第2讲 变异在育种中的应用

五、基因工程育种
基因工程又称基因拼接技术或DNA重组技术。 通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因 提取出来，加以 修饰改造 ，然后放到另一种生物的细胞里， 定向 地改造生物的遗传性状。 1、基本工具 （1）基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶（简称限制酶） 作用：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条 链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
多倍体育种和单倍体育种的比较
多倍体育种 单倍体育种
染色体组成倍减少，再加倍后得到纯种 (每对染色体成对的基因都是纯合的 ) 花药的离体培养后， 再人工诱导染色体加倍 明显缩短育种年限 技术复杂一些，须与杂交育种配合
原理
常用 方法 优点 缺点
染色体组成倍增加
秋水仙素处理萌发种子、幼苗 提高产量和营养成分；操作简单 适用于植物， 在动物方面难以开展
↓
↓
↓
↑
↓
DDTT DDtt ddTT ddtt
需要的矮抗品种
明显缩短育种年限（只需2年时间）。 优点：
二、多倍体育种 方法： ①低温处理植物分生组织细胞。
②秋水仙素处理萌发种子或幼苗。 秋水仙素的作用机理： 能够抑制分裂细胞内纺锤体的形成，导致染 色体不能移向细胞两极。 培育三倍体无子西瓜 ①原理： 染色体数目以染色 体组的形式成倍增加。 ②过程：
（1）无子西瓜—利用染色体变异原理。 由四倍体（♀）×二倍体（♂）→三倍体，无子的原因是三倍体联会 紊乱，不能正常产生配子。 （2）无子番茄—利用生长素促进果实发育的原理。 在未受粉的雌蕊柱头上，涂抹一定浓度的生长素培育而来，其无子的 原因是“未受粉”。 （3）无子香蕉—天然三倍体，无子的原因在于染色体联会紊乱，不能正 常产生配子。 以上三类无子果实中，无子西瓜、无子香蕉，其遗传物质均已发生改 变，为可遗传变异，而无子番茄则属不可遗传变异。
实验：低温诱导植物染色体数目的变化
低温处理植物分生组织细胞→ 纺锤体 不能形成→染色体 不被拉 向两极→细胞不能分裂成两个子细胞→细胞染色体数目加倍。 部 洋葱底
箱（4 ℃） 卡诺氏液 95%的酒精 漂洗 染色 制片 低 高
冰
选材 ①选用的实验材料既要容易获得，又要便于观察。 ②常用的观察材料有蚕豆（染色体较洋葱少故首选）、洋葱、 大蒜等。 各种液体的作用 ①卡诺氏液：固定细胞形态。 ②体积分数为95%的酒精：冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液。 ③解离液（质量分数为15%的盐酸溶液和体积分数为95%的酒 精为1∶1混合）：使组织中的细胞相互分离。 ④清水：洗去解离液，防止解离过度影响染色。 ⑤改良苯酚品红染液：使染色体着色，便于观察染色体的形态、 数目、行为。 低温诱导： 应设常温、低温4 ℃、0 ℃三种，以作对照，否则实验设计不严 密。
三、杂交育种 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在
1、原理： 基因重组 2、步骤： 杂交→自交→筛选 →隔离自交（或连 续自交直至不发生 性状分离为止） 3、优点：
选择合适亲本
一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
杂交
子一代（F1） 培育杂交品种
自交
子二代（F2）
选择
若是隐 性性状 留种
符合要求个体 集优良性状于一体。 容易操作。 若是显性性状
（4）通过矮杆抗病Ⅱ获得矮杆抗病小麦新品种的方法 是 秋水仙素（或低温）诱导染色体加倍 。获得的矮杆抗病植 株中能稳定遗传的占 100%。 （5）在一块高杆（纯合体）小麦田中，发现了一株矮杆小麦。 请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因（简要写出所用 方法、结果和结论） 方法一：将矮杆小麦与高杆小麦杂交。 如果子一代为高杆，子二代高杆：矮杆=3：1（或出 现性状分离），则矮杆性状是基因突变造成的； 否则，矮杆性状是环境引起的。 方法二：将矮杆小麦与高杆小麦种植在相同环境条件下。 如果两者未出现明显差异，则矮杆性状由环境引起； 】普通小麦中有高杆抗病（TTRR）和矮杆易感病（ttrr） 两个品种，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。 实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验，请分析回答：
（1）A组由F1获得F2的方法是自交 ，F2矮杆抗病植株中不能 稳定遗传的占 2/3 。 （2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮杆抗病植株中，最可能产生不育配子 的是 Ⅱ 类。 （3）A、B、C三组方法中，最不容易获得矮杆抗病小麦新品 种的方法是 C 组，原因是 基因突变频率低且不定向。
第3单元
一、单倍体育种
方法：
先花药离体培 养获得单倍体，再 利用秋水仙素处理 单倍体幼苗诱导染 色体数目加倍。
P F1
高杆抗病 DDTT
×
↓
矮杆感病 ddtt
第1年
高杆抗病 DdTt 减数分裂 ↓ DT Dt dT dt
花粉类型
↓
单倍体幼苗 DT
↓
Dt
↓
dT
↓
dt
花药离体培养
秋水仙素处理
第2年
4、局限性：
隔离自交
连续多代自交选择纯化
不能创造新基因，只能利用已有基因的重组，按需选择。 选出可稳定 淘汰性状分离个体 遗传的个体 保留性状未分离个体 育种过程繁琐而缓慢。
四、诱变育种
1、原理： 基因突变 2、方法： 诱变（物理或化学因素） →筛选 物理诱变: 如X射线、γ射线、紫外线、激光等 化学诱变: 如亚硝酸、硫酸二乙酯等 3、优点：（1）能产生新基因 （2）提高突变率，加速育种进程 4、局限性： （1）有利变异少，需处理大量供试材料 （2）突变方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。
3、优点 （1）能定向改造生物的遗传性状（目的性强）。 （2）克服远缘杂交不亲和障碍（实现基因在不同物种间的转移）。 4、缺点 （1）技术复杂。 （2）易引发转基因生物的安全性问题。
作用部位： 3 、5 —磷酸二酯键
（2）基因的“针线”：DNA连接酶 作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键。
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（3）基因的“运输工具” ：运载体 常用种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。 作用：将外源基因送入受体细胞。 2、基本步骤 （1）提取目的基因 （2）目的基因与运载体结合 （3）将目的基因导入受体细胞 （4）目的基因的检测和鉴定