第五章染色體工程第一節染色體變異染色體變異(回顧復習)第二節染色體工程(重點)第一節染色體變異染色體易位(A)

染色體缺失(B)

染色體倒位(C)

染色體重復(D)染色體變異染色體數目染色體結構整倍體非整倍體與染色體有關的幾個概念1、染色體組：遺傳學上把生物體的配子染色體數稱為染色體組。(包括一定數目、形態結構和一定基數組成的染色體群)稱為一個染色體組。2、整倍體：體細胞內含有完整的染色體組的類型稱之。整倍體染色體數目變化產生的變異會產生多倍體和單倍體生物。

3、非整倍體：染色體組內的個別染色體數目有所增減，使細胞內的染色體數目不是基數的完整倍數稱為。4、二倍體：具有二個染色體組的個體。5、單倍體：具有配子染色體的個體。6、多倍體：每個細胞中含有三個或更多的染色體組的個體。7、同源多倍體：染色體來自于同一物種或在原有染色體組的基礎上加倍而成，這樣個體就稱為同源多倍體。8、異源多倍體：是指加倍的染色組來源于不同的物種。在自然界中廣泛存在的多倍體多數是異源多倍體。第二節染色體工程染色體工程是人們按照一定的設計，有計劃地消減、添加或代換同種或異種染色體的技術。它不但在遺傳學等生命科學基礎理論研究上大有可為，在人工誘導多倍體的育種研究、人工誘導雌、雄核發育及性別控制等研究領域都將大顯身手，為人類造福。

染色體工程研究的主要內容*一、多倍體育種二、單倍體育種*三、雌雄核發育*四、染色體顯微操作技術*五、染色體微克隆*六、染色體轉移技術主要內容

鑒定

特征及特性一多倍體育種PolyploidBreeding

概述

誘導原理及方法（一）1.多倍體在自然界分布2.多倍體廣泛存在是適應惡劣環境條件的結果3.自然界多倍體產生的原因多倍體概述植物界約1/2的物種屬于多倍體多年生草本植物多倍體最多花卉中有2/3以上是多倍體卷丹為三倍體風尾竹為六倍體金錢松為四倍體華北野菊為八倍體1.多倍體在自然界分布卷丹Lilliumlancifolium工作崗位描述要準確，這樣登廣告時才能將正確的信息傳達給應聘者，以便找到滿意的人選，避免誤會的發生。教學難點：上述情況目前在我們國內并不常見，原因有兩個：小提示96：需要與應聘者談論確認書的細節。臭雞蛋還有的人是惡作劇。夏天外邊天熱，他就跑進來乘涼。乘涼的時候順便看看車，有的時候看到車門開著他也想坐進去。但是他不是來買車的，他也假模假樣地去跟你討論一些車的事情，當你跟他要電話號碼的時候他就開始逃避了。做好充分的準備之后，銷售人員就可以制定開發客戶的方案。制定方案時，目標一定要明確，即明確要尋找的客戶。對是否面試某些應聘者猶豫不決時，可聽取同事的意見，他們可能會指出你忽視的應聘者具備的一些優勢。在客戶接待環節，我們怎樣有效地接待客戶，怎樣獲得客戶的資料，怎樣把客戶引導到下一環節中去。二、學習新課：部分園林植物染色體基數及多倍體屬名基數(x)2x3x4x5x6x7x8x10x薔薇山茶繡球君子蘭百合野牡丹芍藥杜鵑菊RoseCamellaHydrangeaChiuiaLiliumMelastomaPaeoniaRhadadendronChrysanternum

7151811121051391430362224201026182145

36

15

2728

72

48

52363575

454290

54

105

6356120

72

90

我國西南部地區，溫度變化激烈，紫外線輻射強，許多植物產生了多倍體類型。模擬自然界環境條件的劇變可誘導多倍體。月季某些品種就是通過雜交后選出的三倍體或四倍體。報春花原產溫帶，我國云南很多，原始種為二倍體新生的異源四倍體分布在二倍體區域內的高山上三倍體和八倍體分布在更北或更南的地區十四倍體生長在極地。2.多倍體是適應惡劣環境條件的結果a.溫度驟變，使細胞分裂時染色體不分離造成的。c.減數分裂時染色體沒有減數，使生殖細胞染色體加倍。b.有絲分裂時染色體分離而細胞沒有分裂，導致體細胞染色體加倍。3.自然界多倍體產生的原因多倍體可孕性低巨大性適應性強有機合成速率增加克服遠緣雜交的不結實性（二）多倍體植物的特征及特性中文名：鳳信子別

名：洋水仙五色水仙科

屬：百合科風信子屬多花報春歐洲報春

（三）人工誘導多倍體的原理和方法化學方法(藥物處理)生物方法秋水仙堿萘嵌戊烷富民隆植物作用較顯著極端變溫機械損傷電離輻射非電離輻射效果不理想低動物物理方法胚乳培養體細胞雜交效果不理想1.人工誘導多倍體的方法P1911939年，Frankhauser和Griftiths首先在兩棲類中成功地誘發了三倍體。由于多倍體動物具有生長速度快，成活率高及抗病能力強等特點，所以人工誘導多倍體，改善動物經濟性狀倍受重視。現在，該技術已成為低等經濟動物育種的主要技術之一，其成果已經應用于生產實踐，取得了明顯的經濟效益和社會效益。（1）生物學方法生物學上主要通過雜交尤其是種間雜交獲得異源多倍體。例如用雌性草魚（2n＝48）與雄性三角魴（2n＝48）雜交可以獲得子一代草魴雜種三倍體。這種不同科、屬、種之間的遠源雜交、會導致第二極體不排出，而產生多倍體。（2）物理學方法

溫度休克法：冷休克法（0～5℃）和熱休克法（30℃左右）。定義：用略高于或略低于致死溫度的冷或熱休克來誘導三倍體或四倍體的方法。關鍵：能否成功地阻止第二次成熟分裂或第二極體的排出。要達到這一點，必須考慮溫度處理的開始時間（TA）、處理持續時間（D）和處理溫度（T）這三個因素。目前對魚類使用溫度休克法誘導三倍體的工作報道較多。一般來說，冷水性魚類如鮭科種類應用熱休克法、而溫水性魚類用冷休克效果較好。優點：廉價、易操作，是誘導動物細胞多倍體化的常用手段，也有利于大規模生產使用。物理學方法水靜壓法：采用較高的水靜壓（65N）來抑制第二極體的放出或第一次卵裂產生多倍體。這種方法誘導率高（一般在90％～100％）、處理時間（3～5min）短，對受精卵損傷小、成活率高。但是，該法需要專門的設備——水壓機，成本較高，其樣品室容量有限，處理卵的量有限，所以不適于大規模生產的。（3）化學方法有些化學物質也可以用來阻止第二極體的排出或受精卵的有絲分裂而產生三倍體或四倍體。細胞松弛素B能抑制肌動蛋白聚合微絲，從而抑制細胞質分裂。秋水仙堿可以抑制細胞分裂中紡錘絲的形成，因而抑制有絲分裂，這在植物中已經廣泛應用。其它藥物還有麻醉劑，如N2O、CHClF2和聚乙二醇等。缺點：化學藥品一般比較昂貴、且具有毒性，影響處理后的胚胎發育，同時加上化學藥物誘導產生的多倍體往往是在育種上沒有價值的鑲嵌體，所以化學方法在實際中的應用不及物理方法。秋水仙百合科植物秋水仙的根、種子等器官中提煉出的一種植物堿。分子式C22H25O6N。具麻醉作用，性極毒。易溶于灑精、氯仿、甲醛和冷水中。不易溶解于乙醚、苯中。性質(4)秋水仙堿的作用一、談話導入：（8）準備應急藥品，如感冒藥、黃連素、消炎藥、創可貼等。課間時，你做什么？A循序漸進：從簡單到復雜，從易到難，運動量從小到大。(4)如果在野外休息時應做到有老師帶領.這位客戶是河南人，他說：“我想聽豫劇。”3.2.2評價應聘者教學過程：1.3.3刊登廣告作用原理1.細胞分裂時抑制紡錘體的形成，使已經正常分離的染色體不能拉向兩極，產生染色體加倍的核。2.抑制細胞板的形成，形成染色體數目加倍的細胞。3.無殘效。處理后用清水洗凈殘液，細胞分裂仍可恢復正常。直接鑒定(四)多倍體的鑒定秋水仙堿處理，通常誘發產生10%~30%的多倍體，最高50%。鑒定方法間接鑒定觀察氣孔的大小和花粉粒的體積為最可靠。測量紅血球來鑒定;蛋白質電泳鑒定;利用血液成分、酶的含量等進行生化分析也可以鑒定多倍體。核體積測量。直接檢查花粉母細胞或根尖細胞內的染色體數目。此法可靠，是最基本的鑒定方法。DNA（含量測定)--流式細胞儀。經間接鑒定的多倍體，當其生長恢復，已經有旺盛的細胞分裂時，可直接檢查它們的根尖染色體。兩種鑒定方法結合使用直接鑒定間接鑒定P193多倍育種的優點和缺點優點：多倍體育種技術方法簡單、見效快，具有潛在的理論和應用價值。缺點：還有一些難點比如準確的處理時間、誘導率、成活率、孵化率、倍性鑒定方法等還未解決，但隨生命科學的進一步發展，多倍體育種技術將為人類做出更大的貢獻。多倍體育種的應用P194(一)新型農業食品資源例如：在玉米、小麥、棉花、甜菜、西瓜、蘋果、梨、桃、葡萄、草莓、柑桔、百合、金魚草等作物上誘導成功。(二)高品質樹木培育速生三倍體毛白楊、四倍體桑樹、歐洲山楊等。(三)水產養殖：例1Marian等(1978)最早發現草魚♀×鳙♂之間的雜種是異源三倍體，Chevassus(1983)也指出魚類的遠緣雜交可能產生單倍體、二倍體和多倍體。例2劉思陽(1987)用雌性草魚(2n=48)與雄性三角魴(2n=48)雜交，獲得子一代染色體數目為72的草魴雜種三倍體。例3丁軍(1992)用異育銀鯽與興國紅鯉雜交獲得復合四倍體

存在問題與展望P195

隨著研究的深人，在多倍體育種過程中也出現了一些不容回避的問題:(1)需要找到更適宜的誘導劑。雖然現已發現除草劑具有使染色體加倍的功能，但與秋水仙素一樣屬于生化制品，價格昂貴而且對生物體有毒。(2)嵌合體現象還不能完全克服，真正同一倍性的多倍體出現的概率不是很高。(3)判定是否是多倍體的一些特性評價的準確性較低。(4)在遺傳上具有高度雜合性的多倍體過剩遺傳信息對多倍體遺傳效應的貢獻究竟有多大。(5)多倍體誘導技術在育種上的應用還不完善，還需要開展廣泛的研究。二.單倍體育種1、單倍體的特點A體細胞染色體數目減半；B生長發育弱，體形小、各器官明顯減小；C雌雄配子嚴重敗育，有的甚至不能進入有性世代。由于單倍體只具有一套染色體，染色體上的每個基因都能表現相應的性狀，所以極易發現所產生的突變，尤其是隱性突變，所以單倍體是研究基因或基因劑量效應進行染色體遺傳分析的理想實驗材料。2.單倍體育種的優越性具體表現(1)可以克服雜種分離的困難，縮短雜交育種時間，一般只需一年就可迅速獲得自交系，兩年就可獲得純系。(2)獲得育種中間材料，大大提高選育效率。。(3)與誘變育種結合可以提高誘變頻率。(4)與細胞融合技術相結合，使這一育種途徑更加具有實際意義。(5)作為遺傳工程受體更為有效。(6)用作基礎遺傳研究的各個領域。(7)可以克服遠緣雜交的不孕性，創造出新物種。P1963.單倍體育種的方法：遠緣雜交、延遲授粉、核置換、射線照射、花藥培養。其中花藥培養是最有效的途徑。P196三.雌、雄核發育雌核發育（gynogenesis），俗稱假受精，意指精子雖然正常地鉆入和激活卵子，但精子的細胞核并未參與卵球的發育，精子的染色體很快消失，胚胎的發育僅在母體遺傳的控制下進行。自然界中一些無脊椎動物和魚類等存在。人工誘導雌核發育是指用經過紫外線、X射線或Y射線等處理后的失活精子來“受精”，再在適當時間施以冷、熱、高壓等物理處理，以抑制第二極體的排出，使卵子發為正常的二倍體動物。凡雌核發育的個體，都具有純母系的單倍體染色體組，依賴于卵子染色體組的二倍體化。歷史1911年，赫特威氏就第一個成功地人工消除了精子染色體活性，并發現了“赫特威氏效應”。赫特威氏效應指只有在適當的高輻射劑量下，才能導致精子染色體完全失活，屆時精子雖能穿入卵內，卻能起到激活卵球啟動發育的作用。鑒定方法鑒別雌核發育的個體，通常以顏色、形態以及生化等方面的指標為依據，也可以通過細胞學的研究。若是雌核發育，其囊胚細胞中只出現一套來自雌核的染色體，否則雌核和雄核染色體各占一半，得到的是雜交種。用遺傳標志的方法來鑒別雄核發育的二倍體化，即由第一次有絲分裂的阻礙，還是由保留極體而來。假如二倍體源自第一次有絲分裂的抑制，雜和雌性個體的子代應該都是純合型；而如果是通過阻止第二極體的外排產生的雌核發育個體，則子代的情況取決于著絲點與基因間的距離。在著絲點－基因距離遠離時，將明顯增加雜和型子代的比例。雌核發育的意義雌核發育具有產生單性種群的能力，用之已經成功地得到100％草魚、鯉魚的雌性個體，其核型與同型雌性配子一樣，但也不可避免地會導致后代的近親繁殖的衰退，因此其實際應用價值有待研究。能得到同源型的二倍體克隆，在育種上具有重要性，也提供了一種優越的研究品系。如果用激素致使性反轉為雄性，再與同胞姐妹交配，可以獲得強壯的純系同型配子的二倍體。借助雌核發育，可以得到新的純系來篩選，除去有害的等位基因，改良近親繁殖系。3．學校各部門、相關人員要明確各自的安全工作職責，落實到每個崗位、每個人員，不留漏洞，并作為簽訂安全責任書的內容9.注意妥善保存購飯菜專用卡，一旦丟失應及時到食堂微機房掛失，防止卡上錢被他人偷用。3、筒身底部和旋風分離器底部的接粉器在安裝前應檢查密封處是否脫落，未脫落方可再旋緊接粉口，接粉器必須清洗和干燥。9.住宿生不準私自到校外公共場所進行文娛、體育和任何形式的玩樂活動。任何私人聚會，必須征得家長同意。安全檔案作為實施安全工作目標考核、責任追究和事故處理的重要依據。4.打字、文印人員必須保守秘密，不得將未公開的文件、試卷內容傳播給他人。2.學校食品生產經營場所要依照《食品衛生法》要求到市衛生防疫站申領《食品衛生許可證》，并每年年審一次。要保持內外環境整潔，有相應的防蠅、防鼠、防塵、清毒、更衣、盥洗、污水排放、存放垃圾和廢棄物的設施。（七）校園自行車安全管理制度十三、對一時無法解決的重大總是也應制訂臨時管理措施，確保消防安全5.臨時人員必須根據公安部門的要求主動辦理暫住手續，并按學校規定交納一定數額的治安保證金。提高加熱蒸汽的壓力可以提高溫度差，但是，從能量利用的角度來說，經濟性較差。通過減壓的方法可以適當降低冷凝器中二次蒸汽的壓力，從而降低溶液的沸點和提高溫度差，并且可以及時移出蒸發器中的二次蒸汽，有利于蒸發過程的順利進行。但應當注意的是，依靠減壓方法來提高溫度差有一定限度。因為要維持冷凝器中的低壓，既要求教高的真空度，則需要消耗較多的能量，又容易因溶液沸點降低而引起黏度的增加，使溶液流動阻力增加，傳熱能力降低。十一、窗口、陽臺等部位不應設置影響逃生和滅火救援的柵欄，如必須設置時，應有從內部易于開啟。雌核發育還可以為遺傳學研究提供某些致死突變種的生物品系，精確地測定雌核發育引起的近親繁殖衰退程度，影響生存力的致死基因的測定和分析，成為個體發育研究和遺傳育種實踐的好材料。在農牧漁業生產中，通過雌核發育引人單性雌體子代，是一種具有實際應用價值的人工控制性別的繁殖方法。由此產生的雌核發育后代，可被用來篩選某些性狀，從而獲得優質高產品系。通過雌核發育的研究有助于解決一系列遺傳理論上的重要問題。

雄核發育（androgenesis）是指因經過紫外線、X射線或Y射線處理的卵子與正常的精子受精，再在適當時間施以冷、熱或高壓等物理處理，使進入卵子內的精子染色體加倍，而發育成為完全為父本性狀的二倍體。雄核發育的個體的生存率非常低，這是由于精子基因型的純合性、卵子由于照射的損傷和阻止第一次卵裂處理的損傷等原因造成的。四、染色體顯微操作技術*

染色體分離染色體顯微操作技術染色體微切割技術

（一）染色體分離1、基本原理:是由于染料Hoechst只對A-T特異性染色，而染料Chromonmycin只對G-C特異性染色。染色體上DNA的堿基序列是不同的，因此這些特異性染料和不同染色體上DNA結合的量和比例是不同的。結合這些染料后，再經激光照射，染色體就會呈現不同的熒光帶。將特定染色體發出的熒光波長輸人計算機，通過計算機控制就可將發出同一波長的染色體收集在一起，從而實現染色體的分離。2、方法：染色體分離較常采用的是流式細胞分類器法。

3、步驟:(1)細胞分裂同步處理:可以用秋水仙素處理培養細胞。抑制紡錘絲的形成，使細胞分裂停留在中期。(2)染色體的熒光色素染色:將細胞溫和破碎，用前面提到的DNA特異性染料染色。(3)染色體分離:把已染色的染色體轉移到細胞分類器上，按照熒光波長進行分類、分離。

（二）染色體微切割P202

染色體微切割最常采用方法有以下兩種:(1)微細玻璃針切割法:采用特細的玻璃針(尖端直徑約為0.17um)在倒置顯微鏡下對目的基因所在染色體區段進行切割與分離。這種方法具有費用低的優點，但是不足之處是技術性要求高、不易掌握。

(2)顯微激光切割法:將染色體標本在底部貼有特殊薄膜的培養皿上制作，利用激光共焦掃描顯微系統，依靠高能量激光照射非選擇細胞或染色體，使其受熱蒸發，最后只留下目的染色體。優點是操作簡便、容易掌握、缺點是儀器昂貴。

五、染色體微克隆

分離到的染色體或片段必須經過體外擴增才能滿足分子生物學研究的需要。至今已發明了幾種染色體微克隆的技術:(1)染色體DNA酶切后直接克隆。桑德瑞(Saudery)第一次將微切割和微克隆技術應用于植物，他們用微細玻璃針分離黑麥B染色體，并在油室中消化、連接等微克隆操作，得到一個區別于A組染色體的克隆。(2)酶切后直接連接到質粒載體。即用限制性內切酶酶切顯微切割后的染色體DNA，再將酶切的DNA產物連接到質粒上，利用質粒的已知的序列作為PCR的引物，進行DNA擴增以建立染色體特異性DNA文庫。六、染色體轉移技術染色體轉移又稱為染色體轉導，是指把同特定基因表達有關的染色體或染色體片段轉入受體細胞，使之表達，并能在細胞分裂中一代一代傳遞下去的技術。P203前面所講述的微細胞核移植是一種方法。染色體轉移技術的方法A、微細胞介導的基因轉移法B、染色體介導轉移法

C、細胞核融合轉移法

A、微細胞介導的基因轉移法(一)微細胞介導的基因轉移法有關幾個概念：1、微細胞(或微核體)是指含有一條或兒條染色體(即只含一部分基因組)，外有一薄層細胞質和一個完整質膜的核質體。這種細胞只能存活幾個小時。2、微細胞介導的基因轉移法就是以微細胞為供體，通過與遺傳性完整的受體細胞融合，從而將微細胞內所含有的幾條或一條染色體轉移至受體細胞中去，而成為能夠存活的雜合細胞的一種技術。微細胞被導人受體細胞后仍能進行RNA合成，因而微核編碼的基因信息可望在微細胞的雜合細胞內表達出來。(二)微細胞介導的基因轉移法特點微細胞介導的基因轉移法具有以下顯著的優點:(1)簡化供體基因的表達。因為只在雜合細胞中轉入了一條或若干條供體染色體。(2)對受體細胞影響小。由供體引入的只是微核及少量細胞質物質。(3)微核染色體穩定。與完整細胞雜交相比，由于融合前染色體已分離，所以過程中微核染色體很少或不受損害，也不進行重排。(三)微細胞的獲得1.微細胞的制備用化學藥劑(如秋水仙素)阻斷供體細胞的有絲分裂，使染色體停滯在有絲分裂中期，從而在染色體周圍逐漸形成核膜而成為眾多的微核。然后在細胞松弛素B的作用下使微核逐漸突出細胞膜外。最后經過離心獲得含有一個微核、四