1、第六章 从杂交育种到基因工程章节概述本章包括两节，分别介绍了传统的育种方法和最近崛起的高科技生物技术：基因工程。在学习过程中，要注意比较各种方法的优缺点，可从原理、时间等方面作比较。在高考命题方面，对每种育种方式某一环节，某一术语的考查，多以选择题形式出现。题目为新背景，但用到教材内容，考查学生对知识的灵活运用能力。另外基因工程与人类基因组计划的联系也要加以注意。目标认知学习目标1举例说出生物变异在育种上应用的事例。2简述杂交育种和诱变育种的作用及其局限性。3简述基因工程的原理及其应用。重点1遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用。2基因工程的基本原理和安全性问题。难点1杂交育种
2、和诱变育种的优点和局限性。2基因工程的基本原理和生物食品安全性问题。知识精讲重点知识讲解几种传统育种方法的比较1诱变育种（1）原理：基因突变（2）方法：用物理因素（如 X 射线、 射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等）或化学因素（如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙脂、秋水仙素等各种化学药剂）或空间诱变育种（用宇宙强辐射、微重力等条件）来处理生物。（3）发生时期：有丝分裂间期或减数分裂第一次分裂间期（4）优点：能提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种；变异范围广。（5）缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量
3、性状效果较差，具有盲目性。（6）举例：青霉素高产菌株、太空椒、高产小麦、 “彩色小麦”等2杂交育种（1）原理：基因重组（2）方法：连续自交，不断选种。 （不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子）（3）发生时期：有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期（4）优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性。（5）缺点：育种年限长，需连续自交才能选育出需要的优良性状。（6）举例：矮茎抗锈病小麦等3多倍体育种（1）原理：染色体变异（2）方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。（3）优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。（4）缺点：结实率低
4、，发育延迟。（5）举例：三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦4单倍体育种（1）原理：染色体变异（2）方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。（3）优点：自交后代不发生性状分离，能明显缩短育种年限，加速育种进程。（4）缺点：技术相当复杂，需与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持，多限于植物。（5）举例：“京花一号”小麦5基因工程育种（转基因育种）（1）原理：基因重组（2）方法：基因操作（提取目的基因与载体结合导入受体细胞基因表达筛选出符合要求的新品种）（3）优点：目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物；育种周期短 。（4）缺点：可能会引起生态危机，技术难度
5、大。（5）举例：“傻瓜水稻” 、抗虫棉、固氮水稻、转基因动物（转基因鲤鱼）等杂种优势与杂交育种的区别杂种优势 是生物界普遍存在的现象。它是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。杂种优势具有以下特点：杂种优势不是某一两个性状单独表现突出，而是许多性状综合表现突出；杂种优势的大小，取决于双亲的遗传差异和互补程度；亲本基因型的纯合程度不同，杂种优势的强弱也不同；杂种优势在 F1代表现最明显，F 2 代以后逐渐减弱。杂种优势在性状上表现为不同类型，如营养体发育较旺的营养型、生殖器官发育较旺的生殖型和对外界不良环
6、境适应能力较强的适应型。育种实践上，人们常利用杂种优势获得较好的经济性状。早在 2000 多年前，我国劳动人民就用马和驴交配而获得体力强大、耐力好的杂种骡，首创了利用杂种优势的先例。杂种优势在植物中更是非常普遍的现象。为什么杂交种 F1 会有优势呢？这是一个比较复杂的问题，人们从多个方面对其机理进行了研究。一种比较通俗的解释是：一般来说，多数显性基因有利于个体的生长发育，而相对的隐性基因不利于生长和发育。通过杂交，亲本双方带入子代杂合子中的显性（有利）基因掩盖了隐性（有害）基因，因而表现出有利于生长发育的杂种优势。杂交育种 通常是指把不同遗传类型的动物或植物进行交配，使优良性状结合于杂种后代中
7、，通过培育和选择，创造出新品种的方法。它是动植物育种工作的基本方法之一。在杂交育种中应用最为普遍的是品种间杂交(两个或多个品种间的杂交 )，其次是远缘杂交 (种间以上的杂交)。生产上，常常把用杂交方法培育优良品种或利用杂种优势都称为杂交育种，事实上，两者之间是有区别的。杂交育种过程就是要在杂交后代众多类型中选留符合育种目标的个体进一步培育，直至获得优良性状稳定的新品种。杂交育种不仅要求性状整齐，而且要求培育的品种在遗传上比较稳定。品种一旦育成，其优良性状即可相对稳定地遗传下去。杂种优势则主要是利用杂种 F1 代的优良性状，而并不要求遗传上的稳定。作物育种上就常常在寻找某种杂交组合，通过年年配制
8、 F1 代杂交种用于生产的办法，取得经济性状，而并不要求其后代还能够保持遗传上的稳定性。基因工程的基本技术第一步：获得符合人类意愿的基因，即获得目的基因。目的基因是依据基因工程设计中所需要的某些DNA 分子片段，含有所需要的完整的遗传信息。获得目的基因的方法很多，目前采用的分离、合成目的基因的方法主要有：超速离心法：根据不同基因的组成不同，即其内的碱基对的比例不同，其浮力、密度等理化性质也不同的原理，应用密度梯度超速离心机，直接将特殊的目的基因分离出来。分子杂交法：采用加碱或加热的方法使 DNA 变成单链，而后加入有放射性标记的 RNA，让 DNA 在特定的条件下，结合成 DNA 和 RNA
9、的杂交分子，再用多聚酶制备出足够数量的双链 DNA 分子，进而获得 DNA 目的基因。反转录酶法：先分离出特定的 mRNA，再用反转录酶做催化剂，以 RNA 为模板合成所需要的 DNA目的基因。合成法：如果已知目的基因的碱基排列顺序，可用酶法或化学法，直接合成目的基因。目前此法已很少采用。第二步：把目的基因接到某种运载体上，常用的运载体有能够和细菌共生的质粒、温和噬菌体（病毒）等。DNA 重组技术：重组 DNA 就是让 DNA 片段和载体连接。外源 DNA 是很难直接透过细胞膜进入受体细胞的。即使进入受体细胞之中，也会受到细胞内限制性内切酶的作用而分解。目的基因结合到经过改造的细菌中的质粒（细
10、菌细胞中的小环状 DNA 分子）或温和噬菌体（病毒）上后形成的组合体称为重组体 DNA。在这一技术中，限制性内切酶是一种常用的工具酶，它能“切开”质粒的环形 DNA，也能切取目的基因，然后目的基因 DNA 片段与质粒 DNA 分子的两端，在连接酶的作用下互补连接形成重组体DNA。第三步：通过运载体把目的基因带入某生物体内，并使它得到表达。目的基因的表达是指目的基因进入受体细胞后能准确地转录和翻译。目的基因能否表达是基因工程是否成功的关键。目前，人类已经利用外源基因，如人的生长激素基因、人胸腺激素基因、人干扰素基因、牛生长激素基因等，导入细菌中，生产出相应的产品，在临床上得到了广泛的应用，取得了
11、可观的经济效益和社会效益。经典例题透析1在农作物诱变育种时，科研人员利用射线辐射种子使其产生变异，用这种方法培育新品种的机理是（ ）A基因重组 B基因突变 C基因互换 D染色体变异考点定位：本题考查诱变育种的原理。指点迷津：基因重组是杂交育种的机理；基因突变是诱变育种的机理；染色体变异是单倍体育种和多倍体育种的机理；用射线辐射种子使其产生基因突变，是辐射诱变。参考答案： B2下列有关基因工程技术的叙述中，正确的是（ ）A重组 DNA 技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B所有的限制酶只能识别同一种特定的核苷酸序列C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D只要目的基因进入了受体细胞就
12、能成功实现表达考点定位：本题考查基因工程的原理。指点迷津：基因工程的操作工具有限制酶、DNA 连接酶和运载体，其中前两种为工具酶；一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，不同的限制酶识别的核苷酸序列不同；目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程；将目的基因导入受体细胞中的目的主要是为表达、生产目的基因的产物，因此能够快速繁殖是选择受体细胞的主要条件之一。 参考答案： C3下列几种育种方法中，能改变原有基因的分子结构的是（ ）A杂交育种 B诱变育种 C单倍体育种 D多倍体育种考点定位：本题考查几种育种方法的原理。指点迷津：基因分子结构的改变是指基因中脱氧核
13、苷酸的顺序发生改变基因突变。杂交育种、单倍体育种和多倍体育种都是在原有基因结构的基础上，经过重新组合、加倍等过程产生的新的性状，基因的结构不发生变化。 参考答案： B4下列关于基因工程的叙述，正确的是（ ）A基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因B细菌质粒是基因工程常用的运载体C通常用一种限制性内切酶处理含目的基因的 DNA，用另一种处理运载体 DNAD为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体考点定位：本题考查基因工程。指点迷津：基因工程是按照人们的意愿，把一种生物的基因复制出来，加以修饰改造，然后导入另一种生物的细胞里定向地改造生物的遗传性状。在实际操作中一定要注意用
14、同一种限制性内切酶来处理目的基因 DNA 和运载体基因 DNA，使它们产生相同的粘性末端。参考答案：B5 “人类基因组计划”中的基因测序工作是指测定（ ）ADNA 的碱基对排列顺序 B. mRNA 的碱基排列顺序C蛋白质的氨基酸排列顺序 D. DNA 的基因排列顺序考点定位：本题考查人类基因组计划。指点迷津：人类基因组计划的总体目标是在 1990 年起至 2005 年的 15 年内，完成人类 23 对染色体的遗传图谱、物理图谱的绘制及测定出 DNA 脱氧核苷酸对的全部序列，弄清所有基因的位置和功能。DNA的基因排列顺序属于遗传图谱、物理图谱的绘制，测定出 DNA 脱氧核苷酸对(碱基对)的全部序
15、列即基因的测序工作。人类的基因组是指人体 DNA 分子所携带的全部遗传信息。人类基因组计划就是分析测定人类基因组的核苷酸序列，因核苷酸在组成上大致相同，不同之处在于碱基不同，因此测定人类基因组的核苷酸序列实质上是测定碱基的序列。 参考答案：A6下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（ ）我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻我国科学家将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒我国科学家通过体细胞克隆技术培养出克隆牛A B C D考点定位：本题综合考查基因重组。指点迷津：在减数分裂过程中，同源染色体的两条非姊妹染色单体间的互换和非同源染色体间的自由组合都可以发生基因重组。在题目给出的选项中，其原理是基因重组。属于通过基因工程进行的基因重组，该方法将目的基因移植到某种生物，整合到该生物的 DNA 分子中，并使目的基因得以表达，其最大优点就是克服了远缘杂交带来的不育。是利用宇宙射线，诱发种子发生基因突变，从而培育出太空椒。克隆牛属于动物体细胞无性生殖，不产生基因间的重新组合。参考答案：B
