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生物科学与农业（一）主讲：黄冈优秀生物教师张孝中一、知识概述1、杂种优势的应用；2、植物微型繁殖技术；3、动物的人工授精技术；4、试管家畜技术；5、胚胎分割技术；6、克隆哺乳动物技术；7、转基因技术育种；8、细胞杂交育种。二、重点知识归纳及讲解（一）杂种优势的应用1、杂种优势——是指具有一定遗传差异的两个个体进行杂交后，所产生的后代在生活力、生长发育速度、抗逆性以及形态大小等方面明显优于杂交双亲的现象。2、应用成果(1)杂交水稻、杂交玉米种植面积广，增产幅度大。(2)杂交畜禽体型大、健壮、生长快、产蛋率高、产奶量大。3、存在的问题及原因(1)问题：必须年年配制杂交种，且制种的双亲都必须高度纯合。(2)原因：F2会出现性状的分离，杂种优势从第二代开始逐代递减。（二）植物微型繁殖技术1、概念——是利用离体的芽、茎等器官(外植体)在无菌和特定光温条件下，在人工培养基上进行的快速无性繁殖技术。属于植物组织培养技术的一种。2、流程3、特点(1)繁殖速度快。(2)繁殖后代与母株在遗传特性上高度一致(“高保真”)。(3)繁殖过程不受自然生长季节的限制。4、应用(1)濒危植物、名稀特优植物的保存和繁殖。(2)植物脱病毒。(3)园艺园林苗木的大规模工厂化生产。(4)进行植物生理生化及分子生物学的研究。（三）动物繁殖技术1、动物的人工授精技术动物的人工授精是指以人工方法，利用器械采集雄性动物的精液，经检查与稀释处理后，再输入到雌性动物生殖道内，以此来代替自然交配，从而达到繁育的目的。动物的人工授精技术的应用，既可极大地提高繁殖效率，还可克服时间、地理障碍，同时能减少种公畜的饲养数量，降低生产和管理成本。2、试管家畜技术试管家畜技术就是从母畜体内取出卵细胞，在试管或培养皿中完成受精，再将发育正常的早期胚胎移植到受体(代孕母体)子宫内着床、妊娠、发育，直至分娩的繁殖技术。3、胚胎分割技术——是指采用机械方法，即用特制的显微刀片或玻璃微针将早期胚胎分割成2份、4份或更多份，经体内或体外培养，然后植入代孕母体内，从而获得同卵双生或多生后代。通过胚胎分割，可以提高胚胎的利用率，增加每枚胚胎的后代繁殖数，提高优良品种的推广速度。4、哺乳动物的克隆技术——是指利用某哺乳动物的体细胞核，产生一个与该动物几乎完全相同的新个体。（四）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、过程3、成果(1)转基因烟草——第一例转基因植物问世(1983年)。(2)转基因耐贮藏蕃茄——第一个进入市场的转基因植物。(3)转基因抗虫作物——转Bt基因植物(抗虫棉、抗虫玉米、抗虫杨树、抗虫甘蓝)。(4)抗除草剂作物——转基因作物中最庞大的队伍：抗除草剂玉米、油菜、大豆、棉、水稻、小麦、大白菜、蕃茄、烟草等。4、动物转基因技术的应用（1）提高产仔数或产蛋数；（2）提高生长速度；（3）提高抗病能力；（4）改善肉的品质；（5）研制乳腺生物反应器。（五）细胞杂交育种1、概念细胞杂交是指将同类或不同类生物体的原生质或体细胞，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。2、过程-返回-同步测试一、选择题1、英国科学家维尔莫特首次用羊的体细胞（乳腺细胞）成功的培育出一只小母羊，取名为“多利”，这一方法被称之为“克隆”，以下四项中与此方法在本质上最相近的是（）A．将兔的早期胚胎分割后，分别植入两只母兔子宫内，并最终发育成两只一样的兔B．将人的抗病毒基因嫁接到烟草的DNA分子上，培育出了具有抗病毒能力的烟草新品种C．将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合杂交瘤细胞D．将人的精子与卵细胞在体外受精，待受精卵在试管内发育到囊胚期时，再植入女性子宫内发育成“试管婴儿”2、下列动物繁殖技术中，不属于有性繁殖的是（）A．人工授精B．试管家畜C．胚胎分割D．克隆技术3、运用下列各种细胞工程技术培育生物新品种，操作过程中不能形成愈伤组织的技术是（）A．植物组织培养B．植物体细胞杂交C．动物胚胎移植D．番茄马铃薯的培育4、生物具有生殖作用的意义是（）A．促进个体发育B．促进生物进化C．保持遗传性状的稳定D．延续种族5、下列属于生殖的是（）A．红骨髓不断产生新的细胞B．蝌蚪发育成青蛙C．一个细菌分裂两个细菌D．鸡蛋孵化成雏鸡6、下列家畜每次射精量最高的是（）A．牛B．绵羊C．猪D．马7、在已培育出的转基因植物中，队伍最庞大的是（）A．转基因耐贮藏作物B．转基因抗除草剂的作物C．转基因抗虫作物D．转基因高产作物8、无性生殖与有性生殖的主要区别在于（）A．是否由单一亲本完成B．能否进行细胞分裂C．是否产生生殖细胞D．是否产生有性生殖细胞9、用以下四种细胞工程技术培育出的新个体中，遗传物质全部来自一个亲本的方法是（）A．细胞组织培养B．细胞融合C．动物胚胎移植D．细胞核移植10、欲使三倍体西瓜的植株繁殖出下一代，应使其进行（）A．卵式生殖B．孢子生殖C．营养生殖D．出芽生殖11、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入配制的培养基上培养出许多完整的植株，这些植株的特点是（）A．彼此性状极相似B．变异频率较高C．单倍体D．都是纯合体12、下列不属于动物细胞培养技术的应用是（）A．生产病毒疫苗B．对烧伤病人植皮C．检测有毒物质D．培养具有抗病力的良种动物显示提示1、A一个胚胎产生一只兔子，是发育，一个胚胎经过分割产生两只或多只兔子，则是无性生殖（克隆）；B应用的是转基因技术；C应用的是细胞融合技术；D实际上就是有性生殖。4、D生殖的意义是延续种族。5、C生殖是由亲体产生新个体的过程，一个细菌分裂成两个细菌是细菌的分裂生殖；红骨髓不断产生新的细胞是动物体和人体内的细胞分裂，没有产生新个体，不是生殖；蝌蚪发育成青蛙和鸡蛋孵化成雏鸡都是发育。8、DA错，有性生殖中的单性生殖只有由单一亲本完成；B错，无性生殖和有性生殖时都要进行细胞分裂，无性生殖进行的是有丝分裂或无丝分裂或二分分裂（原核细胞），有性生殖要进行减数分裂；C错，有的无性生殖（孢子生殖）也产生生殖细胞。无性生殖的生殖细胞无性别之分，只有有性生殖的生殖细胞才有性别之分，称为有性生殖细胞，简称为性细胞。9、A细胞、组织培养的新个体的遗传物质来自提供细胞或组织的亲本；细胞融合产生的新个体的遗传物质来自提供两个细胞的两个亲本或一个亲本；动物胚胎移植产生的新个体的遗传物质一定来自雌雄两个亲本；细胞核移植产生的新个体的遗传物质来自于提供细胞核和细胞质的两个亲本。10、C三倍体植物不能产生正常配子，不能进行有性生殖，用营养器官来繁殖后代。11、A将单个细胞放入配制的培养基上培养出许多完整的植株，应用的是细胞的培养技术，属于无性生殖，能够保持亲体的性状。ADCDCCBDACAD二、简答题13、世界是第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如下图所示。请看图后回答：（1）写出图中所指的细胞工程名称：__________、_________。（2）实施细胞工程时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是____________。（3）“多利”面部的毛色是_______，请根据遗传学原理说明判断的原因是___________。（4）继植物组织培养之后，克隆绵羊的培育成功，证明动物细胞也具有______________。（5）请举一例，说明克隆绵羊培育成功的实际意义。显示答案解析：简单地说，克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖。生物学家曾一度认为，由一个动物的成熟体细胞无性繁殖成一个完整的动物是不可能的。虽然每一个动物的体细胞中都含有组成一个新动物的完整的基因信息，但是这结构却不能在成熟的体细胞中被解读，因为它们已经特化了，只能产生单一身体部位的细胞。“多利”的诞生则改变了这种传统的认识。“多利”的创造过程是复杂的，主要有下面的几大步聚：①取得成熟的卵细胞。科学家采用“超数排卵”技术，利用药物促使第一头苏格兰母绵羊排卵，并取出成熟的卵细胞备用。②制成一个具有活性但没有核遗传物质的卵细胞。科学家依靠显微注射仪的帮助，用特制的极细的玻璃管刺入卵细胞，将卵细胞核吸出，使之成为一只无核细胞。③取得用于核移植的细胞。科学家从第二头6岁的芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出一只乳腺细胞，用作无性繁植（注意：这是一个成年母羊的体细胞）。④进行细胞核移植。将乳腺细胞与去核的卵细胞在电流刺激作用下融为一体，形成一个新细胞。⑤将这个“核质融合”的卵细胞置于体外培养。新细胞按照乳腺细胞的基因开始分裂、繁殖，逐渐形成羊羔胚胎。⑥胚胎移植。将早期胚胎植入第三头绵羊的子宫内，在此孕育成熟。由于移入卵细胞内的是体细胞，它不仅含有双倍的染色体，而且由此产生的后代细胞的染色体均是该体细胞的遗传“拷贝”，因而，发育而成的个体，它的遗传性质与核供体的亲本是一致的。“多利”的克隆成功说明，即使是已经分化了的体细胞，在一定条件下仍然具有细胞的“全能性”。以“多利”为代表的克隆技术的成功，是生物技术革命的重大突破，具有十分诱人的前景。例如①在园艺业和畜牧业中，克隆技术是选育遗传性质稳定优质果树和良种家畜的理想手段；②在医学领域，通过克隆转基因动物来成批生产名贵约品；还可借助克隆技术制造出人体的各种组织和器官，供器官移植使用；③在生态学方面，克隆技术对于生物多样性的保护是有利的，尤其是对于挽救某些珍稀濒危物种来说是一大福音等等。答案：（1）细胞核移植（或核质融合）胚胎移植（2）卵细胞体积大，易于操作，通过发育可直接表现出生物的性状来（3）白色“多利”的全部细胞核基因来自绵羊B（即提供乳腺细胞的绵羊）（4）“全能性”（5）如①保存濒危物种②革新动物育种手段，繁育优良品种③提供对动物遗传改造的新途径，克隆转基因动物生产重要药物④为人类提供移植用的器官组织和细胞（答出任何一项即可）14、牛群中有一头产奶多但抗病力较差的母牛，想在多产奶的前提下在较短时间内能得到尽量多的奶产量高而抗病力强的小母牛，请你设计一个培育的方案。显示答案解析：要在多产奶的前提下多产仔，需借腹生牛，因此要准备多头母牛作为“寄母”；要改善抗病的能力需引入抗病的遗传物质，要采集抗病能力强的公牛的精液；牛的性别是由精子的类型决定的，X型精子与卵细胞受精生出的是母牛，Y型精子与卵细胞受精生出的是公牛。后代要尽量多是母牛，就要对公牛的精液进行筛选，选取足量的含X染色体的精子；要多产仔牛，可用胚胎分割技术，提高繁殖率。答案：注射激素使该良种母牛多排卵；对抵抗力强的纯种公牛的精液进行筛选，选取足量的含X染色体的精子；在试管中使良种的精子与卵细胞受精；试管体外培养到每个受精卵分裂为8个细胞时，进行胚胎分割，均分为4份；分别移植到多头寄母牛的子宫里发育分娩，就能得到很多所需之小母牛。-END-课外拓展转基因育种带来的安全问题常规育种一般是在自然状态下通过种内有性杂交来实现的，而植物基因工程则是用农杆菌、基因枪、电激、微注射等技术将外源重组DNA导入植物基因组中使其遗传物质发生变化。与常规育种技术的高度随机过程相比，植物基因工程可将已知功能的遗传物质插入植物染色体内，因此从理论上讲，转基因植物的遗传特性及表型应该可以更精确地预测，在应用上应该更加安全。之所以要对转基因植物进行安全性评价是因为：①目前科学水平还不可能完全精确地预测一个基因在一个新的遗传背景中会产生什么样的相互作用，而且转基因植物中基因的表达受环境等多种因素的影响，此外还有基因多效性、体细胞变异等问题，因此要完全精确地预测转基因植物可能产生的所有表型效应尚有困难。②转基因植物与常规育种所用的基因来源有很大的不同。在常规有性杂交中，由于受有性亲和性的限制，基因来源一般局限于种内。除有性杂交外，在育种上又出现了许多新技术，如物理和化学诱变、非整倍体技术、近缘或远缘物种之间的染色体操作、桥梁种杂交、胚抢救、体细胞变异、细胞融合等，尽管这些技术的发展拓宽了常规育种的基因源，但它仍局限于近缘种属。③重组DNA和转基因技术的发展，使基因可以在动物、植物、微生物之间相互转移，甚