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1、1第第6 6章章 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程第第1 1节节 杂交育种与诱变育种杂交育种与诱变育种 19941994年美国年美国农业农业和环境问题专家和环境问题专家莱斯莱斯特特布朗布朗抛出抛出“中国中国威胁论威胁论”，撰文说到，撰文说到2121世纪世纪3030年代，中国年代，中国人口将达到人口将达到1616亿，亿，中中国人口的国人口的“大爆炸大爆炸”将给世界带来巨将给世界带来巨大的威胁。大的威胁。到时谁到时谁来养活中国，谁来来养活中国，谁来拯救由此引发的全拯救由此引发的全球性粮食短缺和动球性粮食短缺和动荡危机？荡危机？ 袁隆平袁隆平 袁隆平袁隆平:农学家，杂交水稻育种专家。农学家，
2、杂交水稻育种专家。三系杂交稻，两系杂交稻，超级杂交稻。三系杂交稻，两系杂交稻，超级杂交稻。一个属于中国一个属于中国也属于世界的名字也属于世界的名字他发起的他发起的“第二次绿色革第二次绿色革命命”给整个人类带来了福音。给整个人类带来了福音。我国的水稻产量从原来的我国的水稻产量从原来的4500公斤每公顷增公斤每公顷增加到加到7500公斤每公顷。从公斤每公顷。从1976年到年到1998年，累年，累计增产粮食计增产粮食3.5亿吨，平均每年多解决约亿吨，平均每年多解决约6000万万人的粮食问题。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。
3、杂交水稻的大面积推广应用，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界誉为中华民族的“第五大发明第五大发明”。袁隆平的杂交水稻引起了世界的关注，许多国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、越南等家的专家到中国来取经，印度、越南等20多个国多个国家和地区还引种了杂交水稻。袁隆平的努力，也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。为解决世界粮食短缺问题作出了贡献。袁隆平袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪培养杂交水稻过程中，他利用了哪一
4、种变异的原理？一种变异的原理？ 小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（D D D D）对矮秆（对矮秆（对矮秆（对矮秆（d d d d）为显性，抗锈病（为显性，抗锈病（为显性，抗锈病（为显性，抗锈病（T T T T）对对对对不抗锈病（不抗锈病（不抗锈病（不抗锈病（t t 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（DDTTDDTTDDTTDDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（和矮秆不抗锈病的小麦（和矮秆不抗锈病的小麦（和矮秆不抗锈病的小麦（ddttddttddttddtt），），），），如果你是袁隆
5、如果你是袁隆如果你是袁隆如果你是袁隆平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTTddTTddTTddTT）？）？）？）？试试：如何得到试试：如何得到矮秆抗病的优良品种（矮秆抗病的优良品种（ddTT）？）？锈病锈病 高抗高抗 矮不抗矮不抗 高抗高抗DDTTddttDdTtddTt高抗高抗 高不抗高不抗 矮抗矮抗 矮不抗矮不抗ddTT矮抗矮抗ddTTddTt矮抗矮抗ddTT矮抗矮抗矮矮抗抗 矮不抗矮不抗ddTtddTT杂交杂交自交自交选选 优优 自自 交交F3选选 优优思考：要培育出思考：要
6、培育出一个能稳定遗传一个能稳定遗传的植物品种至少的植物品种至少要几年？要几年？杂交育种方法：杂交育种方法：试一试动物的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（假设现有长毛立耳猫（假设现有长毛立耳猫（BBEEBBEEBBEEBBEE）和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（bbeebbeebbeebbee），），），），你能否培育你能否培育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（出能稳定遗传的长毛折耳猫（出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBeeBBeeBBeeBBee）？写出育种方案（图解）写出育种方案（图解）写出育种
7、方案（图解）写出育种方案（图解）长毛折耳猫长毛折耳猫短毛折耳猫短毛折耳猫长毛立耳猫长毛立耳猫长毛立耳长毛立耳 短毛折耳短毛折耳BBEEbbee长毛立耳长毛立耳 BbEe长毛立耳长毛立耳BbEe长立长立 长折长折 短立短立 短折短折BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee长折长折 短折短折长折长折 长折长折 短折短折杂交杂交F1间间交配交配选选 优优测测 交交 F3长折长折 短折短折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：注意：注意：注意：一
8、、杂交育种一、杂交育种就是将两个或多个品种的优良性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。择和培育，获得新品种的方法。一、杂交育种一、杂交育种原理：原理： 基因重组基因重组方法：方法： 优点：优点：方法简捷方法简捷,容易操作容易操作缺点：缺点：后代会出现性状分离后代会出现性状分离，育种缓慢，过程繁琐，育种缓慢，过程繁琐不能创造新基因不能创造新基因应用：应用：用纯种高抗小麦与纯种矮不抗小麦培育高抗小麦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。中国的荷坦牛的培育等。杂交育种不能创造新的基因，并且杂
9、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，并且需要时间相对想不到的结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？要短的育种方法呢？杂交杂交自交自交选优选优自交自交 黑农五号大豆：黑农五号大豆：黑龙江省农业科学黑龙江省农业科学院用辐射方法处理大豆，再通过人院用辐射方法处理大豆，再通过人工选择培育成了工选择培育成了黑农五号黑农五号等大豆品等大豆品种，含油量比原来的品种提高了种，含油量比原来的品种提高了2.52.5，大豆产量提高了，大豆产量提高了1616。 二二. .诱变育种诱变育种 青青霉霉菌菌菌菌种种的的选选育育：生生产产青青霉霉素素的的菌菌
10、种种，最最初初是是在在19431943年年从从一一个个发发霉霉的的甜甜瓜瓜上上得得来来的的。这这种种野野生生的的青青霉霉菌菌分分泌泌的的青青霉霉素素很很少少，产产量量只有只有2020单位单位/ /mLmL。 人人们们对对青青霉霉菌菌多多次次进进行行X X射射线线、紫紫外外线线照照射射以以及及综综合合处处理理，经经过过了了几几十十年年培培育育成成产产量量很很高高的的青青霉霉素素菌菌株株，目目前前青青霉霉素素的的产产量量已已经经可以达到可以达到5000050000单位单位/ /mLmL6000060000单位单位/ /mLmL。 （一般一次注射用药在（一般一次注射用药在8080万单位。）万单位。）
11、 太空育种：太空育种：搭乘搭乘“神舟七号神舟七号”飞船进入太飞船进入太空诱变的空诱变的200200克蔬菜种子，这些蔬菜种子包括克蔬菜种子，这些蔬菜种子包括番茄、甘蓝、青菜、芹菜等品种。经过超真番茄、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空、微重力、宇宙射线等地面不可模拟的环境洗礼之后，境洗礼之后，“太空种子太空种子”中约有千分之三中约有千分之三会发生有益的基因突变。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三个国家之一，在作物空间技术育种方面已经进入经进入世界先进行列世界
12、先进行列。来自太空育种的珍奇瓜果来自太空育种的珍奇瓜果神州五号太空育种神州五号太空育种 巨型南瓜重逾巨型南瓜重逾300300斤斤太空黄瓜太空黄瓜太空育种花卉仙客来太空育种花卉仙客来白莲白莲: :19941994年年7 7月月3 3日江西广昌白莲研究所将白莲种子日江西广昌白莲研究所将白莲种子442442粒搭载粒搭载940703940703号返回式卫星，在太空遨游号返回式卫星，在太空遨游1515天，培天，培育出太空莲育出太空莲3 3号等新品种号等新品种( (利用太空中利用太空中微重力、宇宙射线、微重力、宇宙射线、变化磁场和高真空变化磁场和高真空等物理条件的综合作用使生物产生基等物理条件的综合作用使
13、生物产生基因突变）因突变）。亩产达。亩产达120120千克，比原品种提高千克，比原品种提高8888，平均，平均粒重粒重2.22.2克，最大为克，最大为3.33.3克（原品种平均粒重为克（原品种平均粒重为1.11.1克）。克）。太空莲太空莲3号号 我国神州我国神州6 6号上太空时，重庆的一位村民号上太空时，重庆的一位村民花了花了1.51.5万元，把自己精心培育的万元，把自己精心培育的5050粒荷花粒荷花种子送上天，希望遨游太空回来，能培育出种子送上天，希望遨游太空回来，能培育出冬天开的荷花。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
14、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、诱变育种二、诱变育种就是利用物理因素（如就是利用物理因素（如X X射线，紫射线，紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸，硫酸二乙酯等）处理生物，使生酸，硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变。物发生基因突变。原理：原理： 基因突变基因突变 方法：方法： 物理方法物理方法( (紫外线、紫外线、射线、失重等射线、失重等) )或化学方或化学方法法( (亚硝酸、硫酸二乙酯等亚硝酸、硫酸二乙酯等) )处理植株，再选择处理植株，再选择符合要求的变异类型符合要求的变
15、异类型 优点：优点：产生新基因产生新基因和新的性状，能提高变异的频率，和新的性状，能提高变异的频率，加速育种进程。加速育种进程。缺点：缺点：有利个体不多，须大量处理供试材料有利个体不多，须大量处理供试材料 ，工作，工作量大量大 。应用应用: :太空辣椒的培育太空辣椒的培育 、青霉菌的选育等、青霉菌的选育等类型类型 杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种单倍体育种单倍体育种 多倍体育种多倍体育种原理原理常用常用方法方法优点优点缺缺点点实例实例杂交杂交自自交交选优选优(多次）多次）用物理或化学用物理或化学方法处理生物方法处理生物用秋水仙素用秋水仙素处理萌发的处理萌发的种子或幼苗种子或幼苗使位于不同个使位
16、于不同个体的优良性状体的优良性状集中于一个集中于一个个体上个体上提高变异频率提高变异频率加速育种进程加速育种进程明显缩短明显缩短育种年限育种年限器官大型，器官大型，营养丰富营养丰富育种时间长育种时间长有利变异少有利变异少需大量处理需大量处理供试材料供试材料技术复杂，需与技术复杂，需与杂交育种配合杂交育种配合只适用于植物只适用于植物基因突变基因突变染染 色色 体体 变变 异异染染色色体体变变异异基因重组基因重组培育高抗小麦培育高抗小麦培育青霉培育青霉素高产菌株素高产菌株三倍体无子三倍体无子西瓜的培育西瓜的培育培育高抗小麦培育高抗小麦三三.几种主要育种方法的比较几种主要育种方法的比较花药离体培养花
17、药离体培养单倍体单倍体秋水仙秋水仙素处理素处理纯种纯种 练练习习一一：我我国国运运用用返返回回式式运运载载卫卫星星搭搭载载水水稻稻种种子子，返返回回地地面面后后种种植植，培培育育出出的的水水稻稻穗穗长长粒粒大大，亩亩产产达达600kg600kg，最最高高达达750kg750kg，蛋蛋白白质质含含量量增增加加8%-20%8%-20%，生生长期平均缩短长期平均缩短1010天。请回答：天。请回答：（1 1）水稻产生这种变异的来源是）水稻产生这种变异的来源是_，产生变异的，产生变异的原因是原因是_。 基因突变基因突变 各种宇宙射线和失重的作用，使基因的各种宇宙射线和失重的作用，使基因的分子结构发生改变
18、。分子结构发生改变。 （2）这种方法育种的优点有）这种方法育种的优点有_。能提高变异频率，加速育种进程，并能能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状大幅度改良某些性状 练习二练习二 :请写出下面各项培育方法：请写出下面各项培育方法：（1 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）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是 。（2 2）用）用6060Co Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是所用方法是 。（3 3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法
19、是是 。（4 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，）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质上属于 。（5 5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，）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，所用方法是培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是 。（6 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）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，
20、这种方法是早、蛋白质含量高的品系，这种方法是 。单倍体育种单倍体育种 诱变育种诱变育种 多倍体育种多倍体育种 诱变育种诱变育种 杂交育种杂交育种 诱变育种诱变育种【技巧点拨台技巧点拨台】根据育种目的选择育种方式根据育种目的选择育种方式(1)(1)若要培育隐性性状个体，可用自交或杂交，只要出现该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。性状即可。(2)(2)有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其最简有些植物如小麦、水稻等，杂交实验较难操作，其最简便的方法是自交。便的方法是自交。(3)(3)若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。若要快速获得纯种，可用单倍体育种方法。(4)(4
21、)若要提高营养物质含量，可用多倍体育种方法。若要提高营养物质含量，可用多倍体育种方法。(5)(5)若要培育原先没有的性状，可用诱变育种。若要培育原先没有的性状，可用诱变育种。(6)(6)若培育植物为营养繁殖，如土豆、地瓜等，则只要出现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。所需性状即可，不需要培育出纯种。1.1.杂交育种所依据的主要遗传学原理是（杂交育种所依据的主要遗传学原理是（ ） A.A.基因突变基因突变 B.B.基因自由组合基因自由组合 C.C.染色体交叉互换染色体交叉互换 D.D.染色体变异染色体变异 2 2. .在下列几种育种方法中，可以改变原
22、有基因分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子结构的育种方法是( )( ) A. A.杂交育种杂交育种 B.B.诱变育种诱变育种 C.C.单倍体育种单倍体育种 D.D.多倍体育种多倍体育种3.3.通过诱变育种培育的是通过诱变育种培育的是( )( )A.A.三倍体无子西瓜三倍体无子西瓜 B.B.青霉素高产菌株青霉素高产菌株C.C.四倍体葡萄四倍体葡萄 D.D.八倍体小黑麦八倍体小黑麦练习三练习三 4.4.大麻是雌雄异株植物（大麻是雌雄异株植物（XYXY型），体细胞中有型），体细胞中有2020条染色体。若将其花药离体培养，将获得的幼苗条染色体。若将其花药离体培养，将获得的幼苗
23、再用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成状况再用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成状况应是应是( ) ( ) A.18 A.18XXXX B. 18B. 18XY XY C. 20C. 20XX XX D.18D.18XXXX或或YYYY5.5.下列技术中不能获得抗锈病高产小麦新品种的是下列技术中不能获得抗锈病高产小麦新品种的是（ ）A A诱变育种诱变育种 B B杂交育种杂交育种C C花药离体培养花药离体培养 D D转基因育种转基因育种 6 6.下列有关育种说法正确的是下列有关育种说法正确的是( )( )A.A.用杂交的方法进行育种，用杂交的方法进行育种，F F1 1自交后代有可能筛选出符合人类
24、自交后代有可能筛选出符合人类需要的优良品种需要的优良品种B.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植株具备更多的优良性状植株具备更多的优良性状C.C.用基因型为用基因型为DdTtDdTt的植株进行单倍体育种，所育的种自交后代的植株进行单倍体育种，所育的种自交后代约有约有1/41/4为纯合子为纯合子D.D.用基因型为用基因型为DdTtDdTt的植株进行多倍体育种，所育的种和原品种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杂交一定能产生可育后代7.7.下列有关育种的叙述中，错误的是下列有关育种的叙述中，错误的是
25、( )( )A.A.用于大田生产的优良品种不一定是纯合子用于大田生产的优良品种不一定是纯合子B.B.通过植物组织培养技术培育脱毒苗，筛选培育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抗病毒新品种C.C.杂交育种可用于家畜、家禽的育种杂交育种可用于家畜、家禽的育种D.D.为了避免对三倍体无子西瓜年年制种，可利用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植物组织培养快速繁殖练习三：练习三：1.1.下列表示某种农作物下列表示某种农作物和和两种品种分别培育出两种品种分别培育出 三三种品种种品种, ,根据上述过程根据上述过程, ,回答下列问题回答下列问题: :AABB aab
26、bAaBbAbAAaaBBbbAAbb用用和和培育培育所采用的方法所采用的方法称为称为_,方法方法称为称为_,由由和和培育培育所依据的原理是所依据的原理是_.用用培育出培育出的常用方法的常用方法是是_,由由培育成培育成的过程中用化学药剂的过程中用化学药剂_处理处理的幼苗的幼苗,方法方法和和合合称为称为_育种育种.其优点是其优点是_.由由培育出培育出的常用方法是的常用方法是_,形成的形成的叫叫_。依据的原理是。依据的原理是_。杂交杂交自交自交基因重组基因重组花药离体培养花药离体培养秋水仙素秋水仙素单倍体单倍体明显缩短育种年限明显缩短育种年限用用秋水仙素处理秋水仙素处理多倍体多倍体染色体变异染色体
27、变异2. 普普通通小小麦麦中中有有高高秆秆抗抗病病(TTRR)和和矮矮秆秆易易感感病病(ttrr)两两个个品品种种，控控制制两两对性性状状的的基基因因分分别位位于于两两对同同源源染染色色体体上上。实验小小组利利用用不不同同的的方方法法进行了如下三行了如下三组实验：请分析回答：分析回答：(1)A组由由F1获得得F2的的方方法法是是_，F2矮矮秆秆抗抗病植株中不能病植株中不能稳定定遗传的占的占_。(2)、三三类矮矮秆秆抗抗病病植植株株中中，最最可可能能产生生不育配子的是不育配子的是_类。(3)A、B、C三三组方法中，最不容易方法中，最不容易获得矮得矮秆秆抗病抗病小麦品种的是小麦品种的是_组，原因是
28、，原因是_。自交自交2/3C基因突变频率低且不定向基因突变频率低且不定向(4)通通过矮矮秆秆抗抗病病获得得矮矮秆秆抗抗病病小小麦麦新新品品种种的的方方法法是是_ 。获得得的的矮矮秆秆抗抗病病植株中能植株中能稳定定遗传的占的占_。(5)在一在一块高高秆秆(纯合子合子)小麦田中，小麦田中，发现了一株矮了一株矮秆秆小麦。小麦。请设计实验方案探究方案探究该矮矮秆秆性状出性状出现的的可能原因可能原因(简要写出所用方法、要写出所用方法、结果和果和结论)。秋水仙素秋水仙素(或低温或低温)诱导染色体加倍诱导染色体加倍100%方法一：方法一：将矮秆小麦与高秆小麦杂交，将矮秆小麦与高秆小麦杂交，如果子一代为高秆，子二代高秆如果子一代为高秆，子二代高秆 矮秆矮秆3 1(或出现性状分离或出现性状分离)，则矮秆性状是基因，则矮秆性状是基因突变造成的，否则，矮秆性状是环境引起突变造成的，否则，矮秆性状是环境引起的。的。方法二：方法二：将矮秆小麦与高秆小麦种植在将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下，如果两者未出现明显差相同环境条件下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状由环境引起，否则，矮秆异，则矮秆性状由环境引起，否则，矮秆性状是基因突变的结果。性状是基因突变的结果。谢谢！谢谢！
