課程內(nèi)容

《從雜交育種到基因工程》
知識(shí)要點(diǎn)
雜交育種與誘變育種
基因工程的原理
基因工程的應(yīng)用
轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性
雜交育種和誘變育種
選擇育種：利用生物的變異，通過長期選擇，劣汰留良，就能培育出優(yōu)良品種。
特點(diǎn)：周期長，可選擇的范圍有限。
雜交育種：將兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育，獲得新品種的方法。
原理：基因重組
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，雜交育種是改良作物品質(zhì)，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的常規(guī)方法?，F(xiàn)在，在小麥、水稻生產(chǎn)中大量推廣的高產(chǎn)、矮桿品種就是通過雜交育種方法培育出來的。雜交育種的方法也用于家禽、家畜的育種。
特點(diǎn)：只能利用已有的基因的重組，不能創(chuàng)造新基因，育種進(jìn)程緩慢，過程復(fù)雜。
誘變育種：利用物理因素（如X射線、紫外線、激光等）或化學(xué)因素（如亞硝酸、硫酸二乙酯等）來處理生物，使生物發(fā)生基因突變
原理：基因突變
優(yōu)點(diǎn)：提高突變率、在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型
成果：60年代以來，我國培育出數(shù)百個(gè)農(nóng)作物新品種。具有抗病力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。在微生物育種方面，培育出青霉素產(chǎn)量很高的青霉菌菌株。
缺點(diǎn)：基因突變具有不定向性，使選育工作量大，具有一定的盲目性。
雜交育種選育時(shí)間
雜交育種選育時(shí)間是F2，原因是從F2開始出現(xiàn)性狀分離；選育后是否連續(xù)自交取決于所選優(yōu)良性狀是顯性還是隱性。
誘變育種的缺陷
誘變育種盡管提高突變率，但處理材料時(shí)仍然是未突變的遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于突變的個(gè)體；突變的不定向性和一般有害的特性決定了在突變的個(gè)體中有害仍多于有利，只是與自然突變相比較，二者都增多了。
基因工程及其應(yīng)用
概念：基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。
原理：不同中生物之間的基因重組
操作對象：DNA
操作水平：分子水平的操作
基因工程的基本工具
1、基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（限制酶）
一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點(diǎn)上將DNA分子切斷。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的限制酶有200多種。
DNA被限制酶切斷后有兩個(gè)反向互補(bǔ)的“黏性末端”。被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA具有相同的黏性末端，能夠通過互補(bǔ)進(jìn)行配對。
2、基因的針線——DNA連接酶
連接酶的作用是：將互不配對的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整道德DNA分子。
3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體
要讓一個(gè)從甲生物細(xì)胞內(nèi)取出來的基因在乙生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，首先得將這個(gè)基因送到乙生物的細(xì)胞內(nèi)去！能將外源基因送入細(xì)胞的工具就是運(yùn)載體。目前常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。
基因工程的操作基本步驟
1、提取目的基因
2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合
3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞
4、目的基因的檢測和鑒定
基因工程的應(yīng)用
（1）作物育種
①成果：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，耐貯存的番茄，耐鹽堿的棉花，抗除草劑的玉米、油菜、大豆等。
②優(yōu)點(diǎn)：抗蟲基因作物的使用，不僅減少了農(nóng)藥的用量，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。
（2）藥物研制
①成果：胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素、溶血栓劑、凝血因子，以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒、瘧疾等疫苗。
②優(yōu)點(diǎn)：效率高、成本低、品質(zhì)好。
（3）環(huán)境保護(hù)：如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄露的石油，處理工業(yè)廢水等。
轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的優(yōu)、缺點(diǎn)
（1）優(yōu)點(diǎn)：①解決糧食短缺問題；②減少農(nóng)藥使用，從而減少環(huán)境污染；③節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價(jià)；④增加食物營養(yǎng)，提高附加價(jià)值；⑤增加食物種類，提升食物品質(zhì)；⑥促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等。
（2）缺點(diǎn)：①可能產(chǎn)生新毒素和新過敏原；②可能產(chǎn)生抗除草劑的雜草；③可能是疾病的散播跨越物種障礙；④可能會(huì)損害農(nóng)作物的生物多樣性；⑤可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。
單倍體育種
步驟植株花藥→話要立體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→正常植株
特點(diǎn)：正常生殖，每對基因純合，自交后代不發(fā)生性狀分離，育種周期短
原理：染色體變異
多倍體育種：采用低溫處理或用秋水仙素處理萌發(fā)種子（幼苗）的方法誘導(dǎo)染色體加倍，得到多倍體植物。
實(shí)例：三倍體無籽西瓜，含糖量高的甜菜
原理：染色體變異
三、育種方案的選擇和設(shè)計(jì)方法
育種的根本目的：培育具有優(yōu)良性狀（抗逆性好、生活力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良）的新品種，以便更好地為人類服務(wù)。
（1）若要培育隱性性狀個(gè)體，可用自交或雜交，只要出現(xiàn)該性狀即可。
（2）有些植物如小麥、水稻等，雜交試驗(yàn)較難操作，則最簡便的方法是自交。
（3）若要快速獲得純種，則用單倍體育種方法。
（4）雜交育種是最簡捷的方法，但是要連續(xù)自交才能獲得純合子，需要的時(shí)間較長。
（5）染色體加倍可以用秋水仙術(shù)或低溫處理等方法使其加倍。
（6）若實(shí)驗(yàn)植物為營養(yǎng)繁殖（如土豆、地瓜等），則只要出現(xiàn)所需性狀即可，不需要培育出純種。
（7）若要獲得本物種沒有的性狀可通過誘變和基因工程，其中基因工程是有目的的改良。
從選擇育種到基因工程的發(fā)展歷程說明，生產(chǎn)實(shí)踐產(chǎn)生對科技發(fā)展的需求，科學(xué)理論上的突破必然會(huì)帶來技術(shù)上的進(jìn)步，推動(dòng)生產(chǎn)水平的提高和人類文明的發(fā)展。