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1、充满变异的世界充满变异的世界第五节第五节 生物的变异生物的变异物种丰富的星球物种丰富的星球德国哲学家莱布尼茨提出德国哲学家莱布尼茨提出,“世界上没有两片完全相同的树叶。世界上没有两片完全相同的树叶。”小小的树叶所具有的属性是多样的：小小的树叶所具有的属性是多样的：长短、宽窄、厚薄、色彩的浓淡、长短、宽窄、厚薄、色彩的浓淡、边缘的锯齿形状、中间的脉络走向边缘的锯齿形状、中间的脉络走向性状性状变异变异-是指是指亲子代间亲子代间和和子代个体间的差异。子代个体间的差异。遗传遗传- 是指是指亲子代间的相似性。亲子代间的相似性。变异古语“一母生九子，九子各不同”，这就是最简单的变异现象。任何生物体均有着它
2、们各自的遗传基础，而这些遗传基础本身也不是丝毫没有差异的，在复杂的环境条件对生物体的直接、间接影响下，可以使生物体发生变化，产生差异。例如，五花珍珠鱼生下的子代，虽然都是珍珠鱼，但是在颜色上却会出现部分差异。将颜色有差异的子鱼用不同的水源来饲养，加上各地的气温、饵料和管理水平等各方面的不同，时间久了，这些五花珍珠鱼不仅颜色上有深有浅(特别是蓝色的显现，有的十分明显，有的则并不明显)，而且在体形上也出现长与短、腹部臌与不臌、头尖小与不尖小、大尾与小尾、扇尾和非扇尾等一系列的变化。这种变化和差异，在遗传学上就称之为变异。 不同品种的生物之间的变异不同品种的生物之间的变异同种生物之间的变异同种生物之
3、间的变异常见的生物变异现象常见的生物变异现象不同品种的玉米果穗不同品种的玉米果穗不同品种的玉米果穗不同品种的玉米果穗安康羊安康羊安康羊安康羊不同物种之间不同物种之间常见的生物变异现象常见的生物变异现象相相同同物物种种之之间间玫瑰玫瑰玫瑰玫瑰生物的变异生物的变异变异的定义：亲代与子代变异的定义：亲代与子代之间以及子代的个体之间之间以及子代的个体之间在形态、结构、生理等方在形态、结构、生理等方面总是存在着差异的现象面总是存在着差异的现象。变异的类型变异的类型不遗传的变异不遗传的变异可遗传的变异可遗传的变异环境因素导致的环境因素导致的生殖细胞中遗传物质改变造成的生殖细胞中遗传物质改变造成的一、变异是
4、普遍存在的一、变异是普遍存在的各种相对性状都是通过变异产生的各种相对性状都是通过变异产生的番茄的红果和黄果豌豆的圆粒和皱粒蛋白质蛋白质 正常异常正常异常氨基酸谷氨酸缬氨酸氨基酸谷氨酸缬氨酸RNA GAA GUADNA CTT CAT GAA GTA 这种病在缺氧时，红细胞由正常的圆饼状变成镰刀形，严重时镰刀状的红细胞破裂，造成溶血性贫血。镰刀型细胞贫血症镰刀型细胞贫血症可遗传的变异可遗传的变异不可遗传的变异不可遗传的变异双胞胎兄弟俩一个长时间在室外工作导致皮肤较黑，一个长时间在室内工作导致皮肤较白。单纯由环境引起的变异，如果没有影响到遗传物质基础，就不会遗传给后一代。有利的变异有利的变异抗倒伏
5、的小麦抗倒伏的小麦不抗倒伏的小麦不抗倒伏的小麦杂交杂交人类应用人类应用有利的有利的变异培育新品种变异培育新品种高产倒伏小麦高产倒伏小麦低产抗倒伏小麦低产抗倒伏小麦高产抗倒伏小麦高产抗倒伏小麦 通过杂交，低产抗倒伏小麦把抗倒伏的基通过杂交，低产抗倒伏小麦把抗倒伏的基因传给了高产不抗倒伏的小麦，抗倒伏基因因传给了高产不抗倒伏的小麦，抗倒伏基因与高产基因组合到一起，可以产生高产抗倒与高产基因组合到一起，可以产生高产抗倒伏小麦。伏小麦。袁隆平与杂交水稻袁隆平与杂交水稻20012001年袁隆平获得国家科学技术奖年袁隆平获得国家科学技术奖人类应用人类应用有利的有利的变异培育新品种变异培育新品种产量不同的奶
6、牛产量不同的奶牛选择、繁育选择、繁育选择、繁育选择、繁育高产奶牛高产奶牛人类应用人类应用有利的有利的变异培育新品种变异培育新品种 太空椒是在太空的条件下，引起太空椒是在太空的条件下，引起基因发生改变而培育成的新品种基因发生改变而培育成的新品种。自从自从19871987年以来，我国科学工作年以来，我国科学工作者利用返回式卫星和高空气球搭者利用返回式卫星和高空气球搭载作物种子，使种子在空间条件载作物种子，使种子在空间条件下发生变异，因而进行作物遗传下发生变异，因而进行作物遗传性状的改良。在短短的性状的改良。在短短的1010年时间年时间里，取得了令人鼓舞的可喜成果，里，取得了令人鼓舞的可喜成果，培育
7、出了培育出了“卫星卫星 87872”2”青椒青椒( (俗称太空椒俗称太空椒) )、“航育航育1 1号号”水水稻、稻、“豫麦豫麦13”13”小麦等高产、优小麦等高产、优质、抗病性强的作物新品系，获质、抗病性强的作物新品系，获得了良好的社会、经济效益。我得了良好的社会、经济效益。我国作为目前世界上能发射返回式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间技术育种方面已经进入世界先进行列。进行列。不利的变异不利的变异正正常常苗苗白白化化苗苗多倍体育种多倍体育种 我国科技工作者经过多年探索，培育出不少三倍体无我国科技工作者经过多年探索
8、，培育出不少三倍体无子西瓜的优良品种。下面以三倍体无子西瓜为例，介绍多子西瓜的优良品种。下面以三倍体无子西瓜为例，介绍多倍体的培育过程倍体的培育过程( (如图如图) )。人们平常食用的西瓜是二倍体。人们平常食用的西瓜是二倍体。在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理，可以得到四倍在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理，可以得到四倍体植株。然后，用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父体植株。然后，用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，进行杂交，得到含有三个染色体组的种子。把这些种本，进行杂交，得到含有三个染色体组的种子。把这些种子种下去，就会长出三倍体植株。由于三倍体植株在减数子种下去，就会长出三倍体
9、植株。由于三倍体植株在减数分裂的过程中，染色体的联会发生紊乱，因而不能形成正分裂的过程中，染色体的联会发生紊乱，因而不能形成正常的生殖细胞。当三倍体植株开花时，需要授给普通西瓜常的生殖细胞。当三倍体植株开花时，需要授给普通西瓜( (二倍体二倍体) )成熟的花粉，刺激子房发育而成为果实成熟的花粉，刺激子房发育而成为果实( (西瓜西瓜) )。因为胚珠并不发育成为种子，所以这种西瓜叫做无子西瓜。因为胚珠并不发育成为种子，所以这种西瓜叫做无子西瓜。无子西瓜不仅满足了国内市场的需求，而且远销国外。无子西瓜不仅满足了国内市场的需求，而且远销国外。无子西瓜的培育无子西瓜的培育 该该植植株株的的西西瓜瓜的的果
10、果肉肉细细胞胞，种种子子的的种种皮皮和和胚胚其其染染色色体体数数目目各各是是多多少？少？无子西瓜的培育无子西瓜的培育花粉花粉二倍体幼苗二倍体幼苗秋水仙素处理秋水仙素处理四倍体植物体四倍体植物体二倍体（父）二倍体（父）三倍体种子三倍体种子三倍体植物体三倍体植物体三倍体无子西瓜三倍体无子西瓜联会紊乱联会紊乱杂交杂交香蕉的培育香蕉的培育香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，无法香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，无法食用。香蕉的培育过程如下：食用。香蕉的培育过程如下：野生芭蕉野生芭蕉2n2n有籽香蕉有籽香蕉4n4n加倍加倍野生芭蕉野生芭蕉2n2n无籽香蕉无籽香蕉3n3n单倍体育种单倍体育种 方法方法：
11、花药的离体培养，再经人工诱导使：花药的离体培养，再经人工诱导使 染色体数目加倍，成为纯合子。染色体数目加倍，成为纯合子。 优点优点：明显缩短育种年限。：明显缩短育种年限。YyRrYRYryRyrYYRRYYrryyRRyyrrYRYryRyr花药离体培养秋水仙素处理单倍体育种单倍体育种F1花粉花粉单倍体单倍体二倍体（或多倍体）纯系二倍体（或多倍体）纯系组织培养人工诱导 染色体加倍 利用单倍体利用单倍体植株培育新品种，植株培育新品种，只需要两年时间，只需要两年时间，就可以得到一个就可以得到一个稳定的纯系品种。稳定的纯系品种。与常规的杂交育与常规的杂交育种方法相比，明种方法相比，明显缩短了育种年显
12、缩短了育种年限。限。常见生物育种方法的比较常见生物育种方法的比较方法方法原原 理理原原 因因实实 例例优优 点点无性无性繁殖繁殖有丝分裂有丝分裂遗传物质没有发生遗传物质没有发生改变改变无核蜜桔无核蜜桔保持优良性状保持优良性状杂交杂交基因重组基因重组非非同源染色体上的同源染色体上的非等位基因自由组非等位基因自由组合合抗抗倒伏抗倒伏抗锈病小麦锈病小麦集中优良性状集中优良性状诱变诱变基因突变基因突变人工方法使人工方法使DNA复复制过程发生差错制过程发生差错青霉素高青霉素高产菌株产菌株提高变异频率，提高变异频率，出现新性状出现新性状单倍单倍体体染色体倍染色体倍减减秋水仙素处理单倍秋水仙素处理单倍体使其
13、染色体加倍体使其染色体加倍小麦新品小麦新品种种缩短育种进程，缩短育种进程，得到纯合体得到纯合体多倍多倍体体染色体倍染色体倍增增秋水仙素处理使染秋水仙素处理使染色体加倍色体加倍无籽西瓜无籽西瓜器官大，营养成器官大，营养成分含量高分含量高基因基因工程工程DNA拼接拼接将不同生物的基因将不同生物的基因拼接在一起拼接在一起抗虫棉抗虫棉目的性强，打破目的性强，打破物种界限物种界限三倍体 遗传学名词，含有三组染色体的细胞或生物。三倍体生物因难以进行减数分裂形成配子，故常不育。二倍体染色体倍性是指细胞内同源染色体的数目，只有一组称为“单套”或“单倍体”（haploid，2x），两组称为“双套”或“双倍体”（
14、diploid）。凡是由受精卵发育而来，且体细胞中含有两个染色体组的生物个体，均称为二倍体。我国古代对生物变异特性的认识和利用我国古代对生物变异特性的认识和利用 在我国的史料中，关于生物变异现象的记载是很多的。例如，贾思在我国的史料中，关于生物变异现象的记载是很多的。例如，贾思勰在勰在齐民要术齐民要术中说：中说：“凡谷成熟有早晚，苗秆有高下，收实有多少，凡谷成熟有早晚，苗秆有高下，收实有多少，质性有强弱，米味有美恶，粒实有息耗。质性有强弱，米味有美恶，粒实有息耗。”不仅指出谷物的成熟期有早不仅指出谷物的成熟期有早晚的差异，而且指出了其他性状的变异。晚的差异，而且指出了其他性状的变异。荔枝谱荔枝
15、谱中有中有“荔枝以甘为荔枝以甘为味，虽有百千树莫有同者。味，虽有百千树莫有同者。”天工开物天工开物中有中有“粱粟种类甚多，相去粱粟种类甚多，相去数百里，则色味形质随之而变，大同小异，千百其名。数百里，则色味形质随之而变，大同小异，千百其名。”这些史料说明，这些史料说明，我国古代劳动人民不仅认识到生物的变异是普遍存在的，而且还有意识我国古代劳动人民不仅认识到生物的变异是普遍存在的，而且还有意识地利用生物的变异特性，进行人工选择，培育优良品种。例如，人们利地利用生物的变异特性，进行人工选择，培育优良品种。例如，人们利用花卉的变异，培育了无数的花卉品种。宋代刘蒙在用花卉的变异，培育了无数的花卉品种。
16、宋代刘蒙在菊谱菊谱一书里，一书里，描述了描述了3535个菊花品种。他认为菊花经常发生变异，只要人们年年选择并个菊花品种。他认为菊花经常发生变异，只要人们年年选择并且保存这些变异，就可以得到新的品种。又如，中国是金鱼的故乡，形且保存这些变异，就可以得到新的品种。又如，中国是金鱼的故乡，形形色色的金鱼品种，也是我国劳动人民利用金鱼遗传变异的特性精心培形色色的金鱼品种，也是我国劳动人民利用金鱼遗传变异的特性精心培育出来的。育出来的。1616世纪末，张谦德在世纪末，张谦德在硃砂鱼谱硃砂鱼谱中总结金鱼选种的经验时中总结金鱼选种的经验时说：说：“蓄类贵广，而选择贵精，须每年夏间市取数千头，分数缸饲养，蓄类贵广，而选择贵精，须每年夏间市取数千头，分数缸饲养，逐日去其不佳者，百存一、二，并作两、三缸蓄之，加意培养，自然奇逐日去其不佳者，百存一、二，并作两、三缸蓄之，加意培养，自然奇品悉具品悉具”。如今，金鱼的变异品种超过了。如今，金鱼的变异品种超过了150150种。美丽多姿的金鱼，已种。美丽多姿的金鱼，已经成为各国人民喜爱的观赏动物。经成为各国人民喜爱的观赏动物。
