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高中生物从杂交育种到基因工程课件

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           第23课时
     从杂交育种到基因工程

育育 种种的最的最 终终目的就是改目的就是改 变变原有品原有品 种种的的 遗遗
传传物物 质质,培育出符合人,培育出符合人 类类需求的新品需求的新品 种种
。。
二、回顾旧知,夯实基础
【任务1】

       易感病红果肉
        (SSRR)      抗病红果肉
                    (ssRR)
        抗病黄果肉
         (ssrr)

  方案一:杂交育种
  方案二:诱变育种
  方案三:单倍体育种
           考点一:几种育种方法的比较
育种   原
方法   理    操作           优势              不足       应用
                操作简便,把多个优          杂交后代会出
     基                                         杂交水
        杂交→自    良性状集中于同一个          现性状分离现
杂交   因                                         稻、中
        交→选优    体上,产生新的基因          象,需及时发
育种   重                                         国荷斯
        →自交     型,培育动植物新品          现优良品种,
     组                                          坦牛
                种。                 育种时间长
        利用物理    产生新的基因,提高
     基  、化学等    变异频率,加快育种                      青霉素
                                   有利变异少,
诱变   因  方法诱发    进程,大幅度改良某                      高产菌
                                   需大量实验材
育种   突  基因突变    些性状,改良作物的                      株、太
                                   料,工作量大
     变  ,筛选优    品质,获得更多的新                       空椒
        良品种     类型。


           考点一:几种育种方法的比较
育种   原
方法   理    操作           优势              不足       应用
                操作简便,把多个优          杂交后代会出
     基                                         杂交水
        杂交→自    良性状集中于同一个          现性状分离现
杂交   因                                         稻、中
        交→选优    体上,产生新的基因          象,需及时发
育种   重                                         国荷斯
        →自交     型,培育动植物新品          现优良品种,
     组                                          坦牛
                种。                 育种时间长
        利用物理    产生新的基因,提高
     基  、化学等    变异频率,加快育种                      青霉素
                                   有利变异少,
诱变   因  方法诱发    进程,大幅度改良某                      高产菌
                                   需大量实验材
育种   突  基因突变    些性状,改良作物的                      株、太
                                   料,工作量大
     变  ,筛选优    品质,获得更多的新                       空椒
        良品种     类型。
⑴⑴诱变育种与杂交育种相比,前者能产生前所未有诱变育种与杂交育种相比,前者能产生前所未有的新基因的新基因,,
创造变异新类型;后者不能产生新基因,只是实现原有基因的创造变异新类型;后者不能产生新基因,只是实现原有基因的
重新组合。重新组合。

  ⑵⑵杂交育种选育的时间是杂交育种选育的时间是FF22,原因是从,原因是从FF22开始发生性状分离;开始发生性状分离;
选育后是否连续自交取决于所选优良性状是选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性显性还是隐性。。

 ((33)诱变育种尽管能提高突变率,但处理材料时仍然是未突)诱变育种尽管能提高突变率,但处理材料时仍然是未突
 变的远远多于突变的个体;突变的不定向性和一般有害的特性变的远远多于突变的个体;突变的不定向性和一般有害的特性
 ,决定了在突变的个体中有害仍多于有利,只是与自然突变相,决定了在突变的个体中有害仍多于有利,只是与自然突变相
 比较,二者都增多。比较,二者都增多。
Ø单倍体育种参考流程图

        易感病红果肉        抗病黄果肉


      易感病     易感病     抗病红    抗病黄
      红果肉     黄果肉      果肉     果肉
   筛选表现行为抗病红果肉个体即为所需类型
          考点一:几种育种方法的比较
育种
方法   原理        操作            优势         不足    应用
          通过花药离体培
          养方法获得单倍                             快速培
 单   染色
          体植株,再经秋       明显缩短育种年        技术复    育矮秆
倍体   体变
          水仙素或低温诱       限               杂     抗锈病
育种    异
          导处理,最终得                             小麦
          到纯合的植株。
 多   染色                                发育延    三倍体
          秋水仙素处理萌       果实大,营养丰
倍体   体变                                迟,结    无子西
          发的种子或幼苗             富
育种    异                                实率低     瓜
           DNA重组技术      定向的地改造生               产胰岛
基因
     基因   将目的基因导入       物的遗传性状,        技术复    素的大
工程                                            肠杆菌
     重组   受体细胞,培育       克服远缘杂交不         杂
育种                                            、抗虫
              新品种         亲和的障碍                 棉
从基因组成上看,目标品种可能是纯合子,可防
止后代发生性状分离,便于制种和推广;也有可
能是杂合子,即利用杂种优势           的原理,如杂交水
稻的培育、玉米的制种等。

若实验植物为营养繁殖类如土豆、地瓜等,则只
要出现所需性状即可,不需要培育出纯种。
杂交种与多倍体的比较:二者都可产生很多优良性杂交种与多倍体的比较:二者都可产生很多优良性
状如茎秆粗壮、抗倒伏、产量提高、品质改良,但状如茎秆粗壮、抗倒伏、产量提高、品质改良,但
多倍体生长周期长,晚熟;而杂交种可早熟,故成多倍体生长周期长,晚熟;而杂交种可早熟,故成
熟期早晚可判定是多倍体熟期早晚可判定是多倍体
二、回顾旧知,夯实基础

 归纳总结:

 Ø操作最简便的育种方法——杂交育种
 Ø最快速的育种方法——单倍体育种
 Ø能产生新基因的育种方法——诱变育种
 Ø能得到营养更丰富个体的育种方法——多倍体育种
 Ø能定向改造生物遗传性状的育种方法——基因工程
1.现有甲、乙两种植物(均为二倍体纯种),其中甲种植物的光合
作用能力高于乙种植物,但乙种植物很适宜在盐碱地种植,且相
关性状均为核基因控制。要利用甲、乙两种植物的优势,培育出
高产、耐盐的植株,有多种生物技术手段可以利用。下列所采用
的技术手段中,不可行的是    
A.利用植物体细胞杂交技术,可获得满足要求的四倍体杂种目
的植株
B.将乙种植物耐盐基因导入到甲种植物的受精卵中,可培育出
目的植株
C.两种植物杂交后,得到的F1再利用单倍体育种技术,可较快
获得纯种的目的植株
D.诱导两种植物的花粉融合,并培育成幼苗,幼苗用秋水仙素
处理,可培育出目的植株  
                             【答案】C
下列有关育种说法正确的是(      B      )
A.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因和新的基  
    因型
B.基因工程育种和诱变育种均可改良缺乏某种抗病
    性的水稻品种
C.单倍体育种和多倍体育种均需要使用秋水仙素,
    均作用于萌发的种子
D.杂交育种和单倍体育种均需要进行不断的自交来
    提高纯合率
改良缺乏某种抗病性的水稻品种,只用下列 
哪种方法不能实现(  B     )
   A.诱变育种                      B.单倍体育种
   C.基因工程育种              D.杂交育种
  对图   所示的培养过程的叙述正确的是  (  B  )
A.a、b、c、d中的植物细胞都具有完全相同的DNA和RNA
B.a→b与b→c的培养过程中,植物生长调节剂的种类可能相同,
但比例不同
C.此为植物花药离体培养,其中花药经a~d发育成试管苗的过程
中可能存在基因突变、基因重组和染色体畸变等变异
D.d中的试管苗可以直接转移至土中培养
(2012年天津卷)芥酸会降低菜籽油的品质。油菜
有两对独立遗传的等位基因(H和h,G和g)控制菜
籽的芥酸含量,下图是获得低芥酸油菜新品种(
HHGG)的技术路线。已知油菜单个花药由花药壁
(2n)及大量花粉(n)等组分组成,这些组分的细
胞都具有全能性。据图分析,下列叙述错误的是
 据图分析,下列叙述错误的是(  D   )


 已知油菜单个花药由花药壁(2n)及大量花粉(n)等组分组成
A、①、②两过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化
B、与④过程相比,③过程可能会产生二倍体再生植株
C、图中三种途径中,利用花粉培养筛选低芥酸植株(HHGG)
       的效率最高

D、F1减数分裂时,H基因所在的染色体会与G基因所在的染色体   
      发生联会  油菜有两对独立遗传的等位基因(H和h,G和g)
四、综合应用,提升能力
 【例2】 (高考改编题)科学家将培育的异源多倍体
 的抗叶锈病基因转移到普通小麦中,育成了抗叶锈病
 的小麦,育种过程见图。图中A、B、C、D表示4个
 不同的染色体组,每组有7条染色体,C染色体组中
 含携带抗病基因的染色体。请回答下列问题: 
   异源多倍体
    AABBCC
                杂交后代①         杂交后代②          杂交后代③
    普通小麦                      AABBDD+    选   AABBDD+
    AABBDD       普通小麦         几条C组的      择   含抗病基因
                 AABBDD         染色体           的染色体
                                                   射线照射
                         选               授
   稳定后推       含抗病基因           普通小麦          诱变后的花粉
    广应用        的小麦④      择    AABBDD     粉
  异源多倍体
  AABBCC
           杂交后代①     杂交后代②     杂交后代③
   普通小麦              AABBDD+ 选 AABBDD+
  AABBDD    普通小麦     几条C组的  择  含抗病基因
            AABBDD    染色体       的染色体
                                   射线照射
                 选          授
  稳定后推    含抗病基因      普通小麦      诱变后的花粉
   广应用    的小麦④   择   AABBDD 粉
(1)异源多倍体是由两种植物AABB与CC远缘杂交
形成的后代,经  秋水仙素诱导染色体数目加倍                                                      方法
培育而成。
Ø新情境下对基础知识的考察——知识的迁移
Ø育种方法的使用条件及操作
   异源多倍体
   AABBCC
            杂交后代①     杂交后代②     杂交后代③
    普通小麦              AABBDD+ 选 AABBDD+
   AABBDD    普通小麦     几条C组的  择  含抗病基因
             AABBDD    染色体       的染色体
                                    射线照射
                  选          授
   稳定后推    含抗病基因      普通小麦      诱变后的花粉
    广应用    的小麦④   择   AABBDD 粉

(2)杂交后代①染色体组的组成为______,进AABBCD    
行减数分裂时形成___个四分体,体细胞中含有_14              42
___条染色体。
(3)杂交后代②中C组的染色体减数分裂时易丢失,
这是因为减数分裂时这些染色体____。无同源染色体配对 
 异源多倍体
  AABBCC
              杂交后代①         杂交后代②          杂交后代③
  普通小麦                      AABBDD+    选   AABBDD+
  AABBDD       普通小麦         几条C组的      择   含抗病基因
               AABBDD         染色体           的染色体
                                                 射线照射
                       选               授
 稳定后推       含抗病基因           普通小麦          诱变后的花粉
  广应用        的小麦④      择    AABBDD     粉
(4)为使杂交后代③的抗病基因稳定遗传,常用
射线照射花粉,使含抗病基因的染色体片段转接到
小麦染色体上,这种变异称为______。染色体结构变异 
       
三、基因工程的概念及理解
1.概念
      要点                  内容
     别名       基因 拼接   技术或DNA  重组      技术
   操作    境               生物
       环                    体外
    操作水平                    水平
              提取目的基因;目的基因与运分子        载
   基本过程       体结合;将目的基因导入受体细
              胞;目的基因的检测       和鉴定
              定向改造生物的_______,
     目的
              获得人类所需的__________性状   。
                           基因产物
(1)原理:基因重组             。
 四、基因操作的工具
1.基因操作的工具酶
          限制性内切酶              DNA连接酶
    作用    识别特定    的核苷酸序列      作用于两条具有相同               
    特性    ,并切割   特定 的位点        黏性末端        的DNA分子

    作用    将DNA分子切成DNA片段       相同  黏性末端        之间
    结果    ,产生   黏性末端          形成 磷酸二酯        键

          提取 目的基因        ,切割
    应用                        构建 重组     DNA分子
          运载体
•• 基因的剪刀基因的剪刀————限制性内切酶(简称限制酶)限制性内切酶(简称限制酶)
 实例:实例:EcoEcoRRⅠⅠ限制酶能专一识别限制酶能专一识别GAATTCGAATTC序列,并序列,并
 在在GG和和AA之间将这段序列切开。之间将这段序列切开。
           限制限制
            酶酶
•• 基因的针线基因的针线——DNA——DNA连接酶连接酶


                   DNADNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝之间的缝
   隙隙((磷酸二酯键磷酸二酯键))““缝合缝合””  起来,即把梯子两起来,即把梯子两
   边扶手的断口连接起来,这样一个重组边扶手的断口连接起来,这样一个重组
   的的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。
       青霉                        四环素
    素抗性基因                       抗性基因

2.基因的运输工具——        运载体
(1)条件
  ①能够在宿主细胞中 复制   并  稳定    地保存。
  ②具有多个 限制酶      切点,以便与外源基因连接。
  ③具有某些 标记基因        ,便于进行筛选。
(2)作用
  ①作为运载工具将 目的基因        转移到宿主细胞中。
  ②利用它在宿主细胞内对 目的基因       进行大量 扩增   。
(3)常用的运载体:质粒    、噬菌体      和动植物病毒等。
基因工程的理论基础和操作工具
1.下列关于DNA连接酶的作用,叙述正确的(  B )
 A.将单个核苷酸加到某DNA片段末端,形成磷酸
    二酯键
 B.将断开的两个DNA片段的骨架连接起来,重新
    形成磷酸二酯键
 C.连接两条DNA链上碱基之间的氢键
 D.只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接
    起来,而不能将双链DNA片段末端之间进行连接
基因工程操作步骤图解基因工程操作步骤图解
步骤三:目的基因导入受体细胞
 • 常用的受体细胞:
           有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌
   、酵母菌和动植物细胞等。
 • 细菌为受体细胞的优点

   细菌繁殖的速度非常快,
步骤四:目的基因的检测和表达

        检测目的        检测依据            检测方法
                               常用选择培养基如运
                  依据受体细胞       输目的基因的运载体
        目的基因
 目的基              是否具有运载       含有抗四环素基因,
        是否已被
                   体所特有的       目的基因导入成功与
 因的检    导入受体
                  标记基因    所控   否,主要看受体细胞
   测      细胞     “       ”
                    制的性状       能否在含有四环素的
                                  培养基上生长
                  依据受体细胞
 目的基
        目的基因       是否表现出       转基因棉花常采用让
   因    是否已完                   棉铃虫食用叶片的方
                 “目的基因”所控
 的表达     成表达                          法
                    制的性状
    ((2010·2010·江苏卷,江苏卷,1818))下列关于转基因植物的叙述,正确的是下列关于转基因植物的叙述,正确的是  
        AA.转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中.转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中
       BB.转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加.转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加
             CC.动物的生长激素基因转入植物后不能表达.动物的生长激素基因转入植物后不能表达
       DD.如转基因植物的外源基因来源于自然界,则不存在安全性.如转基因植物的外源基因来源于自然界,则不存在安全性
                       问题问题          答案答案  AA
解析解析  转基因的抗虫植物在长期栽培过程中,会导致以该植物转基因的抗虫植物在长期栽培过程中,会导致以该植物
为食物来源的昆虫的抗性基因频率增加。动物和植物共用一套为食物来源的昆虫的抗性基因频率增加。动物和植物共用一套
遗传密码,因此转入植物体内的动物生长激素基因也可能进行遗传密码,因此转入植物体内的动物生长激素基因也可能进行
表达。转基因植物的外源基因来源于自然界,也可能存在食物表达。转基因植物的外源基因来源于自然界,也可能存在食物
安全、生物安全和环境安全等安全性问题。安全、生物安全和环境安全等安全性问题。
转基因可能存在食物安全、生物安全转基因可能存在食物安全、生物安全
和环境安全。和环境安全。教材教材105105页页
                                    基因工程基因工程


杂交杂交           单倍体单倍体              限限    DNADNA  运运
                                   制制   连接连接     载载
                                   酶酶            体体


                                       目的基因获取目的基因获取
                                       与运载体结合与运载体结合
                                       导入受体细胞导入受体细胞
                                       检测与鉴定检测与鉴定
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