課程內(nèi)容
《從雜交育種到基因工程》(必修2)
考綱要求:
1.生物變異在育種上的應(yīng)用
2.轉(zhuǎn)基因食品的安全
一、人工誘變在育種上的應(yīng)用
誘變意義:是創(chuàng)造動、植物新品種和微生物新類型的重要方法。
(1)常用的方法:用物理、化學方法處理植物,使生物發(fā)生基因突變
(2)優(yōu)點:①提高突變率,縮短育種周期;②大幅度改良某些性狀
(3)缺點:①成功率低,有利個體往往不多,需大量處理試驗材料
②基因突變有不定向性,盲目性強
隨堂練習
有關(guān)基因突變的敘述,正確的是(C)
A 不同基因突變的概率是相同的
B 基因突變的方向是有環(huán)境決定的
C 一個基因可以向多個方向突變
D 細胞分裂的中期不發(fā)生基因突變
二、雜交育種
1.原理:基因重組
2.過程:雜交→ 自交→ 選優(yōu)→ 自交
3.優(yōu)點:使位于不同個體上的多個優(yōu)良性狀集中于一個個體上
4.缺陷:育種所需時間較長,只能進行本物種或親緣關(guān)系較近的物種雜交,雜交后代易出現(xiàn)性狀分離,不能克服遠緣雜交不親合的障礙。
5.應(yīng)用:矮桿抗病小麥的培育
隨堂練習:
依據(jù)基因重組概念的發(fā)展,判斷下下列圖示過程中沒有發(fā)生基因重組的是(A)
A 普通椒→ (培育)太空椒
B 人凝血因子基因→ (轉(zhuǎn)入)羊的受精卵
C 抗蟲基因→ (插入)大腸桿菌質(zhì)粒
D 初級卵母細胞→ (形成)次級卵母細胞
三、染色體變異在育種上的應(yīng)用
1.多倍體育種:
(1)原理:染色體變異
(2)方法:秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗
(3)優(yōu)點:莖稈粗壯、果實和種子大
(4)缺點:結(jié)實率低、發(fā)育延遲
(5)應(yīng)用:三倍體無籽西瓜、八倍體小黑麥
無籽原因:同染染色體聯(lián)會紊亂,無法正常完成減數(shù)分裂,沒有配子,所以就沒有種子。
原理:當秋水素作用于正在分裂的細胞時,能夠抑制紡錘體的形成,導致染色體復制且著絲點分裂后不能移向兩極,從而引起細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。染色體數(shù)目加倍的細胞繼續(xù)進行有絲分裂,將來就可能發(fā)育成多倍體植株。
三倍體無籽西瓜的培育
原理:秋水仙素能抑制紡錘體的形成
方法:秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗
為什么以一定濃度的秋水仙素溶液處理幼苗的牙尖?
答:牙尖有絲分裂旺盛
三倍體西瓜為什么沒有種子?一顆都沒有嗎?
答:由于染色體聯(lián)會紊亂,不能進行正常的減數(shù)分裂。不是,在進行減數(shù)分裂時有可能形成正常的卵細胞。
每年都要制種,很麻煩,有沒有別的替代方法?
答:方法一:將三倍體西瓜植株進行組織培養(yǎng)獲取大量的組織苗,再進行移栽。
方法二:利用生長素或生長素類似物處理二倍體未授粉的雌蕊,以促進子房發(fā)育成無籽果實,在此過程中要進行套袋處理,以避免授粉。
多倍體植物具有生長旺盛,各器官粗壯種子少或不產(chǎn)生種子的特征。凡是不以種子為收獲目標的植物都可以考慮進行多倍體育種。
2.單倍體育種
原理:染色體變異
方法:花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素加倍
AXB→ F1花粉→ 單倍體植株→ 純種植株→ 優(yōu)良品種
有點:明顯縮短育種年限(2年)獲得的后代均為純種個體(A、B均為二倍體)
雜交育種、誘變育種、單倍體育種、多倍體育種比較
原理:依次為基因重組、基因突變、染色體變異(成倍減少)、染色體變異(成倍增加)
常用方法:依次為雜交、自交、篩選;用物理或化學方法處理生物;花藥離體培養(yǎng)→ 單倍體→ 秋水仙素處理→ 純種;秋水仙素
優(yōu)點:依次是使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中于一個個體上;提高變異頻率,加速育種過程;明顯縮短育種年限,育種時間較短技術(shù)復雜;各種器官大、營養(yǎng)成分高、抗性強
缺點:依次是育種時間最長;有利變異少,需大量原材料;技術(shù)復雜,需與雜交育種配合;與雜交育種配合;獲得的新品種發(fā)育延遲
一、基因工程的原理
1.概念:基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說,就是按照人民的意愿,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胞里,定向地改造生物的遺傳性狀。
2.知識升華--理解概念
基因工程別名:基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)
原理:基因重組
操作環(huán)境:生物體外
操作對象:基因
操作水平:DNA分子水平
基本過程:剪切→ 拼接→ 導入→ 表達
結(jié)果:定向地改造生物的遺傳性狀,獲得人類所需要的生物或制品。
二、基因工程的基本工具
(1)基因的“剪刀”:限制性核酸內(nèi)切酶
作用特點:特異性,即識別特定核苷酸序列,切割特定切點
作用位點:磷酸和脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵
結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端(堿基互補配對)
舉例:大腸桿菌的一種ECORI限制酶識別GAATTC序列,并在G和A之間切開。
2.基因的針線--DNA連接酶
能力提升--拓展思維
1.不同DNA分子能夠拼接在一起的原因?
不同生物的DNA具有相同的結(jié)構(gòu)
2.你能分清DNA聚合酶與DNA連接酶嗎?
探究思考:
抑制限制酶能將外來的DNA切斷,對自己的DNA無損害。
設(shè)想如果我們把外源DNA分子直接導入受體細胞,結(jié)果會怎樣?
(3)基因的運輸工具--運載體
常用的運載體主要有兩類:
1)細菌細胞質(zhì)的質(zhì)粒
2)噬菌體或某些動植物病毒
大腸桿菌的質(zhì)粒特點
細胞擬核之外的小的環(huán)狀DNA分子;
常含有抗藥基因(標記基因)
質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響
質(zhì)粒的復制只能在宿主細胞內(nèi)完成
運載體
1.能夠在宿主細胞內(nèi)復制并穩(wěn)定保存
2.具有多個限制酶切點以便與外源基因相連
3.具有標記基因,便于進行篩選
基因操作的基本步驟--“四部曲”
1.提取目的基因---剪 (用限制酶切割DNA)
2.目的基因與運載體結(jié)合-----拼(用連接酶連接)
3.將目的基因?qū)胧荏w細胞-----轉(zhuǎn) (獲得轉(zhuǎn)基因生物)
4.目的基因的檢測和表達-----檢
三、基因工程的應(yīng)用
1.基因工程與作物育種
運用基因工程技術(shù),不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種,還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動、植物。
與雜交育種、誘變育種相比較,基因工程育種的有點有哪些?
目的性強、克服遠源雜交不親和性、育種周期短
2.基因工程與藥物研制
用基因工程的方法生產(chǎn)胰島素、干擾素、白細胞介素、凝血因子、以及預防乙肝、瘧疾等的疫苗
3.基因工程與環(huán)境保護
(1)環(huán)境監(jiān)測 (2)環(huán)境污染治理
四、轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性
安全觀點:1.轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成是一樣的
2.減少農(nóng)藥使用,減少環(huán)境污染
3.節(jié)省生產(chǎn)成本,降低糧食售價
4.增加食品營養(yǎng),提高食品產(chǎn)量等
不安全觀點:1.可能產(chǎn)生抗除草劑的超級雜草
2.可能使疾病的散播跨越物種障礙
3.可能損害農(nóng)作物的生物多樣性
4.認為創(chuàng)造新物種,可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
5.可能產(chǎn)生新毒素和新過敏源
隨堂練習
用基因工程技術(shù)可使大腸桿菌合成人的蛋白質(zhì)。下列說法不正確 的是(B)
A 常用相同的限制性核酸內(nèi)切酶處理目的基因和質(zhì)粒
B DNA連接酶和RNA聚合酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的工具酶
C 可用抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質(zhì)粒
D 導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達