遗传学实验设计诱变实验原理等

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1、诱变实验（设计性实验） 诱变实验（设计性实验）实验条件：野生型植株 实验条件： 实验目的：采用物理法、化学法、 实验目的：采用物理法、化学法、生物 法等多种实验手段， 法等多种实验手段，使果蝇发生诱发突 变，通过其遗传现象找出突变的规律和 特点。 特点。基本知识： 基本知识：物理诱变剂的种类常见的物理诱变剂是各种射线， 射线， 射线和中子， 常见的物理诱变剂是各种射线，如X 射线，r 射线和中子，此 射线 射线和中子 外还有紫外线和 射线 射线。 外还有紫外线和 射线。 X 射线：波长为 射线： 埃的电离射线， 射线 波长为 1000100 埃的电离射线，最早的诱变射线。 埃的电离射线 最早的

2、诱变射线。 r 射线：一种波长更短的电离射线，波长 1 埃，60CO 和 射线： 射线 一种波长更短的电离射线，波长 0.1 埃 137C 是目前应用最广的 射线源。 射线源。 S 是目前应用最广的 r 射线源 中子：不带电粒子， 中子：不带电粒子，在加速器或核反应堆中得到能量范围极 广的中子。 广的中子。 射线：电子或正电子射线束，由 32P 和 35S 等放射性同位素直 射线： 射线 电子或正电子射线束， 和 等放射性同位素直 接发生。透过植物组织能力弱，但电离密度大。 接发生。透过植物组织能力弱，但电离密度大。当同位素溶 液进入组织和细胞后作为内照射产生诱变作用。 液进入组织和细胞后作为

3、内照射产生诱变作用。诱变机理X 射线和 射线都是能量较高的电磁波，能引起 射线和 r 射线都是能量较高的电磁波 射线和 射线都是能量较高的电磁波， 物质的电离。 物质的电离。当易受辐射敏感的部位受到射线 的撞击时，发生离子化，可以引起 DNA 链断裂， 链断裂， 的撞击时，发生离子化，可以引起 链断裂 当修复不能恢复到原状就会出现突变。 当修复不能恢复到原状就会出现突变。如果射 线击中染色体可导致断裂，修复时可造成缺失、 线击中染色体可导致断裂，修复时可造成缺失、 重复、倒位和易位等染色体畸变。中子不带电， 重复、倒位和易位等染色体畸变。中子不带电， 但当与生物体内的原子核撞击后， 但当与生物

4、体内的原子核撞击后，使原子核变 换产生 r 射线等能量交换，从而影响 DNA 和染 换产生 射线等能量交换，从而影响 和染 射线等能量交换 色体的改变。 色体的改变。诱变方法一般采用 r 圃 源为中心放置处理材料， 一般采用 圃，以 60CO 源为中心放置处理材料， 以材料与 60CO 源中心距离和照射时间来控制辐射 这种 r 圃对于诱变育种的应用不是十分合适的 圃对于诱变育种的应用不是十分合适的， 量。这种 圃对于诱变育种的应用不是十分合适的， 室进行处理。可处理植株、 一般设置小的 60CO 室进行处理。可处理植株、植 株的局部、处理种子或花粉。 株的局部、处理种子或花粉。处理花粉的优点是

5、 产生突变不至于形成嵌合体， 产生突变不至于形成嵌合体，但花粉的存活时间 短暂不易进行处理。但花粉离体培养结果表明， 短暂不易进行处理。但花粉离体培养结果表明， 玉米新鲜花粉可在常温下储存在液体石蜡油中 2.5h，对花粉活力没有影响。 ，对花粉活力没有影响。化学诱变剂种类早在 1948 年，Gustafsson 等曾用芥子气处 年 早在 等曾用芥子气处 理大麦获得突变体。 理大麦获得突变体。1967 年 Nilan 用硫酸二乙 年 用硫酸二乙 酯处理大麦种子育成了矮秆、酯处理大麦种子育成了矮秆、高产品种 Luther。此后化学诱变剂的应用逐渐发展起 。 来。目前较公认的最有效和应用较多的是烷

6、化剂和叠氮化物两类。 化剂和叠氮化物两类。烷化剂中仍以甲基磺 酸乙酯(EMS) 、硫酸二乙酯 酸乙酯 、硫酸二乙酯(DES)和乙烯亚胺 和乙烯亚胺 (EI)等类型的化合物应用较多，叠氮化合物则 等类型的化合物应用较多， 等类型的化合物应用较多 研究和应用较多。 以叠氮化钠(NaN3 )研究和应用较多。 研究和应用较多 以叠氮化钠化学诱变剂诱变机理烷化剂 指具有烷化功能的化合物,带有一个或多个 指具有烷化功能的化合物 带有一个或多个 活性烷基,该烷基转移到一个电子密度较高的分 活性烷基 该烷基转移到一个电子密度较高的分 子上,可置换碱基中的氧原子 碱基被烷化后， 可置换碱基中的氧原子， 子上 可

7、置换碱基中的氧原子，碱基被烷化后， DNA 在复制时会导致配对错误，产生突变。 在复制时会导致配对错误， 在复制时会导致配对错误 产生突变。 叠氮化钠 一种动植物的呼吸抑制剂， 一种动植物的呼吸抑制剂，可使复制中的 DNA 的碱基发生替换，从而导致突变体的发生， 的碱基发生替换， 的碱基发生替换 从而导致突变体的发生， 是目前诱变率高而安全的一种诱变剂。 是目前诱变率高而安全的一种诱变剂。化学诱变剂的处理方法利用化学诱变剂处理种子较为普遍， 利用化学诱变剂处理种子较为普遍，其方 法是直接把种子浸泡在含有化学试剂的溶液中， 法是直接把种子浸泡在含有化学试剂的溶液中， 可以诱发各类体细胞突变。一般

8、来说， 可以诱发各类体细胞突变。一般来说，玉米种 子的处理效果较差， 子的处理效果较差，因为成熟的玉米籽粒胚中 具有分开的、已定型的雄花和雌穗原基细胞， 具有分开的、已定型的雄花和雌穗原基细胞， 并且在突变发生过程中容易产生细胞间的竞争， 并且在突变发生过程中容易产生细胞间的竞争， 使突变细胞受到抑制或消亡， 使突变细胞受到抑制或消亡，被排斥在生殖过 程之外。 程之外。化学诱变剂的处理方法用含有化学药剂的石蜡油处理玉米花粉是 目前已知的最有效的方法。 为例， 目前已知的最有效的方法。以 EMS 为例，具体 为例 的处理方法步骤如下：用 EMS 与轻质石蜡油混 的处理方法步骤如下： 与轻质石蜡油

9、混 制备成浓度为 0.1-0.2%EMS 处理液；在适 处理液； 合，制备成浓度为 处理液 当的时间，收集玉米新鲜花粉， 当的时间，收集玉米新鲜花粉，在一个带盖的 瓶中，把花粉与 EMS 处理液混合；最后用一把 处理液混合； 瓶中，把花粉与 处理液混合 小号毛刷， 小号毛刷，把被处理花粉涂到选好的雌穗花丝 上。化学诱变剂的特点有： 化学诱变剂的特点有：诱发突变率较高，而染色体畸变较少， 诱发突变率较高，而染色体畸变较少，并且诱 变范围广。 变范围广。 对处理材料损伤轻， 对处理材料损伤轻，有的化学诱变剂只限于 DNA 的某些特定部位发生变异。 的某些特定部位发生变异。 的某些特定部位发生变异

10、大部分有效的化学诱变剂较物理诱变剂的生物 损伤大，容易引起生活力和可育性下降。 损伤大，容易引起生活力和可育性下降。诱变育种的一般步骤处理材料的选择 诱变剂量的选择射线辐照自交系时， 用 60CO-r 射线辐照自交系时，剂量为 射线辐照自交系时 剂量为135-190Gy，辐照杂交种时，剂 ，辐照杂交种时， 量为 200-320Gy 为宜。 量为 为宜。 为宜 UV 处理？分钟 处理？ 处理 浓度为宜。 化学诱变处理 45 分钟的条件下 在 EMS化学诱变处理 分钟的条件下，以 12103 浓度为宜。 化学诱变处理 分钟的条件下， 叠氮化钠 10g/ml 叠氮化钠M1、M2、M3 突变性状与选择

11、 、 、 突变性状与选择生科 0801-02 班 生科 班 遗传设计性实验值日安排 课外开放时间： 课外开放时间： 每天早上 6:307:30 每天早上 下午 18:3019:30 下午 值日生姓名 电话 值班时间 月 日从突变材料中选出高产植株，为培育高产、优质、抗盐新品种，利用该植株进行的部 分杂交实验如下：杂交一： 杂交一： P： 非高产、优质、抗盐高产、非优质、不抗盐 P： 高产、非优质、不抗盐非高产、优质、抗盐 高产、优质、抗盐 高产、优质、抗盐 非高产、优质、抗盐 高产、非优质、抗盐 非高产、非优质、抗盐 高产、优质、不抗盐 高产、优质、不抗盐 非高产、优质、不抗盐 高产、非优质、

12、不抗盐 非高产、非优质、不抗盐F1F1F29 3 3 1F29 3 3 1 控制高产、优质性状的从基因位于 对染色体上，在减数分裂联会 期 （能、不能）配对。 遗传。 抗盐性状属于 （3）从突变植株中还获得了显性高蛋白株（纯合子） ，为验正该性状是否由一对基因控制， 请参与实验设计并完善实验方案： 步骤 l ：选择 和 杂交。 。 预期结果 步骤 2 : 。 预期结果 。 与 相符， 可证明该性状由一对基因控制。 观察实验结果， 进行统计分析： 如果 答案 (2） 两（或不同） 不能 细胞质（或母系） (3） 高 答案(l ）诱变 蛋白（纯合）植株 低蛋白植株（或非高蛋白植株） 后代（或 F1

13、）表现型都是高蛋白植 株 测交方案：用 F1 与低蛋白植株杂交 后代高蛋白植株和低蛋白植株的比例是 1：1 或自交方案： F1 自交（或杂合高蛋白植株自交） 后代高蛋白植株和低蛋白植株的比例是 3 : 1 实验结果 预期结果 鉴定纯合体、杂合体的实验设育种过程的实验设计杂交 例题 例题1：现在三个番茄品种，A 品种的基因型为 AABBdd，B 品种的基因型为 AAbbDD，C 品种 的基因型为 aaBBDD。三对等位基因分别位于三对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形 三对相对性状。请回答： （1）如何运用杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为 aabbdd 的植株？（用文字简要 描述

14、获得过程即可） （2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为 aabbdd 的植株最少需要几年？ （3）如果要缩短获得 aabbdd 植株的时间，可采用什么方法？（写出方法的名称即可） 解析 解析 根据题意可知，三对等位基因（A、a，B 、b 和 D、 d）遵循基因的自由组合定律，实 验设计要求培育出纯合体（aabbdd） ，即培育出能够稳定遗传个体。由于 a、b、d 基因不在同一 个个体上，因此先由两个亲本通过杂交，得到 F1（含 a、b 或 a、d 或 b、d） ；再通过 F1 与第三个 亲本杂交，得到含有 a、b、 d 杂合体 F2；最后通过 F2 自交可以得到 aabbdd 的基因

15、型个体。从时 间上来看，若 A 与 B 杂交得到杂交一代，杂交一代与 C 杂交得到杂交二代，杂交二代自交可以得 到基因型为 aabbdd 的种子， aabbdd 的种子发育成为 aabbdd 基因型植株需要一年,共需 4 年。若 想缩短育种年限，可选用单倍体育种的方法：杂交二代 AaBbDd 可产生 abd 型的配子，将花药离 体培养成单倍体幼苗，再用秋水仙素处理，用三年时间可得到 aabbdd 基因型植株。 答案 答案 （ 1）A 与 B 杂交得到杂交一代，杂交一代与 C 杂交，得到杂交二代，杂交二代自交， 可以得到基因型为 aabbdd 的种子，该种子可长成基因型为 aabbdd 植株 （

16、2）4 年 （3）单倍体育种 、抗病（BB）的小麦 例题2：小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆（aa） 例题 新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体） ，生产上通常用块茎繁殖，现 要选育黄肉（Yy） 、抗病（Rr）的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序，以及马 铃薯品种间杂交育种程序。 要求用遗传图解表示并简要说明。 （写出包括亲本在内的前三代即可） 。 答案 小麦 答案 (第一代) P AABBaabb 亲本杂交 (第二代) F1 AaBb 种植 F1 代，自交 (第三代) F2 A_B_，A_bb，aaB_，aabb F2 出现的九种基因型和四种表现型，种植 F2 代， 选矮杆、抗病（aaB_） ，继续自交，期望下代获得纯合体 马铃薯 (第一代) P yyRrYyrr 亲本杂交 (第二代) F1 YyRr，y