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第一节杂交育种与诱变育种第六章从杂交育种到基因工程近几年，糯玉米、甜玉米、超甜玉米等特种玉米的出现，让人们有了更多的选择。研究证实，特种玉米的营养价值高于普通玉米。中国农科院检测发现，甜玉米、糯玉米的蛋白质含量是普通玉米的2.23倍，植物油含量是普通玉米的2.3倍，“生命元素”硒的含量是9.5倍，维生素是普通玉米的3倍。设想你是一位玉米育种专家，遇到这样的情况:品种A籽粒多，但不抗黑粉病；品种B籽粒少，但抗黑粉病。你用什么方法把两个品种的优良性状结合在一起，又能缺点去掉？黑粉病杂交育种九十年代后期，美国学者布朗抛出“中国威胁论”，撰文说到下世纪30年代，中国人口将达到16亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机？杂交水稻之父：袁隆平,从1976年到2006年，累计增产粮食5200多亿公斤，平均每年解决600万人的粮食问题。ⅹ荷斯坦牛中国黄牛中国荷斯坦牛荷斯坦牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形成的优良种。泌乳期可达305天，年产乳量可达6300kg以上。一、杂交育种运用基因重组的原理，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，获得新品种的方法。例1：植物杂交育种的方法现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt）。如果你是育种工作者，你应该怎样操作才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？以下是杂交的育种参考方案：Ｐ高抗矮不抗Ｆ１高抗Ｆ２DDTTddttDdTtddTt高抗高不抗矮抗矮不抗ddTT杂交自交选优自交F3选优连续自交，直至不出现性状分离为止。原理：基因重组方法：优点：使不同个体上的优良性状集中于一个个体上。缺点：应用：杂交→自交→选优自交杂交育种小结杂交水稻、中国荷斯坦牛等。1.只能利用已有的基因重组，不能创造新的基因。2.育种所需时间较长（一般需7－8年）视野拓展从1987年开始，我国将蔬菜等农作物种子搭载在卫星上上天。“搭星上天”的种子主要有青椒、番茄、黄瓜、丝瓜、胡萝卜、莴苣等蔬菜种子，以及水稻、小麦、高粱等粮食作物和花卉草木等种子，共计50多类。卫星将农作物种子带到200～400千米的太空中，利用太空中的空间宇宙射线、微重力、高真空、交变磁场等各种特殊因素对种子和微生物进行处理，使种子产生地面得不到的变异，最终培育出高产优质新品种。太空南瓜太空黄瓜与“神六”飞船一起上太空的花卉“瓷玫瑰”、“老虎须”我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达600kg，最高达750kg，蛋白质含量增加8%-20%，生长期平均缩短10天。“太空椒”每个可重350克，ＶＣ等含量提高20％－30％太空番茄不但香甜可口，而且ＶＣ含量高，是普通品种的2.5倍，最大果重可达600克太空青茄大过小孩头概念：利用__________（如ⅹ射线、γ射线、紫外线、激光等）或__________（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生___________。原理：基因突变方法：辐射诱变、激光诱变、化学诱变、空间育种优点：提高突变率，产生新基因；在较短时间内获得更多的优良变异类型。缺点：有利变异少，须大量处理实验材料（基因突变具有不定向性）二、诱变育种物理因素化学因素基因突变应用：1）农作物育种——黑农五号大豆2）微生物育种——高产青霉菌3）太空育种黑龙江省农科院用辐射方法处理大豆，培育成了“黑农五号”等大豆品种，产量提高了16％，含油量比原来提高2·5％。1945年青霉素发明以来，世界各地科学家用紫外线照射的方法处理青霉菌，将青霉素的产量提高了2～3千倍，价格下降到原来的几万分之一。练习:请写出下面各项培育方法（1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是。（2）用60Co辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是。（3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是。（4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于。（5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是。（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是。单倍体育种诱变育种多倍体育种诱变育种杂交育种诱变育种杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种原理常用方法优点缺点举例基因重组基因突变染色体变异（成倍减少）染色体变异（成倍增加）杂交用射线、激光或化学药品处理生物花药离体培养→单倍体→秋水仙素处理→纯种秋水仙素处理使不同个体的优良性状集中于一个个体上提高变异频率加速育种进程有利变异少，需大量处理供试材料明显缩短育种年限技术复杂，与杂交育种配合，高度不育各种器官大、营养成分高、抗性强与杂交育种配合；发育延迟育种时间最长杂交水稻、矮杆抗锈病小麦高产青霉菌三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦纯种矮杆抗病小麦1、在下列几种育种方法中，可以改变原有基因分子结构的育种方法是A.杂交育种B.诱变育种C.单倍体育种D.多倍体育种2、现代农业育种专家采用诱变育种的方法改良某些农作物的原有性状，其原因是：A.提高了后代的出苗率B.产生的突变全部是有利的C.提高了后代的稳定性D.能提高突变率以供育种选择课堂练习3、通过诱变育种培育的是A.三倍体无子西瓜B.青霉素高产菌株C.二倍体无子番茄D.八倍体小黑麦4、根据遗传学原理，能迅速获得新品种的育种方法是A.杂交育种B.多倍体育种C.单倍体育种D.诱变育种第二节基因工程及其应用能发光的水母不能发光的热带斑马鱼能否能否让热带鱼也能发光?设想能发荧光的热带斑马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的抗虫害的玉米抗虫棉能产生人胰岛素的大肠杆菌基因的剪刀—限制性内切酶（简称限制酶）1、基因操作的工具特点：专一性。即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。限制酶基因的针线——DNA连接酶DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。磷酸二酯键基因的运载工具——运载体：常用的运载体主要有两类：1）细菌细胞质的质粒（环状DNA分子）2）噬菌体或某些动植物病毒基因的剪刀—限制性内切酶（简称限制酶）1、基因操作的工具基因的针线——DNA连接酶基因的运载工具——运载体：2、基因操作的基本步骤1）提取目的基因2）目的基因与运载体结合3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和表达二、基因工程的应用运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)1、基因工程与作物育种培育抗逆性品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。抗虫基因作物的意义：减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色A：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的Eustoma(Lisianthus)花。B：转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，2、基因工程与药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物用基因工程的方法生产胰岛素、干扰素、白细胞介素、凝血因子、以及预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾等的疫苗。提高生产产量、降低生产成本。胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。人造血液及其生产3、基因工程与环境保护⑴环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。⑵环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。2006年3月14日绿色和平组织发布消息,称亨氏营养米粉含有转Bt基因抗虫水稻成分。那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？三、转基因生物与转基因食品的安全性两种观点不安全：证据安全：证据安全观点：1、转基因食品与非转基因食品的构成是一样的；2、减少农药使用、减少环境污染；3、节省生产成本，降低粮食售价；4、增加食品营养、提高食品产量等。不安全观点：1、可能产生抗除草剂的超级杂草；2、可能使疾病的散播跨越物种障碍；3、可能损害农作物的生物多样性；4、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性；5、可能产生新毒素和新过敏源。最新款的摩托车谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？1、要将目的基因与运载体连接起来，在操作中应选用A、只需DNA连接酶B、同一种限制酶和DNA连接酶C、只需限制酶D、不同的限制酶和DNA连接酶课堂练习2、下列各项中，说明目的基因完成了表达的是A、棉珠中含有杀虫蛋白基因B、大肠杆菌中具有胰岛素基因C、酵母菌中产生了干扰素D、抗病毒基因导入土豆细胞中BC3、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是①限制酶②连接酶③解旋酶④还原酶Ａ、①②Ｂ、③④Ｃ、①④Ｄ、②③4、实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ顺序，切点在Ｇ和Ａ之间，这是利用了酶的Ａ、高效性Ｂ、专一性Ｃ、多样性Ｄ、催化活性易受外界影响AB6、不属于基因工程方法生产的药物是A、干扰素B、白细胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗5、基因工程的正确操作步骤是①使目的基因与运载体结合②将目的基因导入受体细胞③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求④提取目的基因Ａ、③②④①Ｂ、②④①③Ｃ、④①②③Ｄ、③④①②CC