第六章 从杂交育种到基因工程
第1节 杂交育种与诱变育种
第2节 基因工程及其应用
一·古代人类的育种方式－－选择育种
原理：
利用生物的变异，通过长期选择，汰劣留良，培养出优良品种。
缺点：
1·周期长
2·可以选择的范围有限
！
注意
动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交，而应改为测交。
补充：杂种优势的利用（获得的杂种一代的优势）与一般的杂交育种有所区别，但也属于杂交育种。
杂种优势
基因型不同的两个亲本个体杂交产生的杂种第一代（F1代），在生长力、繁殖力、抗逆性、产量等性状上优于两个亲本的现象。如骡子，杂交稻，杂交棉，杂交玉米。
三、诱变育种
概念：利用物理因素（如X射线，紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸等）处理生物，使生物发生基因突变。
原理：基因突变
方法：辐射、激光诱变，化学诱变，太空育种等。
优点：能提高突变率，产生新基因；在较短时间内获得更多的优良变异类型。
缺点：难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合；有利变异少，须大量处理实验材料。
应用：太空作物的培育 、青霉菌的选育等。
练习 :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
基因重组
基因突变
染色体变异（成倍减少）
染色体变异（成倍增加）
杂交
用物理或化学方法处理生物
花药离体培养→单倍体→秋水仙素处理→纯种
秋水仙素处理
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
有利变异少，需大量处理供试材料
明显缩短育种年限，育种时间较短。
技术复杂，需与杂交育种配合
各种器官大、营养成分高、抗性强
与杂交育种配合；获得的新品种发育延迟
育种时间最长
1．通过改变原有基因结构而导致新品种出现的方法是
A．杂交育种 B．单倍体育种 C．多倍体育种 D．诱变育种
2．用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病(DDTT)和矮秆不抗锈病(ddtt)进行育种时，一种方法是杂交得到F1，F1再自交得到F2；另一种方法是用F1的花药进行离体培养，再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株。下列叙述正确的是 A．前一种方法所得的F2中重组类型、纯合子各占5/8、l/4
B．后一种方法所得到的植株中可用于生产的类型比例为2/3
C．前一种方法的原理是基因重组，原因是非同源染色体自由组合
D．后一种方法的原理是染色体变异，是由于染色体结构发生改变
二、多选题：
3．种子植物最典型的特征是依靠种子繁殖，下列关子种子繁殖特点的叙述不正确的是
A．后代适应环境的生活力较强并可能出现较多的变异
B．能使后代保持亲本的优良性状，不易发生性状分离
C．繁殖速度快，有利于人工选择后的品种大规模的繁殖
D．基因重组和突变的频率高，能够产生新的优良品种
4．湖南省溆浦一名女青年在自家一株桃树上发现一个枝条上结的桃比其他枝条上的桃果大、味甜、成熟期早，就向育种专家袁隆平请教如何保存这一优良性状并扩大栽培。在袁隆平多次指导后，该女青年培育成了一种新的桃树品种，请问：
(1)该变异枝条的产生应属于何种变异?
(2)袁隆平传授给该女青年的技术应是 ( )
A．杂交育种技术 B．诱变育种技术
C．单倍体育种技术 D．嫁接技术
(3)从生殖的类型来看，该技术属于 生殖，它的优点是 。
5．以上是五种不同育种方法示意图，请据图回答：
5．五种不同育种方法示意图，请据图回答：
（1）图中①的育种方法的名称是 ，依据的原理是 。杂种优势在抗逆性等方面明显优于纯种亲本。马铃薯、甘薯等作物，生产上只要选择一些具有杂种优势的优秀单株进行
，就可保留杂种优势。玉米、小麦等作物的杂种优势一般只能利用F1，F2开始就会出现 现象。为减少每年均需制种的工作量，可利用 技术，将F1体细胞通过培养得到大量的杂种幼苗。
（2）图中④过程对种子或幼苗进行相关处理的最佳作用时期是 。
（3）你能说出图中②、③、⑤过程的育种方法名称吗？
原 理：
操作水平：
结 果：
目的基因
供体细胞
受体细胞
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。
获得新性状
四个基本步骤：
1）提取目的基因
2）目的基因与运载体结合
3）将目的基因导入受体细胞
4）目的基因的检测和表达
基因的剪刀—限制性内切酶（简称限制酶）
（一）基因操作的工具
限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。
特点：专一性。
即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。
练习使用EcoRI 剪切目的基因
黏性末端
基因的针线——DNA连接酶
（二）基因操作的工具
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
磷酸二酯键
基因的运载工具——运载体：
常用的运载体主要有两类：
1）细菌细胞质的质粒
2）噬菌体或某些动植物病毒
（三）基因操作的基本步骤
不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。
受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？
若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。
转基因龙胆花色奇异
转基因蓝猪耳改变花色
转基因牵牛花改变了花色
A：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的花。
B：转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，
2002年，中国转基因棉花达到150万公顷，已经占到棉花产量的1／3.
我国大豆食用油近七成是“转基因”产品
与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？
目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短
基因工程在畜牧业的应用
繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物（如奶牛）。
该过程的重要步骤是重组DNA转移到动物受精卵中。
将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。
（1）要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作中应选用
A、只需DNA连接酶
B、同一种限制酶和DNA连接酶
C、只需限制酶
D、不同的限制酶和DNA连接酶
练 习
（2）下列各项中，说明目的基因完成了表达的是
A、棉珠中含有杀虫蛋白基因
B、大肠杆菌中具有胰岛素基因
C、酵母菌中产生了干扰素
D、抗病毒基因导入土豆细胞中
（3）有关基因工程的叙述正确的是
A、限制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、质粒都可作为运载体
D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料
（4）有关基因工程的叙述中，错误的是
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来
B、 限制性内切酶用于目的基因的获得
C、目的基因须由运载体导入受体细胞
D、人工合成目的基因不用限制性内切酶
（5）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
（6）实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ顺序，切点在Ｇ和Ａ之间，这是利用了酶的
Ａ、高效性　　　Ｂ、专一性　　　
Ｃ、多样性　　　Ｄ、催化活性易受外界影响
（8）不属于基因工程方法生产的药物是
A、干扰素 B、白细胞介素
C、青霉素 D、乙肝疫苗
（7）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
Ａ、③②④① Ｂ、②④①③
Ｃ、④①②③ Ｄ、③④①②
（9）采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是①将毒素蛋白注射到棉受精卵中　　② 将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，注射到棉受精卵中　③将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养④将编码毒素蛋白的ＤＮＡ序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中Ａ、① ② Ｂ、② ③ Ｃ、③ ④ Ｄ、④ ①
（11）在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的
A、人工合成目的基因
B、目的基因与运载体结合
C、将目的基因导入受体细胞
D、目的基因的检测和表达
（10）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
（12）下列各项中，与基因工程无关的是
A、选择“工程菌”生产胰岛素
B、培育转基因抗虫棉
C、人工诱导多倍体
D、利用DNA探针检测应用水是否含有病毒
（13）基因工程中常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是
A、结构简单、操作方便 B、繁殖速度快
C、遗传物质含量少 D、性状稳定，变异少
3．采用基因工程技术将人凝血因子基因导人山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是 B
A．人体细胞中凝血因子基因中的碱基对数目，一定等于凝血因子氨基酸数目的3倍
B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导人羊的受精卵
C．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA
5．在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体．把目的基因重组人Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。
(1)科学家在进行上述基因操作时，要用同一种 分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过 而黏合。
(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的 ，原因是 。
(3)种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是 。
7．番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。这种转基因番茄已于1993年在美国上市，请回答：
(1)促进果实成熟的重要激素是 。
(2)在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是 ，基因的“针线”是 ，基因的“运输工具”是 。
(3)进行基因操作一般要经过的四个步骤是 、 、
、 。
8．中国科学家陈炬成功地把人的抗病毒干扰素基因植入烟草的细胞中并“嫁接”到其DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力。试分析回答：
(1)人的抗病毒干扰素的化学本质是 。
(2)在该实验操作过程用到的工具酶有 和 。
(3)人的抗病毒干扰素基因之所以能“嫁接”到植物的DNA分子上去，是因为 。
(4)烟草有了抗病毒的能力，这表明烟草体内产生了 。这个事实说明，人和植物共同有一套 ，蛋白质的合成方式 。
(5)这个事实也说明，现代地球上的生物是由共同的原始祖先经过漫长的地质年代进化而来,它们之间有着或远或近的 关系。