浅谈不同层次的 “杂交”

胡新宙

(广东省广州大学附属中学 510050)

在高中生物学知识体系中涉及的“杂交”很多，一般情况下可分为：①个体杂交，例如孟德尔的豌豆杂交实验；②细胞杂交，例如植物体细胞杂交和动物细胞融合；③分子杂交，例如DNA分子杂交技术、抗原-抗体杂交技术。不同层次的杂交有着本质的差异。

1 个体杂交

个体杂交是通过不同的基因型的个体之间的交配而获得某些双亲基因重新组合的个体的方法，其实质是通过生殖细胞相互融合而达到这一目的。产生的后代统称为杂种。根据亲缘关系的远近，可分为种内杂交和远缘杂交。

1.1 种内杂交 种内杂交就是指同一物种内不同品种个体间的有性交配。例如，孟德尔的豌豆杂交实验，通过选取具有相对性状的豌豆植株完成杂交实验。具体操作是通过人工异花传粉，实现豌豆不同品种个体的花粉和卵细胞结合，从而产生杂交后代。在遗传图解中表示杂交的符号为“×”，例如，纯合高茎(DD)和矮茎(dd)的杂交表示为： DD× dd。

一般杂种(即杂交子一代))的活力优于杂交双亲，这种现象叫做杂种优势，优势可以表现在生活力、繁殖率、抗逆性以及产量和品质上[1]。通过杂交的方法来育种即将两个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培养获得新的品种。例如，纯合高杆抗锈病(DDRR)与矮杆易染病(ddrr)的小麦杂交，将获得的矮杆抗锈病植株连续多代自交，直至性状不发生分离，最终获得矮杆抗病的优良品种。

另外，人类的三个亚种：黄种人、白种人和黑种人之间的婚配，即人种内的“杂交”产生的后代统称为“混血儿”。动物杂交后代亦可称作“混血种”。

1.2 远缘杂交 远缘杂交就是指不同种间、属间甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交。产生的后代统称为远缘杂种。由于不同种属间存在着生殖隔离，致使远缘杂交常表现不亲和或获得的远缘杂种表现不育。例如，雌马和雄驴的杂交后代——骡子，它比双亲都强健，适于劳役，且又耐粗食。但是，不育。

2 细胞杂交

细胞杂交也称为体细胞杂交或细胞融合。是指在离体条件下，使用人工方法使两个或两个以上的单个体细胞融合形成一个细胞的过程。新产生的融合细胞称为杂种细胞，含有原来两个或者多个细胞的不同遗传信息。个体杂交在实质上也是一种“细胞杂交”——通过生殖细胞的融合实现。

2.1 植物体细胞杂交 植物体细胞杂交实际是指植物原生质体的融合。植物细胞外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍着细胞间的杂交，因此首先要利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。

借助人工的方法(例如，物理法包括离心、震动和电激等；化学法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂)诱导细胞融合。杂种细胞再形成细胞壁后通过植物组织培养可以培育成杂种植株。这种技术克服了不同生物远缘杂交的障碍，已经培养出如白菜-甘蓝、胡萝卜-羊角芹等种间或属间杂种。

2.2 动物细胞融合 动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同。诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法也类似，有物理法(如电激)、化学法(聚乙二醇)和生物法(用灭活的病毒)。利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术为制造单克隆抗体开辟了新途径。

杂交瘤技术的基本原理就是将经过免疫的小鼠脾脏细胞(B淋巴细胞)与小鼠骨髓瘤细胞融合，然后再用特定的选择培养基进行筛选，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生长。这种杂种细胞即杂交瘤细胞具有亲代双方的遗传性能，既能迅速大量繁殖，又能产生专一抗体。经过上述选择培养的杂交瘤细胞还需进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选后可获得足够数量的、能分泌所需抗体的细胞，再经过体外培养或者动物腹腔接种培养，就可提取大量单克隆抗体。

3 分子杂交

分子杂交是指不同来源的核酸单链之间或蛋白质亚基之间由于结构互补而发生的非共价键的结合。根据这一原理发展起来的各种技术统称为分子杂交技术。分子杂交分为核酸分子杂交和蛋白质分子杂交。

3.1 核酸分子杂交 将从人细胞和小鼠细胞分离出的双螺旋DNA分别通过加热，使它们完全变性，然后混合在一起，慢慢降温，降至65℃时并保持数小时。结果很多小鼠的单链DNA与对应互补的小鼠DNA重新形成小鼠双螺旋DNA；同样人的单链DNA与互补的人DNA链结合，重新形成人的双螺旋DNA。然而有一些小鼠的单链DNA却与人DNA链形成杂化的双螺旋DNA，这种现象称为核酸分子杂交[2]。即不同来源的DNA形成碱基配对区。当然，并非是两个物种整个序列的杂交。杂交双链可以在DNA与DNA链之间，也可在RNA与DNA链之间形成。根据核酸分子杂交原理，可利用基因探针检测核酸序列，待测核酸序列可以是克隆的基因片段，也可以是未克隆化的基因组DNA和细胞总RNA。基因探针又称核酸探针或探针，是指用放射性同位素、生物素或其他活性物质标记的，能与特定的核酸序列发生特异性互补的已知DNA或RNA片段。根据其来源和性质可分为cDNA探针、基因组探针、寡核苷酸探针、RNA探针等[3]。

3.1.1 DNA-DNA分子杂交和RNA-DNA分子杂交 根据重组DNA分子中目的基因的部分DNA序列，人工合成(或用PCR技术合成)与之互补的一小段单链DNA(或RNA)，用放射性同位素标记形成探针，使其与基因组DNA杂交，短小的探针通过氢键特异性地与目的基因相结合，使后者被同位素所标记[4]。如果显示出杂交带(放射自显影后在某位置出现的一条黑色条带)，则表明目的基因已插入染色体中。

对于目的基因是否转录出mRNA的检测方法，是采用RNA-DNA分子杂交。该方法与DNA-DNA分子杂交不同之处，是用探针与转基因生物中的mRNA进行杂交。

3.1.2 基因芯片 基因芯片又称DNA芯片、生物芯片、DNA微阵列等。它是在基因探针的基础上研制出的，它将大量探针分子固定于硅片、玻片等支持物上，构成一个二维DNA探针阵列，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。基因芯片的应用非常广泛，主要包括基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析和基因文库作图、杂交测序以及疾病诊断和治疗、药物筛选等[5]。

3.2 蛋白质分子杂交 蛋白质分子杂交即抗原-抗体杂交，其原理是利用抗原抗体之间的特异性结合反应。用于检测目的基因是否翻译成蛋白质。从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体与之杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已表达出蛋白质。利用蛋白质分子杂交技术，可检测生物细胞内目的蛋白的表达与否、表达量及分子量等情况。

上述各种“杂交”的知识，主要分布在人教版高中生物学教材必修二和选修三中。学生从学习孟德尔的豌豆杂交实验到学习基因工程专题和细胞工程专题，对各个层次“杂交”知识的理解不断拓展。但由于前后的相互影响，难免会产生理解的偏差和错误。因此，建议在教学中，尤其是高三复习时，对各种“杂交”的实质、特点和应用，可以按各个层次水平构建成一个完整的概念图体系，形成知识网络，便于让学生有系统的理解。