第六章
从杂交育种到基因工程
6.2
基因工程及其应用B1
教学目标
一、知识与技能
1．简述基因工程的基本原理。
2．举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
3．关注转基因生物和转基因食品的安全性。
二、态度、情感与价值观
让学生了解基因工程，认识基因工程技术的优势，同时理性对待基因工程技术及产物。培养科学、严谨、为人类谋福利的主体科学思想。
三、过程与方法
1．通过动手实践，了解基因工程的主要步骤。
2．通过学习，能够了解基因工程应用现状，并预测发展。
3．让学生学会通过讨论，对转基因生物和食品持理性态度。
教学重点
1．基因工程的基本原理。
2．基因工程的安全问题。
教学难点
1．基因工程的基本原理。
2．转基因生物与转基因食品的安全性。
课时安排
2课时。
教学过程
第1课时
一、导入新课
1．问题导入
以“问题探讨”导入，学生讨论后回答。
提示：此节“问题探讨”以基因工程菌的实例，引导学生思考基因工程的原理。为启发学生思考，教师可引导学生回忆前面学过的遗传学知识，如不同生物的DNA在结构上的统一性、几乎所有的生物都共用一套遗传密码等。通过“嫁接”引出基因工程。
2．复习导入
我们上节课学习了杂交育种，知道杂交育种方法简单，容易操作，但是，杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓慢，过程繁琐。我们可以利用基因工程的办法解决，即把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上，这就是基因工程。
二、新课教学
（一）基因工程的原理
基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们地意愿，
EcoRI是已发现的500多种限制性内切酶中的一种，它是一种从细菌中发现的能在特定位置上切割DNA分子的酶。它的特殊性在于，它在DNA分子内部“下剪刀”，专门识别DNA分子中含有的“GAATTC”这样的序列，一旦找到就从G和A之间剪断（参考教科书插图6-3）。
用同一种限制性内切酶切割后的DNA片断其末端可以用连接酶来缝合（参考教科书插图6-4）。这样“剪切拼接”就可以形成重组的DNA分子。
教师总结：基因操作的工具。
1．基因的“剪刀”
基因的“剪刀”指的是限制性核酸内切酶，主要分布在微生物中。它具有特异性特点，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。例如大肠杆菌的EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。剪切的结果是：产生黏性未端（碱基互补配对）。
2．基因的“针线”
基因的针线指的是DNA连接酶。
连接的部位：磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。
结果是：把两个来源不同却有相同的黏性末端的DNA连接。
3．基因的运载体
（1）概述
基因的运输工具——运载体。
作用：将外源基因送入受体细胞。
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。具有某些标记基因。
种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
（2）质粒的特点
细胞拟核之外的小的环状DNA分子。
借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，对细胞的正常生活几乎没有影响。
质粒能够自主复制，而且复制只能在宿主细胞内完成。
可以容易地从细胞中取出或放入。
这些特点使它能够胜任运载体的工作，携带目的基因进入细胞。
（3）基因操作的基本步骤
有了基因工程操作的工具后，基因工程具体是如何进行操作的呢？
教师用多媒体课件或与教科书插图6-6示意图类似的基因操作步骤的有关录像资料。简要归纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。
①提取目的基因。
目的基因的提取途径：两条，一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一种是人工合成基因。
②目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）。
目的基因与运载体结合的结果可能有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。
③将目的基因导入受体细胞。
导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌。
④目的基因的检测和表达。
检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。
表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。第六章
从杂交育种到基因工程
6.2
基因工程及其应用A2
教学重点、难点
教学重点：基因工程的安全性问题。
教学难点：转基因生物与转基因食品的安全性。
教学突破
搜集资料，采用思考、分析、想象、推断和辩论等方法，讨论转基因食品和转基因生物的安全性问题。把学生分组分别站在两种观点的立场上讨论并分析安全性问题。
教法与学法导航
教法：讨论法、演示法、讲授法。
学法：观察法、阅读法、讨论法等。
教学准备
教师准备：实物、资料、课件。
学生准备：搜集基因工程应用的实例。
教学过程
复习基因工程操作的基本步骤和重要工具。
检查课前收集到的有关基因工程应用的资料。
一、导入新课：基因工程的应用
指定几名学生汇报，其他人补充。
学生阅读教科书P104的内容。
教师总结，并从具体事例引入关于转基因生物和转基因食品安全性的争议，启发学生对其安全问题进行讨论。
学生分组讨论，教师强调支持某一观点的论据要充分，要注意科学性、客观性和逻辑性。
在学生讨论的基础上，与学生协商或按小组指派某个角色，安排角色扮演活动。
教师可将角色扮演的程序、规则和具体要求以及评价标准事先复印好，分发给各组，引导学生以小组为单位讨论并形成陈述报告要点。
二、模拟听证会
议题：近来，一些市民和媒体纷纷向市政府反映了他们对转基因农产品或转基因食品安全性的担忧，呼吁市政府制定条例对转基因生物及转基因食品的生产和销售加以控制。请你作为A-F中的任一角色参加听证会，就是否应当对转基因生物与转基因食品加以限制发表你的看法。
要求：观点正确，论据充分，注意科学性，客观性和逻辑性。
听证会程序：
1．决策部门的主管陈述听证会议题及议程（规则）；
2．控辩双方分别陈述各自的主张；
3．辩论阶段；
4．法律专家代表陈述我国和世界各主要国家和地区的有关法律法规；
5．表决有关条例决议案。
三、总结
师生共同总结，对活动过程和结果做出合理评价。
（一）基因工程的应用
1．农业上的应用
（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。
（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种。
2．畜牧业上的应用
（1）培育各种具有优良品质的动物。
（2）利用动物乳腺细胞获得人类所需要的各种物质。
3．食品工业上的应用
为人类开辟新的食物来源。
4．基因工程与医药卫生
（1）生产基因工程药品。
（2）用于基因诊断与基因治疗。
基因诊断：用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交的原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。
5．基因工程与环境保护
（1）用于环境检测。
（2）用于被污染环境的净化。
（二）关注转基因生物和转基因食品的安全性
课堂作业
1．目前在基因工程中不常被使用的基因载体有（
）
A．质粒
B．噬菌体
C．染色体 D．动、植物病毒
2．某科学工作者把兔子的血红蛋白的信使RNA加入到大肠杆菌的提取液中，在这
个细胞的合成系统中能合成兔子的血红蛋白，这个事实说明（
）
教学反思
“自主、探究、合作”是新课程理念倡导的学生学习方式，教学从学生的熟知的生活入手，创设教学情境。教学过程中，充分发扬民主，指导学生自主学习和合作学习，并积极为学生提供提出质疑的优质资源，因此学生在学习的过程中能始终保持较高的热情。
教育格言
优化教育过程的标准，是效果和时间。
——布鲁纳
学习的最大动力，是对学习材料的兴趣。
——布卢姆
教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒和鼓舞。
——第斯多惠
教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。
——郭沫若
我们教书，是要引起学生的读书兴趣，做教员的不可一句一句或一字一字的都讲给学生听，最好使学生自己去研究，教员不讲也可以，等到学生实在不能用自己的力量去了解功课时，才去帮助他。
——蔡元培第六章
从杂交育种到基因工程
6.2
基因工程及其应用A1
教学目标
一、知识与技能
1．简述基因工程的基本原理。
2．通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
二、过程与方法
1．利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。
2．通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生在理解步骤的同时，切身体会基因工程的主要过程。
三、情感、态度与价值观
关注基因工程的最新进展，关注转基因生物和转基因食品的安全性。
教学重点、难点
教学重点：基因工程的基本原理。
教学难点：基因工程的基本原理。
教学突破
以具体事例讲述，学生制作模型，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。以EcoRI为例，构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接和缝合的过程。
教法与学法导航
教法：讨论法、演示法、讲授法。
学法：观察法、阅读法、讨论交流法等。
教学准备
教师准备：实物、资料、课件。
学生准备：预习，分清基因工程的步骤。
教学过程
教师通过图片和音像资料展示基因工程产品，如种子、水果、疫苗或药物等，引入课题。
教师利用“问题探讨”，提出问题，组织学生讨论、交流看法。
为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？
推测这种“嫁接”怎样才能实现？
这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？
教师小结：从杂交育种的局限性切入，人类可以利用基因工程技术按照自己的意愿直接定向改变生物。说明本节教学目标。
将学生分成4个人一组，发给所需材料，可将构建模型的文字指导，复印后发给各组。
教师提出问题：
1．在制作模型时用到的工具（剪刀和不干胶）各代表什么？比较剪切后的DNA片断的末端切片，你发现有什么特点呢？
2．回顾在模型构建过程中，每一步的操作和所用到的工具以及形成的“产品”，你对重组DNA的操作有什么新的理解？
教师启发学生思考重组后的DNA分子还需要特殊的搬运工具运载到受体细胞（如大肠杆菌、动植物细胞）中。
教师用图片或课件动画展示质粒的结构及特点。（教科书图6-5）
①细胞拟核之外的小的环状DNA分子。
②借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，对细胞的正常生活几乎没有影响。
③能够自主复制。
④可以容易地从细胞中取出或放入。
这些特点使它能够胜任运载体的工作，携带目的基因进入细胞。
教师用多媒体课件或与教科书插图6-6类似的示意图，简要归纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。
启发学生思考：想象科学家在分子水平上进行这一操作的精确性。
总结：
基因工程的别名
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
操作工具
基因的剪刀、针线、运载体
基本过程
剪刀→拼接→导入→表达
结果
人类需要的基因产物
课堂作业
1．基因工程的设计施工是在什么水平上进行的（
）
A．细胞
B．细胞器
C．分子
D．原子
2．有关基因工程的叙述正确的是（
）
A．限制性内切酶只在获得目的基因时才用
B．重组质粒的形成在细胞内完成
C．质粒都可以作为运载体
D．蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料
3．基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是（
）
A．质粒、线粒体、噬菌体
B．染色体、叶绿体、线粒体
C．质粒、噬菌体、动植物病毒
D．细菌、噬菌体、动植物病毒
4．DNA连接酶的重要功能是（
）
A．DNA复制时母链与子链之间形成氢键
B．黏性末端碱基之间形成氢键
C．两条DNA末端之间的缝隙连接起来
D．ABC都不正确
5．在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是（
）
A．限制酶和连接酶
B．限制酶和水解酶
C．限制酶和运载体
D．连接酶和运载体
参考答案：1．C
2．D
3．C
4．C
5．A
教学反思
1．巧妙布置预习作业，化“复杂”为“简约”。由于基因工程内容上的“高”与“新”，处理不好，会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，致使教学流于形式。所以在课前以学生较为熟悉的转基因抗虫棉的培育过程案例为预习作业，使学生首先从整体上了解基因工程的四个步骤，起到了突破难点及培养自学能力的目的。
2．巧妙运用构建模型及多媒体技术，化“抽象”为“形象”。对于基因工程，学生接触得少，只运用文字来教学会感到很抽象。如在讲授如何构建基因文库时，教师会提供一幅非常形象的插图，结合图文提出相应问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力从简单的死记硬背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。
教育格言
你在任何时候也不要急于给学生打不及格的分数。请记住：成功的欢乐是一种巨大的情绪力量，它可以促进儿童好好学习的愿望。请你注意无论如何不要使这种内在的力量消失。缺少这种力量，教育上的巧妙措施都是无济于事的。
——
苏霍姆林斯基：《给教师的建议》
总之，必使学生得学之乐，而耐学之苦，才是正轨。若一任学生趋乐避苦，这是哄骗小孩子的糖果子，决不是造就人才的教育。
——《陶行知全集》
凡是儿童自己能够理解和感受的一切，都应当让他们自己去理解和感受。不过，教师知道应当朝哪个方向引导儿童：对于他们的思想，有些加以支持和发展，而有些则机智地予以抵销——当学生离开了作品的思想内容，陷入一些细节的时候就需要这样做。
——赞可夫：《和教师的谈话》
错误本身是“达到真理的一个必然环节”，“由于错误，真理才会发现”。
——黑格尔第六章
从杂交育种到基因工程
6.1
杂交育种与诱变育种A
教学目标
一、知识与技能
1．简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种方法的优点和不足。
2．举例说出诱变育种在生产中的应用。
3．讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。
4．总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种的异同点。
二、过程与方法
1．尝试将你获得的信息用图表、图解的形式表达出来。
2．运用遗传和变异原理，解决生产和生活实际中的问题。
三、情感、态度与价值观
1．讨论在从杂交育种到基因工程的发展历程中，科学、技术和社会的相互作用。
2．通过对我国杂交育种和诱变育种成果的了解，关注我国的育种技术的发展及在国际上的竞争能力，认同育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性。
3．体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。
教学重点、难点
教学重点：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。
教学难点：杂交育种和诱变育种的优点和局限性。
教学突破
选用典型的育种实例作为切入点，针对育种实践中遇到的实际问题和解决方法，分析其中蕴含的遗传学规律，对特定的杂交组合进行理论分析，推测可能的选育过程和结果，进而引导学生分析讨论杂交育种方法的不足之处和解决方法。通过不同育种方法的比较，归纳各自的优点和不足。
教法与学法导航
教法：阅读指导法、谈话法、讲授法等。
学法：阅读分析、讨论交流、列表比较、归纳总结等方法。
教学准备
教师准备：育种资料图片、设计比较表格等。
学生准备：预习并列举育种方法。
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
教师组织学生展示课前收集的关于选择育种和杂交育种的资料（以图片为主）提出问题：古印第安人是最早选择和培育玉米的，最
学生资料展示和交流。学生阅读资料，学生带着问题阅读教材P98页并作答。
激发学生的探究欲望和学习兴趣。
续上表
学生作答：（1）选择育种。（2）汰劣留良。（3）
防止质劣玉米与选择的具有优良性状的玉米杂交，使优良性状得到不断积累。（4）优点：技术简单、容易操作。缺点：选择范围有限，育种周期长。分组讨论。学生把设想描述出来。并对各方案进行评价。
师生共同解决问题，运用现代遗传学知识为学生阐明“选择育种”做铺垫。培养学生的概括能力和理解能力。
现在我们来分析各方案是否科学规范。引导学生讨论并指出其优点和不足，以及自己的疑问。教师：点拨、解答同学们的问题：（1）杂交育种依据的遗传学原理就是：基因的自由组合规律，即通过杂交，把生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起、从而创造出对人类有益的新品种。（2）选育出的新品种必须是纯合子，否则其后代就会因为发生性状分离而失去优势。（3）遗传图解有更简洁的表示方法，即用我们在第一章所学的基因型的方式来表示。教师以课本的两个小麦品种杂交为例：如果小麦中，高产（A）对低产（a）是显性，不抗病（B）对抗病（b）是显性，我们需要的是高产抗病的纯种，假定两个亲本小麦品种都是纯合子，请绘出育种过程的遗传图解：教师点评，并示范书写过程如下：
结合学生的生活经验，引导学生思考相关的育种方法。充分发挥学生的主观能动性，让学生积极参与讨论。运用自由组合定律的知识和书写遗传图解的技能解释杂交育种中的基因重组的现象。
续上表
P
AABB
×
aabb↓ F1
AaBb
↓
自交F2 A_B_
A_bb
aaB_
aabb高产不抗
高产抗病
低产不抗
低产抗病9
:
3
:
3
:
1【学情预设】：根据自由组合定律，在F2
中高产抗病（一显一隐）品种占总数的3/16。思考：（1）我们得到的这种具有杂种优势的品种可以代代遗传吗？ （2）如何能得到可以代代遗传的优势品种？（3）选育出的纯合子新品种AAbb，在F２
所有的后代中的概率是1/16。那么它在F２的高产抗病后代中的概率又是多少？ 教师引导，总结教材P99页的杂交育种的概念。请举出我国在杂交育种方面成就。 【学情预设】：与选择育种比较，杂交育种有什么优点？ 【思考与讨论】：综上所述，杂交育种的优点是很明显的，但是在实际操作中，会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的类型，以及育种时间等方面，分析杂交育种方法的不足。有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢？二、诱变育种 教师引导学生回忆基因突变的内容。 利用基因突变的原理应用在育种中，就发展为一种新的方法——诱变育种。 教师引导学生阅读教材P100页，教材列举了哪些诱变育种的实例？ 教师通过大量的图片资料介绍了诱变育种的实例 。 教师总结：诱变育种的概念指什么？ 教师引导，组织开展生生、师生的讨论。 与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？
（1）不可以，因为其中有2/16的植株是杂合体，其下一代会出现性状分离。（2）要想得到可以代代遗传的优势品种，就必须对在F2中所得到表现型为高产抗病（一显一隐）的植株连续自交和育种，逐步淘汰不符合要求的植株，直到不再发生性状分离，就是我们要选育的能够稳定遗传的纯合子新品种——AAbb。（3）1/3。 杂交育种就是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，就得到新品种的方法。袁隆平的杂交水稻，中国荷斯坦牛等。 能将两个不同品种的优良性状集中在一起，产生新的性状组合的新品种；育种的目的性较强。 杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦（一般需5至7年），过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。 学生回忆学过的知识，并交流和讨论： 基因突变：诱发基因突变的因素（物理因素、化学因素和生物因素） ，如黑农五号；卫星“87－2”青椒、“航育1号”水稻、“豫麦13号小麦”等；青霉菌高产菌株等。
培养学生的问题意识，给予学生发散思维、启动已有知识的空间。培养学生运用所学的知识和技能解决实际问题的能力。理解杂交育种在产生F1代后，还需要经过选择和培育形成能稳定遗传个体的过程。 培养学生提炼和归纳能力。 突出杂交育种的局限为后续学习埋下伏笔。
续上表
教师小结： 两种育种方法都为我们创造许多优良的品种，育种技术的发展为我们的社会经济创造了许多价值，我国作为目前世界上能发射返回式卫星的三个国家之一，在作物空间技术育种方面已经进入世界先进行列。 在上一章我们已经学习了多倍体育种、单倍体育种的方法，现在请同学们列表比较：杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种在方法、原理、优缺点方面的异同点。
诱变育种就是利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。 诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。
师生共同解决疑惑的问题，强化对概念的学习。 掌握基本概念 培养自学能力，使学生在反馈、思考中进一步突破难点。
板书展示
第6章
从杂交育种到基因工程
第1节
杂交育种和诱变育种
一、选择育种：利用自然条件下的生物变异，汰劣留良，长期选择，培育优良品种。
二、杂交育种
三、诱变育种
课堂作业
1．既要提高农作物的变异频率，又要使后代变异性状较快稳定，可采用（
）
A．杂交育种法
B．诱变育种
C．单倍体育种
D．多倍体育种
2．在动物的育种中，用一定剂量的X射线处理精巢，渴望获得大量变异个体。这是因为（
）
A．合子都是纯合子
B．诱发雄配子发生了高频率的基因突变
C．诱导发生了大量的染色体变异
D．提高了基因的重组
3．利用激光对DNA进行修复，生物学上称之为（
）
由于很多内容学生已经学习过如基因的自由组合定律、基因突变，所以我采用温故知新—杂交育种的技术方法—诱变育种的技术方法—知识扩展—总结的方法来讲授新知识。本节课的设计也能把理论与实践充分地结合在一起，例如在杂交育种技术的学习中，教师举例：利用高抗和矮感的小麦来设计如何培养出矮抗的小麦。通过学生的动手操作，使知识更能贴近生活，学以致用。课程改革的目标要求教师应具备对知识体系熟练，应对课堂教学自如，教学中注重学生的差异性等能力。在教学中教师能注重学生的差异性，例如在杂交育种的设计实验中，大部分同学不太理解最后得到矮抗的比例，教师能放慢教学一步步解释。
教育格言
活的人才教育不是灌输知识，而是将开发文化宝库的钥匙，尽我们知道的教给学生。
——陶行知
如果不去加强并发展儿童的个人自尊感，就不能形成他的道德面貌。……教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。
——苏霍姆林斯基
好奇是儿童的原始本性，感知会使儿童心灵升华，为其为了探究事物藏下本源。
——美国·斯奇卡列
强迫学习的东西是不会保存在心里的。
——柏拉图论教育
一个人在学校里表面上的成绩，以及较高的名次，都是靠不住的，唯一的要点是你对于你所学的是否心里真正觉得很喜欢，是否真有浓厚的兴趣……
——邹韬奋第六章
从杂交育种到基因工程
6.2
基因工程及其应用B2
（二）基因工程的应用
基因工程自1973年诞生后，由于基因工程技术具有可以直接控制基因，将基因从一个物种转移至另一个物种，创造出新的物种或新的品种的显著特点。也就是说，可按照人们的主观愿望，创造出自然界中原先并不存在的新的生物类型，使人类从单纯地认识生物和利用生物的传统模式跳跃到随心所欲改造生物和创造生物的新时代。经过30多年的发展历程，取得了惊人的成绩，特别是近10年来，基因工程的发展更是突飞猛进。基因转移、基因扩增技术的应用，不仅使生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域中，为农牧业、食品工业、医药卫生、环境保护等方面开拓了广阔的发展前景。
1．基因工程与作物育种
（1）基因工程在农业上的应用
基因工程在农业上的应用主要表现在两方面：
过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。
②用基因工程的方法可培育出具有各种抗逆性的作物新品种。现在已培育出一批分别具有抗病、抗虫、抗除草剂、抗盐碱、抗病毒、抗干旱等性状的转基因农作物。1996至2000年的短短五年，全球转基因作物从170×104hm2发展到4420×104hm2，其推广速度是前所未有的……
（2）基因工程在畜牧养殖业的应用
2．基因工程与药物研制
基因工程在医药卫生领域的应用主要可概括为两个方面：
（1）
用于生产基因工程药品
所谓基因工程药物就是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因疫苗或药物。
基因工程的方法由于不受原料的限制，可以高效率的生产出各种高质量、低成本的药物，如胰岛素、抗生素等。
（2）用于基因诊断和基因治疗
①基因诊断（展示DNA分子杂交过程的动画效果）
基因诊断：运用基因分析对疾病作出诊断的方法，是遗传病最准确的诊断手段，也是一种威力强大的高新技术。传统诊断方法是通过表现型来推测基因型，而基因诊断是从基因着手来推断表现型，即绕过基因产物，通过直接探查基因进行诊断，不受细胞类型和发病年龄的限制，可用于一切遗传病的诊断。基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。用放射性同位素（如P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
癌细胞的病变过程，主要是由于基因调节控制失灵，通过基因诊断，将发生紊乱的基因加以修复，有希望根治癌症。半乳糖血症是一种先天性糖代谢缺陷症，通过基因诊断，发现病人缺少一个合成半乳糖转移酶的基因。若把半乳糖转移酶的基因转入缺乏这种基因的人体中，治疗这种先天性疾病将成为可能。基因诊断已用于镰刀型红细胞贫血症的诊断；对肠道病毒、疱疹病毒、腺病毒、肝炎病毒等引起的疾病，基因诊断技术已用于临床实践。
②基因治疗
基因治疗，顾名思义，是指在基因水平上对人类疾病进行治疗。具体地说，它是利用基因转移或基因调控的手段，将正常基因转入疾病患者机体细胞内，取代致病的突变基因，表达所缺乏的基因产物。或者是通过基因调控的手段，有目的地抑制异常基因表达或重新开启已关闭的基因，达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、心血管等疾病的目的。
3．基因工程与环境保护
基因工程应用于环保，一方面基因工程方法可用于环境监测。据报道，用DNA探针可以检测饮用水病毒的含量。具体方法：用一个特定的DNA片段制成探针，与被测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。与传统方法相比具有快速、灵敏的特点。传统的检测一次，需几天或几个星期的时间，精确度不高，而用DNA探针只需一天。据报道，能从1t水中检测出
10个病毒来，精确度大大提高。
基因工程还可用于净化环境。随着石油工业的迅速发展，石油这种含有多种烃类的物质对环境造成很大的污染。自然界中，假单胞杆菌的细菌能够分解石油，但是，每一种假单胞杆菌只能分解石油中的某一种成分。1975年，科学家用基因工程的方法，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
（三）转基因生物和转基因食品的安全性
当人类拥有了改造生物、创造生物的能力时，也感到了不安和困惑。人类创造的转基因生物和转基因食品是否会危害整个生物圈，甚至人类自身。
1998年英国的研究人员普斯陶伊通过新闻媒体向人展示了他的研究成果：实验鼠在食用转基因土豆十天后，其肾、脾和消化道都出现了不同程度的损伤。你们怎样看待转基因生物和转基因食品的安全性呢？
资料分析：转基因生物和转基因食品的安全性
教师引导学生阅读教科书P105的内容，对教科书P105资料分析中的两种观点进行思考、讨论，找出支持某一观点的有力论据。
在讨论的基础上，协商或小组指派某个角色，安排角色扮演活动。站在所扮演角色的立场上，收集证据，按规定程序陈述。
强调：支持某一观点的论据要充分，要注意科学性、客观性和逻辑性。
小结：展望21世纪，将是基因工程迅速发展和日臻完善的世纪，它将为人类带来巨大的效益，人们不光在基因工程的技术上取得突破，还将加速其产业化的进程。基因工程将在人类生活的方方面面发挥它举足轻重的作用。
三、例题操练
例1：上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指（ ）
A．提供基因的动物
B．基因组中增加外源基因的动物
C．能产生白蛋白的动物
D．能表达基因信息的动物
解析：提供基因的动物是一个正常的动物，而不是转基因工程的产物，也含有白蛋白基因，因此能产生白蛋白，在产生白蛋白过程中必然能够完成该基因的信息表达，因此A、C、D三个选项均是错误的。转基因动物指的就是在其基因组中含有外源基因的动物。
答案：B
例2：要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（ ）
①限制酶 ②连接酶 ③解旋酶 ④还原酶
解析：A、B、D选项中的药物都是通过基因工程实现了外源基因在异体表达而获得的，C项中的青霉菌合成青霉素是自身基因表达的结果。
答案：C
例4：DNA整合到细胞染色体中的过程，属于（ ）
A．基因突变
B．基因重组
C．基因互换
D．染色体变异
解析：DNA整合到细胞染色体中的过程就是利用基因工程技术完成的，该DNA与细胞内染色体上的DNA发生了重新组合的现象，属于广义的基因重组。
答案：B
例5：基因工程是在DNA水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补的步骤的是（ ）
A．目的基因与运载体结合
B．将目的基因导入受体细胞
C．目的基因的检测
D．目的基因的表达
解析：在基因工程操作的4个基本步骤中，形成重组DNA分子以及目的基因检测和表达过程，均存在碱基互补配对，只有目的基因导入受体细胞不需要碱基互补配对。
答案：B
例6：下列有关质粒的叙述，正确的是（ ）
A．质粒是广泛存在于细菌细胞内的一种颗粒状细胞器
B．质粒是仅存于细菌细胞中能自我复制的小型环状DNA分子
C．质粒在侵入宿主细胞后能够自主复制
D．质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立地进行
解析：质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，能够在宿主细胞中自主复制并得以表达。
答案：C
例7：为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用率提高了20%。这项技术的遗传学原理是（ ）
A．基因突变
B．基因重组
C．基因复制
D．基因分离
解析：本题考查学生对生物变异原理的理解。应用重组DNA技术，人们可以把某个目的基因，通过载体送入生物细胞中，并且使新的基因在细胞中正确表达，从而达到定向改变生物性状的目的。这项技术的遗传学原理是基因重组。除了转基因技术外，利用杂交育种或诱变育种的手段也能培育新品种。
答案：B
例8：下图纵轴表示青霉菌的菌株数，横轴表示青霉菌产生的青霉素产量，曲线a表示使用诱变剂前菌株数与产量之间的变化，曲线b、c、d表示使用不同剂量的诱变剂后菌株数与产量之间的变化。请根据图完成下列问题：
（1）曲线b和a相比，说明了__________________________________________。
（2）b、c、d
3条曲线比较，说明了_______________________。
（3）比较b、c、d
3条曲线的变化，最符合人们要求的菌株是__________，从中我们可得到什么启示？
解析：（1）分析曲线对于a与b的菌株数最高值，可以看出诱变后少量的菌株就可以产生等量的青霉素，所以说基因突变提高了青霉素的产量。（2）b、c、d相比较可以看出，用不同剂量的诱变剂可以使青霉菌向不同的方向突变，从而使产量出现很大的差异，这就体现了基因突变的不定向性。（3）符合人们要求的菌株是d，因为在同样多的菌株的情况下，d的产量是最多的。
答案：（1）诱变剂可以引起青霉菌发生基因突变，使青霉素的产量提高 （2）基因突变具有不定向性 （3）d曲线对应的青霉素株 人们可以通过反复诱变，不断地从诱变产生的突变中筛选出高产菌株，从而提高青霉素的产量。
四、作业
教材P106“练习”一、二。
提示：基础题
1．基因工程的操作通常包括以下4步：（1）获得目的基因（外源基因）；（2）目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子；（3）将重组DNA分子导人受体细胞；（4）目的基因的检测与表达。
2．
↓
ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGA
↓
TAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTACTGGTACCGGTCCGAGCTCGACTACT
3．常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。
拓展题
1．这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌第六章
从杂交育种到基因工程
6.1
杂交育种与诱变育种B
教学目标
一、知识与技能
1．简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种方法的优点和不足。
2．举例说出诱变育种在生产中的应用。
3．讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。
4．总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种的异同点。
二、情感、态度与价值观
1．讨论育种科学技术发展是科学、技术和社会的相互作用。
2．体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。
三、过程与方法
1．尝试将你获得的信息用图表、图解的形式表达出来。
2．运用遗传和变异原理，解决生产和生活实际中的问题。
教学重点
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。
教学难点
1．杂交育种和诱变育种的优点和局限性。
2．用遗传图解表示各种育种过程。
教学方法
讨论法、演示法。
教学课时
1课时。
教学过程
一、导入新课
以P98“问题探讨”导入，让学生讨论后回答问题。
提示：此节问题探讨意在结合学生的生活经验，引导学生思考相关的育种方法。教师可充分发挥学生的主观能动性，让学生积极参与讨论。
二、新课教学
教师展示课前收集的古人驯化野生动物、栽培植物的图片资料制成的课件，按课件图片的顺序，先向学生展示古人驯化狗、马、牛、猪、鸡，培育玉米、小麦、水稻、各种蔬菜、水果的过程；再向学生展示现在的家禽、家畜、粮食、蔬菜、水果的各种优良品种的图片，引起学生的兴趣。
过渡：这些优良的品种，都是人们利用生物的变异，通过长期的选择，汰劣留良，培育出来的优良品种。但是这种选择育种的方法周期长，可选择的范围又有限，有些品种只在某一方面优势，而另一方面却不良，不能满足日益增长的人们的需要，在实践中，人们逐渐摸索出许多优秀的育种方法。
（一）杂交育种
1．概念：是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
2．原理：基因重组。
3．应用：在改良农作物品种、培育家畜新品种等方面广泛应用。
4．一般步骤：①两亲本杂交，获得F1；②F1自交，获得F2；③在F2中选出符合要求的性状并进行多次自交获得较纯的新品种。
5．优点：操作简单
（二）诱变育种
教师引导学生回忆基因突变的内容。
将基因突变的原理应用在育种中，就发展为一种新的方法——诱变育种。
教师引导学生阅读教材P100页，教材列举了哪些诱变育种的实例？
学生回答：袁隆平的杂交水稻，中国荷斯坦牛等 。
教师通过大量的图片资料介绍了诱变育种的实例 。
教师总结：
1．概念：诱变育种就是利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。
2．原理：基因突变
3．应用：诱变育种广泛应用于农作物和微生物育种，是创造动植物新品种和微生物新类型的重要的方法，许多有价值的生物新类型是用诱变育种的方法培育出来的，如：青霉素的高产菌株。
4．优点：提高突变频率、加快育种进程，大幅度改良某些性状，创造人们需要的变异类型。
5．缺点：诱发产生的个体有利的不多，必须大量处理实验材料。
6．人工诱变的主要方法：①辐射诱变②化学诱变
思考与讨论二（P100）
提示：诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。
教师小结：
两种育种方法都为我们创造许多优良的品种，育种技术的发展为我们的社会经济创造了许多价值，我国作为目前世界上能发射返回式卫星的三个国家之一，在作物空间技术育种方面已经进入世界先进行列。
过渡：在上一章我们已经学习了多倍体育种、单倍体育种的方法，现在请同学们列表比较：杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种在方法、原理、优缺点方面的异同点。
三、各种育种方法的比较
杂交育种
诱变育种
多倍体育种
单倍体育种
处理
杂交
用物理、化学因素处理生物
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
花药离体培养
原理
通过基因重组，把两个亲本的优良性状组合在同一个后代中，从而产生符合要求的新类型
用人工方法诱发基因突变，产生新性状，创造新品种或新类型
抑制细胞分裂中纺锤体的形成，使染色体的数目加倍后不能形成两个细胞
诱导精子直接发育成植株，再用秋水仙素加倍成纯合子
优缺点
方法简单，容易操作，不能创造新的基因，育种过程缓慢，过程烦琐
能提高变异的频率，大幅度改良某些性状，变异性状较稳定，可加速育种进程。有利变异少，需大量处理供试材料，诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状
器官较大，营养物质含量高。发育延迟，结实率低
自交后代不发生性状分离，可缩短育种年限（2年）。方法复杂，成活率低
实例
小麦高茎（易倒伏）抗锈病的纯种与矮茎（抗倒伏）易染锈病的纯种进行杂交，培育出矮茎抗锈病小麦品种
青霉菌经X射线、紫外线照射以及综合处理，培育出青霉素产量很高的菌株
三倍体无子西瓜，八倍体小黑麦
抗病植株的育种
四、课堂练习
1．属于分子水平上的育种工作是（
）
A．辐射育种
B．杂交育种
C．单倍体育种
D．多倍体育种
2．诱变育种、杂交育种的理论依据分别是（
）
A．基因重组、基因突变
B．基因突变、基因重组
C．基因突变、基因分离
D．基因重组、基因分离
3．下列关于人工诱变育种的优点的叙述，不正确的是（
）
A．提高变异频率
B．后代性状稳定快
C．普遍提高产量
D．大幅度概率某些性状
4．已知玉米植株的基因型为AABB，则用其进行杂交育种，其子代不可能出现的基因型是（
）
A．AABB
B．AABｂ
C．AaBb
D．aaBb
5．用激光或亚硝酸处理萌发的种子或幼苗能诱导基因突变，激光或亚硝酸起作用
9．亲本基因型为AABB和aabb的植株进行杂交，其子一代的幼苗用秋水仙素处理产生了多倍体，其基因型是（
）
A．AaBb
B．AABB
C．AAAAbbbb
D．AAaaBBbb
答案：1．A
2．B
3．C
4．D
5．A
6．C
7．B
8．C
9．D
五、作业
教材P101“练习”一、二。
提示：
基础题：1．B
2．B
3．基因突变；X射线；紫外线；激光。
拓展题：可采用杂交育种的方法，遗传图解可参考教科书插图6-1绘制。优点是育种的目的性较强，能够获得具有优良性状、淘汰不良性状的品种。缺点是育种周期长，过程烦琐。
