杂交育种年限和单倍体育种解析

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杂交育种年限和单倍体育种解析

【例题】:某植物品种是纯合体,生产上用种子繁殖,从播种到收获种子历时一年。现要利用该植物矮杆(aa)、不抗病(bb)和高杆(AA)、抗病(BB)品种,选育矮杆(aa)、抗病(BB)的新品种,两对基因独立遗传。请设计该植物品种间杂交育种程序和单倍体育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明,分析两种育种程序各自所需的年限。

【解析】:

杂交育种程序:

第一种方案:

第一代P AABB×aabb 亲本(P)杂交,收获种子

第二代F1 AaBb 种植F1代自交,收获种子

↓种植F2代,选矮杆

第三代F2 A_B_,A_bb,aaB_(1/3aaBB+2/3aaBb),aabb 抗病(aaB_)自交,

统一收获各株种子

统一播种所获种子,第四代F3 aaB_(3/5aaBB + 2/5aaBb),aabb 选矮杆抗病自交,

统一收获各株种子

aaB_,aabb逐代选矮杆、抗病(aaB_)自交,

↓直至后代性状不分离,自交留种

第n+2代Fn+1(2n-1)/(2n +1)aaBB + 2/(2n +1)aaBb

n=5时,第7代矮杆抗病(aaB_)植株中纯合体占(2n-1)/(2n+1)=31/33=93.9%;n=6时,第8代矮杆抗病(aaB_)植株中纯合体占96.9%。照此方案,生产上纯合体比例如果达到95%以上才可推广种植,选育植株、果实、种皮性状(如矮杆、抗病)至少需要完成8个世代,历时8年;如果选育种胚性状则只需完成7个世代,至少历时7年。

第二种方案:

第一代P AABB×aabb亲本(P)杂交,收获种子

第二代F1AaBb种植F1代自交,收获种子

第三代F2A_B_,A_bb,aaB_,aabb种植F2代,选矮杆、抗病(aaB_)

自交,分别收获各株种子

1/3aaBB2/3aaBb

↓↓

第四代F31/3aaBB1/2 aaB_,1/6aabb 分别播种各株种子,有的全部发育为

矮杆、抗病植株(aaBB),自交留种

照此方案,如果选育植株、果实、种皮性状(如矮杆、抗病)至少需要完成四个世代,历时四年;如果选育种胚性状只需完成三个世代,至少历时三年。这样虽然比上一种方案时间大为缩短,但“分别收获各株种子”、“分别播种各株种子”的工作量极大,在育种实践中明显缺乏可操作性。

单倍体育种程序:

第一代P AABB×aabb 亲本(P)杂交,收获种子

第二代F1 AaBb 种植F1代,取花药(花粉)离体培养

单倍体幼苗AB,Ab,aB,ab

↓←秋水仙素处理

第三代正常纯合植株AABB,AAbb,aaBB,aabb 选矮杆抗病植株(aaBB),自交留种单倍体育种过程中,无论选育植株、果实、种皮性状还是种胚性状,只需三个世代,至多历时三年;在作物生长期长的地区,加之人工培养因素,单倍体育种的第二代和第三代甚至可在一年内完成。若此,整个育种过程只需两年。所以相对于常规的杂交育种而言,利用单倍体植株培育新品种能明显缩短育种年限。

在高中阶段所介绍的育种方法主要有

诱变育种、杂交育种、多倍体育种、单倍体育种、细胞工程育种(组织培养育种)、基因工程育种(转基因育种)、植物激素育种等。

1).诱变育种

(1)原理:基因突变

(2)方法:用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等)或化学因素(如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙脂、秋水仙素等各种化学药剂)或空间诱变育种(用宇宙强辐射、微重力等条件)来处理生物。

(3)发生时期:有丝分裂间期或减数分裂第一次分裂间期

(4)优点:能提高变异频率,加速育种进程,可大幅度改良某些性状,创造人类需要的变异类型,从中选择培育出优良的生物品种;变异范围广。

(5)缺点:有利变异少,须大量处理材料;诱变的方向和性质不能控制。具有盲目性。

2).杂交育种

(1)原理:基因重组

(2)方法:连续自交,不断选种。(不同个体间杂交产生后代,然后连续自交,筛选所需纯合子)

(3)发生时期:有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期

(4)优点:使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体,具有预见性。

(5)缺点:育种年限长,需连续自交才能选育出需要的优良性状。

3).多倍体育种

(1)原理:染色体变异

(2)方法:秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

(3)优点:可培育出自然界中没有的新品种,且培育出的植物器官大,产量高,营养丰富。

(4)缺点:结实率低,发育延迟。

4).单倍体育种

(1)原理:染色体变异

(2)方法:花药离体培养获得单倍体植株,再人工诱导染色体数目加倍。

(3)优点:自交后代不发生性状分离,能明显缩短育种年限,加速育种进程。

(4)缺点:技术相当复杂,需与杂交育种结合,其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持,多限于植物。

5).细胞工程育种

(1)原理:基因重组

(2)方法:基因操作(提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种)(3)优点:目的性强,可以按照人们的意愿定向改造生物;育种周期短。

(4)缺点:可能会引起生态危机,技术难度大。

7.植物激素育种

(1)原理:适宜浓度的生长素可以促进果实的发育

(2)方法:在未受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素类似物溶液,子房就可以发育成无子果实。(3)优点:由于生长素所起的作用是促进果实的发育,并不能导致植物的基因型的改变,所以该种变异类型是不遗传的。

(4)缺点:该种方法只适用于植物。

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