雜交育種與誘變育種

第1節(jié)雜交育種與誘變育種第六章從雜交育種到基因工程古代人類的育種方式－－選擇育種原理：

利用生物的變異，通過(guò)長(zhǎng)期選擇，汰劣留良，培養(yǎng)出優(yōu)良品種。缺點(diǎn)：1·周期長(zhǎng)2·可以選擇的范圍有限例如：如何利用純種的高稈抗銹病(DDRR)和矮稈不抗銹病(ddrr)的水稻植株獲得優(yōu)良性狀且能穩(wěn)定遺傳的品種。第一步：先雜交得到高抗植株；第二步：將矮抗植株連續(xù)自交直至不再發(fā)生性狀分離為止。PDDRR×ddrr

F1DdRrF1:DdRrD_R_,D_rr,ddR_,ddrrF2×連續(xù)自交直至到再發(fā)生性狀分離為止ddRR(矮抗)

像這樣顯性性狀是優(yōu)良性狀，采用雜交育種必須連續(xù)自交4～5代后種子才相對(duì)較純，育種年限至少5年。一、概念：

將兩個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀通過(guò)交配集中在一起，再經(jīng)過(guò)選擇和培育，獲得新品種的方法。二、依據(jù)原理：基因重組三、常用方法：雜交自交選種自交

四、優(yōu)點(diǎn)：將不同個(gè)體的優(yōu)良性狀集中到一個(gè)個(gè)體上五、缺點(diǎn)：育種時(shí)間長(zhǎng)雜交育種袁隆平（雜交水稻專家）

2000年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)；2004年十大感動(dòng)中國(guó)人物之一。

頒獎(jiǎng)辭：他是一位真正的耕耘者。當(dāng)他還是一個(gè)鄉(xiāng)村教師時(shí)，已具有顛覆世界權(quán)威的膽識(shí)；當(dāng)他名滿天下時(shí)，卻仍專注于田疇。淡薄名利，一介農(nóng)夫，播撒智慧，收獲富足。他畢生的夢(mèng)想，就是讓所有的人遠(yuǎn)離饑餓。喜看稻菽千重浪，最是風(fēng)流袁隆平。雜交育種的實(shí)例

我國(guó)科學(xué)家袁隆平多年來(lái)一直致力于雜交水稻的研究，取得了驕人的成績(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有一半以上的稻田種植雜交水稻。通過(guò)推廣雜交水稻，我國(guó)的水稻產(chǎn)量從原來(lái)的4500kg/hm2

增加到7500kg/hm2。從1976年到1998年，累計(jì)增產(chǎn)糧食3.5×108T，平均每年多解決約6000萬(wàn)人的糧食問(wèn)題

雜交育種的方法也用于家畜、家禽的育種。我國(guó)奶牛的主要品種中國(guó)荷斯坦牛(原稱中國(guó)黑白花牛），是將國(guó)外的荷斯坦--弗里生牛引進(jìn)后，在我國(guó)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期馴化，與當(dāng)?shù)攸S牛進(jìn)行雜交和選育，逐漸形成的優(yōu)良種。這種牛的泌乳期可達(dá)305d，年產(chǎn)乳里讓可達(dá)6300kg以上。實(shí)例：中國(guó)黃牛ⅹ中國(guó)荷斯坦牛荷斯坦牛引進(jìn)各純種牛馴化↓各純種牛與當(dāng)?shù)攸S牛雜交↓各雜交種互交↓……↓中國(guó)荷斯坦牛

優(yōu)點(diǎn)：泌乳期可達(dá)305天，年產(chǎn)乳量可達(dá)6300Kg以上家畜、家禽：中國(guó)荷斯坦牛的育種過(guò)程：雜種優(yōu)勢(shì)：是指基因型不同的親本相互雜交產(chǎn)生的雜種一代，在生長(zhǎng)勢(shì)、生活力、繁殖力、抗逆性、產(chǎn)量和品質(zhì)等一種或多種性狀上優(yōu)于兩個(gè)親本的現(xiàn)象。雜種優(yōu)勢(shì)在F1代表現(xiàn)最明顯。例如：我國(guó)勞動(dòng)人民用馬和驢雜交獲得體力強(qiáng)大，耐力好的雜種——騾。

雜種優(yōu)勢(shì)主要利用雜種F1代的優(yōu)良性狀，并不要求遺傳上的穩(wěn)定。需年年制種。如水稻的雜優(yōu)種，每年農(nóng)科站都有供應(yīng)。誘變育種1）概念：人工利用物理因素（如X射線、γ射線、紫外線、

激光等）或化學(xué)因素（如亞硝酸、硫酸二乙酯等）來(lái)

處理生物，使生物發(fā)生基因突變。2）優(yōu)點(diǎn)：能提高突變率，產(chǎn)生新基因；在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。3）應(yīng)用：

①農(nóng)作物新品種的培育：新品種具有抗病力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。如“黑農(nóng)五號(hào)”大豆，產(chǎn)量提高了16%，含油量比原來(lái)提高了2.5%。

資料：航天技術(shù)的發(fā)展，使人類利用太空資源的愿望變成了現(xiàn)實(shí)。自1987年以來(lái)，中國(guó)利用自己研制的返回式衛(wèi)星和神舟號(hào)飛船進(jìn)行了11次航天育種搭載試驗(yàn)，試驗(yàn)品種達(dá)1200多種。航天誘變育種是利用太空的物理環(huán)境作為誘變因子，太空環(huán)境條件很復(fù)雜，與地球表面主要差異是微重力（10－3克～10－6克）、宇宙射線、重粒子、變化磁場(chǎng)和高真空等，這些物理?xiàng)l件的綜合作用使生物產(chǎn)生基因突變。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，航天育種變異率達(dá)4％以上，株高變異為＋40cm～－30cm，果重變異達(dá)＋70％～＋100％（蔬菜），生育期變異為＋3天～－10天。太空椒普通椒“神舟”五號(hào)搭載育成的巨人南瓜甘肅種植的太空育種的蔬菜太空水稻搭載前后株系對(duì)比太空育種辣椒太空黃瓜

當(dāng)神舟六號(hào)航天飛船搭載著兩位英雄宇航員成功返航時(shí)，一些特殊的乘客也回到了地球。他們是一些：生物菌種、植物組培苗和作物、植物、花卉種子等。在太空周游了115小時(shí)32分鐘，返回地球后，搭載單位的科研人員將繼續(xù)對(duì)它們進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)?；卮穑海?）作物種子從太空返回地面后種植，往往能出現(xiàn)新的變異特征。這種變異的來(lái)源主要是植物種子經(jīng)太空中的

輻射后，其

發(fā)生變異。請(qǐng)預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的新的變異對(duì)人類是否有益?

，你判斷的理由是

。（2）試舉出這種育種方法的優(yōu)點(diǎn)宇宙射線等

基因

不一定

基因突變是不定向的

變異頻率高，大幅度改良某些性狀

②微生物新品種的培育青霉菌最初從發(fā)霉的甜瓜上發(fā)現(xiàn)，這種野生的青霉菌分泌的青霉素很少，青霉素是抗菌素的一種，是第一種能夠治療肺炎、腦膜炎、膿腫等人類疾病的抗生素。但產(chǎn)量只有20單位/mL。后來(lái)，人們對(duì)青霉菌進(jìn)行X射線、紫外線照射以及綜合處理，培育成了青霉素產(chǎn)量很高的菌株，目前產(chǎn)量已經(jīng)可以達(dá)到50000單位/mL～60000單位/mL。4）局限性：誘變育種的方向難以掌握，誘變體難以集中多個(gè)理想性狀。5）克服方法：要想克服這些局限性，可以擴(kuò)大誘變后代的群體，增加選擇的機(jī)會(huì)。原因：基因突變是隨機(jī)不定向的。討論：怎樣克服？雜交育種誘變育種原理常用方法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例基因重組雜交→自交→選種→自交育種周期長(zhǎng)，可選擇的范圍有限基因突變輻射誘變，激光誘變，空間技術(shù)育種提高突變頻率，加速育種過(guò)程，或大幅度改良某些品種有利變異少，需大量處理實(shí)驗(yàn)材料課堂小結(jié)將不同個(gè)體的優(yōu)良性狀，集于一個(gè)個(gè)體上太空椒、“黑農(nóng)五號(hào)”大豆、高產(chǎn)青霉素菌株袁隆平--雜交水稻的研究雜交→雜種物理方法化學(xué)方法改良作物品質(zhì)，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的常規(guī)方法?？梢蕴岣咄蛔兟?，在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。單倍體育種（1）原理：染色體變異（2）方法：花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，再人工誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。（3）舉例：已知小麥的高稈（D）對(duì)矮稈（d）為顯性，抗銹病（R）對(duì)易染銹?。╮）為顯性，兩對(duì)性狀獨(dú)立遺傳?，F(xiàn)有高稈抗銹病、矮稈易染病兩純系品種。要求用單倍體育種的方法培育出具有優(yōu)良性狀的新品種。①讓純種的高稈抗銹病和矮稈易染銹病小麥雜交得F1；②取F1的花藥離體培養(yǎng)得到單倍體；③用秋水仙素處理單倍體幼苗，使染色體加倍，選取具有矮稈抗病性狀的個(gè)體即為所需類型。（4）特點(diǎn)：由于得到的個(gè)體基因都是純合的，自交后代不發(fā)生性狀分離，所以相對(duì)于雜交育種來(lái)說(shuō)，明顯縮短了育種的年限。P

DDRR

×

ddrr

↓F1

DdRr花藥（配子）DRDrdRdr單倍體DRDrdRdr

純合子DDRR

DDrr

ddRR

ddrr秋水仙素誘導(dǎo)染色體加倍離體培養(yǎng)（組織培養(yǎng)技術(shù)）減數(shù)分裂選取ddRR（矮抗）即為所需類型雜交多倍體育種：（1）原理：染色體變異（2）方法：用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗，從而使細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍，染色體數(shù)目加倍的細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行正常的有絲分裂，即可發(fā)育成多倍體植株。（3）舉例：三倍體無(wú)子西瓜的培育雜交育種誘變育種多倍體育種單倍體育種處理雜交用射線、激光、化學(xué)藥品等處理生物用秋水仙素處理種子或幼苗花藥離體培養(yǎng)原理通過(guò)基因重組把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中用人工方法誘發(fā)基因突變，產(chǎn)生新性狀，創(chuàng)造新品種或新類型抑制細(xì)胞分裂中紡錘體的形成，使染色體數(shù)目加倍后不能形成兩個(gè)細(xì)胞(染色體變異)誘導(dǎo)精子直接發(fā)育成植株，再用秋水仙素加倍成純合體(染色體變異)特點(diǎn)方法簡(jiǎn)便，但需較長(zhǎng)年限方可獲得純合體加速育種的進(jìn)程，大幅改良某些性狀，但突變后有利個(gè)體往往不多器官大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高，但發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低縮短育種年限，但方法復(fù)雜，成活率較低舉例高桿抗病與矮桿不抗病小麥雜交產(chǎn)生矮桿抗病品種高產(chǎn)量青霉素菌株的育成三倍體西瓜、八倍體小黑麥抗病植株的育成！注意1.動(dòng)物育種一般采用雜交育種和誘變育種。2.動(dòng)物雜交育種中不能自交，所以F1不能自交，但可以利用F1的雌雄個(gè)體進(jìn)行雜交繁殖；3.在F2中可以用測(cè)交的方法判斷雜合子和純合子；4.動(dòng)物雜交育種，不能用單倍體育種的方法。5.比植物雜交育種所需年限短。

這些題你會(huì)做嗎？1.雜交育種所依據(jù)的主要遺傳學(xué)原理是()A.基因突變；B.基因自由組合；

C.染色體交叉互換：D.染色體變異。B2.在下列幾種育種方法中，可以改變?cè)谢蚍肿咏Y(jié)構(gòu)的育種方法是()A.雜交育種B.誘變育種

C.單倍體育種D.多倍體育種3.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)育種專家采用誘變育種的方法改良某些農(nóng)作物的原有性狀，其原因是()A.提高了后代的出苗率

B.產(chǎn)生的突變?nèi)渴怯欣?/p>

C.提高了后代的穩(wěn)定性

D.能提高突變率以供育種選擇BD3.4倍體草莓比野生的普通草莓的果實(shí)大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量有所增加。4倍體草莓的培育成功屬于（）A.單倍體育種B.多倍體育種C.誘變育種D.雜交育種4.在一塊馬鈴薯甲蟲成災(zāi)的地里，噴了一種新的農(nóng)藥后，約98％的甲蟲死了，約2％的甲蟲生存下來(lái)，生存下來(lái)的原因是（）A.有基因突變產(chǎn)生的抗藥性個(gè)體存在B.以前曾噴過(guò)某種農(nóng)藥，對(duì)農(nóng)藥有抵抗力C.約有2％的甲蟲未吃到沾有農(nóng)藥的葉子D.生存下來(lái)的甲蟲是身強(qiáng)體壯的年輕個(gè)體BA5．通過(guò)誘變育種培育的是（）A.三倍體無(wú)子西瓜B.青霉素高產(chǎn)菌株C.二倍體無(wú)子番茄D.八倍體小黑麥6．大麻是雌雄異株植物，體細(xì)胞中有20條染色體。若將其花藥離體培養(yǎng)，將獲得的幼苗再用秋水仙素處理，所得植株的染色體組成狀況應(yīng)是（）18＋XX

B.18＋XY

C.20＋XX

D.18＋XX或XY7．根據(jù)遺傳學(xué)原理，能迅速獲得新品種的育種方法是（）

A.雜交育種

B.多倍體育種

C.單倍體育種

D.誘變育種BAC請(qǐng)寫出下面各項(xiàng)培育方法：（1）通過(guò)花藥離體培養(yǎng)再用秋水仙素加倍得到煙草新品種的方法是

。（2）用60Co輻射谷氨酸棒狀桿菌，選育出合成谷氨酸的新菌種，所用方法是

。（3）用小麥和黑麥培育八倍體黑小麥的方法是

。（4）將青椒的種子搭載人造衛(wèi)星，在太空中飛行數(shù)周后返回地面，獲得了果大、肉厚和維生素含量高的青椒新品種，這種育種原理本質(zhì)上屬于

。（5）用抗倒伏、不抗銹病和不抗倒伏、抗銹病的兩個(gè)小麥品種，培育出抗倒伏、抗銹病的品種，所用方法是

。（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯處理蕃茄、水稻種子，獲得成熟期早、蛋白質(zhì)含量高的品系，這種方法是

。單倍體育種

誘變育種多倍體育種誘變育種雜交育種誘變育種下圖表示某種農(nóng)作物品種：①和②兩個(gè)品系培育出品種⑥的可能方法，請(qǐng)據(jù)圖回答：1)指出下列各種交配方式：由品種①和②培育出③的過(guò)程Ⅰ是__________，由品系③培育出品種⑥經(jīng)過(guò)的過(guò)程Ⅴ是___________。2）品系④是一種__________植株，由品系③經(jīng)過(guò)過(guò)程Ⅲ培養(yǎng)品種④常用的方法是________________。雜交育種自交單倍體花藥離體培養(yǎng)下圖表示某種農(nóng)作物品種：①和②兩個(gè)品系培育出品種⑥的可能方法，請(qǐng)據(jù)圖回答：3）品種④形成品種⑥經(jīng)過(guò)的過(guò)程Ⅵ中常用__________處理。4）品種①直接形成品種⑤的過(guò)程需經(jīng)___________，由品種⑤產(chǎn)生品種⑥的最簡(jiǎn)便方法是________________。5）你認(rèn)為成功率最高且工作量最小的培育品種⑥的途徑是________________。(用過(guò)程Ⅰ、Ⅱ等以及→表示)秋水仙素人工誘變自交Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ

為提高農(nóng)作物的單產(chǎn)量，獲得早熟、抗倒伏、抗病等性狀，科學(xué)工作者往往要采取多種育種方法來(lái)培育符合農(nóng)民要求的新品種，請(qǐng)根據(jù)下面提供的材料，設(shè)計(jì)一套育種方案：已有的材料：A小麥的高稈（顯性）抗銹?。@性）純種，B小麥的矮稈不抗銹病純種，C水稻的遲熟種子非生物材料：根據(jù)需要自選（1）育種名稱：（2）所選擇的生物材料：（3）希望得到的結(jié)果：（4）預(yù)計(jì)產(chǎn)生這種結(jié)果的（所需類型）的幾率（5）寫出育種的簡(jiǎn)要過(guò)程（可用圖解）（6）簡(jiǎn)答選擇能穩(wěn)定遺傳的新品種的方法。

試試看，你行嗎？生物材料：A小麥的高稈（顯性）抗銹病（顯性）純種，B小麥的矮稈不抗銹病純種，C水稻的遲熟種子