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1,育种专题,2,不遗传的变异在育种上没有价值,但是在生产上有价值,农业生产中的田间管理就是通过调节水肥、除草等措施使作物产生有利于人类的不遗传变异,如茎秆粗壮、子粒饱满等,是通过对外界环境的控制,使其表现型朝着有利于人类的方向发展。 表现型是基因型和环境共同作用的结果,其内因是基因型,它在作物的个体发育中起着主导作用。所以要想获得高产丰收最重要的是育好种。 “种地选好种,一垅顶两垅”。,3,常用的有杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、转基因育种、细胞工程育种和综合方法育种等。(利用细胞质遗传培育杂交种,因为教材是选学,不做为高考内容。) 可以通过比较这些作物育种的原理、方法(和过程)、优缺点以及应用进行复习。 一、杂交育种 1原理:基因重组。一般指种内不同品种间的杂交育种。人们用杂交的方法,有目的地使生物不同品种间的基因重新组合,以便使不同亲本的优良基因组合到一起,从而创造出对人类有益的新品种。,4,基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合。基因的自由组合定律告诉我们,在生物体通过减数分裂形成配子时,随着非同源染色体的自由组合,非等位基因也自由组合,这样,由雌雄配子结合形成的受精卵,就可能具有与亲代不同的基因型,这是一种类型的基因重组。 在减数分裂的四分体时期,由于同源染色体的非姐妹染色单体之间常常发生局部交换,这些染色单体上的基因组合,是另一种类型的基因重组。广义上讲,转基因也是基因重组。,5,杂交育种选择亲本的基本条件: 亲本应有较多优点和较少缺点,亲本间优缺点力求达到互补。 亲本中至少有一个是适应当地条件的优良品种,在条件严酷的地区,双亲最好都是适应的品种。 亲本之一的目标性状应有足够的遗传强度,并无难以克服的不良性状。 生态类型、亲缘关系上存在一定差异,或在地理上相距较远。 亲本的一般配合力较好,主要表现在加性效应的配合力高。,6,2方法和过程: 杂交自交选优(一般从F2开始) 杂交技术因不同作物特点而异,其共同要点为: 调节开花期,通过分期播种、调节温度、光照及施肥管理等措施,使父本和母本花期相遇; 控制授粉,在母本雌蕊成熟前进行人工去雄,并套袋隔离,避免自交和天然异交,然后适时授以纯净新鲜父本花粉,作好标志并套袋隔离和保护。,7,用于杂交的父本和母本分别用P1和P2表示,其代表符号分别为和;表示杂交。杂交所得种子种植而成的个体群称杂种一代(子一代),用F1表示。F1群体内个体间交配或自交所得的子代为F2、F3、F4等表示随后各世代。 安排亲本或杂种成对使之交配的杂交方式可以有: 成对杂交(单交)即两个不同品种或系统间的杂交,两亲可互为父母本(正反交); 复合杂交,即几个品种分别先后进行多次杂交。回交是以杂种后代与亲本之一再交配的杂交方式。,8,3优缺点:能根据人的预见把位于两个品种生物体上的优良性状集于一身;育种时间长,需随时观察及时发现优良性状。 4应用:例如,在水稻中,有芒(A)对无芒(a)是显性,抗病(R)对不抗病(r)是显性。有两个不同品种的水稻,一个品种无芒、不抗病;另一个品种有芒、抗病。人们将这两个不同品种的水稻进行杂交,根据自由组台定律,在F2中分离出的无芒、抗病(aaRR或aaRr)植株应该占总数的3/16,其中,l/16是纯合类型(aaRR),2/16是杂合类型(aaRr)。 要进一步得到纯合类型,还需要对无芒、抗病类型进行自交和选育,淘汰不符合要求的植株,最后得到能够稳定遗传的无芒、抗病的类型。,9,5经典例题: 例1:假如水稻高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗稻瘟病(R)与易感稻瘟病(r)为显性,两对性状独立遗传。用一个纯合易感病的矮秆品种(抗倒伏)与一个纯合抗病高秆品种(易倒伏)杂交,F2代中出现既抗病又抗倒伏类型的基因型及其比例为 AddRR,1/8 BddRR,1/16 CddRR,1/16和ddRr,1/8 DDDrr,1/16和DdRR,1/8 答案:C,10,解析:本题考查的是遗传学的基本知识,内容涉及到有关杂交、自交的概念和遗传的分离与自由组合两大基本定律。本题的思路是,先看清题目给出的相对性状的显隐性关系,并根据亲代的表现型确定亲代的基因型为ddrr和DDRR,接着由亲代杂交得到F1代,基因型为DdRr,F1代自交至F2代。关键要对F2代中表现型和基因型的比例进行分析。 两对相对性状的纯合体杂交,其F2代的性状分离比为9331,且纯合体在四种性状中各占其一的规律。在比例为9331的四种性状中,9和1分别为双显性性状和双隐性性状,即本题中的亲本性状,3和3是通过非等位基因的自由组合得到的重组性状,而本题所要求的既抗病又抗倒伏的重组性状就在F2代中占3/16,杂合体基因为ddRr,占2/16(1/8)。 如果对上述规律不十分熟悉,也可以通过遗传图解,用棋盘格法写出F2代的16种基因组合,从中数出符合要求的ddRR有1/16,ddRr有2/16;或用分枝法计算出ddRR所占比例为1/41/41/16,ddRr所占比例为1/42/42/16。,11,例2: 某自花传粉植物的紫苗(A)对绿苗(a)为显性,紧穗(B)对松穗(b)为显性,黄种皮(D)对白种皮(d)为显性,各由一对等位基因控制。假设这三对基因是自由组合的。现以绿苗紧穗白种皮的纯合品种作母本,以紫苗松穗黄种皮的纯合品种作父本进行杂交实验,结果F1表现为紫苗紧穗黄种皮。 请回答: (1)如果生产上要求长出的植株一致表现为紫苗紧穗黄种皮,那么播种F1植株所结的全部种子后,长出的全部植株是否都表现为紫苗紧穗黄种皮?为什么? (1)不是。因为F1代植株是杂合体,F2代会发生性状分离。,12,(2)如果需要选育绿苗松穗白种皮的品种,那么能否从播种F1植株所结种子长出的植株中选到?为什么? (2)能。 因为F1代植株三对基因都是杂合的,F2代能分离出表现为绿苗松穗白种皮的类型。 (3)如果只考虑穗型和种皮色这两对性状,请写出F2代的表现型及其比例。 (3)紧穗黄种皮:紧穗白种皮:松穗黄种皮:松穗白种皮=9:3:3:1 (4)如果杂交失败,导致自花受粉,则子代植株的表现型为,基因型为;如果杂交正常,但亲本发生基因突变,导致F1植株群体中出现个别紫苗松穗黄种皮的植株,该植株最可能的基因型为。发生基因突变的亲本是本。 (4)绿苗紧穗白种皮 aaBBdd AabbDd 母,13,解析:本题考查的是遗传部分的常规育种,属于中等难度。由题意可知,紫苗(A)对绿苗(a),紧穗(B)对松穗(b),黄种皮(D)对白种皮(d)是三对相对性状,其遗传符合自由组合规律,则用于杂交实验的母本(绿苗紧穗白种皮的纯合品种)的基因型为aaBBdd,父本(紫苗松穗黄种皮纯合品种)的基因型是AabbDD,其杂交F1代基因型为AaBbDd,三对基因全为杂合,表现型全为紫苗紧穗黄种皮。 (可以先写出遗传图解,有利于回答问题。) P 绿苗紧穗白种皮 紫苗松穗黄种皮 aaBBdd AAbbDD F 紫苗紧穗黄种皮 AaBbDd,14,播种F1植株所结的种子长成的植株为F2植株,其表现型就会发生性状分离,能分离出表现为绿苗松穗白种皮的类型。如果只考虑穗型和种皮两对性状,则F2代就会有四种表现型,为紧穗黄种皮:紧穗白种皮:松穗黄种皮:松穗白种皮=9:3:3:1;如果用上述父本与母本杂交,是使用父本的花粉对母本的雌蕊授粉,如果杂交失败而导致自花授粉,就只会有母本的自花授粉,而母本植株是纯合体,其自交后仍为纯合体,基因型不变,如果杂交正常,则F1代三对基因都是杂合AaBbDd,但亲本如果发生基因突变,导致后代出现紫苗松穗黄种皮的变异类型,一定是亲代中的显性基因B变成了b,所以是母本发生了突变,F1代的基因型为AabbDd。,15,二、诱变育种 1原理:基因突变。这种方法可以提高突变率,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。 2方法和过程:是指利用物理因素(如太空的辐射X射线、射线、紫外线、失重或用激光等);化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物(如萌动的植物芽或种子),使生物发生基因突变。 诱发变异选择育成新品种。,16,3优缺点: 能提高变异频率,加速育种过程,可大幅度改良某些性状(有时可产生超效基因),变异范围广;有利变异少,须大量处理材料;诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状(多基因遗传的性状)效果较差。 理解其优缺点,需要先了解一下基因突变作为生物变异的一个重要来源,它具有以下主要特点: 第一,基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物,还是高等的动植物以及人,都可能发生基因突变。例如,棉花的短果枝,水稻的矮杆、糯性,果蝇的白眼、残翅,家鸽羽毛的灰红色,以及人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病,都是突变性状,(通过基因突变产生等位基因)。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变,人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。,17,第二,基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。 一般来说,在生物个体发育的过程中,基因突变发生的时期越迟,生物体表现突变的部分就越少。例如,植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变,那么由这个叶芽长成的枝条,上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时,那么,将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。 基因突变可以发生在体细胞中,也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变,可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变,一般是不能传递给后代的(如人的某种癌变)。,18,第三,在自然状态下,对一种生物来说,基因突变的频率是很低的。据估计,在高等生物中,大约十万个到一亿个生殖细胞中,才会有一个生殖细胞发生基因突变,突变率是105108。不同生物的基因突变率是不同的。例如,玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06104,而黄色胚乳基因的突变率为2.2106。同一种生物的不同基因,突变率也不相同。 第四,大多数基因突变对生物体是有害的。由于任何一种生物都是长期进化过程的产物,它们性状与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变,就有可能破坏这种协调关系。因此,基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如,植物中常见的白化苗,也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素,不能进行光合作用制造有机物,最终导致死亡。但是,也有少数基因突变是有利的。例如,植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等,都是有利于生物生存的。,19,第五,基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因。 例如,控制小鼠毛色的灰色基因(A+)可以突变成黄色基因(AY),也可以突变成黑色基因(a)。但是每一个基因的突变,都不是没有任何限制的。 例如,小鼠毛色基因的突变,只限定在色素的范围内,不会超出这个范围。所控制的都是同一性状的不同表现类型,它们属于等位基因。,20,4应用: 本世纪60年代以来,我国通过农作物诱变育种培育出了数百个农作物新品种。这些新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点,在农业生产中发挥了巨大作用。 例如,黑龙江省农业科学院用辐射方法处理大豆,培育成了黑农五号等大豆品种,含油量比原来的品种提高了2.5,大豆产量提高了16。 也有时可利用对人类有益的芽变,通过营养繁殖培育优良品种。,21,在微生物育种方面,诱变育种也发挥了重要作用。青霉菌的选育就是一个典型的例子。 现在世界各国生产青霉素的菌种,最初是在 1943年从一个发霉的甜瓜上得来的。这种野生的青霉菌分泌的青霉素很少,产量只有20单位/mL。 后来,人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理,再通过筛选培育成了青霉素产量很高的菌株,目前青霉素的产量已经可以达到50 000单位/mL60 000单位/mL。,22,5经典例题:
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