多倍体育种

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一、阅读案例材料

鱼圣——刘筠（yún）

湘云鲫、湘云鲤（原名工程鲫、工程鲤）是以湖南师范大学生命科学院教授、中国工程院院士刘筠为首的课题组，应用细胞工程技术和有性杂交相结合的方法培育出来的三倍体新型鱼类，其核心技术世界独一无二。湘云鲫生长速度超过母本（日本白鲫）40%，是普通鲫鱼的3～5倍；母体当年鱼苗最大生长个体为0.75千克，湘云鲤则可达1.7千克。“湘云鱼”肉质鲜美、营养价值高，同时细刺少、内脏少，可食部分比一般鲫、鲤鱼高出15%，深受消费者欢迎。由于它具有食性广、抗病力强、耐低温低氧、网捕率高、高度不育等优良经济性状，适应各类淡水水体养殖，可以进行池塘混养、单养。

据悉，全国推广湘云鲫、湘云鲤产生的经济效益已达30亿元。刘筠院士因湘云鲫、湘云鲤的培育成功等成果被尊称为“鱼圣”，2004年成为湖南省首届科学技术杰出贡献奖的唯一获奖者。现在，让我们来探寻科学家成功的足迹吧！

敢于质疑，精于研究

说起湘云鲫（鲤），如果没有刘筠的离经叛道之举，人们至今也享受不了这个口福。1979年10月，湘阴县东湖鱼塘捕到了一条从未见过的“怪”鱼，个头特别大，像鲤又像鲫，刘筠从中发现与教科书不一样的东西。

根据遗传学原理，不同种属之间的物种杂交难度较大，自然形成的更为罕见。20世纪50年代，日本、前苏联学者更是提出鲫、鲤杂交雄性不育的理论。照此说来，杂交鱼再好看再好吃也没什么用。刘筠敢于质疑还精心设计了实验框架。经过反复实验，他终于发现鱼类远缘杂交具有正常的受精，打消了国内水产界的疑问。精子不仅能激活卵子的发育，而且能和卵子一道生儿育女。这一发现震惊了国际鱼类研究界。

通过努力，刘筠和他的课题组成功实现了鲫鲤（均是二倍体）之间的远缘杂交，其间可谓一波三折。在杂交第一代（湘鲫）中，4.6%的雄性和44.3%的雌性是能生育的，由于生长速度快得到了推广养殖。深入研究的刘筠还发现，在二倍体（即体细胞含两个染色体组）杂交第二代中，有些能够产生二倍体精子和卵子（通常情况下，二倍体只能产生单倍体精子和卵子），它们的受精使得在第三代中产生了雌、雄两性都可育的异源四倍体（指不同的种杂交产生的杂种后代，经染色体加倍含四个染色体组的个体）鲫、鲤鱼，经过长期的研究发现，这些四倍体鲫、鲤鱼在人工和自然环境下都能自然繁殖。课题组利用这个宝贵的四倍体鱼（父本）资源和正常的二倍体鲫（鲤）鱼（母本）杂交，便获得了三倍体鲫鱼和三倍体鲤鱼，这便是享誉世界的湘云鲫、湘云鲤。

毕生痴鱼，锲而不舍

刘筠院士1953年从湖南师范大学生物系毕业至今，从事鱼类繁殖研究52年，从一个初出道的青年成长为著名的生物学家，其间经历了多少艰难！但他“痴鱼”不改，终成大器。

在攻克四大家鱼池塘繁殖的难题中，刘筠和他的同行及弟子深入全省36个县市的江河、池塘、湖泊，采集了上千份实物标本。20世纪的五六十年代，交通极不方便。祁东县是课题组的主基地，鱼苗繁殖季节时间就是生命，不管狂风暴雨，还是烈日当空，刘筠一行往往早上在县渔场做完实验后，又马不停蹄步行35公里赶往归阳渔场进行另一组实验，做完后

还要在当天赶回县渔场。这样下来，经常一天工作十七八个小时，只吃两顿饭。一次，为了观察实验用鱼的胚胎发育过程，刘筠在湘阴渔场的实验池边守候了3天3夜，他边观察边讲解，并将变化全过程用照相机记录下来，直到小鱼孵出，才和大伙一道拖着疲惫的身子离开。

近年来刘筠患上了糖尿病，视力大大下降，看书读报、修改论文都要举着放大镜。2002年4月，冯浩博士等正在长沙黎托乡进行转基因鱼的研究，由于天气变化异常，实验鱼不产卵，搞得中科院水生所来取材的同行们苦等一个多星期。刚出院的刘筠院士听说了，直奔黎托基地，直到把实验取材的问题解决好才回家。

当年，全国有1000多人从事鱼类的人工繁殖研究，坚持50余年的只有刘筠一人！正是刘筠院士的锲而不舍，才使鱼成为普通百姓餐桌上常见的美味佳肴，而且价格比蔬菜还便宜。

功成不退，余生有梦

刘筠院士已近八十高龄，身体大不如前，按常理他可功成身退，但他心中却还有两个新的目标。一是让湘云鲫、湘云鲤转入特定基因，长得更大更快，更有效地为人类贡献蛋白质。二是他在世界上首次获得的两性都能育（也就是自然繁殖）的四倍体鱼，目前已繁殖了11代，如果繁殖到15代时还能保持稳定的遗传特征，将向国家申请进行新物种鉴定，并对它们的形成机理进行更深入的研究。在目前的生态环境下，靠自然产生一个新物种是很难的，如果刘筠院士的这个梦想成真，也就标志着我国科研人员在世界上创造出了一个新物种、一种前景广阔的新鱼儿。

二、分析案例材料

黑体字部分，推断并写出三倍体鲫（鲤）鱼的培1．思考推断：请重点

．．阅读“案例材料”中

育过程。（用遗传图解法表示，作必要文字说明）

2．分组讨论

讨论问题①：不同物种之间（如鲫鱼、鲤鱼）难杂交，为什么？

讨论问题②：为什么不将雌雄两性均可育的异源四倍体鲫鱼、鲤鱼直接投放到自然水域中养殖，而要将它和正常的二倍体鱼杂交得到三倍体的湘云鲫、湘云鲤后再推广？

3、你从刘筠院士的故事中有何启示?

三、综合变式创新

【变式创新1】

（1）天然三倍体香蕉，果农常常采用什么办法扩大繁殖？为什么？

（2）有人提出：“香蕉品种正在退化并有可能灭绝”。你赞同吗？为什么？

（3）怎样将各自具有优良性状的甲、乙两个品种的香蕉培育出“双优”的新品种？

【变式创新2】扇贝是味道鲜美的海产，市场一直供不应求。主要原因是野生资源枯竭，沿

海滩涂人工养殖场饲养的二倍体扇贝因为生殖产仔原因经常导致大量死亡和生长缓慢，一般

个头小，产量很低。近来有人偶尔采到个体较大且生长较快的扇贝，经科学研究发现是天然

三倍体。在相同的饲养条件下三倍体扇贝比正常二倍体个体大出1／3以上，且死亡率大大

下降，增产效益显著。

（1）请问这天然三倍体从何而来?

。

（2）饲养三倍体扇贝比正常二倍体为何能增产?

。（3）炒田螺是很多人的最爱，但是野生田螺“嫩的太小，大的太老”。现在野生田螺资源

也不算丰富。开展人工饲养已经形成规模。受三倍体扇贝生长快、个体大的启示，为了满足

市场急需大量三倍体田螺种苗，请你设计一个简单

．．。（用箭头、文字表示）

．．繁．育．方案

三、思考练习

【思考1】扇贝是味道鲜美的海产，市场一直供不应求。主要原因是野生资源枯竭，沿海滩

涂人工养殖场饲养的二倍体扇贝因为生殖产仔原因经常导致大量死亡和生长缓慢，一般个头小，产量很低。近来有人偶尔采到个体较大且生长较快的扇贝，经科学研究发现是天然三倍体。相同饲养条件三倍体扇贝比正常二倍体个体大出1／3以上，且死亡率大大下降，增产

效益显著。

(1)请问这天然三倍体从何而来?

。

(2)饲养三倍体扇贝比正常二倍体为何能增产?

。现在市场急需大量三倍体扇

贝种苗，有人设计一个繁殖方案如下：