第6章从杂交育种到基因工程(教案).doc

高考生物第一轮复习资料（教案） §2-6《从杂交育种到基因工程》
第6章 从杂交育种到基因工程
第1节 杂交育种与诱变育种
【课标定位】
1.理解杂交育种和诱变育种的原理。
2.了解杂交育种和诱变育种的优点和局限性。
【教材回归】
一、杂交育种
（一）杂交育种的实例——以高产抗病小麦品种的选育为例
P 高产不抗病小麦 × 低产抗病小麦
F1 高产抗病小麦（均为显性性状）
F2 保留高产抗病个体（淘汰高产不抗病、低产抗病、低产不抗病个体）
高产抗病小麦（不再发生性状分离）
新的优良品种

（二）杂交育种的概念
将同一物种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生物新品种的方法叫做杂交育种。
（三）杂交育种的原理
杂交育种依据的遗传学原理是基因重组。
（四）杂交育种的过程
选择同一物种具有不同优良性状的亲本杂交得F1，F1自交或杂交得F2，从F2中选择具有所需优良性状的个体。
（五）杂交育种的优缺点
1.杂交育种的优点
可将同一物种不同品种的优良性状集中在一个个体上，而且操作简便。
2.杂交育种的缺点
（1）只能利用已有基因的重组，产生新的基因型，不能产生新的基因，因而杂交育种只能出现新的性状组合，而不会出现新的性状。
（2）由于杂交过程中会出现性状分离现象，因而育种进程缓慢，所需时间较长。
（3）亲本的选择范围比较局限：亲本的选择一般限制在同种生物范围之内，而且只适用于进行有性生殖的生物。
（六）杂交育种的应用
在农业生产中，杂交育种是改良作物品质，提高农作物单位面积产量的常规方法，同时也可用于家畜和家禽的育种。
二、诱变育种
（一）诱变育种的原理
诱变育种依据的遗传学原理是基因突变。
（二）诱变育种的方法
利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。
（三）诱变育种的优缺点
诱变育种最突出的优点在于：可以提高突变率，加速育种进程，在较短时间内获得更多的优良变异类型。但是，有利变异不多，需大量处理供应材料并且具有盲目性。
（四）诱变育种的实例
“黑农五号”大豆、青霉素高产菌株的选育等。
（五）诱变育种的应用
诱变育种是创造动植物新品种和微生物新类型的重要方法。
【要点突破】
一、杂交育种过程分析
1.杂交育种过程图解（假设亲本的基因型分别是AAbb和aaBB，欲获得双显性优良性状的纯合子）
P AAbb × aaBB
F1 AaBb
F2 A-B- A-bb aaB- aabb
不再发生性状分离
AABB
淘汰

2.有关杂交育种的几点说明
（1）若亲本是不同纯种，则F1往往表现一致，但从F2开始便会出现性状分离，因此在杂交育种过程中选择往往从F2开始。
（2）若需培育显性纯合子，应让具有该性状的个体连续自交，直至不再发生性状分离才能推广使用。
（3）若需培育隐性纯合子，从F2中选出具有该性状的个体即可推广使用，因为隐性性状一旦出现即为纯合子，自交后代不再发生性状分离。
（4）若需利用杂种优势，选取亲本杂交，将母本所结种子直接利用即可，但需年年育种。
（5）植株抗病性的检测：在无相应病原体的环境中，需用相应病原体感染植株，以检测植株是否具有抗病性。
（6）在进行动物杂交育种时，若需选育显性纯合子，一般采用测交的方法检测显性个体是否为纯合子。
（7）杂交育种的适用范围：①同一物种的不同品种；②能进行有性生殖；③将不同品种的优良性状集在中一个个体上。
二、诱变育种
1.人工诱变的最佳处理时期是细胞分裂间期。
2.人工诱变只能提高突变率，而不能决定生物产生的突变是否有利，因而人工诱变不能提高生物有利变异的频率。
三、几种常规育种方法的比较
种类
项目
杂交育种
诱变育种
多倍体育种
单倍体育种
原理
基因重组
基因突变
染色体变异
方法
杂交→自交→选择→自交→……
利用物理因素或化学因素处理生物
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
花药离体培养→秋水仙素处理幼苗
优点
能将不同个体的优良性状集中于一个个体上且操作过程简单
能提高突变率或出现新的性状，从而加速育种进程
叶片、种子和果实比较大，营养物质的含量有所增加
可以明显缩短育种年限
缺点
时间长，须及时发现优良性状，难以克服远源杂交不亲和的障碍
有利变异少，需大量处理供试材料并且具有盲目性
适用于植物，在动物方面难以实施
技术复杂，需与杂交育种配合
适用范围
能够进行有性生殖的植物和动物
所有生物
真核生物
主要适用于能够进行有性生殖的植物
实例
杂交水稻
青霉素高产菌株
三倍体无籽西瓜
普通小麦纯合体
四、解决育种问题时育种方法的选择
1.若需将同一物种不同亲本的优良性状集中在一个个体上，既可进行杂交育种，也可进行单倍体育种（需配合使用杂交的方法）。
2.若需设计快速育种方案，则采用单倍体育种的方法。
3.若需大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，则可采用诱变育种和杂交育种相结合的方法。
4.若需培育高产量的无子果实，则可采用多倍体育种的方法。
5.若需将不同物种的优良性状组合到一起，则可采用基因工程育种的方法。
〖达标自测〗
1. 已知小麦的高秆对矮秆为显性，红粒对白粒为显性。某科研人员在红粒高秆麦田里偶然发现一株白粒矮秆小麦，若需在两、三年时间内获得大量白粒矮秆麦种，你认为应该采用的最佳育种方法是 （ B ）
A.诱变育种 B.自交育种 C.人工嫁接 D.单倍体育种
2. 人们利用激光或亚硝酸处理萌发的种子或幼苗能够诱发基因突变，则激光或亚硝酸发挥诱变作用的时间是有丝分裂的 （ A ）
A.分裂间期 B.分裂中期 C.分裂后期 D.任意时期
3. 现有基因型为AAbb和aaBB的两个亲本，两对基因按自由组合定律遗传。若需培育出基因型为aabb的新品种，你认为最简便的方法是 （ B ）
A.单倍体育种 B.杂交育种 C.诱变育种 D.多倍体育种

【自我校对】
一、（二）同一 两个或多 选择和培育 （三）基因重组 （四）杂交 F2 （五）1.同一 一 简便 2.（1）已有 基因型 基因 性状组合 性状 （2）性状分离 缓慢 较长 （3）同种 有性
二、（一）基因突变 （二）物理 化学 基因突变 （三）突变率 育种进程 较短 不多 大量 盲目
第2节 基因工程及其应用
【课标定位】
1.简述基因工程的基本原理。
2.举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
【教材回归】
一、基因工程的原理
（一）基因工程的概念
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，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，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
（二）基因操作的基本工具
1.基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶（简称限制酶）。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。例如，大肠杆菌中的一种叫做EcoRI的限制酶能够专一地识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开。
2.基因的“针线”——DNA连接酶
两种来源不同的DNA用同种限制酶切割后，末端可以相互黏合，但是，这种黏合只能使互补的碱基连接起来，脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（连接磷酸与脱氧核糖之间的化学键——3，5磷酸二酯键），需要靠DNA连接酶来“缝合”。
3.基因的运输工具——运载体
要将外源基因送入受体细胞，还需要有专门的运输工具——运载体。目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。
（三）基因工程的操作步骤——“四步曲”
基因工程的操作一般要经历四个步骤：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→目的基因的检测与鉴定。
二、基因工程的应用
（一）基因工程与作物育种
1.目的：在作物育种方面，欲获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种。
2.实例：目前已成功培育出了抗虫烟草、玉米、水稻和棉等多种作物。此外，还培育出了耐贮存的番茄、耐盐碱的棉花、抗除草剂的玉米、油菜、大豆等多种转基因作物。在畜牧养殖业上，科学家利用基因工程的方法培育出了转基因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。
3.意义：抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量，降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。
（二）基因工程与药物研制
在药品生产中，有些药品是直接从生物体的组织、细胞或血液中提取的。由于受到原料来源的限制，价格十分昂贵。用基因工程的方法能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素、白细胞介素，以及预防乙肝、霍乱、伤寒和疟疾的疫苗等。
（三）基因工程与环境保护
在环境保护方面，利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。
三、转基因生物和转基因食品的安全性
不安全，要严格控制 安全，应大范围推广
我国态度：重视转基因生物及其
产品的安全性问题，并密切关注
国际上有关管理法则动向

【要点突破】
一、基因工程的基本原理——基因重组
基因工程是把一种生物的某种基因作为整体转移到另一种生物的体细胞内，基因仍然具有一定的独立性和完整性，基因的结构没有变化，只是位置改变而已。
特别提示：
通过基因工程产生的变异是定向的，然而基因重组、基因突变和染色体变异产生的变异是不定向的。
二、基因操作的基本工具
1.限制酶
（1）作用特点——专一性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
（2）作用结果——产生黏性末端：被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸序列，它们之间的碱基正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。
（3）作用部位——3，5磷酸二酯键：磷酸与脱氧核苷酸之间的化学键。
特别提示：
限制酶能够切割外来DNA，也就是能限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自身的DNA无损害作用。因此，目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞。
2.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
比较项目
DNA连接酶
DNA聚合酶
作用对象
连接DNA片段
连接游离的脱氧核苷酸
作用条件
不需要模板
需要模板
作用结果
连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖
3.基因的运输工具——运载体
（1）作用：将外源基因送入受体细胞。
（2）必须具备的条件：①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制——这样可保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子细胞；②有多个限制酶切点——这是运载体能够接入多种目的基因所必需的条件；③有标记基因——这是检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。
特别提示：
基因操作的“工具”与“工具酶”的区别：基因操作的工具包括限制酶、DNA连接酶以及运载体，而基因操作的工具酶仅指限制酶和DNA连接酶。
三、基因工程操作的基本步骤
1.提取目的基因
目的基因是指人们所需要的特定基因，提取目的基因的方法有直接分离基因和人工合成基因两条途径。
2.目的基因与运载体结合
首先用同一种限制酶切割质粒，然后加入DNA连接酶和目的基因，使质粒与目的基因结合成重组DNA分子。
3.将目的基因导入受体细胞
主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法。
4.目的基因的检测和鉴定
根据受体细胞中是否具有标记基因，判断目的基因导入与否；根据受体细胞表现出的特定性状（如棉花的抗虫性状），判断目的基因是否表达。
四、基因工程的应用与安全性
1.受体细胞的选择
培育转基因植物时，植物根、茎、叶等生活细胞均可作为受体细胞。但是，在培育转基因动物个体时，受体细胞一般选用受精卵。
2.基因工程的安全性
因为科学技术是一把双刃剑，在很多方面展示出美好的应用前景，但基因工程也给人们带来了许多潜在的危险。因此要辩证看待基因工程所引发的问题，如可能制造超级细菌和超级杂草等；制造出难以制服的病原体、生物武品；转基因动植物的出现引发物种入侵，有可能破坏原有的生态平衡，对原有物种产生威胁；还可能带来转基因食品的安全性等问题。
【达标自测】
1. 某科研人员将兔子血红蛋白的mRNA加入含有大肠杆菌的培养液中，不久在大肠杆菌体内合成了兔子的血红蛋白。上述事实说明 （ B ）
A.蛋白质的合成是在核糖体上进行的 B.各种生物共用一套遗传密码
C.兔子与大肠杆菌的基因发生了重组 D.兔子的基因发生了诱发突变
2. 利用“鸟枪法”将目的基因从供体细胞中分离出来需使用限制酶，而一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并从特点的切点进行切割。这是利用了酶的 （ B ）
A.高效性 B.专一性 C.多样性 D.易变性
3. 我国科学家将苏云金的抗虫基因导入棉花植株并成功获得了表达，这里所说的表达是指苏云金的抗虫基因在棉花细胞中 （ C ）
A.能够进行自我复制 B.能够传递给后代植株
C.能够合成抗虫毒蛋白 D.能友好地借居在棉花细胞中

【自我校对】
一、（一）拼接 DNA重组 意愿 修饰改造 定向 （二）1.限制 一种 特定 2.同种 碱基 DNA连接酶 3.质粒 噬菌体 动植物病毒 细菌 酵母菌 复制 很小 环状DNA （三）目的基因 运载体 受体细胞 检测与鉴定
二、（一）1.抗逆性 3.减少 降低 农药
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