(共17张PPT)
第6章
从杂交育种到基因工程
第1节
杂交育种与诱变育种
人教版必修2
小麦高秆（D）对矮秆（d）为性，
抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，
现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）
和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），如果
你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗
病的优良品种（ddTT）？
一、杂交育种（P99）
思考
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。
Ｐ
高抗
矮不抗
高抗
Ｆ２
DDTT
ddtt
DdTt
ddTt
高抗
高不抗
矮抗
矮不抗
ddTT
杂交
自交
选优
自交
选优
Ｆ1
1、(1)培育显性纯合子的植物杂交育种方案
ddTT
矮抗
ddTt
矮抗
ddTT
矮抗
矮抗
矮不抗
ddTt
ddTT
F3
连续自交，直至不出现性状分离为止。
如何利用DDtt和ddTT获得ddtt？
若基因D和T控制优良性状，则用DDtt和ddTT杂交所获得的后代具有所有的优良性状吗？能稳定遗传吗？
(2)培育隐性纯合子的植物杂交育种方案
选取双亲
杂交
子一代
自交
子二代
从F2中选出符合要求的个体即可推广
(3)培育杂合子植株的育种方案
a.利用杂种优势。主要利用F1的优良性状，
并不要求遗传上的稳定，将杂种一代作为
种子直接利用，如水稻、玉米、高梁等。
杂交
子一代
b.过程：选取双亲
c.特点：高产但需年年制种。
2、试一试：动物的杂交育种方法
假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）
长毛折耳猫
短毛折耳猫
长毛立耳猫
长毛立耳
短毛折耳
BBEE
bbee
长毛立耳
BbEe
长毛立耳
BbEe
长立
长折
短立
短折
Bbee
BBee
BBee
Bbee
bbee
bbee
长折
短折
长折
长折
短折
杂交
F1间交配
选优
测交
Ｐ
Ｆ１
Ｆ２
F3
长折
短折
思考：动物杂交育种的方法与植物杂交育种的方法有何区别？
？如何鉴别个体的基因型并保种
保种
动物杂交育种中纯合子获得不能
通过逐代自交，而应改为测交。
中国黄牛
ⅹ
中国荷斯坦牛
荷斯坦牛
袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪一种变异的原理？
基因重组
袁隆平：“超级杂交水稻”
1、概念：
。
2、原理：
。
3、方法：
。
4、优点：
。
5、缺点：
。
6、应用实例：
。如袁隆平的杂交水稻、中国的荷坦牛等。
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
基因重组
方法简单，容易操作
育种进程缓慢，过程烦琐
动植物优良品种的选育
特别提醒：杂交育种与杂种优势的区别：主要是利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定（杂合子）。而杂交育种是为了获得具有稳定优良性状的新品种（纯合子）。
杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间要长，那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？
诱变育种
P杂交→F1自交→F2选优
自交（或测交）
资料：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。自1987年以来，中国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船进行了11次航天育种搭载试验，试验品种达1200多种。
航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力（10－3克～10－6克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。
二、诱变育种
1
、太空莲3号中有没有产生新基因？
2、诱发基因突变的条件有哪些？
3、诱变育种有哪些优点？
4、有哪些因素可以诱导生物产生基因突变？
1994年江西广昌白莲研究所搭载白莲
种子
442粒，培育出太空莲3号等新品
种，亩产达120千克，比原品种提高88％，平均粒重2．2克，最大为3．3克（原品种平均粒重
为1.1克），超过出口莲子标准。
有
微重力、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空。
可以提高突变率，或大幅度地改良某些品种。
物理因素、化学因素和生物因素。
1、概念：
。
2、处理时期：
。
3、原理：
。
4、诱变因素：
①物理因素：
。
②化学因素：
。
5、优点：①
。②
。
6、缺点：基因突变的
和
使选育工作量大，具有
。
7、应用：①农作物育种：培育出的新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。②微生物育种：如青霉菌的选育。
利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变
正在萌发的种子或幼苗
基因突变
X射线、γ射线、紫外线、激光等
亚硝酸、硫酸二乙酯、5—溴尿嘧啶等
提高突变频率，加速育种进程
不定向性
多害少利性
盲目性
大幅度改良生物的某些性状
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。
类型
杂交育种
人工诱变育种
单倍体育种
多倍体育种
原理
常用方法
优点
缺点
实例
将具有不同
优良性状的
两亲本杂交
用物理或化学的方法处理生物
花药离体培养
用秋水仙素
处理萌发的
种子或幼苗
使位于不同个
体的优良性状
集中于一个个
体上
提高变异频率加速育种进程
明显缩短
育种年限
器官大型，
营养含量高
育种时间长
有利变异少需大量处理供试材料
技术复杂，需与
杂交育种配合
只适用于植物
基因突变
染色体变异
染色体变异
基因重组
培育矮抗小麦
培育青霉素高产菌株
三倍体无子
西瓜的培育
培育矮抗小麦
三、几种主要育种方法的比较
课堂检测
1．在杂交育种工作中，选择通常从哪一代开始，理由是什么？
（ ）
A．F1
基因出现重组
B．F1
性状开始分
C．F2
性状开始分离
D．P
基因开始分离
2．对下列有关实例形成原理的解释,正确的是
（
）
A．无籽番茄的获得是利用了多倍体育种原理
B．培育无籽西瓜是利用了单位体育种原理
C．培育青霉素高产菌株是利用了基因突变原理
D．“多莉”羊获得是利用了杂交育种原理
C
C
3.请分析下列两个实验：
⑴、用适当浓度的生长素溶液处理未授粉的番茄花蕾，子房发育成无籽番茄。
⑵、用四倍体与二倍体西瓜杂交，获得三倍体西瓜植株，给其雌蕊授以二倍体西瓜的花粉子房发育成无籽西瓜。试问：
a、番茄的无籽性状是否能遗传？
若取这番茄植株的枝条扦插，长成的植株所结果实中是否有种子？
。
b、三倍体无籽西瓜无性繁殖后，无籽性状是否能遗传？
若取这植株的枝条扦插，长成的植株的子房壁细胞含有
个染色体组。
否
有
是
3
4.现有3个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为aaBBDD。3对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形3对性状。请回答：
（1）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）
（1）A和B杂交得到杂交一代，杂交一代再与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成aabbdd植株
（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要多少年？
4年(共27张PPT)
第6章
从杂交育种到基因工程
第2节
基因工程及其应用
人教版必修2
怎样让奶牛产出人奶呢？
人的细胞
人乳铁蛋白基因
奶牛的细胞
目的基因
供体细胞
受体细胞
剪刀
运载体
针线
一、基因工程的基本步骤
（一）
提取目的基因
（二）目的基因与运载体结合
（三）将目的基因导入受体细胞
（四）目的基因的检测和表达
1、要想获得目的基因必须用限制酶切几个切口？
思考与讨论:
目的基因
目的基因
黏性末端
黏性末端
G
C
T
A
T
A
G
C
T
A
T
A
2、会产生几个黏性末端？
思考与讨论:
目的基因
基因的运载体
G
C
T
T
A
A
A
A
T
T
C
G
G
C
T
T
A
A
A
A
T
T
C
G
G
C
T
T
A
A
A
A
T
T
C
G
用同种限制酶切割
G
A
A
T
T
C
C
T
T
A
A
G
G
A
A
T
T
C
C
T
T
A
A
G
DNA连接酶
作为运载体必须具备哪些条件？
1.能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2.具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
3.对宿主细胞无毒害作用。
4.具有某些标记基因，便于进行筛选。
1、常用的受体细胞：
大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等
2、常用微生物作受体细胞的原因：
微生物增殖快、代谢快、目的产物多。
3、若运载体是质粒，受体细胞为细菌应作何处理：
应用CaCl2处理
目的是：
增大细胞壁的通透性
操作过程中用到哪些工具？
（一）基因的“剪刀”
１、分布：
主要在微生物中
专一性
3’,5’-磷酸二酯键
一般产生黏性末端（或产生平末端）
——限制性核酸内切酶
二、基因工程的工具
４、结果：
3、切割具体部位：
２、作用特点：
（二）基因的针线——DNA连接酶
G
C
T
A
T
A
G
C
T
A
T
A
作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。
连接的是什么部位?
3’,5’-磷酸二酯键
DNA聚合酶和DNA连接酶的比较
不同点
相同点
DNA聚合酶
DNA连接酶
连接DNA片段
不需要模板
连接的是游离的脱氧核苷酸
需要模板
连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键
（三）基因的运输工具——运载体
1、功能：
2、常用的运载体：
3、必须具备的条件
1.原理：
基因重组
DNA分子水平
定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。
三、基因工程的概念
体外
4.结果：
3.操作环境：
2.操作水平：
１、基因工程与作物育种
四、基因工程的应用
生长快、肉质好的转基因鱼(中国)
转基因的紫番茄
2、基因工程与药物研制
3、 环境保护
超级细菌
讨论：转基因食品安全吗？
练习
1.基因工程的正确操作步骤是（
）
①使目的基因与运载体结合
②将目的基因导入受体细胞
③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求
④提取目的基因
③
②
④
①
B.
②
④
①
③
C.
④
①
②
③
D.
③
④
①
②
C
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
Ａ．①②
Ｂ．③④
Ｃ．①④
Ｄ．②③
A
3.基因工程技术中的目的基因主要来源于
(
)
A.自然界现存在生物体内的基因
B.自然突变产生的新基因
C.人工诱变产生的新基因
D.科学家在实验室中人工合成的基因
A
4.下列关于基因工程的叙述中,正确的是(
)
A.限制酶只用于提取目的基因
B.细菌体内的环状DNA均可作运载体
C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接
D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成.
5.以下说法正确的是(
)
A.目的基因是指重组DNA
B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体
D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达
C
B(共42张PPT)
第6章
从杂交育种到基因工程
第2节
基因工程及其应用
人教版必修2
教学目标
知识技能目标
简述基因工程的基本原理
举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用
情感态度价值观目标
关注转基因生物和转基因食品的安全性简
教学重点难点
述基因工程的基本原理
教学方法手段
类比猜想创设情境
例证法
能发光的水母
能否能否让热带鱼也能发光?
设想
不能发光的热带斑马鱼
能产生人胰岛素的大肠杆菌
基因“嫁接”
什么叫基因工程?
基因工程
的基本操作步骤有哪些?
归纳出科学家实施基因工程
的总体思路
阅读教材
P102，解决以下问题：
又称基因拼接技术,或重组DNA
技术。
通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向的改造生物的遗传性状。
?
基因工程(gene
engineering)
1.原理：
2.操作水平：
3.结果：
基因重组
DNA分子水平
定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。
?
基因工程(gene
engineering)
培育转基因大肠杆菌的简要过程：
你认为上述培育转基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？
普通大肠杆菌
(不能分泌胰岛素)
人体组织细胞
提取
胰岛素基因
与运载体DNA拼接
导入
大肠杆菌(含胰岛素基因)
转基因大肠杆菌
(能分泌胰岛素)
培育转基因大肠杆菌的关键步骤：
1.ONE
胰岛素基因从人体细胞内提取出来
2.TWO
胰岛素基因与运载体DNA连接
3.THREE
胰岛素基因导入受体(大肠杆菌)细胞
基因的“剪刀”
基因的“针线”
基因的运载体
如:EcoRI
1、该限制酶只能识别GAATTC的序列，说明了限制酶具有的特性是
。
2、
EcoRI限制酶识别了GAATTC的序列后，将会发生什么样的变化？
积极思考
专一性
1.基因的剪刀—限制性内切酶
基因操作(gene
engineering)的工具
CTTCATG
AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA
GGGATT
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
练习使用EcoRI
剪切目的基因
CTTCATG
AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA
GGGATT
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
目的基因
黏性末端
2.分子针线—DNA连接酶
(DNA
linking-enzyme)
积极思考
DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)分子的什么部位？
基因操作(gene
engineering)的工具
使用DNA连接酶制作重组DNA分子
甲片段
CTTCATG
AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA
GGGATT
乙片段
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
重组DNA分子
Recombinant
DNA
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
目的基因(如人的胰岛素基因)怎样才能导入受体细胞(如大肠杆菌细胞)？
3.基因的运输工具——运载体
(carrying)
常用的运载体(carrying)有两类：
(1)细菌细胞质的质粒(
plasmid)
(2)噬菌体(bacteriophages)或某些动植物病毒
(virus)
基因操作(gene
engineering)的工具
大肠杆菌的质粒
(plasmid)：
运载体(carrying)应该具有什么特点呢?
基因操作(gene
engineering)的工具
运载体(carrying)
1能够在宿主细胞内复制并稳定保存；
２具有多个限制酶切点以便与外源基因相连；
３具有标记基因，便于进行筛选．
香
蕉
鱼
最新款的摩托车
你见过树会走路吗?
谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？
给科学插上想象的翅膀，
你会收获更多！
基因工程(gene
engineering)的
“四步曲”
提取目的基因
1
目的基因与运载体结合
2
将目的基因导入受体细胞
3
目的基因的检测和表达
4
1
2
基因工程的操作工具
1.基因的剪刀
——限制性内切酶
2.基因的针线
——ＤＮＡ连接酶
3.基因的运输工具
——运载体
基因工程的操作步骤
1.目的基因的提取
2.目的基因与运载体结合
3.目的基因导入受体细胞
4.目的基因的检测与表达
基因工程(gene
engineering)的原理
1、基因工程与作物育种
基因工程的应用
生长快、肉质好的转基因鱼(中国)
乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转鱼抗寒基因的番茄
获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。
2、基因工程与药物研制
我国生产的部分基因
工程疫苗和药物
许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。
胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!
3、 环境保护 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
转基因食品
安全吗?
1.切取牛的生长激素或人的生长激素基因,用显微注射技术将它们分别注入小鼠的受精卵中,从而获得了”超级鼠”,次项技术遵循的原理是
A.基因突变
DNA
RNA
蛋白质
B.基因工程
RNA
DNA
蛋白质
C.细胞工程
DNA
RNA
蛋白质
D.基因工程
DNA
RNA
蛋白质
D
练习
b
a
2.(多选题)如图,下列有关酶功能的叙述中,正确的是
A.切断a处的酶为限制性内切酶
B.连接a处的酶为DNA连接酶
C.切断b处的酶为解旋酶
D.连接b处的酶为RNA聚合酶
ABC
3.(多选题)科学家运用基因工程技术,让羊合成并分泌抗体,相关叙述中正确的是
A.该技术导致生物定向变异
B.DNA连接酶把目的基因与运载体黏性末端碱基对连接起来
C.蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供材料
D.受精卵是理想的受体
ACD
4.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达，使“工程植物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：
①
②
③
④
（2）基因表达的含义是：
（3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：
海藻糖合成酶基因的获取
目的基因与运载体结合
将目的基因导入受体细胞
目的基因的表达和检测
基因通过转录、翻译合成蛋白质，体现出相应的性状
酶基因
mRNA
海藻糖合成酶
转录
翻译(共14张PPT)
第6章
从杂交育种到基因工程
第1节
杂交育种与诱变育种
人教版必修2
远在古代，美洲印第安人选择和培育了许多穗大粒饱的玉米。原来他们把玉米奉为神灵，用作祭祀的玉米是在隔离的条件下种植的，经过精心的管理和认真选育，不仅穗大选育出来粒饱，而且品质优良，无任何杂粒，这样就选育出了具有优良性状的玉米品种。
资料1
方法
（汰劣留良）
局限
选择范围有限，育种周期长
选择育种
资料2
小麦的高产（D）对低产(d)是对显性，抗病（T）对不抗病(t)是显性.现有高产不抗病和低产抗病的两种纯系小麦品种。
你用什么方法能把两个品种的优良性状（高产、抗病）结合在一起，又能把双方的缺点都去掉？
Ｐ
高产不抗
低产抗病
Ｆ１
高抗
Ｆ２
DDtt
ddTT
DdTt
(D—T—)
高不抗
高抗
低抗
低不抗
F3
高不抗
高抗
低抗
低不抗
DDTT
稳定遗传的高产抗病品种
杂交
自交
选优
自交
选优
显性纯合子品种
隐性纯合子品种
双亲
Ｆ１
F3
Ｆ２
自交
….
选出稳定遗传的个体，收获种子，扩大推广
杂交
自交
双亲
选出稳定遗传的个体，收获种子，扩大推广
Ｆ１
Ｆ２
Ｆ１
选优
概念：
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。
一、杂交育种
原理：
基因重组
优点：
使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即“集优”,能产生新的基因型。
中国荷斯坦牛
成就
袁隆平杂交水稻
局限：
育种进程缓慢，过程复杂（自交选择需五--六代,甚至十
几代)。
利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新基因；
概念：
二、诱变育种
诱变育种就是利用物理因素（如X射线、r射线、紫外线、激光等）或化学因素（亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使生物发生基因突变。
原理：
基因突变
方法：
优点：
产生新基因和新的性状；能提高变异的频率；后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。
物理方法（如x
射线，γ射线、紫外线，激光等）
化学方法（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）
太空育种（微重力、高真空等）
黑农大豆
局限：
具有不确定性；有利变异少，需大量处理实验材料，工作量大。
三、几种育种方法的比较
杂交育种
诱变育种
多倍体育种
单倍体育种
原理
基因重组
基因突变
染色体变异
染色体变异
方法
杂交
激光、射线或化学药品处理
秋水仙素处理萌发种子或幼苗
花药离体培养
后加倍
优点
可集中优良性状
时间短
器官大和营养物质含量高
缩短育种年限
缺点
育种年限长
盲目性及突变频率较低
动物中难以开展
成活率低，只适用
于植物
举例
高杆抗病与矮杆感病杂交获得矮杆抗病品种
高产青霉菌株的育成
三倍体西瓜
抗病植株的育成
1、请写出下面各项培育方法：
（1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是
。
（2）用60Co
辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是
。
（3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是
。
（4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于
。
（5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是
。
（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是
。
单倍体育种
诱变育种
多倍体育种
诱变育种
杂交育种
诱变育种
练习
2、下图是用某种作物的两个品种①和②分别培育出④、⑤、⑥品种的示意图，试分析回答：
①
AABB
E
Ab
------------④
D
③AaBb
F
Aabb----------⑤
②aabb
G
AAaaBBbb----⑥
（1）用①和②培育⑤所采用的D和F步骤分别是
和
。其应用的遗传学原理是
。
（2）用③培育⑤所采用的E和H步骤分别是——————————
和
。
其应用的遗传学原理是
。
（3）用③培育⑥所采用的G步骤是
。其遗传学原理是
。
H
杂交
自交
基因重组
花药离体培养
秋水仙素处理幼苗
染色体变异（单倍体育种）
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