从杂交育种到基因工程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,第一节杂交育种与诱变育种,第二节基因工程及应用,第六章从杂交育种到基因工程,.,第一节杂交育种与诱变育种,.,复习目标：,1,梳理,有关,生物性状,改造方法,的知识,形成,育种,方式整体的,认知体系,。（,读书整理,）,2利用,基因重组、基因突变、染色体变异、基因,工程,等遗传学原理，,识别和设计,培育具有,优良,性状,的,新品种,的,育种方法和步骤,。,（,说写训练,）,3通过试题分析、练习，,提高审题、解题能力,。,（,动笔练习,）,.,表现型 =基因型 +环境条件,（改变）,（改变）,（,育种方法改变）,可遗传的变异,不可遗传的变异,基因突变,基因重组,染色体变异,来源,诱因,核心知识点间的关系：,（,育种方法,）,（育种目标）,基因工程,细胞工程,.,育种是指人们按照,自己的意愿，依据不同的生物学原理，有目的、有计划,地,获得,或保留人们所需要的生物,新品种,。,基本包括两种情况：,1从性状集合中把所需要的,优良性状,（相对性状）,分离出来,或,把位于不同个体的优良性状,集中到一个个体,上来。,2,创造,具有优良性状的,生物新品种,。,.,思考并回答：育种的目标,一般,有哪几项要求？,优良性状、纯合子、易保存和扩大、能控制,杂种优势,是,杂合体,在一种或多种,性状,上优于两个亲本,的现象。例如不同,品系,、不同,品种,、甚至不同种属间进行杂交所得到的,杂种,一代往往比它的双亲表现更强大的生长速率和代谢功能，从而导致器官发达、体型增大、产量提高，或者表现在抗病、抗虫、抗逆力、成活力、生殖力、生存力等的提高。这是生物界普遍存在的现象。,.,回忆你所知道育种方式,三倍体无籽西瓜,抗,虫,棉,神奇的“太空椒”,矮杆抗病的水稻,八倍体小黑麦,.,选择育种,杂交育种,诱变育种,单倍体育种,多倍体育种,基因工程育种,生物育种方式的名称,无子番茄培育,.,选择育种：先人的经验积累,在,生产实践中,，人们,挑选品质好的个体来传种。,这样利用生物变异，通过,长期选择，汰劣留良，就能培育出新品种,。例如：产蛋多的家禽。,这种育种方式是选择育种。,选择育种周期长，可选择的范围有限。,.,名称,原理,方法,优点,缺点,应用,杂交育种,基因重组,培育纯合子品种：,杂交,自交筛选,出符合要求的表现型，通过,自交到不发生性状分离为止,分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体；,操作简便,育种周期长，工作量大,用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦,培育杂种优势品种：一般是选取纯合双亲杂交,杂交水稻、玉米,杂交育种考点巩固：,.,实例巩固：,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,）？,.,（参考方案）,高抗 矮不抗,F,1,高抗,DDTT,ddtt,DdTt,ddTt,高抗 高不抗 矮抗 矮不抗,ddTT,矮抗,ddTT,ddTt,矮抗,ddTT,矮抗,矮抗 矮不抗,ddTT,ddTt,杂交,自交,选优,自交,F,3,选优,思考：假如从播种到收获种子要一年，那么培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？,78年,F,2,.,试一试：动物的杂交育种方法,假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）,.,实例巩固：,长毛折耳猫,（BBee）,短毛折耳猫,（bbee）,长毛立耳猫,（BBEE）,杂交,F,1,间雌雄互交,选优,测交,.,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。,杂交育种的应用,.,中国黄牛,荷斯坦牛,中国荷斯坦牛：,荷斯坦弗里生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，产奶量为世界奶牛之冠。,杂交育种的应用,.,犬中帝王:,阿富汗猎犬,.,具有蘑菇状肉瘤的金鱼,.,.,.,骡是驴与马杂交所产生的后代。至少在3000年前，在亚洲某些地区人们已经用骡来驮运物品了，现在世界上许多地区仍在使用骡来干重活儿。,骡能吃苦耐劳可以在马、驴等牲畜不能承担其艰苦的条件下工作。骡的高度、皮毛的均匀度、颈部和臀部的形状与马相似。此外头部短而粗，耳长，肢瘦，蹄小和毛短等方面像驴。,.,名称,原理,方法,优点,缺点,应用,诱变育种,基因突变,物理：紫外线、X射线或射线、微重力、激光等处理，再筛选；,化学：亚硝酸、硝酸二乙酯处理，再选择,提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状,有利变异少，需大量处理实验材料(有很大盲目性),高产青霉菌,诱变育种考点巩固：,.,当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返航时，一些特殊的乘客也回到了地球。他们是一些：生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太空周游了115小时32分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们进行有关试验。,回答：,（1）作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现新的变异特征。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的,辐射后，其,发生变异。请预测可能产生的新的变异对人类是否有益?,，你判断的理由是_。,（2）试举出这种育种方法的优点：,。,宇宙射线等,基因,不一定,基因突变是不定向的,变异频率高，大幅度改良某些性状,小试身手！,.,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。,诱变育种的应用,.,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。,.,神舟六号,.,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,，,等含量,提高2030,太空番茄不但香甜可口，而且含量高，是普通品种的,2.5倍,，最大果重可达,600克,.,重达,46公斤,的太空南瓜,太空棉花,.,长相奇特的南瓜,.,太空黄瓜,.,“黑农五号”大豆,黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培育成“黑农五号”大豆品种，含油量比原来的品种提高了2.5%，大豆产量提高了16%。,.,青霉菌高产菌株的选育,1943年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到5000060000单位/mL。,.,名称,原理,方法,优点,缺点,应用,单倍体育种,染色体变异,先将花药离体培养，培养出单倍体植株；,将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子；从中选择优良植株,明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程,技术复杂且需与杂交育种配合,用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦快速培育矮秆抗病小麦,单倍体育种考点巩固：,.,方法：花药离体培养,.,普通植株,花粉,单倍体幼苗,纯合子,幼苗,筛选所需的品种,减数分裂,花药离体培养,秋水仙素处理,DDTT,DdTt,花药离体培养,DT Dt dT dt,单倍体幼苗,秋水仙素,DDTT,DDtt,ddTT,ddtt,二倍体植株,筛选所需的品种,ddtt,DT Dt dT dt,杂交,矮抗小麦的培育：,实例巩固：,.,名称,原理,方法,优点,缺点,应用,多倍体育种,染色体变异,用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,操作简单，能较快获得所需品种,所获品种发育延迟，结实率低，一般只适用于植物,三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦,多倍体育种考点巩固：,.,二倍体,四倍体,秋水仙素处理,二倍体,三倍体种子,三倍体植株,不能形成正常的生殖细胞,无子西瓜,种下去,联会紊乱,第一年,第二年,授二倍体的花粉,实例巩固：,.,萝卜（2a=18),甘蓝（2b=18),F1,a+b=18,秋水仙素处理,2a+2b=36,不可育,可育,“萝卜甘蓝”的形成过程,实例巩固：,.,秋水仙素处理,杂交,染色体变异,三倍体无籽,西瓜的培育,多倍体育种,三系杂交水稻,核、质互作遗传的关系,获得二倍体或多倍纯合体,花药组织培养,秋水仙素处理,单倍体育种,黄色短杆菌、,青霉菌、太空椒的选育,诱变技术处理、,空间技术处理,基因突变,诱变育种,小麦矮秆抗锈病品种的选育,杂交、自交、测交,剪刀、毛刷、套袋,遗传规律,杂交育种,应用举例,方法,原理,育种方式,常见的育种方式、方法、技术比较,.,例1：现有3个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为aaBBDD。3对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形3对性状。请回答：,（1）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）1,）,A,和,B,杂交得到杂交一代，杂交一代再与,C,杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为,aabbdd,的种子，该种子可长成,aabbdd,植株,（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要多少年？,3年,.,AABBdd,AAbbDD,（A）,（B）,AABbDd,aaBBDD,AaBbDd,aabbdd（种子）,aabbdd（植株）,配子,abd,abd（,单倍体,幼苗,）,aabbdd（植株）,减数分裂,秋水仙素 处理,花药离体培养,第一年,第二年,第三年,第四年,第三年,（C）,A品种的基因型为AABBdd，B品种AAbbDD，C品种为aaBBDD。,.,例题2：下图是用某种作物的两个品种和分别培育出、品种的示意图，试分析回答：,AABB E Ab-,D AaBb F AAbb-,aabb G AAaaBBbb-,（1）用和培育所采用的D和F步骤分别是,和,。其应用的遗传学原理是,。,（2）用培育所采用的E和H步骤分别是,和,。其应用的遗传学原理是,。,（3）用培育所采用的G步骤是,_,。,其遗传学原理是,_,。,杂交,自交,基因重组,花药离体培养,秋水仙素处理幼苗,染色体变异（单倍体育种）,秋水仙素处理幼苗,染色体变异（多倍体育种）,.,例3：(08年全国理综,卷31,),某植物块根的颜色由两对自由组合的基因共同决定。只要基因R存在，块根必为红色，rrYY或rrYy为黄色，rryy为白色；基因M存在时果实为复果型，mm为单果型。要获得白色块根、单果型三倍体种子。,(1)请写出以二倍体黄色块根、复果(rrYyMm)植株为原始材料，用,杂交育种方法,得到白色块根、单果型,三倍体,种子,的主要步骤。,rrrr,yyyy,mmmm,rr,yy,mm,黄复,rr,Yy,Mm,白单-种子,rrr,yyy,mmm,.,1、二倍体植株（rrYyMm）自交，得到种子,2、从自交后代中选择白色块根、单果型的二倍体植株，,并收获其种子（甲）,3、播种种子甲，长出的植株幼苗经秋水仙素处理，得到白色块根、单果型四倍体植株，并收获其种子（乙）,4、播种甲、乙两种种子，长出植株后，进行,杂交,，得到白色块根、单果型三倍体种子,步骤：,rrrr,yyyy,mmmm,rr,yy,mm,黄复,rr,Yy,Mm,白单-种子,rrr,yyy,mmm,用杂交育种方法,.,名称,原理,方法,优点,缺点,应用,基因工程育种,基因重组,提取目的基因构建基因表达载体转入(导入受体细胞)目的基因的表达与检测筛选获得优良个体,目的性强，育种周期短；克服了远缘杂交不亲和的障碍,技术复杂，安全性问题多，有可能引发生态危机,转基因,“,向日葵豆,”,、转基因抗虫棉,基因工程育种考点巩固：,.,提取,目的基因（抗病毒基因）,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,重组质粒,基因工程育种,.,基因工程操作的工具,基因的,剪刀,限制性(核酸内切)酶。,.,限制性内切酶,分布：,主要在微生物中。,特点：,特异性，即识别,特定,核苷酸序列,，,切割,特定,切点。,结果：,产生黏性末端（碱基互补配对）。,举例,：,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200多种。,.,限制性内切酶,（EcoR）,作用过程,点击播放,.,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。,基因的,针线,DNA连接酶。,.,DNA连接酶的作用过程,点击播放,.,运载体,作用：,将外源基因送入受体细胞。,种类：,质粒,、噬菌体和动植物病毒。,能将外源基因送入细胞的工具就是,运载体,。,3.,具备的条件,：能在宿主细胞内复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点；有某些标记基因。,.,大肠杆菌,DNA,质粒,（环状DNA分子）,控制质粒DNA转移的基因,抗生素抗性基因,利用质粒将外源基因运载入受体细胞中,.,基因操作的基本步骤,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,.,？,如何让大肠杆菌生产人胰岛素？,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒,DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,.,.,1、基因工程与作物育种,基因工程育种的应用,.,抗虫害的玉米,.,.,抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅类害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。,.,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转鱼抗寒基因的番茄,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。,.,转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草,.,蓝色妖姬,.,生长快、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),.,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,许多药品的生产是从,生物组织,中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若,将生物合成相应药物成分的基因,导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,.,胰岛素从猪、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！使其价格降低了30%-50%!,.,3、环境保护,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。,.,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,。,.,五转基因生物和转基因食品的安全性,对生态环境的安全，包括破坏生物,多样性,及生态系统的的,稳定性,，使目标生物体对药物产生抗性，转移基因可通过重组产生新病毒等；,转基因食品对人体和动物的食用安全性，包括产生毒素或增加食品毒素含量，营养成分减少，引起人体过敏反应，使人体对某些药物产生抗药性等。,.,关注转基因食品安全,对转基因食品无害性的评估主要有以下几方面：,是否有毒性、引起过敏反应、营养或毒性蛋白质的特性、注入基因的稳定性、基因改变引起的营养效果及其他不必要的功能,等。,对人类健康而言，专家们认为，主要应审查转基因食品有无毒性及对环境的影响。,欧盟对转基因食品的生产和销售制定了一系列法规，要求基因改变不得超过基因总量的 1，市场上出售的转基因食品必须贴标签。,.,激素在育种中的作用,原理：,不可遗传的变异,方法:,用一定浓度的生长素或生长素类似物处理,未,授粉,的雌蕊柱头,优点：,生长素只是促进果实的发育，并不导致植物的,基因型改变，所以该种变异类型是不能遗传的。,不需要制备无籽植物的种子，节约成本。,缺点：,即便是采用无性生殖方式也不能稳定遗传,.,知识归纳：,育种常用方法对应原理的生物学水平层次,基因水平,染色体水平,细胞水平,基因突变,基因重组,基因拼接,染色体组成倍减少,染色体组成倍地增加,植物体细胞杂交,核移植,胚胎移植,（基因重组的方式之一）,.,【基础巩固例题】下面为六种不同的育种方法。据图回答：,亲本（X）,A,F1,F2,D,Fn,选择稳定,品种,单倍体,植株,纯合体,纯合二倍体种子长出的植株,C,B,种子或幼苗,具有新基因的种子或幼苗,E,染色体加倍的种子或幼苗,F,种子或幼苗,植物细胞,其他生物基因,新细胞,愈伤组织,胚状体,人工种子,植物,细胞A,植物,细胞B,杂种细胞,愈伤组织,分化出幼苗,G,H,I,J,K,L,M,1,2,3,4,6,5,新品种,(1)图中A至D方向所示的途径表示,育种方式，,这种方法属常规育种，一般从F,2,代开始选种，这是因为,。,杂交,从F,2,开始发生性状分离,.,亲本（X）,A,F1,F2,D,Fn,选择稳定,品种,单倍体,植株,纯合体,纯合二倍体种子长出的植株,C,B,种子或幼苗,具有新基因的种子或幼苗,E,染色体加倍的种子或幼苗,F,种子或幼苗,植物细胞,其他生物基因,新细胞,愈伤组织,胚状体,人工种子,植物,细胞A,植物,细胞B,杂种细胞,愈伤组织,分化出幼苗,GH,I,J,K,L,M,1,2,3,4,6,5,新品种,(2)B 常用的方法为,。,花药离体培养,(3)E方法所用的原理是,，所用的方法如,、,、,。,基因突变,激光诱变,辐射诱变,化学试剂诱变,.,亲本（X）,A,F1,F2,D,Fn,选择稳定,品种,单倍体,植株,纯合体,纯合二倍体种子长出的植株,C,B,种子或幼苗,具有新基因的种子或幼苗,E,染色体加倍的种子或幼苗,F,种子或幼苗,植物细胞,其他生物基因,新细胞,愈伤组织,胚状体,人工种子,植物,细胞A,植物,细胞B,杂种细胞,愈伤组织,分化出幼苗,G,H,I,J,K,L,M,1,2,3,4,6,5,新品种,（4）C、F过程最常用的药剂是,，其作用的原理,是,。,秋水仙素,抑制纺锤体的形成，引起染色体加倍,（5）由G到,I,过程中涉及的生物技术有,和,。,基因工程,（DNA,重组技术）,植物组织培养,.,亲本（X）,A,F1,F2,D,Fn,选择稳定,品种,单倍体,植株,纯合体,纯合二倍体种子长出的植株,C,B,种子或幼苗,具有新基因的种子或幼苗,E,染色体加倍的种子或幼苗,F,种子或幼苗,植物细胞,其他,生物,基因,新细胞,愈伤组织,胚状体,人工种子,植物,细胞A,植物,细胞B,杂种细胞,愈伤组织,分化出幼苗,G,H,I,J,K,L,M,1,2,3,4,6,5,新品种,（6）KLM这种育种方法的优越性表现在,。,克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围,.,其他育种原理回顾：,自然界中，多数动物的性别决定属于XY型，而鸡属于ZW型。鸡具有一些易观察的性状，且不同相对性状之间的差别明显，易于分辨，因此常作为遗传研究的实验材料。下面是一组关于鸡的某些性状的遗传研究，请分析回答：,鸡的羽毛有芦花和非芦花两种，由一对染色体上的等位基因控制，芦花（）对非芦花（b）是显性。芦花鸡羽毛在雏鸡阶段的绒羽为黑色且头顶有黄色斑点。,已确定B、b基因位于Z染色体的非同源区段上（即W染色体上没有与之等位的基因）。现有一蛋用鸡养殖场为了降低饲养成本，提高经济效益，在他们扩大规模时，请你告诉他们一种亲本配种的方法能在雏鸡阶段筛选出雌性鸡的措施。,亲本的基因型：,。筛选措施：,。,.,育种目标,育种方式,克服远源杂交不亲和障碍，获得杂交种,定向改造生物性状,或使“外源基因”表达,增加产量，增加营养物质,根本上改变性状,即集中优良性状,且尽快收获纯合子,集中双亲优良性状,加快繁殖，保持优良性状,杂交育种,体细胞杂交,单倍体育种,多倍体育种,诱变育种,基因工程育种,组织培养、细胞核移植,.,