第6章從雜交育種到基因工程第1節(jié)雜交育種與誘變育種

九十年代后期，美國(guó)學(xué)者布朗拋出“中國(guó)威脅論”，撰文說到下世紀(jì)３０年代，中國(guó)人口將達(dá)到１６億，到時(shí)誰來養(yǎng)活中國(guó)，誰來拯救由此引發(fā)的全球性糧食短缺和動(dòng)蕩危機(jī)？

問題情境：——培育農(nóng)作物新品種是解決問題的方法之一復(fù)習(xí)孟德爾兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)1.怎樣做雜交實(shí)驗(yàn)?根據(jù)什么可以判斷每對(duì)相對(duì)性狀的顯隱性?2.F2中出現(xiàn)了幾種表現(xiàn)型?有什么特點(diǎn)?F2中性狀重組的類型各占多少?可穩(wěn)定遺傳的占多少？問題探討：設(shè)想你是一位玉米育種專家，遇到這樣的情況：品種A子粒多，但不抗黑粉?。黄贩NB子粒少，但抗黑粉病。

討論：1.你用什么方法既能把兩個(gè)品種的優(yōu)良性狀結(jié)合在一起,又能把雙方的缺點(diǎn)都去掉?將你的設(shè)想用遺傳圖解表示出來。2.你能預(yù)計(jì)在實(shí)際操作中可能會(huì)遇到哪些困難?怎樣才能解決這些困難?3.你還能說出哪些育種實(shí)例?方案展示P

品種A×品種B（子粒多,不抗病）(子粒少,抗病)F1F2

子粒多,不抗病子粒多,抗病子粒少,不抗病子粒少,抗病

↓↓可能遇到的困難:1.如何做雜交?2.如何判斷顯隱性?3.若要選擇的品種是雙隱性、一隱一顯、雙顯性的，如何選擇得到純合子？最早的育種方法：

玉米起源于美洲大陸，15世紀(jì)傳入歐洲，16世紀(jì)經(jīng)葡萄牙傳入中國(guó)，現(xiàn)在遍布全世界。遠(yuǎn)在古代，美洲的印第安人就選擇和培育了許多穗大粒飽的玉米。原來他們把玉米奉為神靈，用作祭祀的玉米是在隔離條件下種植的，經(jīng)過精心管理和認(rèn)真選育，不僅果穗碩大、顆粒飽滿，而且品質(zhì)優(yōu)良，無任何雜粒，這樣就選育出了具有優(yōu)良性狀的玉米品種。

古印第安人是最早選擇和培育玉米的，最突出的貢獻(xiàn)是選育了果穗碩大、淀粉含量高的玉米。請(qǐng)分析古印第安人培育玉米的方法所隱含的遺傳學(xué)原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。（1）古印第安人培育玉米的方法稱為

。（2）這里的“選擇”的含義是

。（3）“用作祭的玉米是在隔離條件下種植的”其中“隔離”作用是（4）選擇育種的優(yōu)缺點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單、容易操作。缺點(diǎn)：選擇范圍有限，育種周期長(zhǎng)。

（5）現(xiàn)代育種工作是否運(yùn)用選擇育種的“汰劣留良”這一措施？學(xué)生帶著這一問題繼續(xù)學(xué)習(xí)。

選擇育種汰劣留良

防止劣質(zhì)玉米與選擇的具有優(yōu)良性狀的玉米雜交，使優(yōu)良性狀得到不斷的積累。

設(shè)想：

每種生物都有不少性狀，這些性狀有的是優(yōu)良性狀，有的是不良性狀，而且不同的優(yōu)良性狀存在于不同的品種中。人們一直設(shè)想如果能想辦法去掉不良性狀，讓優(yōu)良性狀集于一身，創(chuàng)造出自然條件下沒有的新性狀組合，突破選擇育種的局限，培育出具有優(yōu)良性狀組合的新品種。選擇育種的局限性是：只能利用生物在自然環(huán)境條件下產(chǎn)生的有限變異，在已有的性狀組合中選育優(yōu)良品種。已知小麥的高稈（D）對(duì)矮稈（d）為顯性，抗銹病（T）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。你用什么方法能把兩個(gè)品種的優(yōu)良性狀結(jié)合在一起，又能把雙方的缺點(diǎn)都去掉？將你的設(shè)想用遺傳圖解表示出來。試一試：植物雜交育種的方法以下是雜交的育種參考方案：Ｐ高抗矮不抗Ｆ１高抗Ｆ２DDTTddttDdTtddTt高抗高不抗矮抗矮不抗ddTT矮抗ddTTddTt矮抗ddTT矮抗矮抗矮不抗ddTtddTT雜交自交選優(yōu)自交F3選優(yōu)思考：要培育出一個(gè)能穩(wěn)定遺傳的植物品種至少要幾年？動(dòng)物的雜交育種中國(guó)荷斯坦牛：荷斯坦—弗里生牛與我國(guó)黃牛雜交選育后逐漸形成的優(yōu)良種。泌乳期可達(dá)305天，年產(chǎn)乳量可達(dá)6300kg以上。試一試：動(dòng)物的雜交育種方法假設(shè)現(xiàn)有長(zhǎng)毛立耳貓（BBEE）和短毛折耳貓（bbee），你能否培育出能穩(wěn)定遺傳的長(zhǎng)毛折耳貓（BBee）？寫出育種方案（圖解）長(zhǎng)毛折耳貓短毛折耳貓長(zhǎng)毛立耳貓長(zhǎng)毛立耳短毛折耳BBEEbbee長(zhǎng)毛立耳BbEe長(zhǎng)毛立耳BbEe長(zhǎng)立長(zhǎng)折短立短折BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee長(zhǎng)折短折長(zhǎng)折長(zhǎng)折短折雜交F1間交配選優(yōu)測(cè)交ＰＦ１Ｆ２F3長(zhǎng)折短折思考：要培育出一個(gè)能穩(wěn)定遺傳的動(dòng)物品種至少要幾年？！注意1、動(dòng)物雜交育種中純合子的獲得不能通過逐代自交，而應(yīng)改為測(cè)交。2、比植物雜交育種所需年限短。小結(jié)：雜交育種的概念：原理：基因重組方法：優(yōu)點(diǎn)：使位于不同個(gè)體上的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于一個(gè)個(gè)體上，即“集優(yōu)”,能產(chǎn)生新的基因型。雜交→自交→選優(yōu)→自交思考與討論

雜交育種的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，但是在實(shí)際操作中會(huì)遇到不少困難。請(qǐng)從雜交后代可能出現(xiàn)的各種類型，以及育種時(shí)間等方面，分析比較雜交育種方法的不足。

那有沒有能出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，并且需要時(shí)間相對(duì)要短的育種方法呢？雜交育種只能利用已有基因的重組，按需選擇，并不能創(chuàng)造新的基因。雜交后代會(huì)出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象，育種進(jìn)程緩慢，過程繁瑣。思考：我國(guó)運(yùn)用返回式運(yùn)載衛(wèi)星搭載水稻種子，返回地面后種植，培育出的水稻穗長(zhǎng)粒大，畝產(chǎn)達(dá)600kg，最高達(dá)750kg，蛋白質(zhì)含量增加8%-20%，生長(zhǎng)期平均縮短10天。請(qǐng)回答：水稻產(chǎn)生這種變異的來源是_______，產(chǎn)生變異的原因是________。基因突變

各種宇宙射線和失重的作用，使基因的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

復(fù)習(xí)：

1.什么叫基因突變？屬于什么水平的變化？

2.自然突變和誘發(fā)突變特點(diǎn)的異同？3.誘發(fā)基因突變的因素有哪些？（物理、化學(xué)等）都有普遍性、隨機(jī)性、不定向性，誘發(fā)突變的頻率高誘變育種原理：

基因突變

方法：

物理方法(紫外線、α射線、失重等)或化學(xué)方法(亞硝酸、硫酸二乙酯等)處理植株，再選擇符合要求的變異類型

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%，含油量比原來提高了2.5%。誘變育種除了采用常規(guī)的誘變育種方法外，還采用太空育種。太空育種主要是利用返回式衛(wèi)星和高空氣球能達(dá)到的高空環(huán)境，通過強(qiáng)輻射、微重力和高真空等條件使植物種子的基因發(fā)生基因突變的作物育種新技術(shù)。我國(guó)已培育成功許多太空作物：空間生命科學(xué)：高真空(10—8pa)微重力(10—4g)強(qiáng)輻射(尤其是危害性極大的HZE）②用于微生物育種：例如青霉素的選育。1943年從自然界分離出來的青霉菌只能產(chǎn)生青霉素20單位/mL。后來人們對(duì)青霉菌多次進(jìn)行X射線、紫外線照射以及綜合處理，培育成了青霉素高產(chǎn)菌株，目前青霉素的產(chǎn)量已達(dá)到50000～60000單位/mL。中間為青霉菌，周圍是細(xì)菌。思考與討論與雜交育種相比，誘變育種有什么優(yōu)點(diǎn)？聯(lián)系基因突變的特點(diǎn)，談?wù)務(wù)T變育種的局限性。要想克服這些局限性，可以采取什么辦法？?jī)?yōu)點(diǎn)：不足：克服：產(chǎn)生新基因和新的性狀，能提高變異的頻率，后代變異性狀能較快穩(wěn)定，加速育種進(jìn)程。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。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)。育種技術(shù)的不斷完善與發(fā)展的動(dòng)力和原因是

超越已有技術(shù)的局限性

。育種學(xué)家將如何突破“不能實(shí)行種間的基因交流”這一育種技術(shù)的局限呢？總結(jié)：選擇育種雜交育種誘變育種特點(diǎn)：在自然產(chǎn)生的變異中選擇局限：不能把位于兩個(gè)品種的優(yōu)良性狀集于一身主要優(yōu)點(diǎn)：有目的地把位于兩個(gè)品種的優(yōu)良性狀集于一身局限：不能產(chǎn)生新的基因主要優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生新基因局限：該方法具有一定的盲目性均不能實(shí)行種間的基因交流

雜交育種誘變育種

多倍體育種單倍體育種處理

原理優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)比較各種育種的方法

雜交育種誘變育種

多倍體育種單倍體育種處理

原理

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)雜交輻射、射線化學(xué)藥劑秋水仙素花藥離體培養(yǎng)基因重組基因突變?nèi)旧w變異可以集中兩個(gè)親體的優(yōu)良性狀育種年限縮短，改良某些性狀果大，莖稈粗，營(yíng)養(yǎng)物豐富年限短，易穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)有利不多，需大量處理發(fā)育遲，結(jié)實(shí)低技術(shù)復(fù)雜秋水仙素育種的方法有多種，各有各的優(yōu)點(diǎn)，我們要合理的有機(jī)結(jié)合各種方法，高效的達(dá)到各種目的。如果水稻的某遲熟（AA)品種,那么我們有什么好辦法快速的得到早熟（aa）品種？靈活創(chuàng)新、實(shí)際應(yīng)用人工誘變+單倍體育種早熟品種(aa)花藥離體培養(yǎng)

當(dāng)年就可以培育出優(yōu)良新品種！遲熟品種(AA)雜合子(Aa)人工誘變幼苗（A）幼苗（a）秋水仙素處理早熟品種(AA)秋水仙素處理時(shí)間：下圖表示以某種農(nóng)作物（1）和（2）兩個(gè)品種為基礎(chǔ)，培育出（4）、（5）、（6）、（7）四個(gè)品種的過程。根據(jù)下圖，回答下列問題：【答案】.(1)雜交

自交，

基因重組；（2）花藥離體培養(yǎng)；

人工誘導(dǎo)染色體加倍，縮短育種年限；（3）人工誘導(dǎo)多倍體，多倍體（4）采用射線照射或藥劑處理等人工誘變方式

練習(xí)題下圖是用某種作物的兩個(gè)品種①和②分別培育出④、⑤、⑥品種的示意圖，試分析回答：①AABBEAb------------④D③AaBbFAabb----------⑤②aabbGAAaaBBbb----⑥（1）用①和②培育⑤所采用的D和F步驟分別是

和

。其應(yīng)用的遺傳學(xué)原理是