❶ 生物與遺傳工程
遺傳工程
根據遺傳學原理,按照人們預先設計的生物藍圖,對生物的遺傳物質進行有計劃的操作,以達到定向改造生物的遺傳組成,使其獲得新的遺傳性狀,這個工程稱為遺傳工程。
「遺傳工程」有廣義和狹義之分。廣義的「遺傳工程」包括細胞水平上的遺傳操作(細胞工程)和分子水平上的遺傳操作(基因工程);狹義的「遺傳工程」就是基因工程(genetic engineering)——參見重組DNA技術(recombinant DNA technology),1980年Hobom B.採用合成生物學(synthetic biology)的概念,2000年Kool E.重新定義合成生物學為基於系統生物學的遺傳工程,由於人工DNA的合成、全基因乃至基因組的合成,21世紀遺傳工程已經進入了人工設計與合成生物系統的基因結構、基因調控網路、乃至基因組的時代。
一種遺傳學技術,藉助生物化學的手段,將一種生物細胞中的遺傳物質取出來,在體外進行切割和重新組合,然後引入另一種生物的活細胞內,以改變另一種生物的遺傳性狀或創造新的生物品種,也叫基因工程。
俗話說:「莊稼一枝花,全靠肥當家。」在肥料中,氮肥又是最重要的一種。
各種莊稼在生長過程中都需要大量的氮肥。可偏偏大豆、花生等豆科作物卻可以少施氮肥,甚至不施氮肥,也會長得很好。這是為什麼呢?原來每棵豆科作物自己都有許多「小化肥廠」。這些「小化肥廠」就是生長在它們根部的大批根瘤菌。根瘤菌有個特殊的本領——固氮。它們能夠把空氣中的氮氣收集起來,製造成氨,不斷地供給豆科作物使用。
除了豆科作物,其他農作物像小麥、水稻、玉米、高粱等,都沒有這樣的「小化肥廠」,要想獲得高產,就要施大量的氮肥。
有沒有一種辦法,讓這些禾本科的作物自己製造氮肥,自給自足?在出現了「遺傳工程」這門新科學以後,這種幻想才有了實現的可能。
什麼是遺傳工程
「遺傳」,說的是生物方面的事兒;「工程」,說的是建築方面的事兒。
「遺傳」和「工程」怎麼連在一起呢?難道人們可以像設計新的建築物那樣,來設計新的生物嗎?
不錯,正是這樣。遺傳工程這門新科學,要乾的就是這件事。
大家都知道,各種生物都跟它們的上一代基本相同,也能生出和它們基本相同的下一代來。這種現象叫做遺傳。但是,下一代跟上一代又不可能完全相同,總會發生一些極細微的差異。這種現象叫做變異。那麼,遺傳和變異是由什麼決定的呢?經過科學分析,現在已經斷定,這種物質就是核酸。核酸主要集中在每個細胞核里。生物的下一代接受了上一代的核酸,這些核酸對它們的生長和發育起著決定性的作用。所以只要深入研究核酸的化學結構,就可以揭開遺傳和變異的奧秘。
核酸是一種非常復雜的化合物,它有兩種:一種是脫氧核糖核酸,通常用DNA代表;另一種是核糖核酸,通常用RNA代表。
我們就以脫氧核糖核酸來說吧,它是一種高分子長鏈多聚物,一個分子是由幾十個到幾十億個以上的核苷酸組成的。核苷酸又可以分成四種類型。這四種類型的核苷酸的排列次序不同,就決定了各種生物的遺傳性。核苷酸好比電報字碼,電報字碼雖然不多,編排順序卻可以千變萬化,每一組不同的字碼編排代表一個中文意思。同樣的道理,核苷酸雖然只有四種類型,成千上萬個核苷酸編排順序的不同,就成了不同的遺傳基因。正因為核苷酸的編排順序類似電報密碼,人們就把它稱作「遺傳密碼」。生物就靠脫氧核糖核酸分子長鏈上的各種不同的「遺傳密碼」,保證遺傳性狀一代一代傳遞下去。如果「遺傳密碼」出了一點錯誤或遺漏,必然會影響下一代的生長發育而發生變異。
既然遺傳基因就在脫氧核糖核酸分子長鏈上,那麼,人們如果識別了這些密碼,能不能通過增添或除去一些基因,有目的地改造生物呢?
遺傳工程就是根據這種設想產生的。它用類似工程設計的辦法,先對生物進行設計,把一種生物體內的脫氧核糖核酸分子分離出來,經過人工「剪切」,重新組合,再安到另一種生物的細胞里,使這種生物具有某些新的結構和功能。
給細菌做手術
把這種設想變成現實,當然不是一件容易的事情。現在許多國家的科學家都在研究這項技術,並且已經摸出了一些門道。
舉個例子來說,我們想使某種細菌能像蠶一樣合成絲蛋白,產生出蠶絲來,就可以把蠶的脫氧核糖核酸的分子分離出來,「剪切」下來製造絲蛋白的「基因」。再從細菌的細胞里提取出一種叫「質粒」的脫氧核糖核酸分子,把它和「剪切」下來的基因接在一起,再送回到細菌的細胞里去。
這個辦法說起來簡單,可是要做到這一點起碼要有兩種酶。因為脫氧核糖核酸的分子非常小,要用電子顯微鏡才看得見,要把它鏈卜的製造絲蛋白的「基因」「剪切」下來,當然不能用普通的剪刀,而要用一種「限制性核酸內切酶」。這是一種蛋白質,它有個特殊的本領,能識別脫氧核糖核酸分子上特定的位點,把它分成長短不一的片斷。有時候恰到好處,剪下來的是整個基因,有時候也會把基因剪壞。那也不要緊,因為到目前為止,已經發現了上百種限制性核酸內切酶,等於有了上百種各種各樣的剪刀,總能挑選到一種合適的不會把基因剪壞的「剪刀」。細菌細胞內的一種叫做「質粒」的脫氧核糖核酸分子,也要用同樣的「剪刀」來剪,這樣才能使兩個「切口」正好互相吻合。為了使它們連接得更加牢靠,還要用另一種酶,叫做連接酶,把接縫抹掉。
經過了這樣一套手術,細菌將會像蠶那樣合成絲蛋白,有了生產絲的本領。
到現在為止,這個辦法還處在試驗階段,沒有實際應用。但是我們相信,沿著這條道路走下去,將來總有一天,可以把動植物的遺傳基因移植到細菌里去,或是把細菌的遺傳基因搬到動植物細胞中來。這樣,人們就有可能創造出許多新品種的生物。到了那個時候,遺傳工程這套新技術,就會廣泛地應用到農業、工業、醫學和國防上去,使這些領域發生驚人的變化。
人工創造生物新品種
人家知道,培育優良品種是提高糧食產量和質量的重要途徑。目前最有效的育種方法是有性雜交。但是,這種方法只能在同種生物之間或者親緣關系很近的生物之間才能進行,親緣關系遠的生物,如禾本科作物小麥和豆科作物大豆就不能雜交,因為它們的生殖細胞不能結合。
「遺傳工程」不受這個限制。目前科學家們想把豆科作物的根瘤菌里能固氮的基因取出來,移植到生活在小麥、水稻、玉米這些莊稼根旁邊的細菌里去,使這些細菌也有固氮的本領。這種本領能一代一代傳下去,不斷地供給植物氮肥。
科學家們還准備採取另外一種辦法,乾脆不用細菌幫忙,直接把根瘤菌的固氮基因移植到小麥、水稻、玉米這些莊稼的細胞里去,使它們自己就能固氮。如果這個辦法成功了,就等於給每棵莊稼辦了一個「小化肥廠」。現在我國農村每個生產隊每年都要買化肥,將來這一大筆錢就可以省下來了。
讓細菌給我們制葯
遺傳工程在工業生產上,也將產生很大的影響。我們也來舉一個例子:
治療糖尿病的特效葯胰島素,目前是從豬、牛等牲畜的胰腺中提取出來的。一噸胰腺只能生產半兩多一點的胰島素,遠遠跟不上糖尿病病人的需要。如果我們把胰腺細胞里產生胰島素的基因移植到大腸桿菌里去,就能使大腸桿菌產生胰島素。大腸桿菌的繁殖比高等生物快得多,在合適的條件下,繁殖一代只要25分鍾,最多也超不過兩小時。這項試驗一旦成功,胰島素的產量就可以大大增加,成本也可以大大降低。
治療遺傳疾病
遺傳工程還能幫助人治療遺傳性疾病。
有的人成了天生的白痴,同由於他們身體的細胞里缺少了一種「半乳糖酶」。醫生為了治這種病,就可以把細菌產生半乳糖酶的「基因」提取出來,移植到病人身體的細胞里去,使病人自己能產生半乳糖酶,這就有可能把白痴治好。這種應用遺傳工程的醫治辦法叫做基因治療。
據統計,人類的遺傳疾病有一兩千種之多,目前大多是不治之症。隨著遺傳工程的發展,將來有可能成為可治之症。這是多麼令人高興的事情啊!
遺傳工程是一門新興的科學,這幾年發展很快,許多國家都在研究。但是國外也有些人反對搞遺傳工程。他們害怕產生出容易引起癌症的病毒或細菌,使癌症廣泛流行;害怕產生出耐抗菌素的新菌種,給治病造成困難;還害怕擾亂和破壞了正常細胞的功能,造成奇怪的疾病……在美國,這個問題曾引起了科學界激烈的爭論,還規定了一些安全措施。
對遺傳工程的種種顧慮,都是根據現有的知識推測出來的,是不是真的那麼危險,還要通過實驗來確定。我們開展這項研究工作,當然要認真對待,採取必要的安全措施,但是害怕是完全不必要的。
一門新科學給人類帶來的是禍還是福,其實並不決定於這門科學本身,就像原子能那樣,既可以用來造福於人類,也可以用來做殺人武器。我們研究遺傳工程,應該努力發展它對人民有利的方面,限制和消滅它對人民有害的方面,更要警惕和反對利用遺傳工程進行生物戰爭。我們相信遺傳工程一定能成為人類改造自然、征服自然的有力工具。
❷ 能打破物種界限,定向改造生物遺傳性狀,按照人類的意願培育生物新品種的方法有()A.誘變育種和轉
A、誘變育種的原理是基因突變,而基因突變是不定向,所以不能定向改造生物遺傳性狀,A錯誤;
B、雜交育種的原理是基因重組,不同物質之間存在生殖隔離,所以不能打破物種界限,B錯誤;
C、雜交育種的原理是基因重組,不同物質之間存在生殖隔離,所以不能打破物種界限;誘變育種的原理是基因突變,而基因突變是不定向,所以不能定向改造生物遺傳性狀,C錯誤;
D、基因工程是指按照人們的意願,進行嚴格的設計,並通過體外DNA重組和轉基因等技術,從而創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品,D正確.
故選:D.
❸ 不能創造生物新品種的方法是()A.轉基因技術B.克隆技術C.人工選擇、繁育D.雜交育
A、轉基因技術:按照人的意願,運用人工方法,對生物的基因組成進行「移花接木」式改造的重組技術.把一種生物的某個基因,用生物技術的方法轉入到另一種生物的基因組中,培育出的轉基因新品種.該選項不符合題意.
B、克隆技術:人工遺傳操作動物進行無性繁殖的技術,克隆後代與親代具有完全相同的基因組成.該選項符合題意.
C、人工選擇、繁育:以自然變異為基礎,根據個體的表現型選擇符合人類需要的基因組成,經過長期積累達到改良品種的目的.該選項不符合題意.
D、雜交培育:用不同品種雜交獲得雜交品種後,在雜交後代中進行選擇以育成符合生產要求的新品種.這種方法是廣泛應用而且有效的育種方法.該選項不符合題意.
故選:B.
❹ 生物育種的方法
(1)雜交育種:1.方法:自交多代 2.原理: 基因重組 3.優點: 操作簡便 4.缺點: 育種周期長
(2)誘變育種:1.方法步驟: 化學試劑物理射線等 2.原理: 基因突變 3.優點: 育種周期短 4.缺點: 變異不定向 有利變異少
(3)單倍體育種:1.方法步驟: 花葯離體培養 幼苗上撒秋水仙素 2.原理: 染色體變異 3.優點:育種周期短 性狀穩定 4.缺點: 、技術比較繁雜 技術要求高
(4)多倍體育種的方法: 秋水仙素處理種子或幼苗 原理: 染色體變異
(5)基因工程育種:使用的工具 限制性內切酶 DNA連接酶 ,原理: 基因突變 ,應用: 用細菌生產葯物 ,特點 大量 高效 成本低 。
❺ 人工選擇和轉基因技術
A、轉基因技術:按照人的意願,運用人工方法,對生物的基因組成進行「移花接木」式改造的重組技術.把一種生物的某個基因,用生物技術的方法轉入到另一種生物的基因組中,培育出的轉基因新品種.該選項不符合題意.
B、克隆技術:人工遺傳操作動物進行無性繁殖的技術,克隆後代與親代具有完全相同的基因組成.該選項符合題意.
C、人工選擇、繁育:以自然變異為基礎,根據個體的表現型選擇符合人類需要的基因組成,經過長期積累達到改良品種的目的.該選項不符合題意.
D、雜交培育:用不同品種雜交獲得雜交品種後,在雜交後代中進行選擇以育成符合生產要求的新品種.這種方法是廣泛應用而且有效的育種方法.該選項不符合題意.
故選:B.
❻ 高中生物
誘變育種: 是指利用人工誘變的方法獲得生物新品種的育種方法。(這句話在中學領域來說應該是完全正確的,已經查閱相關資料。)其原理是基因突變。人工誘變的方法包括:物理方法(X射線、射線、紫外線、中子、激光、電離輻射等)、化學方法(鹼基類似物、硫酸二乙脂、亞硝酸、秋水仙素等)。所處理的生物材料必須是正在進行細胞分裂的細胞、組織、器官或生物。處理的時期是細胞分裂的間期。(這句話主要是針對中學生,為了讓學生能夠更好的理解;主要是考慮到學生從「細胞分裂知識」理解。)經處理的生物材料經選擇、培育才能獲得需要的生物新品種。該方法的優點是可以提高突變頻率,創造出人類需要的生物類型。缺點是必須處理大量的實驗材料。
細胞工程育種(組織培養育種):是指用細胞融合的方法獲得雜種細胞,利用細胞的全能性,用組織培養的方法培育雜種植株的方法。物質基礎是:所有生物的DNA均由四種脫氧核苷酸組成。其結構基礎是:所有生物的DNA均為雙螺旋結構。一種生物的DNA上的基因之所以能在其他生物體內得以進行相同的表達,是因為它們共用一套遺傳密碼。在該育種方法中需兩種工具酶(限制性內切酶、DNA連接酶)和運載體(質粒),質粒上必須有相應的識別基因,便於基因檢測。如人的胰島素基因移接到大腸桿菌的DNA上後,可在大腸桿菌的細胞內指導合成人的胰島素;抗蟲棉植株的培育;將固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去,培育出固氮植物
雜交育種:是指利用具有不同基因組成的同種(或不同種)生物個體進行雜交,獲得所需要的表現型類型的育種方法。其原理是基因重組。過程為:用具有相對性狀的純合體作親本雜交獲得子一代,子一代自交(動物則用具有相同基因型的雌雄個體雜交)獲得子二代,從子二代中選擇符合要求的表現型個體。如果需要的表現型是隱性性狀育種就此結束,如果需要的表現型是顯性性狀則用子二代中選出的個體進行連續自交(動物同前),直至獲得能穩定遺傳的類型為止
❼ 生物育種方法有哪些
級別:碩士研究生
一、誘變育種:
誘變育種是指利用人工誘變的方法獲得生物新品種的育種方法。(這句話在中學領域來說應該是完全正確的,已經查閱相關資料。)其原理是基因突變。人工誘變的方法包括:物理方法(X射線、射線、紫外線、中子、激光、電離輻射等)、化學方法(鹼基類似物、硫酸二乙脂、亞硝酸、秋水仙素等)。所處理的生物材料必須是正在進行細胞分裂的細胞、組織、器官或生物。處理的時期是細胞分裂的間期。(這句話主要是針對中學生,為了讓學生能夠更好的理解;主要是考慮到學生從「細胞分裂知識」理解。)經處理的生物材料經選擇、培育才能獲得需要的生物新品種。該方法的優點是可以提高突變頻率,創造出人類需要的生物類型。缺點是必須處理大量的實驗材料。
二、雜交育種:
雜交育種是指利用具有不同基因組成的同種(或不同種)生物個體進行雜交,獲得所需要的表現型類型的育種方法。其原理是基因重組。過程為:用具有相對性狀的純合體作親本雜交獲得子一代,子一代自交(動物則用具有相同基因型的雌雄個體雜交)獲得子二代,從子二代中選擇符合要求的表現型個體。如果需要的表現型是隱性性狀育種就此結束,如果需要的表現型是顯性性狀則用子二代中選出的個體進行連續自交(動物同前),直至獲得能穩定遺傳的類型為止
三、單倍體育種:
單倍體育種是利用花葯離體培養技術獲得單倍體植株,再誘導其染色體加倍,從而獲得所需要的純系植株的育種方法。其原理是染色體變異。優點是可大大縮短育種時間。
四、多倍體育種:
原理:染色體變異(染色體加倍)
方法:秋水仙素處理萌發的種子或幼苗。
五、細胞工程育種:
細胞工程育種是指用細胞融合的方法獲得雜種細胞,利用細胞的全能性,用組織培養的方法培育雜種植株的方法。
物質基礎是:所有生物的DNA均由四種脫氧核苷酸組成。其結構基礎是:所有生物的DNA均為雙螺旋結構。一種生物的DNA上的基因之所以能在其他生物體內得以進行相同的表達,是因為它們共用一套遺傳密碼。在該育種方法中需兩種工具酶(限制性內切酶、DNA連接酶)和運載體(質粒),質粒上必須有相應的識別基因,便於基因檢測。如人的胰島素基因移接到大腸桿菌的DNA上後,可在大腸桿菌的細胞內指導合成人的胰島素;抗蟲棉植株的培育;將固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去,培育出固氮植物
七、有關育種要注意的問題
1、育種的根本目的是培育具有優良性狀(抗逆性好、品質優良、產量高)的新品種,以便更好地為人類服務。
2、選擇育種方法要視具體育種目標要求、材料特點、技術水平和經濟因素,進行綜合考慮和科學決策:
①一般作物育種可選雜交育種和單倍體育種;
②為得到特殊性狀可選擇誘變育種(如航天育種)或多倍體育種;
③若要將特殊性狀組合到一起,但又不能克服遠緣雜交不親和性,可考慮運用基因工程和細胞工程育種,如培育各種用於生物制葯的工程菌。
3、從基因組成上看,育種目標基因型可能是:
①純合體,便於制種、留種和推廣; ②雜交種,充分利用雜種優勢。
❽ 下列關於育種的敘述中,不正確的是()A.人工誘變是創造動植物新品種和微生物新類型的重要方法,它
A、由於基因突變能產生新的基因,所以人工誘變是創造動植物新品種和微生物新類型的重要方法,它突出的優點是可以提高突變率,加速育種工作的進程,A正確;
B、選擇育種是一種古老的育種方法,它的局限性在於進展緩慢,可選擇的范圍有限;而基因工程的出現使人類有可能按照自己的意願定向地改造生物,培育出新品種,B正確;
C、三倍體植物可由二倍體植株和四倍體植株雜交形成的受精卵發育而來,C錯誤;
D、轉基因生物的外源基因與細菌或病毒雜交,重組出有害的病原體,故對於基因工程或分子生物學實驗室向外排放轉基因細菌等必須嚴加管制,D正確.
故選:C.
❾ 六種育種方法.名稱.原理.過程.優缺點
六種育種方法包括植物的四種(雜交育種、遠緣雜交、誘變育種、分子育種)和動物的兩種(雜交育種、基因工程育種)。
一、雜交育種:
1、原理:基因重組,通過基因重組產生新的基因型,從而產生新的優良性狀。
2、過程:
2.1雜交前的准備工作首先要熟悉各種魚類的生殖習性;
2.2選擇適當的受精方法進行雜交雜交前期在臨近性成熟和生殖季節到來之時,一定要將雌雄兩種魚分池飼養,避免自群交配;
2.3記載、掛牌和管理用不同品種(或種)的魚類進行雜交;
2.4加速育種進程從雜交到新品種育成推廣;
2.5雜交後代的選擇採用個體選擇法時,選擇一般從子二代開始,因子二代變異范圍最大,可望從中選出合意的變異體。
3、優點:可以將兩個或多個優良性狀集中在一起。
4、缺點:不會產生新基因,且雜交後代會出現性狀分離,育種過程緩慢,過程復雜。
二:遠緣雜交
1、原理:基因重組,通過基因重組產生新的基因型,從而產生新的優良性狀。
2、優缺點:可以把不同種、屬的特徵、特性結合起來,突破種屬界限,擴大遺傳變異,從而創造新的變異類型或新物種。產生的後代為遠緣雜種。由於遠緣雜交往往重演物種的進化的歷程,故也是研究生物進化的重要實驗手段。遠緣雜交一般不易結實,即使結實,雜種也通常不育或夭亡,雜種後代分離幅度大,分離世代長且不易穩定。
三:誘變育種
1、原理:在人為的條件下,利用物理、化學等因素,誘發生物體產生突變,從中選擇,培育成動植物和微生物的新品種。
2、優缺點:誘變育種存在的主要問題是有益突變頻率仍然較低,變異的方向和性質尚難控制。因此提高誘變效率,迅速鑒定和篩選突變體以及探索定向誘變的途徑,是當前研究的重要課題。
四:分子育種
1、原理:將基因工程應用於育種工作中,通過基因導入,從而培育出一定要求的新品種的育種方法。
2、優缺點:傳統育種方法屬於雜交育種,品種改良主要受種原變異之限制,而不同物種(species) 間之雜交頗為困難,育種成果難有大突破,「綠色革命」(green revolution) 很難再發生。利用基因工程技術進行作物品種改良,系指以遺傳工程(genetic engineering) 技術,將特定基因或性狀導入缺乏此基因或特性之目標作物(target crop) 的育種方法;因此利用基因工程技術進行作物品種改良,可以突破種原之限制及種間雜交之瓶頸,創造新性狀或新品種,亦即未來「基因革命」(gene revolution) 很可能迅速取代「綠色革命」。
五、基因工程育種
1、原理:基因重組(或異源DNA重組)。
2、優缺點:不受種屬限制,可根據人類的需要,有目的地進行。可能會引起生態危機,技術難度大。