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1、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19941994年美国年美国农业和环境问题专家莱斯 特布朗布朗抛出抛出“中国威胁论中国威胁论”，撰文说，撰文说 到到2121世纪世纪3030年代，中国人口将达到年代，中国人口将达到1616亿亿 ，中国人口的“大爆炸”将给世界带来 巨大的威胁。到时谁来养活中国，谁来到时谁来养活中国，谁来 拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡 危机？危机？袁隆平 袁隆平:农学家，杂交水稻育种专家。三系杂交稻，两系杂交稻，超级杂交稻。一个属于中国 也属于世界的名字 他发起的“第二次绿色革命 ” 给整个人类带来了福音。我国的水稻产
2、量从原来的4500公斤每公顷增 加到7500公斤每公顷。从1976年到1998年，累 计增产粮食3.5亿吨，平均每年多解决约6000万 人的粮食问题。如今，我国大江南北的农田普遍种上了袁隆平 研制的杂交水稻。杂交水稻的大面积推广应用， 为我国粮食增产发挥了重要作用。杂交水稻被世 界誉为中华民族的“第五大发明” 。袁隆平的杂交水稻引起了世界的关注，许多国 家的专家到中国来取经，印度、越南等20多个国 家和地区还引种了杂交水稻。袁隆平的努力，也 为解决世界粮食短缺问题作出了贡献。 袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪 一种变异的原理？小麦高秆（小麦高秆（D D）对矮秆（对矮秆（d d）为显性，抗锈
3、病（为显性，抗锈病（T T）对对不抗锈病（不抗锈病（t t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTTDDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（和矮秆不抗锈病的小麦（ddttddtt），），如果你是袁隆平如果你是袁隆平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTTddTT）？）？试试：如何得到矮秆抗病的优良品种（矮秆抗病的优良品种（ddTTddTT）？）？锈病 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
4、 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？杂交育种方法 ：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 BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee长折 短折长折 长折 短折杂交F1间 交配选 优测 交 F3长折 短
5、折1 1、动物动物杂交育种中纯合子的获得不杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代能通过逐代自交自交，而应改为，而应改为测交测交。2 2、比、比植物植物杂交育种所需杂交育种所需年限短年限短。注意：一、杂交育种就是将两个或多个品种的优良性 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。一、杂交育种原理： 基因重组方法： 优点：方法简捷,容易操作缺点：后代会出现性状分离 ，育种缓慢，过程繁琐不能创造新基因应用：用纯种高抗小麦与纯种矮不抗小麦培育高抗小麦 ，中国的荷坦牛的培育等。杂交育种不能创造新的基因，并且 所需时间要长，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？
6、杂交自交选优 自交黑农五号大豆：黑龙江省农业科学 院用辐射方法处理大豆，再通过人 工选择培育成了黑农五号等大豆品 种，含油量比原来的品种提高了2.5 ，大豆产量提高了16。 二.诱变育种青霉菌菌种的选育：生产青霉素的菌种，最 初是在1943年从一个发霉的甜瓜上得来的。 这种野生的青霉菌分泌的青霉素很少，产量 只有20单位/mL。人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射 以及综合处理，经过了几十年培育成产量很 高的青霉素菌株，目前青霉素的产量已经可 以达到50000单位/mL60000单位/mL。（一般一次注射用药在80万单位。）太空育种：搭乘“神舟七号”飞船进入太 空诱变的200克蔬菜种子，这些
7、蔬菜种子包括 番茄、甘蓝、青菜、芹菜等品种。经过超真 空、微重力、宇宙射线等地面不可模拟的环 境洗礼之后，“太空种子”中约有千分之三 会发生有益的基因突变。 我国作为目前世界上能发射返回式卫星的 三个国家之一，在作物空间技术育种方面已 经进入世界先进行列。来自太空育种的珍奇瓜果神州五号太空育种 巨型南瓜重逾300斤太空黄瓜太空育种花卉仙客来白莲:1994年7月3日江西广昌白莲研究所将白莲种子 442粒搭载940703号返回式卫星，在太空遨游15天，培 育出太空莲3号等新品种(利用太空中微重力、宇宙射线 、变化磁场和高真空等物理条件的综合作用使生物产生 基因突变）。亩产达120千克，比原品种提高
8、88，平 均粒重2.2克，最大为3.3克（原品种平均粒重为1.1克 ）。太空莲3号我国神州6号上太空时，重庆的一位村民花了1.5万元，把自己精心培育的50粒荷花种子送上天，希望遨游太空回来，能培育出冬天开的荷花。1.他的愿望一定能够实现吗？为什么？2.突变的冬天开的荷花在其它方面的性状一定都如先前一样理想吗？为什么？3.要使其保持先前的理想性状，可采取什么措施？4.综合上述请你总结诱变育种的优点和局限性。二、诱变育种就是利用物理因素（如X射线，紫 外线，激光等）或化学因素（如亚硝 酸，硫酸二乙酯等）处理生物，使生 物发生基因突变。原理： 基因突变 方法： 物理方法(紫外线、射线、失重等)或化学
9、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 优点：产生新基因和新的性状，能提高变异的频率， 加速育种进程。缺点：有利个体不多，须大量处理供试材料 ，工作 量大 。应用:太空辣椒的培育 、青霉菌的选育等类类型 杂杂交育种诱变诱变 育种单单倍体育 种多倍体育种原理常用 方法优优点缺点实实例杂交自 交选优( 多次）用物理或化学 方法处理生物用秋水仙素 处理萌发的 种子或幼苗使位于不同个 体的优良性状 集中于一个 个体上提高变异频率加速育种进程明显缩短 育种年限器官大型， 营养丰富育种时间长有利变异少 需大量处理 供试材料技术复杂，需与 杂交育种配合只适用于植物基因突变染 色 体
10、 变 异染 色 体 变 异基因重组培育高抗小麦培育青霉 素高产菌株三倍体无子 西瓜的培育培育高抗小麦三.几种主要育种方法的比较花药离体培养 单倍体秋水仙 素处理纯种练习一：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：（1）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。 （2）这种方法育种的优点有_。能提高变异频率，加速育种进程，并能 大幅度改良某些性状 练习二 :请写出下面各项培育方法：（1）通过
11、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）用秋水仙素或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【技巧点拨台】根据育种
12、目的选择育种方式(1)若要培育隐性性状个体，可用自交或杂交，只要出现该性状即可。(2)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其最简便的方法是自交。(3)若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。(4)若要提高营养物质含量，可用多倍体育种方法。(5)若要培育原先没有的性状，可用诱变育种。(6)若培育植物为营养繁殖，如土豆、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。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
13、育种 3.通过诱变育种培育的是( ) A.三倍体无子西瓜 B.青霉素高产菌株 C.四倍体葡萄 D.八倍体小黑麦练习三4.大麻是雌雄异株植物（XY型），体细胞中有20 条染色体。若将其花药离体培养，将获得的幼苗 再用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成状况 应是( ) A.18XX B. 18XY C. 20XX D.18XX或YY5.下列技术中不能获得抗锈病高产小麦新品种的是 （ ） A诱变育种 B杂交育种 C花药离体培养 D转基因育种6.下列有关育种说法正确的是( )A.用杂交的方法进行育种，F1自交后代有可能筛选出符合人类需要的优良品种B.用辐射的方法进行诱变育种，诱变后的植株一定比诱变前的
14、植株具备更多的优良性状C.用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，所育的种自交后代约有1/4为纯合子D.用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的种和原品种杂交一定能产生可育后代7.下列有关育种的叙述中，错误的是( )A.用于大田生产的优良品种不一定是纯合子B.通过植物组织培养技术培育脱毒苗，筛选培育抗病毒新品种C.杂交育种可用于家畜、家禽的育种D.为了避免对三倍体无子西瓜年年制种，可利用植物组织培养快速繁殖练习三：1.下列表示某种农作物和两种品种分别培育出三种品种,根据上述过程,回答下列问题:AABB aabb AaBb Ab AAaaBBbb AAbb 用和培育所采用的方法称为_,方法
15、称为_,由和 培育所依据的原理是_. 用培育出的常用方法是_,由培育成 的过程中用化学药剂_处理的幼苗,方法和合称为_育种.其优点是_. 由培育出的常用方法是_,形成的叫_。依据的原理是_。杂交 自交基因重组花药离体培养 秋水仙素 单倍体明显缩短育种年限用秋水仙素处理 多倍体染色体变异2. 普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病 (ttrr)两个品种，控制两对对性状的基因分别别位于两 对对同源染色体上。实验实验 小组组利用不同的方法进进行 了如下三组实验组实验 ：请请分析回答： (1)A组组由F1获获得F2的方法是_，F2矮秆抗病 植株中不能稳稳定遗传遗传 的占_。 (2)、三类类矮秆抗病植株中，最可能产产生 不育配子的是_类
