杂交育种与诱变育种(祁铁军)

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1、杂交育种与诱变育种,西安市五环中学 祁铁军,小资料,近几年，糯玉米、甜玉米、超甜玉米等特种玉米的出现，让人们有了更多的选择。研究证实，特种玉米的营养价值高于普通玉米。中国农科院检测发现，甜玉米、糯玉米的蛋白质含量是普通玉米的2.23倍，植物油含量是普通玉米的2.3倍，“生命元素”硒的含量是9.5倍，维生素是普通玉米的3倍。,玉米起源于美洲大陆，15世纪传入欧洲，16世纪经葡萄牙传入中国，现在遍布全世界。远在古代，美洲的印第安人就选择和培育了许多穗大粒饱的玉米。原来他们把玉米奉为神灵，用作祭祀的玉米是在隔离条件下种植的，经过精心管理和认真选育，不仅果穗硕大、颗粒饱满，而且品质优良，无任何杂粒，这

2、样就选育出了具有优良性状的玉米品种。,选择育种,这种方法的缺点是？,古印第安人利用生物变异培育玉米的方法称为？,育种周期长，可选择范围有限,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。,这种方法的局限性是？,上世纪九十年代后期，美国学者布朗抛出“中国威胁论”，撰文说到21世纪年代，中国人口将达到亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机？,问题情境,袁隆平向世界宣布：“中国完全能解决自己的吃饭问题，中国还能帮助世界人民解决吃饭问题”。,你知道我国在杂交育种方面的哪些伟大成就？,袁隆平,三系法杂交稻,二系法杂交稻,超级杂交稻,杂交水稻之父,中

3、国于年提出超级杂交水稻培育计划。推广应用杂交水稻所增产的稻谷每年可养活6000多万人口。到2004年底止，杂交水稻在中国已累计推广约3亿公顷，增产稻谷约4.5亿吨，成为中国解决粮食问题的关键技术。,水稻产量对比,李登海,玉米之父,选育的紧凑型玉米新品种掖单13号在2004年2月20日荣获国家科技进步一等奖,06年度国家最高科学技术奖-李振声院士,陕西有句民谣“要吃面，种小偃”，小偃是抗病强、产量高的小麦,以上育种专家培育农作物新品种的过程中，他们利用了哪一种变异的原理？,思考,情景假设,设想你是一位小麦育种专家，现有纯种的高秆抗锈病(DDTT)和矮秆不抗锈病(ddtt)的小麦植株，你用什么方法

4、能把两个品种的优良性状结合在一起，获得矮秆抗病且能稳定遗传的优良品种（ddTT）？将你的设想用遗传图解表示出来。 备注：小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性,杂交育种,第一步：先杂交得到高抗植株 第二步：将该植株自交得到矮抗植株 第三步： 将矮抗植株再连续自交直至不再发生性状分离为止，选出优良品种,设计思路,温故知新（参考方案1）, 高抗 矮不抗,F1 高抗,DDTT,ddtt,DdTt,ddTt,高抗 高不抗 矮抗 矮不抗,ddTT,矮抗 矮不抗,ddTT ddTt,杂交,自交,F3,思考：假如从播种到收获种子要一年，那么培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几

5、年？,57年,F2,F1:DdTt,像这样显性性状是优良性状，采用杂交育种必须连续自交45代后种子才相对较纯，育种年限至少5年。,DDTT,ddtt,DdTt,花药离体培养,DT、Dt、dT、dt,秋水仙素处理 人工诱导加倍,DDTT,DDtt,ddTT,ddtt,选出矮杆抗病植株，采收留种,单倍体育种,温故知新（参考方案2）,思考：假如从播种到收获种子要一年，那么培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？,12年,1、概念,杂交育种是将两个或两个以上的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。,2、原理,基因重组,3、方法,杂交自交选优 自交,例如：高产、矮秆水稻的培育

6、,4、实例,一、杂交育种,杂交水稻之父：袁隆平,从1976年到2006年，累计增产粮食5200多亿公斤，平均每年解决600万人的粮食问题。,5、杂交育种的应用,中国黄牛,荷斯坦牛,5、杂交育种的应用,中国荷斯坦牛,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，产奶量为世界奶牛之冠 。,6、优点,通过杂交使位于不同个体上的优良性状集中于一个个体上。,7、缺点,1.只能利用已有的基因重组，不能创造新的基因。 2.育种所需时间较长（一般需57年） 3.只能进行本物种或亲缘关系较近的物种杂交， 不能克服远源杂交不亲和的障碍。,一、

7、杂交育种,在杂交育种的过程中运用单倍体育种的方法可以明显著缩短育种进程。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？,思考讨论： 杂交育种可用于细菌吗？,如果不能，那么细菌如何进行育种？,1、定义,利用物理因素(如X射线、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。,2、原理,基因突变,二、诱变育种,3、方法,物理诱变、化学诱变、太空育种,思考讨论： 在诱变育种过程中应该用诱变剂等处理什么状态的种子（萌发或未萌发的）？为什么？,“黑农五号”大豆,黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培育成“黑农五号”大豆品种，含油量比原来的品种提高

8、了2.5%，大豆产量提高了16%。,、应用,我国科技人员用60CO产生的射线照射水稻萌发的种子，培育出优质高产、抗病虫害强的新品种。,青霉菌高产菌株的选育,、应用:微生物育种,中间为青霉菌，周围是细菌,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5000060000单位/mL。,、应用,太空育种,空间生命科学 高真空 微重力 强辐射,资料：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。自1987年以来，中国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船进行了1

9、1次航天育种搭载试验，我国将蔬菜等农作物种子搭载在卫星上上天。“搭星上天”的种子主要有青椒、番茄、黄瓜、丝瓜、胡萝卜、莴苣等蔬菜种子，以及水稻、小麦、高粱等粮食作物和花卉草木等种子，共计50多类。试验品种达1200多种。 航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力（103克106克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。 据统计，航天育种变异率达4以上，株高变异为40cm30cm，果重变异达70100（蔬菜），生育期变异为3天10天。,我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的 水稻

10、穗长粒大 亩产达600kg 最高达750kg 蛋白质含量 增加8%-20%， 生长期 平均缩短10天。,太空育种,白莲: 1994年江西广昌白莲研究所搭载白莲 种子 442粒，培育出太空莲3号等新品 种，亩产达120千克，比原品种提高88，平均粒重 22克，最大为33克（原品种平均粒重 为1.1克），超过出口莲子标准。,“太空椒”每个可重350克，等含量提高2030,太空番茄平均单个重达500克，太空番茄不但香甜可口，而且含量高，是普通品种的2.5倍，最大果重可达600克。,太空黄瓜1根达1米多长,太空船把2000颗南瓜种子带上了太空，这些种子在宇宙里经过了综合射线的作用，回到地面后，经培育只

11、有很少一部分能够发育成我们需要的优良性状，而大部分种子没有发育或并不是我们希望得到的优良性状。科研人员经过3个月的种植，长出150公斤各种颜色的大南瓜。,太空棉花,太空育种,“航天芝麻1号”不仅个大，而且单株蒴果达98粒以上。,“神舟”五号搭载育成的巨人南瓜,甘肃种植的太空育种的蔬菜,太空水稻搭载前后株系对比,太空青茄大过小孩头,升载太空磨菇,与神六飞船一起上太空的花卉瓷玫瑰和老虎须,、优点,提高基因突变频率，产生新基因；加快育种进程（在较短时间内获得更多的优良变异类型），大幅度地改良某些性状。,难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合；有利变异少，须大量处理实验材料。,、缺点,长相奇特的南瓜

12、,课堂小结,基因重组,将不同个体的优良性状，集于一个个体上,时间长，需及时发现优良品种,基因突变,物理诱变，化学药剂诱变，太空育种,提高育种频率，产生新的基因和性状，加速育种过程，大幅度改良某些品种的性状,有利变异少，需大量处理实验材料,培育矮秆抗病小麦,培育高产青霉菌株 太空椒,育种的方法有多种，各有各的优点，我们要合理的有机结合各种方法，高效的达到各种目的。,如果水稻的某迟熟（AA)品种,那么我们有什么好办法快速的得到早熟（aa）品种？,灵活创新、实际应用,人工诱变 + 单倍体育种,早熟品种(aa),当年就可以培育出优良新品种！,迟熟品种 (AA),杂合子 (Aa),幼苗 （A）,幼苗 （

13、a）,迟熟品种(AA),时间：,现有某二倍体作物，将其种子带到太空中，返回地球后种植，得到高产（A）、品质差（b）和低产（a）、品质好（B）的两个品种(纯种），现计划在较短时间内得到种子粒大、高产且品质好的品种，你应怎样做？,高产品质差的个体,低产品质好的个体,高产品质好的个体,高产品质好（纯种）,粒大高产品质好个体,小展身手,小展身手,（1）用和培育出所采用的方法I和II分别称为 _和_，其培育出所依据的原理是_。 （2）由培育出的常用方法III是_；由的方法III和V称_ 其优点是_。 （3）由培育出的常用方法IV是_, 其形成的称_。 （4）由培育出的方法VI是_。,下图表示以某种农作物

14、（1）和（2）两个品种为基础，培育出（4）、（5）、（6）、（7）四个品种的过程。根据下图，回答下列问题：,杂交,自交,基因重组,花药离体培养,单倍体育种,多倍体,缩短育种年限,秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,人工诱变育种,你知道它们的育种方式吗？,？,高产量的青霉菌株 神奇的“太空椒” 无籽西瓜 无芒抗病的水稻,诱变育种,诱变育种,多倍体育种,杂交育种或单倍体育种,请写出下面各项培育方法： （1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是 。 （2）用60Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是 。 （3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 。 （4）将青椒

15、的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于 。 （5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是 。 （6）用硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是 。,单倍体育种,诱变育种,多倍体育种,诱变育种,杂交育种,诱变育种,小展身手,这些题你会做吗？,1.杂交育种所依据的主要遗传学原理是： A.基因突变； B.基因自由组合； C.染色体交叉互换： D.染色体变异。,B,课堂反馈,2.在下列几种育种方法中，可以改变原有基因分子结构的育种方法是： A、杂交育种 B、诱变育种 C、单倍体育种 D、多倍体育种 3.现代农业育种专家采用诱变育种的方法改良某些农作物的原有性状，其原因是： A、提高了后代的出苗率 B、产生的突变全部是有利的 C、提高了后代的稳定性 D、能提高突变率以供育种选择,B,D,4.人工诱变区别于自然诱变的突出特点是 A、产生的有利变异多，有利于培育新品种 B、使变异的频率提高 C、可人工控制变异方向来培育新品种 D、产生的不利变异多 5.对生物进化意义最大的变异是 A、基因突变 B、基因的交叉互换 C、染色体变异 D、基因重组,B,A,