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1、第6章 从杂交育种到基因工程第1节 杂交育种与诱变育种九十年代后期,美国学者布朗抛出 “中国威胁论”,撰文说到下世纪年 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:培育农作物新品种是解决培育农作物新品种是解决 问问 题的方法之一题的方法之一复习孟德尔两对相对性状的杂交实验1.怎样做杂交实验? 根据什么可以判断每对相 对性状的显隐性?2.F2中出现了几种表现型? 有什么特点? F2中性状重组 的类型各占多少?可稳定遗 传的占多少?问题探讨:设想你是一位玉米育种专家,遇到这样的情况: 品种A子粒多,但不抗黑粉病;品种B子粒少, 但抗黑粉病。讨论
2、:1.你用什么方法既能把两个品种 的优良性状结合在一起,又能把双 方的缺点都去掉?将你的设想用遗 传图解表示出来。2.你能预计在实际操作中可能会 遇到哪些困难?怎样才能解决这些 困难?3.你还能说出哪些育种实例?方案展示 P 品种A 品种B (子粒多,不抗病) (子粒少,抗病)F1F2 子粒多,不抗病 子粒多,抗病 子粒少,不抗病 子粒少,抗病可能遇到的困难:1.如何做杂交? 2.如何判断显隐性?3.若要选择的品种是双隐性、一隐一显、双显 性的,如何选择得到纯合子?最早的育种方法: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
3、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,这样就 选育出了具有优良性状的玉米品种。 古印第安人是最早选择和培育玉米的,最突 出的贡献是选育了果穗硕大、淀粉含量高的玉米 。请分析古印第安人培育玉米的方法所隐含的遗 传学原理及其优缺点。 (1)古印第安人培育玉米的方法称为 。 (2)这里的“选择”的含义是 。 (3)“用作祭的玉米是在隔离条件下种植的”其中“ 隔离”作用是(4)选择育种的优缺点是技术简单、容易操作。 缺点:选择范围有限,育种周期长。 (5)现代育种工作是否运
4、用选择育种的“汰劣留良 ”这一措施?学生带着这一问题继续学习。 选择育种 汰劣留良防止劣质玉米与选择的具有优良 性状的玉米杂交,使优良性状得到不断的积累 。设想:每种生物都有不少性状,这些性状有的是 优良性状,有的是不良性状,而且不同的优 良性状存在于不同的品种中。人们一直设想 如果能想办法去掉不良性状,让优良性状集 于一身,创造出自然条件下没有的新性状组 合,突破选择育种的局限,培育出具有优良 性状组合的新品种。选择育种的局限性是: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。已知小麦的高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗锈病(T )对易染锈病(t)为显性,两对性
5、状独立遗传。现有高 秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。你用什么方法能把 两个品种的优良性状结合在一起,又能把双方的缺点都 去掉?将你的设想用遗传图解表示出来。试一试:植物杂交育种的方法以下是杂交的育种参考方案:以下是杂交的育种参考方案: 高抗高抗 矮不抗矮不抗 高抗高抗DDTTddttDdTtddTt高抗 高不抗 矮抗 矮不抗ddTT矮抗ddTTddTt矮抗ddTT矮抗矮抗 矮不抗ddTtddTT杂交自交选优自交F3选优思考:要培育出 一个能稳定遗传 的植物品种至少 要几年?动物的杂交育种中国荷斯坦牛: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6300k
6、g以上。试一试:动物的杂交育种方法假设现有长毛立耳猫( 假设现有长毛立耳猫(BBEEBBEE) 和短毛折耳猫(和短毛折耳猫(bbeebbee),),你能否培育你能否培育 出能稳定遗传的长毛折耳猫(出能稳定遗传的长毛折耳猫(BBeeBBee) ?写出育种方案(图解)写出育种方案(图解)长毛折耳猫短毛折耳猫长毛立耳猫长毛立耳 短毛折耳 BBEEbbee长毛立耳 BbEe长毛立耳BbEe长立 长折 短立 短折 Bbee BBeeBBeeBbeebbeebbee长折 短折长折 长折 短折杂交F1间 交配选优测交 F3长折 短折思考:要培育出一个能 稳定遗传的动物品种至 少要几年?1 1、动物杂交育种中
7、纯合子的获得不能通过逐代、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交,而应改为自交,而应改为测交测交。2 2、比植物杂交育种所需年限短。、比植物杂交育种所需年限短。小结:杂交育种的概念:原理:基因重组方法:优点:使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个 个体上,即“集优”,能产生新的基因型。杂交自交选优 自交思考与讨论杂交育种的优点是很明显的,但是在实际 操作中会遇到不少困难。请从杂交后代可能出 现的各种类型,以及育种时间等方面,分析比 较杂交育种方法的不足。那有没有能出现意想不到的结果,并且需要时间 相对要短的育种方法呢?杂交育种只能利用已有基因的重组,按 需选择,并不能创造新的基因。杂交后
8、 代会出现性状分离现象,育种进程缓慢 ,过程繁琐。思考: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 。请回答:水稻产生这种变异的来源是_ _,产生变异的原因是_ _ 。 基因突变 各种宇宙射线和失重的作用,使基因 的分子结构发生改变。 复习:1.什么叫基因突变?属于什么水平的变化?2.自然突变和诱发突变特点的异同?3.诱发基因突变的因素有哪些?(物理、化学等)都有普遍性、随机性、不定向性,诱发 突变的频率高诱变育种原理: 基因突变 方法: 物理方法(紫外线、射线、失重等)或化
9、学方 法(亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理植株,再选择 符合要求的变异类型 应用:农作物新品种的培育,新品种具有抗 病力强、产量高、品质好等优点。如“黑 农五号”大豆,产量提高了16%,含油量 比原来提高了2.5%。诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外 ,还采用太空育种。太空育种主要是利用返回 式卫星和高空气球能达到 的高空环境,通过强辐射 、微重力和高真空等条件 使植物种子的基因发生基 因突变的作物育种新技术 。我国已培育成功 许多太空作物:空间生命科学: 高真空(108pa) 微重力(104g) 强辐射(尤其是危害 性极大的HZE)用于微生物育种:例如青霉素的选育。1943 年从自然界分离出来的
10、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50000 60000单位/mL。中间为青霉菌,周围是细菌 。思考与讨论与杂交育种相比,诱变育种有什么优点 ?联系基因突变的特点,谈谈诱变育种的局 限性。要想克服这些局限性,可以采取什么 办法?优点:不足:克服:产生新基因和新的性状,能提高变异的频率, 后代变异性状能较快稳定,加速育种进程。诱变育种的方向难以掌握,诱变体难以集中多 个理想性状。要想克服这些局限性,可以扩大诱变后代的群体 ,增加选择的机会。l育种技术的不断完善与发展的动力和原因 是 超越
11、已有技术的局限性 。育种学家将 如何突破“不能实行种间的基因交流”这一 育种技术的局限呢?总结:选择育种杂交育种诱变育种特点:在自然产生的变异中选择 局限:不能把位于两个品种的优良性状集 于一身主要优点:有目的地把位于两个品种的优良性状集于一身 局限:不能产生新的基因主要优点:能产生新基因 局限:该方法具有一定的盲目性均不能实行种 间的基因交流杂杂交育种诱变诱变 育种 多倍体育种单单倍体育种 处处 理原 理 优优 点缺 点比较各种育种的方法杂杂交育种诱变诱变 育种多倍体育 种单单倍体育 种 处处 理原 理 优优 点缺 点杂交辐射、射线化学药剂秋水仙素花药离体 培养基因重组基因突变染色体变异可以
12、集中两 个亲体的优 良性状育种年限缩短 ,改良某些性 状果大,茎秆 粗,营养物 丰富年限短, 易稳定时间长有利不多, 需大量处理发育迟, 结实低技术复杂秋水仙素育种的方法有多种,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)花药离 体培养当年就可以培育出优良新品种!迟熟 品种(AA)杂合 子(Aa)人工诱变幼苗 (A )幼苗 (a)秋水仙 素处理早熟 品种 (AA)秋水仙 素处理时间:下图表示以某种农作物(1)和(2)两个品种为基础
13、,培育出(4) 、(5)、(6)、(7)四个品种的过程。根据下图,回答下列问题 :【答案】.(1)杂交 自交, 基因重组; (2)花药离体培养; 人工诱 导染色体加倍,缩短育种年限; (3)人工诱导多倍体,多倍体 (4)采用射线照射或药剂处理 等人工诱变方式 练习题下图是用某种作物的两个品种和分别培育出、品种的 示意图,试分析回答: AABB E Ab - D AaBb F Aabb-aabb G AAaaBBbb-(1)用和培育所采用的D和F步骤分别是 和 。其 应用的遗传学原理是 。(2)用培育所采用的E和H步骤分别是 和 。其应用的遗传学原理是 。(3)用培育所采用的G步骤是 。其遗传学原理是 。H 杂交自交 基因重组花药离 体培养秋水仙素 处理幼苗 染色体变异(单倍体育种) 秋水仙素处 理幼苗染色体变异(多倍体育种)