第六章从杂交育种到基因工程

第六章从杂交育种到基因工程

一、本单元在高中生物新课程中的地位和作用 本章把前五章关于遗传和变异基本原理在生产实践中的应用进行综合讲述，突出生物技术的改进对生物学知识、原理的应用所起的推动作用，帮助学生认识科学技术的本质，对学生科学素养的养成有很大的帮助。

生物育种知识是高中生物新课程教学中的重点知识，该知识内容不仅是必修2的学习主线之一，还与选修3现代生物科技专题中的基因工程专题有密切的联系。育种知识不仅与生产实践有着密切的联系，而且通过该内容的分析学习，还可以训练学生的各方面能力。生物育种知识是高中生物新课程教学中的重点知识，该知识内容不仅是必修2的学习主线之一，还与选修3现代生物科技专题中的基因工程专题有密切的联系。育种知识不仅与生产实践有着密切的联系，而且通过该内容的分析学习，还可以训练学生的各方面能力。一、本单元在高中生物新课程中的地位和作用

第1章的分离定律与自由组合定律，为理解本章介绍的传统育种方法所依据的遗传学原理打下了基础。 第3章中有关DNA的结构、基因的本质，第4章中基因指导蛋白质合成等内容，是学习本章基因工程及其应用的基础。第5章中有关基因突变的内容是学习本章诱变育种的基础。本章关于基因工程及其应用的内容是学习选修3现代生物科技专题中的基因工程专题的基础。二、本单元与高中生物新课程中其他章节的联系

三、本章内容 • 第1节杂交育种与诱变育种（1课时） • 第2节基因工程及其应用（2课时）

教材通过截取杂交育种、诱变育种和基因工程这三个最有代表性的阶段，介绍育种技术的递进发展历程，说明超越已有技术的局限性是育种技术的不断完善与发展的动力和原因，揭示科学和技术是在不断发现与超越的过程中互动发展的关系，有利于学生认识科学技术的本质。教材通过截取杂交育种、诱变育种和基因工程这三个最有代表性的阶段，介绍育种技术的递进发展历程，说明超越已有技术的局限性是育种技术的不断完善与发展的动力和原因，揭示科学和技术是在不断发现与超越的过程中互动发展的关系，有利于学生认识科学技术的本质。四、教材内容分析

本章教学内容呈现方式灵活，要注意引导学生从教材中提取信息，培养学生自主学习的能力。本章教学内容呈现方式灵活，要注意引导学生从教材中提取信息，培养学生自主学习的能力。四、教材内容分析

五、《普通高中生物课程标准（实验）》对本章内容的要求五、《普通高中生物课程标准（实验）》对本章内容的要求 • 1、搜集生物变异在育种上应用的事例。 • 2、关注转基因生物和转基因食品的安全性。《标准》还提出了两项活动建议：（1）运用遗传和变异原理，解决生产和生活实际中的问题。（2）进行转基因生物和转基因食品安全性的资料收集和分析。

六、重点难点 1、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 • 基因工程的基本原理 • 基因工程的安全性问题 2、教学难点： • 杂交育种和诱变育种的优点和局限性 • 基因工程的基本原理 • 转基因生物和转基因食品的安全性

高一高二教学中的不同实施方案 • 在讲杂交育种和诱变育种的优点和局限性的时候，对于高一的学生，可以给与比较充分的时间让学生自己总结，而高二可以在提出问题后，由教师来总结。 • 第二节内容在高一教学中可安排两课时，第一课时讲解基因工程的原理，第二课时可采取模拟听证会等活动形式，对基因工程的安全性进行充分的交流，在高二可以安排在一课时之内完成，主要采取小组讨论，个别发言，教师总结的方式进行教学。

谢谢指导

重难点突破1 抓住两条主线： 1.整体主线：在育种历史上，从选择育种同一物种中已有基因的整合制造新基因不同种生物之间基因的移植，介绍育种技术的递进发展历程，说明超越已有技术的局限性是育种技术的不断完善与发展的动力和原因，揭示科学和技术是在不断发现与超越的过程中互动发展的关系，有利于学生认识科学技术的本质。

重难点突破1 两条主线： 1.整体主线实施方案：主要采用“情境设问——探索解决——发现新问题”的教学策略，设计一系列递进式的问题，逐步展开教学。

重难点突破1 两条主线： 2.细节主线：在具体的育种方法的学习中，以“方法介绍――突出优点――局限性思考”为主要线索，讲述遗传与变异的基本原理在实践上的应用。

重难点突破1 两条主线： 2.细节主线实施方案：举一些生产实践上的实例，让学生自己去找出方法，写出步骤，解决问题，同时引导学生自行总结各种育种方法的优点、缺点，既顺利突破第一个重难点，又锻炼了学生解决实际问题的能力。

重难点突破2 基因工程的基本原理《标准》必修部分没有对本章关于基因工程的基本原理的内容作出明确的要求，只是在选修3提出了“简述（了解）基因工程的原理和技术”的要求。因此，对基因工程的基本原理和过程的学习在现阶段不宜拓展和加深，应控制在一般了解的水平。实施方案：书上有比较清晰的插图，而且已经用了比较形象的比喻，可以根据插图来逐步讲解，有条件可以播放动画。

重难点突破3 转基因生物和转基因食品的安全性实施方案：这部分内容的呈现具有一定的开放性，展示了对转基因食品安全性问题认识的不同观点，可以引导学生对转基因生物和转基因食品的安全性问题的进行关注、思考和小组交流。

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

（1）古印第安人培育玉米的方法称为。 选择育种（2）选择育种的优缺点是。 • 优点：技术简单、容易操作。 • 缺点：选择范围有限，育种周期长。

进一步思考 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。？能不能将不同品种中的优良性状结合在一起？

遗传规律的应用及能力的培养 例如：已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对易染锈病（t）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。你用什么方法能把两个品种的优良性状结合在一起，又能把双方的缺点都去掉？将你的设想用遗传图解表示出来。

高杆抗病 矮杆不抗病 P DDTT × ddtt F1 DdTt 高杆抗病总结方案第一步：先杂交得到高抗植株；第二步：将矮抗植株连续自交直至不再发生性状分离为止。

× D_T_, D_tt , ddT_, ddtt F2 连续自交直至到不再发生性状分离为止 ddTT(矮抗) F1:DdTt 高杆抗病像这样显性性状是优良性状，采用杂交育种必须连续自交4～5代后种子才相对较纯，育种年限至少5年。

思考 :1.你预计在实际操作中会遇到哪些困难?

深入思考 ？还有什么育种方法有可能缩短育种年限，使具有小麦的矮杆抗锈病的品种能更迅速在生产实践上得到应用？引入单倍体育种，将旧知识与新知识联系起来，形成完整知识体系。

单倍体育种 PDDTT×ddtt 　　　　　 ↓ F1 DdTt ↓ 花药离体培养单倍体植株　(DT、Dt、dT、dt) 人工诱导加倍淘汰高杆易染锈病、选矮秆抗病的个体（ddTT）高杆抗病、矮秆易染锈病 ↓ 个体（DDTT、DDtt、ddtt）采收种子留种

进行情感教育 ● 袁隆平（杂交水稻专家） 2000年国家最高科学技术奖 2004年十大感动中国人物之一　　颁奖辞：他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师时，已具有颠覆世界权威的胆识；当他名满天下时，却仍专注于田畴。淡薄名利，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。详情>>

杂交育种的方法用于家畜、家禽的育种 中国荷斯坦牛：荷斯坦—弗里生牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形成的优良种。泌乳期可达305天，年产乳量可达6300kg以上。

学生总结杂交育种的原理、优点、缺点 原理：通过有性生殖实现基因重组（符合基因的自由组合定律或染色单体上的基因重组）优点：能根据人的预见把位于两个品种上的优良性状集于一身。缺点：（1）只能利用已有基因的重组，按需选择，不能创造新的基因（2）杂交后代会出现分离现象，育种进程缓慢，过程复杂。

在杂交育种的过程中运用单倍体育种的方法可以显著缩短育种进程。但是仍然不能产生新的基因，应怎样做才能产生更多可供选择的新基因呢？ 递进式问题回忆基因突变的相关知识

诱变育种 人工利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。应用： ①农作物新品种的培育，新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。如“黑农五号”大豆，产量提高了16%，含油量比原来提高了2.5%。

中间为青霉菌，周围是细菌。 ②用于微生物育种：例如青霉素的选育。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50000～ 60000单位/mL。

讨论： • 与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？优点：创造新的基因，提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状；变异范围广。 • 联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。局限性：由于突变的不定向性，有利变异少，必须大量处理材料，因此该种育种方法具有一定的盲目性。 • 要克服这些局限性，可以采取什么办法？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。

小结基因突变基因重组可以集中两个亲本的优良性状育种年限缩短，改良某些性状不能创造出新的基因,育种时间长有利不多，需大量处理用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦太空辣椒的培育、青霉菌的选育等微生物的育种方面

我国杂交育种和诱变育种成果 • http://heilongjiang.mofcom.gov.cn/aarticle/sjdixiansw/200609/20060903175477.html • http://today.hit.edu.cn/2005/11-26/11083832.shtml • http://www.agri.gov.cn/kjtg/t20060126_544092.htm • http://www.legalinfo.gov.cn/misc/2006-04/05/content_294294.htm（鲁棉一号） • http://www.legalinfo.gov.cn/misc/2006-04/03/content_292699.htm

第6章从杂交育种到基因工程 第2节基因工程及其应用

资料分析引入 资料一：目前，全球的氮肥生产耗费世界总电力的3%-4%，且农作物只能吸收氮肥的1/10,造成了大面积土壤和水质的污染。 • 豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮

资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有极强的韧度，其韧度是同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。30多年来，科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法。资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有极强的韧度，其韧度是同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。30多年来，科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法。 • 蜘蛛能够吐出蛛丝

资料三 以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从100千克猪、牛等动物的胰腺只能提取3－4克胰岛素，治疗一个患者需宰杀40－50头牛，这种药物的造价就可想而知了。微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快

能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？ 设想一设想二能否让细菌“吐出”蛛丝？能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？设想三经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。

基因工程概念 基因工程：又叫基因拼接技术或DNA重组技术。就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰和改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向的改变生物的遗传性状。？基因工程是在分子水平的设计和施工，需要有专门的工具，生物体内有哪些专门的工具呢？

基因工程操作的工具 • 将目的基因片断从人体细胞内提取，需要基因的剪刀——限制性内切酶。 • 将目的基因与运载体DNA连接，需要基因的针线——DNA连接酶。 • 将目的基因运入大肠杆菌，需要基因的运输工具——运载体。

限制性内切酶 • 分布：主要在微生物中。 • 特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 • 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 • 举例：大肠杆菌的一种限制酶（EcoRⅠ）能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA 分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。

点击播放 限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程

DNA连接酶 ？基因进行了切割以后就有了切口，怎样才能将有切口的基因与其他基因缝合在一起呢？ • 连接酶的作用：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。

点击播放 DNA连接酶的作用过程

A AT T C G G C T TA A 重组DNA分子（外源基因）？如何将外源基因送入受体细胞呢？

运载体 能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。 • 作用：将外源基因送入受体细胞。 • 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。

第六章 从杂交育种到基因工程