现代生物技术在育种上的应用:1、转基因技术育种:是指按照人们的意愿,把一种生物的某个基因克隆出来,加以修饰和改造,再转移到另一种生物的细胞里,从而定向地改造生物的遗传性状。包括目的基因的制备和目的基因导入受体细胞的过程。
2、转基因植物的实例:转基因烟草、转基因耐贮藏番茄、转基因抗虫作物(抗虫棉、抗虫玉米、抗虫杨树和抗虫甘蓝)、抗除草剂作物。
3、转基因动物的实例:超级小鼠、绵羊、兔等。
4、细胞杂交育种:指将同类或不同类生物体地原生质体或体细胞,在一定的物理或化学条件下进行融合形成杂种细胞,再创造条件将杂种细胞培养成完整的杂种生物个体。(如马铃薯--番茄植株和白菜——甘蓝)
植物病虫害的防治原理和方法:
1、植物病虫害的预测预报,是指人类根据植物病虫害流行规律,推测未来一段时间内病、虫的分布、扩散和危害的趋势。
2、新型农药:指具备环境和谐或生物合理的特征,具有安全、广谱、高效、低毒、无公害、易分解、与环境相容和免除有害副作用特性的农药。主要包括植物农药,抗生素农药、昆虫信息素、微生物活体农药和植物疫苗等。
3、生物防治:利用病害虫的天敌生物来防治病虫害的方法或途径。
4、性信息素:指由成虫释放于体外,能够吸引同种异性昆虫前来交尾的一类激素。
知识拓展:
1、植物病虫害的预测的常用方法:
(1)发育进度法:根据前一虫期田间害虫的发育进度,参照当时的气温预报和相应的害虫体态变化经历的时期,推算出以后虫害的发生期。
(2)期距法:利用在一定的气象条件下,病菌和害虫生长发育阶段较为稳定的经历时期,推算以后病虫害的发生期。
(3)有效积温法:利用病虫害的有效积温较为稳定的特点来预测病虫害的发生时期。
(4)物候法:据同一地区其他物种与病虫害对外界环境因素有相同的时间性反应来进行预测。
2、生物防治的策略:
(1)控制虫害密度,主要途径有保护,利用本地天敌和引进外地天敌。
(2)保护排斥系统,保护植物叶和根周围的大量有益微生物,利用这些微生物作为活的屏障,排斥有害生物的侵染。
(3)诱导植物的抗性:诱导植物体产生抗性。
(4)使病菌和害虫生病:将“不育基因”或“自杀基因”导入害虫,使其不能生育或在有危害能力前就自杀身亡;人工接种或传播病菌和害虫的致病病毒,使害虫和病菌死亡。
基因工程的基本操作程序:1、目的基因的获取
(1)目的基因是指: 编码蛋白质的结构基因。
(2)获取方法:①从基因文库中获取;②人工合成(反转录法和化学合成法);③PCR技术扩增目的基因。
2、基因表达载体的构建
(1)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用。
(2)组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因。如图:
①启动子:是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA,最终获得所需的蛋白质。
②终止子:也是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的尾端。
③标记基因的作用:是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。
(3)基因表达载体的构建过程:
3、将目的基因导入受体细胞
(1)转化的概念:是目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
(2)常用的转化方法:
生物种类 |
植物细胞 |
动物细胞 |
微生物细胞 |
常用方法 |
农杆菌转化法 |
显微注射技术 |
Ca2+处理法 |
受体细胞 |
体细胞 |
受精卵 |
原核细胞 |
转化过程 |
将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达 |
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 |
Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子 |
(3)重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。
4、目的基因的检测和表达
(1)首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子杂交技术。
(2)其次还要检测目的基因是否转录出mRNA,方法是用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。
(3)最后检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原--抗体杂交。
(4)有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
知识点拨:
1、构建基因文库的目的为了在不知目的基因序列的情况下,便于获得所需的目的基因。
2、PCR技术:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。PCR扩增是获取目的基冈的一种非常有用的方法,也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。
3、基因文库中不是直接保管相应基因,基因文库中的基因保存在受体菌中。
4、在基因工程的四个操作步骤中,只有第三步将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对,其余三个步骤都涉及碱基互补配对。
5、原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少,有利于目的基因的复制与表达,因此常用大肠杆菌等原核生物作为受俸细胞。
6、植物细胞的全能性较高,可经植物组织培养过程成为完整植物体,因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞;动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵。
7、转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中,从而使受体生物获得了新的遗传特性的现象,从其变化的实质看,这种变异属于可遗传变异中的基因重组。
知识拓展:
1、基因文库的构建:
(1)概念
①基因组文库:含有一种生物的全部基因。将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因组文库。
②cDNA文库:只包含了一种生物的部分基因。
(2)构建过程
基因组文库的构建 |
cDNA文库的构建 |
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|
2、人工合成目的基因
(1)反转录法:
(2)人工合成目的基因
3、PCR技术扩增目的基因
①原理:DNA双链复制
②过程:
第一步:加热至90~95℃DNA解链;
第二步:冷却到55~60℃,引物结合到互补DNA链;
第三步:加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
转基因生物的安全性:
1、转基因生物存在安全性问题的原因
(1)目前对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制都了解得相当有限。
(2)目的基因往往是异种生物的基因。
(3)外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。
2、转基因生物的安全性争论:
(1)基因生物与食物安全:
反方观点:反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变
正方观点:有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据
(2)转基因生物与生物安全:对生物多样性的影响
反方观点:扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”
正方观点:生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限
(3)转基因生物与环境安全:对生态系统稳定性的影响
反方观点:打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体
正方观点:不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境
3、理性对待转基因技术:趋利避害,不能因噎废食。