第一节第一节 杂交育种与诱变育种杂交育种与诱变育种第六章第六章从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程（1）古印第安人培育玉）古印第安人培育玉米的方法称为米的方法称为。选择育种选择育种（2）选择育种的优缺点）选择育种的优缺点是是。优点：技术简单、容易优点：技术简单、容易操作。操作。缺点：选择范围有限，缺点：选择范围有限，育种周期长。育种周期长。选选择择育育种种的的局局限限性性是是：只只能能利利用用生生物物在在自自然然环环境境条条件件下下产产生生的的有有限限变变异异，在在已已有有的的性状组合中选育优良品种。性状组合中选育优良品种。？能不能将能不能将不同品种不同品种中的优中的优良性状结合在一起？良性状结合在一起？改良动植物品种，最古老的育改良动植物品种，最古老的育种方法是种方法是选择育种选择育种：挑品质好挑品质好的个体来传种的个体来传种,即即从每一代的从每一代的变异中选出最好的类型进行繁变异中选出最好的类型进行繁殖、培育。但是选择育种周期殖、培育。但是选择育种周期长，可选择的范围也有限。长，可选择的范围也有限。在生产实践中，人类摸索出在生产实践中，人类摸索出杂杂交育种交育种的方法。的方法。什么是杂交育种？什么是杂交育种？ 杂交育种是将杂交育种是将两个或多个两个或多个品种品种的优良性状通过交配集中在一起，的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的再经过选择和培育，获得新品种的方法。方法。 杂交育种是杂交育种是改良作物品质，提改良作物品质，提高农作物单位面积产量的常规方高农作物单位面积产量的常规方法。法。 小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（D D D D）对矮秆（对矮秆（对矮秆（对矮秆（d d d d）为显性，抗锈病（为显性，抗锈病（为显性，抗锈病（为显性，抗锈病（T T T T）对对对对不抗锈病（不抗锈病（不抗锈病（不抗锈病（t t t t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTTDDTTDDTTDDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（和矮秆不抗锈病的小麦（和矮秆不抗锈病的小麦（和矮秆不抗锈病的小麦（ddttddttddttddtt），），），），如果你是育种如果你是育种如果你是育种如果你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTTddTTddTTddTT）？）？）？）？例如：例如：以下是杂交的育种参考方案以下是杂交的育种参考方案： 高抗高抗 矮不抗矮不抗 高抗高抗DDTTddttDdTtddTt高抗高抗 高不抗高不抗 矮抗矮抗 矮不抗矮不抗ddTT杂交杂交自交自交选优选优自交自交F3选优选优思考：要培育出思考：要培育出一个能稳定遗传一个能稳定遗传的植物品种一般的植物品种一般需要几代？需要几代？连续自交，直至不出连续自交，直至不出现性状分离为止。现性状分离为止。5-6代代试一试一试：动物的杂交育种方法试：动物的杂交育种方法假设现有长毛立耳猫（假设现有长毛立耳猫（假设现有长毛立耳猫（假设现有长毛立耳猫（BBEEBBEEBBEEBBEE）和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（bbeebbeebbeebbee），），），），你能否培育你能否培育你能否培育你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（出能稳定遗传的长毛折耳猫（出能稳定遗传的长毛折耳猫（出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBeeBBeeBBeeBBee）？写出育种方案（图解）写出育种方案（图解）写出育种方案（图解）写出育种方案（图解）长毛折耳猫长毛折耳猫短毛折耳猫短毛折耳猫长毛立耳猫长毛立耳猫长毛立耳长毛立耳 短毛折耳短毛折耳BBEEbbee长毛立耳长毛立耳 BbEe长毛立耳长毛立耳BbEe长立长立 长折长折 短立短立 短折短折BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee长折长折 短折短折长折长折 长折长折 短折短折杂交杂交F1间间交配交配选优选优测交测交 F3长折长折 短折短折思考：要培育出一个能思考：要培育出一个能稳定遗传的动物品种一稳定遗传的动物品种一般需要几代？般需要几代？3代代我国奶牛的主要品种我国奶牛的主要品种中国中国荷斯坦牛荷斯坦牛（原称中国黑白（原称中国黑白花牛），是将国外的荷斯花牛），是将国外的荷斯坦坦-弗里生牛引进后，在我弗里生牛引进后，在我国经过长期驯化，与当地国经过长期驯化，与当地黄牛进行杂交和选育，逐黄牛进行杂交和选育，逐渐形成的优良种。渐形成的优良种。泌乳期泌乳期可达可达305天，年产乳量可天，年产乳量可达达6300kg以上。以上。杂交育种的方法用于杂交育种的方法用于家畜、家禽的育种家畜、家禽的育种1 1、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交，而应改为测交。自交，而应改为测交。2 2、比植物杂交育种所需年限短。、比植物杂交育种所需年限短。 例例2：现现有有3个个番番茄茄品品种种，A品品种种的的基基因因型型为为AABBdd，B品品种种的的基基因因型型为为AAbbDD，C品品种种的的基基因因型型为为aaBBDD。3对对等等位位基基因因分分别别位位于于3对对同同源源染染色色体体上上，并并且且分分别别控控制制叶叶形、花色和果形形、花色和果形3对性状。请回答：对性状。请回答：（1）如如何何运运用用杂杂交交育育种种方方法法利利用用以以上上3个个品品种种获获得得基基因因型型为为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）的植株？（用文字简要描述获得过程即可）（1）A和和B杂交得到杂交一代，杂交一代再与杂交得到杂交一代，杂交一代再与C杂交，得杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成的种子，该种子可长成aabbdd植株植株 （2）如如果果从从播播种种到到获获得得种种子子需需要要一一年年，获获得得基基因因型型为为aabbdd的植株最少需要多少年？的植株最少需要多少年？4年年结合上述几个实例，请总结出结合上述几个实例，请总结出杂交育种的优点和缺点？杂交育种的优点和缺点？20042004年十大感动中国人物年十大感动中国人物 颁奖辞颁奖辞 他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师时，已具有颠覆世界权威的胆识；当他名满天下时，却仍专注于田畴。淡薄名利，一介农夫，播撒智慧，收获富足。他毕生的梦想，就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪，最是风流袁隆平。一、杂交育种一、杂交育种原理：原理： 基因重组基因重组方法：方法： 优点：优点：使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即个体上，即“集优集优”,能产生新的基因型。能产生新的基因型。缺点：缺点：(1)(1)育种所需时间较长（自交选择需五育种所需时间较长（自交选择需五-六代六代,甚至十几代甚至十几代) )。(2)(2)只能利用已有基因的重组，按需选择，不能创造新的基只能利用已有基因的重组，按需选择，不能创造新的基因因 应用：应用：用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦矮秆抗病小麦 杂交杂交自交自交选优选优 自交自交杂交育种不能创造新的基因，并且杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间要长，那有没有能出现意所需时间要长，那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对想不到的结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？要短的育种方法呢？ 例例2：我我国国运运用用返返回回式式运运载载卫卫星星搭搭载载水水稻稻种种子子，返返回回地地面面后后种种植植，培培育育出出的的水水稻稻穗穗长长粒粒大大，亩亩产产达达600kg，最最高高达达750kg，蛋蛋白白质质含含量量增增加加8%-20%，生生长长期期平平均均缩缩短短10天天。请回答：请回答：（1 1）水稻产生这种变异的来源是）水稻产生这种变异的来源是_，产生变异的原，产生变异的原因因: :基因突变基因突变 各种宇宙射线和失重及高真空的作用，各种宇宙射线和失重及高真空的作用，使基因的分子结构发生改变。使基因的分子结构发生改变。 （2）这种方法育种的优点）这种方法育种的优点:能提高变异频率，加速育种进程，并能能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状大幅度改良某些性状 诱变育种诱变育种利用利用物理因素物理因素(如如X射线、射线、射线、紫外射线、紫外线，激光等）或线，激光等）或化学因素化学因素（如亚硝酸、（如亚硝酸、碱基类似物等）来处理生物，使生物发碱基类似物等）来处理生物，使生物发生基因突变。生基因突变。诱变育种的应用诱变育种的应用 应用：应用：农作物新品种的培育农作物新品种的培育:新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。如新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。如“黑农五号黑农五号”大豆大豆，产量提高了产量提高了16%，含油量比原来提，含油量比原来提高了高了2.5%。用于微生物育种用于微生物育种：例如青霉素的选育。：例如青霉素的选育。1943年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行后来人们对青霉菌多次进行X射线射线、紫外线紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到产菌株，目前青霉素的产量已达到5000060000单位单位/mL。中间为青霉菌，周围是细菌。中间为青霉菌，周围是细菌。在作物方面，应用诱变育种我国已在作物方面，应用诱变育种我国已培育出培育出100多种水稻、小麦、玉米、多种水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。例如用射线处理大豆等优良品种。例如用射线处理籼稻干种子，选出提早成熟籼稻干种子，选出提早成熟15天的天的新品种，丰产等性状仍旧保持下来，新品种，丰产等性状仍旧保持下来，而且米粒中的蛋白质的含量提高很而且米粒中的蛋白质的含量提高很多。又如用射线和其他诱变剂处理多。又如用射线和其他诱变剂处理大豆，培育出一种新品种。这品种大豆，培育出一种新品种。这品种含有改变了的酶系，在同样的施肥含有改变了的酶系，在同样的施肥和管理条件下可提高产量和管理条件下可提高产量50%。利用太空中的高真空、微重力、强辐利用太空中的高真空、微重力、强辐射等的作用，来诱导基因突变而培养射等的作用，来诱导基因突变而培养新品种的诱变育种方法。新品种的诱变育种方法。“ “神舟神舟” ”三号飞船上搭载的三号飞船上搭载的3838种共计种共计200200克克神舟三号神舟三号”飞船从太空带回的试管种苗飞船从太空带回的试管种苗 “ “神舟神舟” ”五号搭载育成的巨人南瓜五号搭载育成的巨人南瓜甘肃种植的太空育种的蔬菜甘肃种植的太空育种的蔬菜太空水稻搭载前后株系对比太空水稻搭载前后株系对比太空育种辣椒太空育种辣椒 二、诱变育种二、诱变育种原理：原理： 基因突变基因突变 方法：方法： 优点：优点：产生新基因产生新基因和和新的性状新的性状，能提高变异的频率，能提高变异的频率，后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。缺点：缺点：有利个体不多，须大量处理供试材料有利个体不多，须大量处理供试材料 ，工作量大工作量大 。应用应用:太空辣椒的培育太空辣椒的培育 、青霉菌的选育青霉菌的选育等等利用物理因素（如利用物理因素（如利用物理因素（如利用物理因素（如xx射线，射线，射线，射线， 射线、紫外线，激射线、紫外线，激射线、紫外线，激射线、紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变。处理生物，使生物发生基因突变。处理生物，使生物发生基因突变。处理生物，使生物发生基因突变。硫酸二乙酯硫酸二乙酯硫酸二乙酯无色油状液体的化学物质，硫酸二乙酯无色油状液体的化学物质，不溶于水，能溶于乙醇及乙醚。不溶于水，能溶于乙醇及乙醚。遇高热、遇高热、明火或与明火或与氧化剂氧化剂接触，有引起燃烧的危险。接触，有引起燃烧的危险。吸入本品后出现恶心、呕吐。液体或雾对吸入本品后出现恶心、呕吐。液体或雾对眼有强烈刺激性，可引起眼灼伤。皮肤适眼有强烈刺激性，可引起眼灼伤。皮肤适时接触引起刺激，较长时间接触可发生水时接触引起刺激，较长时间接触可发生水疱。大量口服引起恶心、呕吐、腹痛和虚疱。大量口服引起恶心、呕吐、腹痛和虚脱。脱。硫酸二乙酯是一种烷化剂硫酸二乙酯是一种烷化剂,能与能与DNA中中碱基碱基发生化学变化发生化学变化,从而引起从而引起DNA复制时复制时碱碱基基配对的转换或颠换。配对的转换或颠换。杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种原理原理优点优点缺点缺点应用应用基因重组基因重组基因突变基因突变可以集中两个亲本可以集中两个亲本的优良性状的优良性状育种年限缩短，改良某些育种年限缩短，改良某些性状性状不能创造出新的不能创造出新的基因基因,育种时间长育种时间长有利不多，需大量处理有利不多，需大量处理小结小结太空辣椒的培育太空辣椒的培育 、青霉菌的、青霉菌的选育等微生物的育种方面选育等微生物的育种方面用纯种高秆抗病小麦用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦麦培育矮秆抗病小麦 多倍体育种多倍体育种 在育种过程中，人们用秋水仙素处理在育种过程中，人们用秋水仙素处理种子或幼苗从而使细胞内染色体数目加倍，种子或幼苗从而使细胞内染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，发育为多倍体植株，得到多倍体丝分裂，发育为多倍体植株，得到多倍体品种。品种。 优点优点：器官大，营养物质含量高。：器官大，营养物质含量高。缺点缺点：发育延迟，结实率低。：发育延迟，结实率低。多倍体育种多倍体育种l秋水仙素处理萌发的幼苗时，可以诱导多倍体的产生，秋水仙素的作用是 。l三倍体植株需要授以二倍体的成熟花粉，因为成熟花粉具有的色氨酸酶系（促使合成生长素），通过授粉为其子房的发育提供 。l三倍体植株不能进行减数分裂的原因是由于卵原细胞3个染色体组（3N=33），减数分裂时同源染色体联会 ，从而不能正常产生卵细胞。由此可以获得 的是 倍体果实，但是没有种子的无籽西瓜。l上述过程需要的时间周期为2年。第一年可以由专门的种子培育公司完成3N和2N的种子；农户直接购买配比好的3N和2N的种子，按照正常的栽培方法培育，当年就可以获得 。 抑制纺锤体的形成抑制纺锤体的形成 生长素生长素 紊乱紊乱 三三 无籽西瓜无籽西瓜 单倍体育种单倍体育种 采用花药离体培养的方法获得单倍采用花药离体培养的方法获得单倍体植株，再人工诱导染色体加倍，获取体植株，再人工诱导染色体加倍，获取自交不发生性状分离的稳定遗传的纯系自交不发生性状分离的稳定遗传的纯系品种。品种。优点优点：缩短育种年限：缩短育种年限。缺点缺点：但方法复杂，成活率较低。：但方法复杂，成活率较低。单倍体育种单倍体育种 在野外发现抗锈病（显性基因在野外发现抗锈病（显性基因D D控制的）小麦植株，如控制的）小麦植株，如何快速获取可以稳定遗传的抗锈病的种子呢？何快速获取可以稳定遗传的抗锈病的种子呢？杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种多倍体育种多倍体育种单倍体育种单倍体育种处处理理原原理理优优点点缺缺点点三、比较各种育种的方法三、比较各种育种的方法杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种多倍体育多倍体育种种单倍体育单倍体育种种处处理理原原理理优优点点缺缺点点杂交杂交辐射、射线辐射、射线化学药剂化学药剂秋水仙素秋水仙素花药离花药离体培养体培养基因重组基因重组基因突变基因突变染色体变异染色体变异可以集中两可以集中两个亲体的优个亲体的优良性状良性状育种年限缩短，育种年限缩短，改良某些性状改良某些性状果大，茎秆果大，茎秆粗，营养物粗，营养物丰富丰富年限短，年限短，易稳定易稳定时间长时间长有利不多，有利不多，需大量处理需大量处理发育迟，发育迟，结实低结实低高度不育，高度不育，弱小弱小育种的方法有多种，各有各的优点，我们育种的方法有多种，各有各的优点，我们要合理的有机结合各种方法，高效的达到要合理的有机结合各种方法，高效的达到各种目的。各种目的。如果水稻的某迟熟（如果水稻的某迟熟（AA)品种品种,那么我们有什那么我们有什么好办法快速的得到早熟（么好办法快速的得到早熟（aa）品种？品种？四、灵活创新、实际应用四、灵活创新、实际应用人工诱变人工诱变 + + 单倍体育种单倍体育种早熟早熟品种品种( (aaaa) )花药离花药离花药离花药离体培养体培养体培养体培养当年就可以培育出优良新品种！当年就可以培育出优良新品种！迟熟迟熟品种品种(AA)(AA)杂合杂合子子( (AaAa) )人工人工诱变诱变 幼苗幼苗 （A） 幼苗幼苗（a）秋水仙秋水仙素处理素处理早熟早熟品种品种(AA)(AA)秋水仙秋水仙素处理素处理时间：时间：练习题练习题下图是用某种作物的两个品种下图是用某种作物的两个品种和和分别培育出分别培育出、品种的品种的示意图，试分析回答：示意图，试分析回答： AABB E Ab - D AaBb F Aabb-aabb G AAaaBBbb-（1）用）用和和培育培育所采用的所采用的D和和F步骤分别是步骤分别是 和和 。其。其应用的遗传学原理是应用的遗传学原理是 。（2）用）用培育培育所采用的所采用的E和和H步骤分别是步骤分别是 和和 。 其应用的遗传学原理是其应用的遗传学原理是 。（3）用）用培育培育所采用的所采用的G步骤是步骤是 。其遗传学。其遗传学原理是原理是 。H杂交杂交自交自交基因重组基因重组花药离体培养花药离体培养秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗染色体变异（单倍体育种）染色体变异（单倍体育种）秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗染色体变异（多倍体育种）染色体变异（多倍体育种）