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教師參考新課導(dǎo)入一:課件展示《感動中國》人物袁隆平及頒獎詞:“他是一位真正的耕耘者。當(dāng)他還是一個鄉(xiāng)村教師的時候,已經(jīng)具有顛覆世界權(quán)威的膽識;當(dāng)他名滿天下的時候,卻仍然只是專注于田疇;淡泊名利,一介農(nóng)夫,播撒智慧,收獲富足。他畢生的夢想,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”。由他培育的雜交水稻及產(chǎn)量引出本課課題。新課導(dǎo)入二:某農(nóng)科所通過如圖所示的育種過程培育出了高品質(zhì)的yyRR小麥。a過程屬于哪種育種方法?其原理是什么?提示:單倍體育種原理是染色體變異。若通過b過程連續(xù)自交能否獲得yyRR個體?此育種方法是什么?引出雜交育種課題?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1.簡述雜交育種的概念,舉例說明雜交育種方法的優(yōu)點和不足。2.舉例說出誘變育種在生產(chǎn)中的應(yīng)用。3.討論遺傳和變異規(guī)律在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用。自主學(xué)習(xí)課堂探究自主學(xué)習(xí)讀教材·學(xué)基礎(chǔ)一、從選擇育種到雜交育種閱讀教材P98～P99,完成以下問題。1.選擇育種(1)概念:利用生物的

,通過長期選擇,

,從而培育出許多優(yōu)良品種的方法。(2)不足:

,且可選擇的范圍有限。2.雜交育種(1)概念:將兩個或多個品種的

通過交配集中在一起,再經(jīng)過

,獲得新品種的方法。(2)原理:

。變異汰劣留良周期長優(yōu)良性狀選擇和培育基因重組(3)過程(以高產(chǎn)抗病小麥品種的選育為例)多種優(yōu)良性狀(4)優(yōu)點:操作簡便。將

集于一體。(5)應(yīng)用?判斷?(1)雜交育種依據(jù)的原理是基因重組。(

)(2)雜交育種能產(chǎn)生新基因新性狀。(

)(3)雜交育種一定要連續(xù)自交。(

)(4)雜交育種得到的后代一定都是純合子。(

)(5)雜交育種既適用植物,又適用于動物,操作步驟完全相同。(

)單位面積產(chǎn)量優(yōu)良品種√××××二、誘變育種閱讀教材P100,完成以下問題。物理項目內(nèi)容概念處理

因素(如X射線、γ射線、

、

等)或

因素(如亞硝酸、硫酸二乙酯等)原理___________優(yōu)點可以提高

,在較短時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型應(yīng)用主要用于農(nóng)作物和微生物育種,如培育的“黑農(nóng)五號”大豆和青霉素高產(chǎn)菌株的選育?思考?

誘變育種有哪些不足?提示:由于基因突變具有不定向性,且有利變異往往不多,所以誘變育種具有一定的盲目性,而且突變個體難以集中多個優(yōu)良性狀,所以需要處理大量的實驗材料,工作量大。紫外線化學(xué)基因突變突變率激光探究一課堂探究解疑難·提能力雜交育種與單倍體育種的區(qū)別及應(yīng)用教師參考問題引領(lǐng):1.雜交育種有哪些應(yīng)用?具體過程是什么?2.雜交育種與單倍體育種兩者有哪些區(qū)別和聯(lián)系?1.雜交育種的應(yīng)用(1)培養(yǎng)雙雜合子:利用子一代的雜種優(yōu)勢(如玉米等),但種子只能種一年。(2)培養(yǎng)隱性純合子:子二代性狀符合要求的個體即可推廣。(3)培養(yǎng)具有顯性性狀的純合子:要多次自交選出穩(wěn)定遺傳的個體。2.單倍體育種和雜交育種的過程①→②③④獲得甲,屬于雜交育種,而①→②⑤⑥⑦獲得乙,屬于單倍體育種。3.單倍體育種和雜交育種的區(qū)別項目單倍體育種雜交育種育種原理染色體變異基因重組育種周期較短較長操作技術(shù)技術(shù)復(fù)雜操作簡單【典例1】(2017·河南林州月考)現(xiàn)有兩個小麥品種,一個純種小麥的性狀是高稈(D)抗銹病(T);另一個純種小麥的性狀是矮稈(d)易染銹病(t)。兩對基因獨立遺傳。育種專家提出了如圖所示的Ⅰ、Ⅱ兩種育種方法以獲得小麥新品種。請完成以下問題:(1)方法Ⅰ依據(jù)的原理是

;方法Ⅱ依據(jù)的原理是

;要縮短育種年限,應(yīng)選擇的是方法

。

(2)圖中④的基因型為

。

解析:據(jù)圖分析,圖中方法Ⅰ是單倍體育種,方法Ⅱ是雜交育種;(一)表示雜交,(二)表示減數(shù)分裂,(三)表示花藥離體培養(yǎng),(四)表示秋水仙素處理單倍體幼苗,(五)表示自交,(六)表示選擇淘汰;①的基因型為DT,②為dT,③為DDtt,④為ddTT,⑤為ddtt,⑥為ddT

。

(1)方法Ⅰ單倍體育種的原理是染色體變異;方法Ⅱ雜交育種的原理是基因重組;其中單倍體育種可以明顯縮短育種年限。(2)根據(jù)以上分析可知,圖中④的基因型為ddTT。答案:(1)染色體變異基因重組Ⅰ(2)ddTT(3)(二)過程中,D和d的分離發(fā)生在

;(三)過程采用的方法稱為

;(四)過程最常用的化學(xué)藥劑是

。

(4)(五)過程產(chǎn)生的抗倒伏抗銹病植株中的純合子占

。

解析:(3)(二)過程為減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程,等位基因D和d的分離發(fā)生在減數(shù)第一次分裂后期;(三)過程采用的方法為花藥離體培養(yǎng),獲得的是單倍體植株;(四)過程最常用的化學(xué)藥劑是秋水仙素。(4)(五)過程產(chǎn)生的抗倒伏抗銹病植株有ddTT和ddTt兩種基因型,其中純合體占1/3。答案:(3)減數(shù)第一次分裂花藥離體培養(yǎng)秋水仙素(4)1/3方法透析

動、植物雜交育種的不同植物雜交育種獲得純合子,可通過逐代自交獲得,而動物雜交育種獲得純合子不能通過逐代自交,可通過測交的方法進(jìn)行確認(rèn)后獲得。備選例題(2017·黑龍江大慶月考)現(xiàn)用高稈抗病(AABB)品系和矮稈不抗病(aabb)品系培育矮稈抗病(aaBB)品系,下列對其過程分析錯誤的是(

)A.F1中雖未表現(xiàn)出矮稈抗病的性狀組合,但已經(jīng)集中了相關(guān)基因B.F2中出現(xiàn)重組性狀的原因是F1產(chǎn)生配子時發(fā)生了基因重組C.選種一般從F2開始,因為F2出現(xiàn)了性狀分離D.通常利用F2的花粉進(jìn)行單倍體育種,可以明顯縮短育種年限D(zhuǎn)解析:高稈抗病(AABB)品系和矮稈不抗病(aabb)品系雜交,F1的基因型為AaBb,表現(xiàn)型為高稈抗病,F1中雖未表現(xiàn)出矮稈抗病的性狀組合,但已經(jīng)集中了相關(guān)的a和B基因;F1產(chǎn)生配子時,由于非等位基因隨著非同源染色體的自由組合而組合,發(fā)生了基因重組,導(dǎo)致F2中出現(xiàn)了高稈不抗病和矮稈抗病的重組性狀;由于F2出現(xiàn)了性狀分離,因此選種一般從F2開始;通常利用F1的花粉進(jìn)行單倍體育種,可以明顯縮短育種年限?！绢}組演練】1.(2017·廣東汕頭二模)雜交育種是植物育種的常規(guī)方法,其選育純合新品種的一般方法是(

)A.從子一代中即可選出B.從子三代中選出,因為子三代才出現(xiàn)純合子C.隱性品種可從子二代中選出;經(jīng)隔離選育后,顯性品種從子三代中選出D.只能從子四代中選出能穩(wěn)定遺傳的新品種解析:植物雜交育種的一般程序是選擇具有不同優(yōu)良性狀的純合親本雜交,再讓F1自交,從F2中選出具有所需優(yōu)良性狀的個體;若優(yōu)良性狀均為隱性性狀(一定是純合子),則所需的隱性品種即可從子二代中選出;若優(yōu)良性狀均為顯性性狀或優(yōu)良性狀中既含有顯性性狀又含有隱性性狀,則需從F2中選出具有所需優(yōu)良性狀的個體自交,經(jīng)隔離選育后,可從子三代中選出具有優(yōu)良顯性品種(純合子)。C2.某自花且閉花授粉作物,抗病性與甜度是獨立遺傳的性狀?？共『透胁∮苫駻和a控制,抗病為顯性。其甜度由兩對獨立遺傳的基因(R、r,T、t)控制,其決定關(guān)系如下圖,現(xiàn)有感病高甜度和抗病低甜度兩個品種的純合種子,欲培育純合的抗病高甜度品種。請回答:(1)該圖遺傳機(jī)理可以說明基因通過

控制生物體的性狀。

解析:由圖可知,R

T

為高甜度,R

tt為中甜度,rrT

為中甜度,rrtt為低甜度?，F(xiàn)有感病高甜度aaRRTT和抗病低甜度AArrtt兩個品種的純合種子,欲培育純合的抗病高甜度品種AARRTT,可用雜交育種和單倍體育種等方式,雜交育種利用的原理是基因重組,單倍體育種利用的原理是染色體變異。

(1)圖示基因通過控制酶的合成控制代謝過程進(jìn)而控制生物體的性狀。答案:(1)控制酶的合成控制代謝過程進(jìn)而(2)通過上述兩親本雜交所得到的F1在自然狀態(tài)下繁殖,則理論上F2中抗病高甜度的比例為

。

(3)若想采用單倍體育種,此過程涉及的原理有

、

,請用遺傳圖解表示該過程(注意:選育結(jié)果只需寫出所選育品種的基因型、表現(xiàn)型及其比例)。

解析:(2)aaRRTT×AArrtt→F1:AaRrTt;F1自交得到抗病高甜度A

R

T

的比例為3/4×3/4×3/4=27/64。

(3)上述過程涉及了雜交育種和單倍體育種,原理分別為基因重組和染色體變異。答案:(2)27/64(3)基因重組染色體變異探究二教師參考問題引領(lǐng):1.顯隱性突變在育種中有怎樣的應(yīng)用?誘變育種與雜交育種2.誘變育種與雜交育種有何不同?1.顯性突變和隱性突變在育種中的應(yīng)用(1)顯性突變?nèi)绻l(fā)生顯性突變,在二倍體生物中通常第一代就表現(xiàn)出來,但并不都是純合子。特別是在異花受粉的植物中,還必須經(jīng)過自交才能得到穩(wěn)定遺傳的純合突變類型。(2)隱性突變AAAa(不表現(xiàn)新性狀)aa(表現(xiàn)出性狀,且穩(wěn)定遺傳)如果發(fā)生的是隱性突變,在自花受粉植物中只需要通過自交繁殖,到第二代便會有純合的隱性突變體分離出來,雖然數(shù)目較少,但是一旦出現(xiàn)便可選擇應(yīng)用。2.誘變育種與雜交育種的比較項目雜交育種誘變育種原理基因重組基因突變方法雜交→自交→篩選→自交輻射誘變、激光誘變、化學(xué)藥劑誘變優(yōu)點使不同個體的優(yōu)良性狀集中于同一個體上可以提高變異的頻率,大幅度改良某些性狀,加速育種進(jìn)程局限性育種年限較長有利變異的個體不多,需處理大量實驗材料【典例2】

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,其原因是誘變育種(

)A.提高了后代的出苗率B.提高了后代的遺傳穩(wěn)定性C.產(chǎn)生的突變大多是有利的D.能提高突變率以供育種選擇解析:誘變育種是利用了基因突變的原理,由于基因突變多是有害的,而且是不定向的,使用物理或化學(xué)方法誘發(fā)基因突變增加了突變的頻率以供育種選擇。答案:D方法透析育種方法的選擇備選例題(2017·吉林東北師范大學(xué)附中月考)科研人員發(fā)現(xiàn)某水稻品種發(fā)生突變,產(chǎn)生了新基因SW1,其表達(dá)產(chǎn)物能使植株內(nèi)赤霉素含量下降,從而降低植株高度。將該品種作為親本進(jìn)行雜交,獲得了后代“IR8水稻”,既高產(chǎn)又抗倒伏。下列選項正確的是()A.在育種時,科研人員無法讓水稻產(chǎn)生定向突變,這體現(xiàn)了基因突變的低頻性B.進(jìn)行“IR8水稻”的育種時,應(yīng)用的原理是基因突變C.“IR8水稻”擁有抗倒伏的性狀,根本原因是體內(nèi)赤霉素含量較低,影響植株的生長D.SW1基因通過控制酶的合成,間接控制了生物的性狀D解析:在育種時,科研人員無法讓水稻產(chǎn)生定向突變,這體現(xiàn)了基因突變的不定向性;進(jìn)行“IR8水稻”的育種過程是選取新發(fā)現(xiàn)的某水稻突變品種作為親本進(jìn)行雜交,獲得了既高產(chǎn)又抗倒伏的后代“IR8水稻”,屬于雜交育種,其原理是基因重組;“IR8水稻”擁有抗倒伏的性狀,直接原因是體內(nèi)赤霉素含量較低影響植株的生長,而根本原因是細(xì)胞內(nèi)的SW1基因的存在,其表達(dá)產(chǎn)物能使植株內(nèi)赤霉素含量下降,從而降低植株高度;SW1基因的表達(dá)產(chǎn)物能使植株內(nèi)赤霉素含量下降,可推測該表達(dá)產(chǎn)物可能是一種酶,由此說明SW1基因通過控制酶的合成,間接控制了生物的性狀?！绢}組演練】1.下列關(guān)于育種的敘述中,正確的是(

)A.用物理因素誘變處理可提高突變率B.誘變育種和雜交育種均可形成新的基因C.三倍體植物不能由受精卵發(fā)育而來D.誘變獲得的突變體多數(shù)表現(xiàn)出優(yōu)良性狀解析:誘變育種的原理是基因突變,可形成新的基因,雜交育種的原理是基因重組,不能形成新的基因;有些三倍體植物可由受精卵發(fā)育而來,如三倍體西瓜;生物發(fā)生的基因突變大多是有害的。A2.(2017·河南鄭州月考)某自花且閉花受粉植物,抗病性和莖的高度是獨立遺傳的性狀。抗病和感病由基因R和r控制,抗病為顯性;莖的高度由兩對獨立遺傳的基因(D、d,E、e)控制,同時含有D和E表現(xiàn)為矮莖,只含有D或E表現(xiàn)為中莖,其他表現(xiàn)為高莖?，F(xiàn)有感病矮莖和抗病高莖兩品種的純合種子,欲培育純合的抗病矮莖品種。請回答:(1)自然狀態(tài)下該植物一般都是

合子。

(2)若采用誘變育種,用γ射線處理時,需要處理大量種子,其原因主要是基因突變具有

、

和少利多害性等特點。

解析:(1)由于該植物是自花且閉花授粉植物,所以在自然狀態(tài)下一般都是純合子。(2)誘變育種的原理是基因突變,由于基因突變具有不定向性、低頻性和少利多害性等特點,所以需要處理大量種子。答案:(1)純(2)不定向性低頻性(3)若采用雜交育種,可通過將上述兩個親本雜交,在F2中選擇

個體,再通過

等純合化手段,最后得到穩(wěn)定遺傳的抗病矮莖品種。據(jù)此推測,一般情況下,控制性狀的基因數(shù)越多,其育種過程所需的年限

。若只考慮莖的高度,親本雜交所得的F1在自然狀態(tài)下繁殖,則理論上F2的表現(xiàn)型及其比例為

。

解析:(3)如果采用雜交育種的方式,將上述兩個親本雜交,得F1,F1自交所得F2中選出抗病矮莖個體(D

E

R

),再通過連續(xù)自交及逐代淘汰的手段,最終獲得能穩(wěn)定遺傳的抗病矮莖品種(DD