变育育种种相相比比，通通过基基因因工工程程来来培培育育新新品品种种的的主要主要优点是点是_、_、_。解解析析本本题题重重点点考考查查转转基基因因技技术术在在育育种种过过程程中中的的应应用用，同同时时考考查查了了转转基基因因技技术术的的操操作作工工具具及及优优点点。在在培培育育转转基基因因作作物物的的过过程程中中，需需要要用用同同一一种种限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶在在目目的的基基因因和和载载体体
7、DNA的的特特定定位位点点上上切切割割，使使两两者者产产生生相相同同的的黏黏性性末末端端，然然后后再再用用DNA连连接接酶酶将将目目的的基基因因和和载载体体连连在在一一起起，由由载载体体将将目目的的基基因因转转入入到到受体细胞中。受体细胞中。答答案案(1)限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶DNA连接接酶酶载体体(2)目目的的性性强强性状性状稳定快克服了种定快克服了种间基因不能交流的限制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的定义转基基因因技技术是是指指按按照照人人们的的意意愿愿，把把一一种种生生物物的的某某个个基基因因克克隆隆出出来来，加加以以修修饰和和改改造造，再再转移移到到
8、另另一一种种生生物物的的细胞胞里里，从从而而定向地改造生物的定向地改造生物的遗传性状。性状。转基基因因技技术主主要要涉涉及及两两个个方方面面的的内内容容：目目的的基基因因的的制制备和和目目的的基因基因导入受体入受体细胞的胞的过程。程。2.转基因技术的主要步骤转基因技术的主要步骤(如下图所示如下图所示)3.将目的基因导入不同受体细胞的比较将目的基因导入不同受体细胞的比较细胞种胞种类植物植物细胞胞动物物细胞胞微生物微生物细胞胞常用方法常用方法农杆杆菌菌转化化法法(还有有基基因因枪法法、花花粉粉管通道法管通道法)显微注射法微注射法Ca2处理法理法受体受体细胞胞体体细胞胞受精卵受精卵原核原核细胞胞转化
9、化过程程目目的的基基因因插插入入Ti质粒粒的的TDNA上上农杆杆菌菌导入入植植物物细胞胞整整合合到到受受体体细 胞胞 的的 染染 色色 体体DNA上上表达表达目目的的基基因因表表达达载体体提提纯取取卵卵(受受精精卵卵)显微微注注射射受受精精卵卵发育育获得得具具有有新新性性状状的的动物物个体个体Ca2处理理细胞胞感感受受态细胞胞基基因因表表达达载体体与与感感受受态细胞胞混混合合感感受受态细 胞胞 吸吸 收收 重重 组DNA分子分子知识点知识点2细胞杂交育种细胞杂交育种知知识梳理梳理1.细胞杂交细胞杂交指将同指将同类或不同或不同类生物体的生物体的或或体体细胞胞，在在一定的物理或化学条件下一定的物理
10、或化学条件下进行融合形成行融合形成，再再创造条件将造条件将培养成完整的培养成完整的杂种生物个体。种生物个体。原生质体原生质体杂种细胞杂种细胞杂种细胞杂种细胞思思考考：粮粮食食危危机机威威胁着着人人类的的生生存存，你你能能想想办法法培培育育如如图所所示示的的马铃薯薯番茄植株番茄植株吗？提提示示：采采用用植植物物体体细细胞胞杂杂交交技技术术，可可以以获获得得地地上上结结番番茄茄、地地下下结马铃薯的植物结马铃薯的植物，提高立体产量。提高立体产量。2.杂交过程杂交过程原生质体原生质体细胞壁细胞壁愈伤愈伤杂种杂种3.获得原生质体获得原生质体4.诱导原生质体融合诱导原生质体融合酶酶解法：植物解法：植物细胞
11、放在含有胞放在含有、的无菌混合的无菌混合酶酶液中消化数小液中消化数小时，将，将细胞壁分解，得到原生胞壁分解，得到原生质体。体。(1)过程：原生程：原生质体融合包括体融合包括融融合合细胞胞质融融合合融合。融合。(2)方法方法物理法：如物理法：如、电刺激等。刺激等。化化学学法法：聚聚乙乙二二醇醇能能够使使原原生生质体体紧密密接接触触，导致致细胞胞膜膜融融合。合。纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶细胞膜细胞膜细胞核细胞核振动振动活学活用活学活用下下列列关关于于动物物细胞胞融融合合和和植植物物体体细胞胞杂交交的的比比较中中，正正确确的的是是()A.诱导融合的方法完全相同融合的方法完全相同B.所用的技所用的技
12、术手段完全相同手段完全相同C.所采用的原理完全相同所采用的原理完全相同D.都能形成都能形成杂种种细胞胞解解析析解解答答此此题题需需从从以以下下几几方方面面入入手手分分析析：首首先先，两两种种细细胞胞工工程程技技术术中中都都要要进进行行细细胞胞融融合合，融融合合的的技技术术基基本本相相同同，但但不不能能说说完完全全相相同同；第第二二，除除动动物物细细胞胞的的融融合合常常用用灭灭活活的的病病毒毒作作诱诱导导剂剂外外，其其他他诱诱导导方方法法二二者者基基本本相相同同；第第三三，二二者者采采用用的的原原理理基基本本相相同同，动动物物细细胞胞融融合合的的原原理理是是细细胞胞膜膜的的流流动动性性，最最终终
13、形形成成的的是是杂杂种种细细胞胞，植植物物体体细细胞胞杂杂交交的的原原理理是是细细胞胞的的全全能能性性和和细细胞胞膜膜的的流动性，最终由杂种细胞形成杂种植株。流动性，最终由杂种细胞形成杂种植株。答案答案D归纳总结1.植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术(1)定定义将将不不同同种种植植物物的的体体细胞胞，在在一一定定条条件件下下融融合合成成杂种种细胞胞，并并把把杂种种细胞培育成新的植物体的技胞培育成新的植物体的技术。(2)原理原理细胞膜的流胞膜的流动性、植物性、植物细胞的全能性。胞的全能性。(3)过程程(如下如下图所示所示)(4)诱导融合方法融合方法物理方法：离心、振物理方法：离心、振动、电刺激
14、。刺激。化学方法：聚乙二醇化学方法：聚乙二醇(PEG)。(5)与植物体与植物体细胞胞杂交交过程有关的几个程有关的几个问题植植物物体体细胞胞杂交交是是用用两两个个来来自自于于不不同同植植物物的的体体细胞胞融融合合成成一一个个杂种种细胞胞，并并把把杂种种细胞胞培培育育成成新新植植株株的的方方法法。由由此此可可以以看看出出，植植物物体体细胞胞杂交交包包括括植植物物细胞胞融融合合和和植植物物组织培培养养两两方方面面。其生殖方式其生殖方式为无性生殖。无性生殖。植物体植物体细胞融合的胞融合的实质是不同植物体是不同植物体细胞的原生胞的原生质体相融合。体相融合。植植物物体体细胞胞融融合合的的障障碍碍是是细胞胞
15、外外的的细胞胞壁壁，可可用用纤维素素酶酶和和果胶果胶酶酶将将细胞壁分解掉。胞壁分解掉。形形成成融融合合细胞胞的的类型型：体体细胞胞融融合合成成功功以以后后，既既有有AB型型杂种种细胞胞，又又能能形形成成AA型型和和BB型型两两种种融融合合细胞胞，但但只只有有AB型型细胞胞是是植植物物体体细胞胞杂交交所所形形成成的的杂种种细胞胞，因因此此在在杂种种细胞胞形形成成后后还应有一个有一个筛选过程。程。植物体植物体细胞胞杂交育种的交育种的优点和局限性点和局限性优点点：植植物物体体细胞胞杂交交的的最最大大突突破破是是克克服服了了远缘杂交交不不亲和和的的种种间或属或属间障碍。障碍。局局限限性性：由由于于目目
16、前前仍仍有有许多多理理论和和技技术问题没没有有解解决决，不不能能让杂种植株按照人种植株按照人们的需要表的需要表现出出亲代的代的优良性状。良性状。2.动物细胞杂交动物细胞杂交(1)含含义动物物细胞胞融融合合也也称称细胞胞杂交交，是是指指两两个个或或多多个个动物物细胞胞结合合形形成成一一个个细胞胞的的过程程。融融合合后后形形成成的的具具有有原原来来两两个个或或多多个个细胞胞遗传信息的信息的单核核细胞，称胞，称为杂交交细胞。胞。(2)原理原理细胞膜的流胞膜的流动性。性。(3)动物物细胞融合的胞融合的过程程(4)诱导融合的方法融合的方法物理法：离心、振物理法：离心、振动、电刺激。刺激。 化学法：聚乙二
17、醇化学法：聚乙二醇(PEG)。生生物物法法：灭活活的的病病毒毒(动物物细胞胞融融合合特特有有的的促促融融剂)，灭活活是是指指用用物物理理或或化化学学手手段段使使病病毒毒或或细菌菌失失去去感感染染能能力力，但但是是并并不不破破坏坏这些病原体的抗原些病原体的抗原结构。构。(5)应用用动物物细胞胞融融合合最最重重要要的的用用途途是是制制备单克克隆隆抗抗体体。迄迄今今为止止，已已经实现了了人人鼠鼠、人人猴猴、人人蛙蛙等等种种间个个体体的的细胞胞杂交交，获得得杂交交细胞，但尚未胞，但尚未获得得杂种种动物。物。3.植物体细胞杂交和动物细胞杂交的比较植物体细胞杂交和动物细胞杂交的比较(见下表见下表)比比较项
18、目目植物体植物体细胞胞杂交交动物物细胞胞杂交交原理原理细胞膜的流胞膜的流动性、性、细胞的全能性胞的全能性细胞膜的流胞膜的流动性性细胞融合胞融合前的前的处理理去除去除细胞壁后胞壁后诱导原生原生质体融合体融合使使细胞胞分分散散后后诱导细胞融合胞融合诱导手段手段离离心心、电刺刺激激、振振动、聚聚乙乙二二醇醇等等诱导离离心心、电刺刺激激、振振动、聚聚乙乙二二醇醇等等诱导，还有有灭活的病毒活的病毒诱导用途用途克克服服远缘杂交交不不亲和和障障碍碍，获得得杂种植株种植株制制备单克克隆隆抗抗体体的的技技术之一之一共同点共同点都能都能产生生杂种种细胞胞4.生物育种技术比较生物育种技术比较技技术原理原理优点点缺点
19、缺点诱变育种育种基因突基因突变提提高高生生物物变异异的的频率率，可可大大幅幅度度改改良良某某些些性性状，状，缩短育种短育种进程程盲盲目目性性大大，需需大大量量处理理实验材料材料杂交育种交育种基因重基因重组使使位位于于不不同同个个体体的的优良良性性状状集集中中于于一一个个个个体体周周期期长，难以以克克服服远缘杂交交不不亲和和的的障碍障碍单倍体育种倍体育种 染色体染色体变异异获得得个个体体均均为纯种种，明明显缩短育种年限短育种年限 技技术复复杂，需需要要与与杂交育种配合交育种配合多倍体多倍体育种育种染色体染色体变异异器器官官大大，提提高高产量量和和某某些些营养成分含量养成分含量适适用用于于植植物物
20、，动物方面物方面难以开展以开展基因工基因工程育种程育种分分子子遗传学学原理原理打打破破物物种种界界限限，定定向向地地改造生物改造生物遗传性状性状易造成基因易造成基因污染染细胞工胞工程育种程育种细胞胞生生物物学学和和分分子子生生物物学原理学原理克克服服远缘杂交交不不亲和和的的障障碍碍；扩大大了了用用于于杂交交的的亲本本组合合范范围；定定向向改造生物改造生物遗传性状性状不不能能按按人人们的的需需要要表表现出出亲代代的的优良性状良性状知识点知识点3乳腺生物反应器乳腺生物反应器知知识梳理梳理1.优点优点高；高；好；好；低；低；易提取。易提取。产量产量质量质量成本成本2.操作过程操作过程用用技技术实现动
21、物物乳乳腺腺生生物物反反应器器的的操操作作过程程与与转基基因因动物物操操作作过程程相相同同。为了了将将目目标产品品在在奶奶中中形形成成，需要使用乳腺需要使用乳腺组织中特异表达的中特异表达的，要要在在编码目目的的的的基基因因序序列列前前加加上上乳乳腺腺组织中中特特异异表表达达的的启启动子构建成子构建成。操操作作过程程大大致致归纳为：获取取(例如血清白蛋白基因例如血清白蛋白基因)构建基因构建基因(在在血血清清白白蛋蛋白白基基因因前前加加特特异异表表达达的的启启动子子)导入入哺哺乳乳动物物受受精精卵卵中中形形成成胚胚胎胎将将胚胎送入母体胚胎送入母体发育成育成(只只有有在在产下下的雌性个体中，的雌性个
22、体中，转入的基因才能表达入的基因才能表达)。基因工程基因工程启动子启动子蛋白质蛋白质表达载体表达载体目的基因目的基因表达载体表达载体显微注射显微注射转基因动物转基因动物3.缺点缺点4.成果成果只能是雌性个体在只能是雌性个体在时才能才能应用。用。已在乳腺生物反已在乳腺生物反应器中表达了器中表达了、血血清清白白蛋蛋白白、和和抗胰蛋白抗胰蛋白酶酶等重要医等重要医药产品。品。泌乳期泌乳期抗凝血酶抗凝血酶生长激素生长激素活学活用活学活用乳腺生物反乳腺生物反应器可用于器可用于()A.动物抗病育种物抗病育种 B.B.生生产药用蛋白用蛋白C.治治疗人人类疾病疾病 D.D.分泌大量乳汁分泌大量乳汁解解析析乳乳腺腺生生物物反反应应器器是是让让某某些些特特定定基基因因在在哺哺乳乳动动物物体体内内表表达达，使使这这些些哺哺乳乳动动物物的的乳乳汁汁中中含含有有人人类类所所需需要要的的物物质质，如如激激素素、抗抗体和酶类。体和酶类。答案答案B
