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1,6.1杂交育种与诱变育种,第6章,从杂交育种到基因工程,2,最早的育种方法:,选择育种的优点:技术简单、容易操作 缺点:育种周期长、可选择的范围有限。,选择育种,3,设想:每种生物都有不少性状,这些性状有的是优良性状,有的是不良性状,而且不同的优良性状存在于不同的品种中。人们一直设想如果能想办法去掉不良性状,让优良性状集于一身,创造出自然条件下没有的新性状组合,突破选择育种的局限,培育出具有优良性状组合的新品种。,选择育种的局限性是:只能利用生物在自然环境条件下产生的有限变异,在已有的性状组合中选育优良品种。,4,他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师的时候,已经具有颠覆世界权威的胆识;当他名满天下的时候,却仍然只是专注于田畴,淡泊名利,一介农夫,播撒智慧,收获富足。他毕生的梦想,就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪,最是风流袁隆平。,袁隆平培育杂交水稻过程中,他利用了哪一种变异的原理?,5,水稻高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗锈病(T)对不抗锈病(t)为显性,现有纯合的高秆抗锈病的水稻(DDTT)和矮秆不抗锈病的水稻(ddtt),如果你是袁隆平,怎样才能得到矮秆抗病的优良品种?用遗传图解表示出来。,探究一:,6,以下是杂交育种的参考方案:, 高抗 矮不抗, 高抗,DDTT,ddtt,DdTt,ddTt,高抗 高不抗 矮抗 矮不抗,ddTT,矮抗 矮不抗,ddTt,ddTT,杂交,F3,思考:要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年?,7,5、缺点:,能集中位于不同品种中的优良性状。即“集优”,能产生新的基因型。,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,3、方法:,1、概念:,2、遗传学原理:,4、优点:,课本P99,一:杂交育种,纯种,杂交自交选优自交(测交),8,中国黄牛,中国荷斯坦牛,荷斯坦牛,应用,9,探究二: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,10,杂交,F3,B,b,11,!,注意,1、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。 2、比植物杂交育种所需年限短。,12,杂交育种不能创造新的基因,并且所需时间长,那有没有能出现意想不到的结果,并且需要时间相对短的育种方法呢?,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。,13,二、诱变育种:,原理:,基因突变,方法:,利用物理因素(如X射线、r射线、紫外线,激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理生物,使生物发生基因突变。,应用:,农作物新品种的培育 用于微生物育种:青霉素的选育等,15,青霉素的选育:1943年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理,培育成了青霉素高产菌株,目前青霉素的产量已达到5000060000单位/mL。,中间为青霉菌,周围是细菌。,16,来 自 太 空 育 种 的 珍 奇 瓜 果,拓展视野:,17,甘肃种植的太空育种的蔬菜,18,太空育种花卉仙客来,19,即将搭载上天的种子,20,原因:基因突变是随机不定向的。,诱变育种:,局限性:,诱变育种的方向难以掌握,有利变异少,诱变体难以集中多个理想性状。,克服方法 :,扩大诱变后代的群体(大量处理实验材料),增加选择的机会。,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。,21,育种技术的不断完善与发展的动力和原因是超越已有技术的局限性。育种学家将如何突破“不能实行种间的基因交流”这一育种技术的局限呢?,选择育种,杂交育种,诱变育种,特点:在自然产生的变异中选择 局限:不能把位于两个品种的优良性状集于一身,主要优点:有目的地把位于两个品种的优良性状集于一身 局限:不能产生新的基因,主要优点:能产生新基因 局限:该方法具有一定的盲目性,均不能实行种间的基因交流,总结:,22,23,复习:染色体变异育种,多倍体育种 实质:染色体变异 方法:秋水仙素或低温处理正在萌发的种子或幼苗 原理:秋水仙素或低温抑制纺锤体的形成诱导染色体加倍 单倍体育种: 实质:染色体变异 方法:花药离体培养 原理:花药离体培养使染色体数目减半,再经过诱导加倍,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,提高突变频率加速育种进程,明显缩短育种年限、新品种为纯种,器官较大, 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,几种主要育种方法的比较,25,骡是公驴与母马杂交所产生的后代。公马与母驴杂交的后代叫骡。 至少在3000年前,在亚洲某些地区人们已经用骡来驮运物品了,现在世界上许多地区仍在使用骡来干重活儿。 骡能吃苦耐劳,可以在马、驴等牲畜不能承担的艰苦条件下工作。骡的高度、皮毛的均匀度、颈部和臀部的形状与马相似。此外头部短而粗,耳长,肢瘦,蹄小和毛短等方面像驴。,26,27,杂种优势,杂种优势:是生物界普遍存在的现象。 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。,Eg. 骡(体力强大,耐力好),28,1: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,课后练习,29,杂 交,自 交,基因重组,花药离体培养,秋水仙素,单 倍 体,明显缩短育种年限,用秋水仙素处理,多 倍 体,染色体变异,30,基因工程及其应用,31,谁能告诉我这是?,32,谁能告诉我这是?,33,基因工程:又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。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,定向地改造生物的性状。,原理:基因重组,操作水平:DNA分子水平,操作环境:生物外,结 果:定向地改造生物的性状,获得人类所需要的品种。,一、基因工程,目的基因,34,二、 基因操作的工具,专一性,来源:,主要存在于微生物,种类:,已发现的 有200多种,作用于:,磷酸二酯键,35,限制性内切酶(EcoR)作用过程,36,被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端?,思考:,形成的黏性末端不同,不同的限制酶呢?,具有,37,被同一种限制切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端?,38,、基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶的作用:将互补配对的两个黏性末端之间的“缺口”连接起来,使之成为一个完整的DNA分子。,39,基因的针线:DNA连接酶,40,3、基因的运输工具运载体,常用的运载体:质粒、噬菌体和动植物病毒,41,大肠杆菌的质粒 (plasmid):,运载体(carrying)应该具有什么特点呢?,?,42,运载体(carrying) 1能够在宿主细胞内复制并稳定保存; 具有多个限制酶切点以便与外源基因相连; 具有标记基因,便于进行筛选,43,第一步:获取目的基因:,三、基因工程基本操作步骤,44,第二步、目的基因与运载体结合,用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口,将目的基因插入切口处,让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后,在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。,45,第三步:将目的基因导入受体细胞,常用的受体细胞:菌类和动植物细胞,46,4、目的基因的表达和检测,大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少,必须将它从中检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落,检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落,保留有表达产物的进一步培养、研究。,47,48,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,4,49,四、 基因工程的应用,一、基因工程与作物育种,50,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,51,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),52,2、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。,53,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%!,54,临床常见的生长激素,干扰素和乙肝疫苗等药物都可以用基因工程来大规模生产,1987年开始上市的干扰素,生产胰岛素历史?,55,3、 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。,56,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。,57,转基因生物和转基因食品的安全性,58,59,转基因食品已经走进我国百姓的生活。 国内尚没有转基因作物的大规模生产 近几年我国大量从美国、阿根廷等国进口大豆,其中大部分是转基因大豆。 我国有一半以上的大豆色拉油含有转基因成分。,60,现在国内都有哪些转基因食品?,第一批列入目录的农业转基因生物是: 大豆:大豆种子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕 玉米:玉米种子、玉米、玉米油、玉米粉 油菜:油菜种子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕 棉花种子 番茄:番茄种子、鲜番茄、番茄酱,61,现在市场上常见的小西红柿算是转基因食品么?,小西红柿其实并不属于转基因食品,它是通过常规育种方法培育的。,62,转基因植物的安全性争论,支持派认为:如果转基因农业生物技术得不到社会支持,这一研究将被扼杀,并且强调,迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。,63,美国人食用转基因食品已多年,超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的,还没有事例证明人吃了以后会得病,甚至会引起死亡。 加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国,均有几千万人在吃,到现在为止也没有个案例说明它有问题 。,64,反对派的观点,一英国科学家声称,转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能; 美国康乃尔大学也发现,转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,65
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