生物的变异与育种

辐射诱变，花药离体培 用秋水仙 激光诱变，养，再秋水 素处理萌 空间育种 仙素处理使 发的种子 染色体加倍
或幼苗 提高突变频 率，加速育 种过程，或 大幅度改良 某些品种
优点
将不同个体 的优良性状 集中于一个 个体上 后代易出现 分离现象， 育种时间长、 过程复杂
明显缩 短育种 年限
果实大， 物的性状，克 营养物质 服了种间杂交 的障碍 含量高
4、比植物杂交育种所需年限短。
结合上述几个实例，小结如下： 概念：
杂交育种
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。
依据原理： 常用方法： 优点： 缺点：
基因重组 杂交 自交 选优 自交
操作简单，目的性强，能使同种生物的不同 优良性状集中于同一个体，具有预见性。 育种年限长，杂交后代会出现性状分离， 需连续自交才能选育出所需要的优良性 状。而且 只适用于有性生殖的生物，存 在远缘杂交不亲和的障碍。
生物的变异与育种
变 异
不 可 遗 传 的 变 异 可 遗 传 变 异
基因突变 基因重组 染色体变异
缺失 重复 染色体结构变异 倒位
易位
个别染色体 染色体数目变异 的增加减少 染色体组 增加减少
镰刀型红细胞
缺 失
比野生草莓大的变异类型
基因突变 基因重组 染色体结构变异 染色体数目变异
白化症状
重复
中 国 荷 斯 坦 牛 后代毛色各不相同
罕 见 的 白 皮 毛 牛 犊
复习目标： 1、了解生物变异在育种上应用的实例；尝 试将生物学原理用于生产和生活实际。 2、归纳整理比较多种育种方法(杂交育种、 诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因 工程育种）的原理、常用方法、优缺点及意 义。
植物育种的方法
例题背景：
中国的荔枝主要分布在南方广东、 广西、福建、台湾等地。尤其是 广东地区，栽培面积占全国的70 ％。其中，增城“西园挂绿”至 为珍贵，被称为“荔枝之王”。 “西园挂绿”外壳红中带绿，四 分微绿六分红，每个荔枝都环绕 有一圈绿线，果肉洁白晶莹，清 甜爽口，挂齿留香，风味独特。
花药离体培养
单倍体
DT
Dt
dT
dt
第二年
秋水仙素诱导 染色体加倍
纯合体 DDTT DDtt
ddTT ddtt
绿甜
选取绿甜（ ddTT ）即为所需类型
原理
染色体数目变异
3、 单 倍 体 育 种
方法 优点
选择亲本→有性杂交→F1 产生的花 粉离体培养获得单倍体植株→诱导 染色体加倍获得可育纯合子→选择 所需要的类型。 明显缩短育种年限，加速育种进程。利用 单倍体作中间环节培育可育的纯合子只需 两年时间可完成，而常规的育种方法获得 一个纯系一般需5～8年时间 技术较复杂，需与杂交育种结合，多限 于植物。
• • 3 、用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈 病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下： • ① ② • 高秆抗锈病×矮秆易染锈病─→F1─→雄配子 • ③ ④ • ─→幼苗─→选出符合要求的品种，下列有关此育 种方法的叙述中，正确的是 • A．这种育种方法叫杂交育种 • B．过程④必须使用生长素处理 • C．这种方法的最大优点是缩短育种年限 • D．③过程必须经过受精作用 • 答案：C
思考：杂交育种能否用于微生物育种？
杂交育种是利用基因重组的原理，一般发Байду номын сангаас生在有性生殖的减数分裂过程中。微生物 一般不能进行减数分裂，因此一般不用杂 交育种的方法对微生物进行育种
方案二：诱变育种
Ｐ DDTT无绿甜
γ射线 ddTT 绿甜
Ｐ
或 ddtt绿无甜 γ射线 ddTT绿甜
概念：
诱变育种
利用物理因素（如ⅹ射线、γ射线、紫外线、激光等）或 化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发 生基因突变,从中选育出具有优良性状个体的育种方法。
2、当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返 航时，一些特殊的乘客也回到了地球。他们是一些：生 物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太 空周游了115小时32分钟，返回地球后，搭载单位的科 研人员将继续对它们进行有关试验。 回答：（1）作物种子从太空返回地面后种植，往往 能出现新的变异特征。这种变异的来源主要是植物种子 经太空中的 宇宙射线等 辐射后，其 基因 发生变异。请预 测可能产生的新的变异对人类是否有益? 不一定 ，你判 基因突变是不定向的 断的理由是________________。 （2）试举出这种育种方法的优点： 突变频率高，大幅度改良某些性状 。
诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获 得更多的优良变异类型。 诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体 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。
方案三：单倍体育种
Ｐ无绿有甜味 DDTT 有绿无甜味 ddtt 第一年
Ｆ１ 无绿有甜味 DdTt
典型例题讲解
已知在荔枝的性状控制中，D（无绿 线）对d（有绿线）显性，T（有甜味） 对t（无甜味）显性。现有两株普通荔枝， 一株的基因型是DDTT，另一株的基因型 是ddtt。据题回答： （一）、假如你是育种专家，能否利用 普通荔枝得到“西园挂绿”（ddTT）？ 请简要介绍你的育种方案。
方案一：杂交育种
太空船把2000颗南瓜种子带上了太空，这些种子在宇 宙里经过了综合射线的作用，回到地面后，经培育只有很 少一部分能够发育成我们需要的优良性状，而大部分种子 没有发育或并不是我们希望得到的优良性状。科研人员经 过3个月的种植，长出150公斤各种颜色的大南瓜。
②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。
生物育种方法总结：
生物育种的技术和方法有： 杂交育种、诱变育种、单倍体 育种、多倍体育种、基因工程 育种等。
类别 原理 基因 重组 常用 杂交→ 自交→ 方法
选 优
杂交 育种
诱变 育种 基因 突变
单倍体 育 种
染色体 变异
多倍体 育种
染色体 变异
基因工程 育种 基因 重组
提取，构建， 导入，检测 与表达 定向的改变生
杂交 Ｐ无绿有甜味 DDTT
有绿无甜味 ddtt 思考：要培育出 一个能稳定遗传 自交 Ｆ 无绿有甜味 DdTt １ 的植物品种至少 要几年？ 选优 Ｆ２ 无绿甜 无绿无甜 绿甜 绿无甜 ddTT ddTt 绿甜 ddTt 绿甜 ddTT 自交 选优 F3 绿甜 ddTT 绿甜 绿无甜 ddTT ddTt
缺点
（二）为了改良“西园挂绿”，增 城领导欲招聘高级育种工程师一名。要 求在不改变“西园挂绿”原有外观品质 的前提下把“西园挂绿”改良为无核、 果大、糖分含量多。若你前往应聘，该 怎样设计育种方案？
方案提示：借鉴三倍体无子西瓜的育种方式
（多倍体育种）
原理
染色体数目变异
4、 多 倍 体 育 种
方法
用秋水仙素处理萌发的种子或幼 苗，从而使细胞内染色体数目加 倍，染色体数目加倍的细胞继续 进行正常的有丝分裂，即可发育 成多倍体植株。
植株茎秆粗壮，果实种子都比 较大，营养物质含量提高。 技术复杂，发育延迟，结实率 低，一般只适合于植物。
优点 缺点
（三） 荔枝介壳虫害严重影响了 “西园挂绿”的产量，以前果农常采用 喷洒农药、放养寄生蜂等方法来防治。 如今科学家在一种细菌体内找到了它的 抗性基因（L），请设计育种方案来有 效减轻荔枝介壳虫危害。
应用：
在作物方面，应用诱变育种我国已培育出100多种水稻、小 麦、玉米、大豆等优良品种。 ①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%。 资料：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。 自1987年以来，中国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船进 行了11次航天育种搭载试验，试验品种达1200多种。 航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，太空环 境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力（10－3克～10－6 克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件 的综合作用使生物产生基因突变。 据统计，航天育种变异率达4％以上，株高变异为＋40cm～ －30cm，果重变异达＋70％～＋100％（蔬菜），生育期变异为 ＋3天～－10天。
发育延迟， 结实率降 低 操作技术 复杂，可 能引起生 态危机
缺 点
突变方向不 技术复杂， 定，有利变 需与杂交 异少，须大 育种配合， 量处理实验 多限于植 材料 物
练习题
1、 下图是用某种作物的两个品种①和②分别培育出④、⑤、⑥品 种的示意图，试分析回答： ① AABB D ③AaBb E F Ab ------------④ H AAbb----------⑤
（2）八倍体小黑麦的培育
普通小麦是六倍体(AABBDD)， 体细胞中含有42条染色体，属于 小麦属；黑麦是二倍体(RR)，体 细胞中含有14条染色体，属于黑 麦属。两个不同属的物种一般是 难以杂交的，但也有极少数的普 通小麦品种含有可杂交基因，能 接受黑麦的花粉。杂交后的子一 代 含 有 四个染 色 体 组 (ABDR)， 在减数分裂时由于染色体不能配 对，因此不能形成配子，所以不 育，必须用人工方法进行染色体 加倍才能产生后代，染色体加倍 后的个体细胞中含有八个染色体 组(AABBDDRR)，小黑麦蛋白质 含量高、抗逆性、抗病性强。
②aabb
G
AAaaBBbb----⑥
（1）用①和②培育⑤所采用的D和F步骤分别是 杂交 和 自交 。 基因重组 其应用的遗传学原理是 。