第二节生物变异在生产上的应用

把二倍体西瓜植株的花粉授到四倍体 西瓜植株的雌蕊柱头上，所结西瓜的 果皮、种皮、胚和胚乳的细胞中的染 色体组数 ( D) A.4、2、2、4 B.4、4、3、6 C.3、3、3加工原料为转基因大豆
生长快、肉质好的转基因 鱼(中国)
乳汁中含有人生长激素的 转基因牛(阿根廷)
无籽香蕉 3n
其它多倍体植物
甘蔗是三倍体。最早的野生甘蔗就像芦苇 又细又短且开花结籽。这种野生甘蔗发生自然 加倍形成四倍体甘蔗，四倍体甘蔗与野生甘蔗 自然杂交，就形成了现在的甘蔗。 人们种植的西瓜有三种：普通西瓜为二倍 体，个小籽多，重量一般在三公斤以下； 大 西瓜为四倍体，个大籽小，重量可达五公斤以 上； 无籽西瓜为三倍体，个大无籽。 甘薯、马铃薯等以无性繁殖为主的作物及 许多花卉、水果一般都是多倍体。
得单倍体植株
思考：单倍体只有一个染色体组么？
• 玉米是二倍体，它的体细胞中含有两个染 色体组，他的单倍体植株的体细胞中含有 一个染色体组．（一倍体） • 普通小麦是六倍体，它的体细胞中含有６ 个染色体组，单倍体植株的体细胞中含有 三个染色体组．
思考：单倍体的小麦植株（体细 胞含三个染色体组）不能产生正常
第二节 生物变异在生产生产上 的应用
2011年9月18日，经农业部验收组认定，袁 隆平指导的“Y两优2号”超级杂交稻百亩 平均亩产926.6公斤。新华社称这是袁隆平 团队耗时7年首次突破900公斤大关，《湖 南日报》则称其打破了水稻大面积亩产的世 界纪录。
1、杂交育种
• 杂交育种是利用基因重组原理，可以有目 的的将两个或多个品种的优良性状组合在 一起，培育出更优良的品种。 • 注意：培养出的品种必须是纯种，才有育 种和保存价值。
人工诱变 + 单倍体育种
普通 人工 品种 诱变 杂合 花药离体培养 加倍并选择 体 纯合新 品种
优点： 当年就可以培育出优良新品种！
生 物 的 变 异 小 结
概念：生物的后代出现不同于亲本的性状 不遗传的变异 按结 基因重组 遗传的 果分 基因突变 类 变 异 染色体变异 型 自然变异 按来源分 人工诱导变异 应 用 避免变异——无性繁殖 杂交育种 人工诱变育种 利用 多倍体育种 变异 单倍体育种
转鱼抗寒基因的 番茄
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
胰岛素从猪、牛等动物的胰 腺中提取，100Kg胰腺只能提取 4-5g的胰岛素，其产量之低和价 格之高可想而知。 将合成的胰岛 素基因导入大肠杆 菌，每2000L培养液 就能产生100g胰岛 素！使其价格降低 了30%-50%!
转基因技术
1、概念： 2、原理： （体外）基因重组 打破物种界限、打破生殖隔离、定 3、优点： 向改变性状 4、转基因食品的安全性
小结：五种育种方法的比较
方法 比较 常用方法 原 优 缺 实 理 点 点 例 杂交育种 诱变育种
杂交—自交— 选优—自交— 辐射诱变 化学诱变
单倍体 育种
多倍体 育种
转基因 技术育 种
转基因技术
花药离体培养 秋水仙素处理 秋水仙素处理 萌发种子或幼苗
基因重组 集中优良性状 操作简便
基因突变 染色体畸变 染色体畸变 （体外） 染色体畸变 基因重组
多 倍 体
最常用且最有效方法 ： 用秋水仙素处理萌 发的种子或幼苗
秋水仙素的作用原理： 抑制纺锤体的形成
单倍体
[概念]单倍体是指体细胞中含有本物种配子染 色体数目的个体. 特点： 单倍体植物长的弱小，而且高度不 育．但是绝对纯种,在育种上有重要 的作用． 培育方法： 通常采用花药离体培养的方法获
1、所培育的种子为绝对纯种；能排除显隐性干扰提高效率 2、可大大减少工作量并缩短育种周期。 杂交育种（至少5年） 单倍体育种(只要两年) 第一年 杂交得到F1。 杂交得到F1。 F1自交得F2，将符合要 取F1花药离体培养并加 第二年 求的F2植株的种子按单 倍，观察，性状符合要 株分别收藏。 求即为优良新品种。 按F2单株分开种植F2， 第三年 不分离的植株种子仍按 F2单株收藏待验证。 验证第三年保留的种子 第四年 的纯度，仍不出现分离 方可作为新品种推广。
四倍体 （4N）
卵细胞（2N）
×二倍体（2N）
精子（N）
第一年 第二年 三倍体植株
三倍体 生长素刺激 果实生长
受精卵（3N） 生长素 三倍体植株（3N） 联会紊乱
无籽西瓜
例２、香蕉的培育
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： 野生芭蕉 加倍 2n 有籽香蕉 4n 野生芭蕉 2n
许多药品的生产 是从生物组织中提取 的。受材料来源限制 产量有限，其价格往 往十分昂贵。
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模 工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基 因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物， 不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。
物理方法(紫外线、α 射线、失重等)或化学方法(秋水 方法：
仙素、硫酸二乙酯等)诱导生物发生变异，并从变异后 代中选育新品种。
特点：
缺点： 有利个体不多，须大量处理供试材料 ，工作量大 。
多倍体植株的特点
茎杆粗壮，叶片、 果实和种子都比较 大，糖类和蛋白质 等营养物质的含量 增加。
多倍体形成的原因
提高诱变频率 明显缩短年限 果实种子较大 打破物种界限 加快育种进程 排除显隐性 提高营养含量 打破生殖隔离 改良性状 定向改变性状 干扰 有利变异少 发育延迟 可能引发 技术要求高 需要大量 基因污染 操作程序复杂 结实率低 处理材料 青霉素 高产菌株 单倍体 矮杆抗锈小麦 三倍体 无籽西瓜 产生人胰岛素 的大肠杆菌
DDTT X
矮杆易感病
ddtt
单倍体育种方法
1DT : 1Dt : 1dT : 1dt
单倍体植株幼苗
F1
花药离体培养
DdTt
秋水仙素处理
正常植株
选择
优点： 明显缩短育种年限
依据原理： 染色体畸变
1DDTT：1DDtt：1ddTT：1ddtt 符合要求的品种 ddTT 矮抗
缺点： 技术复杂，成本高
单倍体育种的优点
杂合高圆 体培养 DdTt
花药离
矮皱 加倍 dt
已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病 （T）对易染锈病（t）为显性，两对性状独立遗传。 现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。请写出 用单倍体种培育抗病又是矮秆的新品种的育种具体 方案：请用遗传图解或文字详细说明，并与杂交育 种相比较。
高杆抗病
已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病 （T）对易染锈病（t）为显性，两对性状独立遗传。 现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。请写出 用杂交育种培育抗病又是矮秆（基因型为 ） 的新品种的育种具体方案：
杂交 P
DDTT 高抗
ddtt 矮不抗
自交 Ｆ１
选优 Ｆ２ 自交 F3
高抗 DdTt 高抗 高不抗 9D_T_ 3D_tt 矮抗 矮不抗 3ddT_ 1ddtt
2、单倍体育种
单倍体（一倍体）不但生长十分瘦弱，而 且高度不孕，怎么也能进行育种呢？
可以用秋水仙素处理使它的染色 体加倍！
其实，单倍体育种应该叫单倍 体加多倍体联合育种才对！
单倍体育种的方法 一般常用“花药离体培养法” A〃具有不同优点的品种杂交 B〃取F1的花药用组织培养的方法进 行离体培养，形成单倍体植株。 C〃用秋水仙素使单倍体染色体加倍
的配子，为什么？
（三）染色体变异育种
通过增加或减少细胞内染色体组，培育高 产优质的作物新品种。 方法 ①减少染色体组：
一般用花药离体培养方法让未受精的配子直接发 育成完整个体，其体细胞内染色体与该物种的配 子染色体数相同。 二倍体 2n
减数 分裂 配子 n 离体 培养 单倍体 n
2、增加染色体组： 用秋水仙素处理幼苗或萌发 的种子——适当浓度的秋水仙素能在不影响细 胞活力的条件下破坏纺锤体。当细胞有丝分裂 进行到后期时破坏纺锤体，细胞就可以不经过 末期而返回间期，从而使细胞内的染色体数目 加倍。 二倍体 秋水仙 素处理 四倍体 四倍体 四倍体 秋水仙 素处理 三倍体 六倍体 八倍体
连续自交
…
选优 F6
… 至少5年
矮抗 ddTT
请总结杂交育种过程：
杂交育种 杂交得到F1。 F1自交得F2，将符合要求的F2植株 第二年 的种子按单株分别收藏。 按F2单株分开种植F2，不分离的植 第三年 株种子仍按F2单株收藏待验证。 验证第三年保留的种子的纯度，仍 第四年 不出现分离方可作为新品种推广。 原理：基因重组 优点：使位于不同个体上的多个优良性状集中于一 个个体上，即“集优”,能产生新的基因型。
D〃选取符合要求的个体作种
下面以利用高茎皱粒豌豆(DDtt)和矮茎圆 粒(ddTT)豌豆培育高茎圆粒豌豆为例说明单倍 体育种方法： 秋 纯合高圆 高圆 加倍 高皱 水 DDTT DT DDtt 仙 矮圆 ddTT
素 处 理 幼 苗
矮圆 加倍 dT
高皱 加倍 Dt
纯合矮圆 ddTT 纯合高皱 DDtt 纯合矮皱 ddtt
育种时间长
杂交水稻
畅想未来 —— 能进行光合作用的老鼠和公鸡
基因工程做成的“超级细菌” 能吞食和分解多种污染环境的物质。
环境保护
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因 工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃 类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解 DDT等毒害物质。
与药物研制
杂交后代会出现性状分离，进行纯化时工作量大，过程 缺点：复杂,所需时间长。
第一年
太空南瓜
微生物 对青霉菌进行X射线、紫外线照射以及综合处理， 培育成了青霉素产量很高的菌株，目前产量已经 可以达到50 000单位/mL～60 000单位/mL。
中间为青霉菌，周围 是细菌。
诱变育种
原理： 基因突变，染色体畸变
二倍体 八倍体
1、多倍体育种
特点： 多倍体植物有生长旺盛，各器官粗壮，种 子少或不产生种子的特性。凡是不以种子为收 获目标的植物都可以考虑进行多倍体育种。
观赏或用材植物 非种子农作物 某些水果 示例：三倍体无籽西瓜的培育
二倍体 秋水仙素
二倍体幼苗（2N） 秋水仙素
杂交 四倍体 （母本）
二倍体
（父本）