第第6 6章章 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程第第1 1节节 杂交育种与诱变育种杂交育种与诱变育种从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种 远在远在古代，美洲印第安人古代，美洲印第安人选择选择和培育了许多穗和培育了许多穗大粒饱的玉米。原来他们把玉米奉为神灵，用作大粒饱的玉米。原来他们把玉米奉为神灵，用作祭祀的玉米是在隔离的条件下种植的，经过精心祭祀的玉米是在隔离的条件下种植的，经过精心的管理和认真选育，不仅果穗硕大、颗粒饱满，的管理和认真选育，不仅果穗硕大、颗粒饱满，而且品质优良，无任何杂粒，这样就选育出了具而且品质优良，无任何杂粒，这样就选育出了具有优良性状的玉米品种。有优良性状的玉米品种。资料资料1方法方法（汰劣留良）（汰劣留良）局限局限选择范围有限，育种周期长选择范围有限，育种周期长选择育种选择育种从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种资料资料2 小麦的高产（小麦的高产（D）对低产）对低产(d)是对显性，抗是对显性，抗病（病（T）对不抗病）对不抗病(t)是显性是显性.现有高产不抗病和现有高产不抗病和低产抗病的两种纯系小麦品种。低产抗病的两种纯系小麦品种。 你用什么方法能把两个品种的优良性状你用什么方法能把两个品种的优良性状（高产、抗病）结合在一起，又能把双方的缺（高产、抗病）结合在一起，又能把双方的缺点都去掉？点都去掉？ 从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种 小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（D D）对矮秆（）对矮秆（）对矮秆（）对矮秆（d d）为性，）为性，）为性，）为性， 抗锈病（抗锈病（抗锈病（抗锈病（T T）对不抗锈病（）对不抗锈病（）对不抗锈病（）对不抗锈病（t t）为显性，）为显性，）为显性，）为显性， 现有纯合的高秆抗锈病的小麦（现有纯合的高秆抗锈病的小麦（现有纯合的高秆抗锈病的小麦（现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTTDDTT） 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（ddttddtt），如果），如果），如果），如果 你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗 病的优良品种（病的优良品种（病的优良品种（病的优良品种（ddTTddTT）？）？）？）？一一、杂交育种（杂交育种（P99）思考思考概念概念: 是将两个或多个品种的优良性状通过交配集是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种 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选优选优1 11、(1)培育显性纯合子的植物杂交育种方案培育显性纯合子的植物杂交育种方案ddTT矮抗矮抗ddTt矮抗矮抗ddTT矮抗矮抗矮抗矮抗 矮不抗矮不抗ddTtddTTF3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。如何利用如何利用DDtt和和ddTT获获得得ddtt？若基因若基因D和和T控制优良性状，则用控制优良性状，则用DDtt和和ddTT杂交所获得的后代具有所有的杂交所获得的后代具有所有的优良性状吗？能稳定遗传吗？优良性状吗？能稳定遗传吗？从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种 (2) (2)培育隐性纯合子的植物杂交育种方案培育隐性纯合子的植物杂交育种方案 选取双亲选取双亲杂交杂交子一代子一代自交自交自交自交子二代子二代从从F2 2中选出符合要求的个体即可推广中选出符合要求的个体即可推广(3)培育杂合子植株的育种方案培育杂合子植株的育种方案a.利用杂种优势。主要利用利用杂种优势。主要利用F1 1的优良性状，的优良性状，并不要求遗传上的稳定，将杂种一代作为并不要求遗传上的稳定，将杂种一代作为种子种子直接直接利用，如水稻、玉米利用，如水稻、玉米、高梁等高梁等。杂交杂交杂交杂交子一代子一代 b.过程：选取双亲过程：选取双亲 c.特点：高产但需年年制种。特点：高产但需年年制种。从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种杂交杂交自交自交选优选优自交自交选优选优显显性性纯纯合合子子品品种种隐隐性性纯纯合合子子品品种种双亲双亲F3自交自交.选出稳定遗传的个体，收获选出稳定遗传的个体，收获种子，扩大推广种子，扩大推广杂交杂交自交自交双亲双亲选出稳定遗传的个体，收获种选出稳定遗传的个体，收获种子，扩大推广子，扩大推广选优选优从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种2 2、试一试：动物的杂交育种方法、试一试：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）和）和）和短毛折耳猫（短毛折耳猫（短毛折耳猫（短毛折耳猫（bbeebbeebbeebbee），你能否培育出能），你能否培育出能），你能否培育出能），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（稳定遗传的长毛折耳猫（稳定遗传的长毛折耳猫（稳定遗传的长毛折耳猫（BBeeBBeeBBeeBBee）？写出）？写出）？写出）？写出育种方案（图解）育种方案（图解）育种方案（图解）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从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种长毛立耳长毛立耳 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 短折短折思考思考：动物杂交育种的方法与植物动物杂交育种的方法与植物杂交育种的方法有何区别？杂交育种的方法有何区别？如何鉴别个体的基因型并保种如何鉴别个体的基因型并保种保种动物杂交育种中纯合子获得不能动物杂交育种中纯合子获得不能通过逐代自交，而应改为测交。通过逐代自交，而应改为测交。从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种中国黄牛中国黄牛中中国国荷荷斯斯坦坦牛牛荷斯坦牛荷斯坦牛从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪一种变异的原理？一种变异的原理？基因重组基因重组袁隆平：袁隆平：袁隆平：袁隆平：“ “超级杂交水稻超级杂交水稻超级杂交水稻超级杂交水稻” ”从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种1、概念：、概念： 。2、原理：、原理： 。3、方法：、方法： 。 4、优点：、优点： 。5、缺点：、缺点： 。6、应用实例：、应用实例： 。如袁隆平。如袁隆平的杂交水稻、中国的荷坦牛等。的杂交水稻、中国的荷坦牛等。 是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法起，再经过选择和培育，获得新品种的方法基因重组基因重组方法简单，容易操作方法简单，容易操作育种进程缓慢，过程烦琐育种进程缓慢，过程烦琐动植物优良品种的选育动植物优良品种的选育特别提醒：特别提醒：杂交育种与杂种优势的区别：杂交育种与杂种优势的区别：主要是利用杂主要是利用杂种种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定（杂合子）。的优良性状，并不要求遗传上的稳定（杂合子）。而杂交育种是为了获得具有稳定优良性状的新品种（纯而杂交育种是为了获得具有稳定优良性状的新品种（纯合子）。合子）。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？诱变育种诱变育种P杂交杂交F1自交自交F2选优选优 自交（或测交）自交（或测交）从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种 资料：资料：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。自变成了现实。自19871987年以来，中国利用自己研制的返回年以来，中国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船进行了式卫星和神舟号飞船进行了1111次航天育种搭载试验，试次航天育种搭载试验，试验品种达验品种达12001200多种。多种。航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力（10103 3克克10106 6克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。变。二、诱变育种二、诱变育种从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种概念：概念： 诱变育种就是利用诱变育种就是利用物理因素物理因素（如如X射线、射线、r射线、紫外线、激光等）或射线、紫外线、激光等）或化学因素化学因素（亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，（亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使生物发生基因突变。使生物发生基因突变。原理：原理： 基因突变基因突变 从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种方法：方法： 优点：优点：产生产生新基因新基因和和新的性状；能提高变异的频率；新的性状；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。物理方法（如物理方法（如物理方法（如物理方法（如x x 射线，射线，射线，射线， 射线、紫外线，激光等）射线、紫外线，激光等）射线、紫外线，激光等）射线、紫外线，激光等）化学方法（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）化学方法（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）化学方法（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）化学方法（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）太空育种（微重力、高真空等）太空育种（微重力、高真空等）太空育种（微重力、高真空等）太空育种（微重力、高真空等）黑黑农农大大豆豆从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种局限：局限：具有不确定性；有利变异具有不确定性；有利变异少少，需大，需大量处理实验材料，工作量大。量处理实验材料，工作量大。从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种1 1 、太空莲太空莲3 3号中有没有产生新基因？号中有没有产生新基因？ 2 2、诱发基因突变的条件有哪些？、诱发基因突变的条件有哪些？ 3 3、诱变育种有哪些优点？、诱变育种有哪些优点？ 4 4、有哪些因素可以诱导生物产生基因突变？、有哪些因素可以诱导生物产生基因突变？ 1994年江西广昌白莲研究所搭载白莲年江西广昌白莲研究所搭载白莲 种子种子 442粒，培粒，培育出太空莲育出太空莲3号等新品号等新品 种，亩产达种，亩产达120千克，比原品种提千克，比原品种提高高88，平均粒重平均粒重22克，最大为克，最大为33克（原品种平均粒克（原品种平均粒重重 为为1.1克），超过出口莲子标准克），超过出口莲子标准。有有微重力、宇宙射线、重粒子、变化磁微重力、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空。场和高真空。可以提高突变率，或大幅度地改良某可以提高突变率，或大幅度地改良某些品种。些品种。物理因素、化学因素和生物因素。物理因素、化学因素和生物因素。从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种1、概念：、概念： 。2、处理时期：、处理时期： 。3、原理：、原理： 。4、诱变因素：、诱变因素：物理因素：物理因素： 。化学因素：化学因素： 。5、优点：、优点： 。 。6、缺点：基因突变的、缺点：基因突变的 和和 使选使选育工作量大，具有育工作量大，具有 。7、应用：、应用：农作物育种：培育出的新品种具有抗病力强农作物育种：培育出的新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。、产量高、品质好等优点。微生物育种：如青霉菌的微生物育种：如青霉菌的选育。选育。 利用物理因素或化学因素来处理生物，使生利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变物发生基因突变正在萌发的种子或幼苗正在萌发的种子或幼苗基因突变基因突变X射线、射线、射线、紫外线、激光等射线、紫外线、激光等亚硝酸、硫酸二乙酯、亚硝酸、硫酸二乙酯、5溴尿嘧啶等溴尿嘧啶等提高突变频率提高突变频率，加速育种进程，加速育种进程不定向性不定向性多害少利多害少利性性盲目性盲目性大幅度改良生物的某些性状大幅度改良生物的某些性状与杂交育种相比，诱变育种有与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性点，谈谈诱变育种的局限性。 从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种三、几种育种方法的比较三、几种育种方法的比较杂交育种交育种诱变育种育种多倍体育种多倍体育种单倍体育种倍体育种原理原理基因重基因重组基因突基因突变染色体染色体变异异染色体染色体变异异方法方法杂交交激光、射激光、射线或或化学化学药品品处理理秋水仙素秋水仙素处理萌理萌发种子种子或幼苗或幼苗花花药离体培养离体培养后加倍后加倍优点点可集中可集中优良良性状性状时间短短器官大和器官大和营养物养物质含量含量高高缩短育种年限短育种年限缺点缺点育种年限育种年限长盲目性及突盲目性及突变频率率较低低动物中物中难以开展以开展成活率低，只适成活率低，只适用用于植物于植物举例例高杆抗病与高杆抗病与矮杆感病矮杆感病杂交交获得矮杆得矮杆抗病品种抗病品种高高产青霉菌株青霉菌株的育成的育成三倍体西瓜三倍体西瓜抗病植株的育成抗病植株的育成从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种课堂检测课堂检测1 1在杂交育种工作中，选择通常从哪一代开始，理由是在杂交育种工作中，选择通常从哪一代开始，理由是什么？什么？ （） A AF1 F1 基因出现重组基因出现重组 B BF1 F1 性状开始分离性状开始分离 C CF2 F2 性状开始分离性状开始分离 D DP P 基因开始分离基因开始分离2 2对下列有关实例形成原理的解释对下列有关实例形成原理的解释, ,正确的是正确的是 （ ） A A无子番茄的获得是利用了多倍体育种原理无子番茄的获得是利用了多倍体育种原理 B B培育无子西瓜是利用了单位体育种原理培育无子西瓜是利用了单位体育种原理 C C培育青霉素高产菌株是利用了基因突变原理培育青霉素高产菌株是利用了基因突变原理 D D“多莉多莉”羊获得是利用了杂交育种原理羊获得是利用了杂交育种原理CC从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种3 3、请写出下面各项培育方法：、请写出下面各项培育方法：（1 1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是是 。（2 2）用）用6060Co Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是所用方法是 。（3 3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 。（4 4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于质上属于 。（5 5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是 。（6 6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是早、蛋白质含量高的品系，这种方法是 。单倍体育种单倍体育种 诱变育种诱变育种 多倍体育种多倍体育种 诱变育种诱变育种 杂交育种杂交育种 诱变育种诱变育种从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种4.请分析下列两个实验：请分析下列两个实验：、用适当浓度的生长素溶液处理未授粉的番茄、用适当浓度的生长素溶液处理未授粉的番茄花蕾，子房发育成无子番茄。花蕾，子房发育成无子番茄。、用四倍体与二倍体西瓜杂交，获得三倍体西、用四倍体与二倍体西瓜杂交，获得三倍体西瓜植株，给其雌蕊授以二倍体西瓜的花粉子房瓜植株，给其雌蕊授以二倍体西瓜的花粉子房发育成无子西瓜。试问：发育成无子西瓜。试问：a a、番茄的无子性状是否能遗传？、番茄的无子性状是否能遗传？ 若取这番茄植株的枝条扦插，长成的植株所结若取这番茄植株的枝条扦插，长成的植株所结果实中是否有种子？果实中是否有种子？ 。b b、三倍体无籽西瓜无性繁殖后，无子性状是否、三倍体无籽西瓜无性繁殖后，无子性状是否能遗传？能遗传？ 。若取这植株的枝条扦插，长成。若取这植株的枝条扦插，长成的植株的子房壁细胞含有的植株的子房壁细胞含有 个染色体组个染色体组。 否否能能有有3 从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种6、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、品品种的示意图，试分析回答：种的示意图，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）从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种 5.5.现现有有3 3个个番番茄茄品品种种，A A品品种种的的基基因因型型为为AABBddAABBdd，B B品品种种的的基基因因型型为为AAbbDDAAbbDD，C C品品种种的的基基因因型型为为aaBBDDaaBBDD。3 3对对等等位位基基因因分分别别位位于于3 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形、花花色色和和果形果形3 3对性状。请回答：对性状。请回答：（1 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 3个个品品种种获获得得基基因因型型为为aabbddaabbdd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 1）A A和和B 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 C杂交，得到杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为aabbddaabbdd的种的种子，该种子可长成子，该种子可长成aabbddaabbdd植株植株 （2 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aabbddaabbdd的植株最少需要多少年？的植株最少需要多少年？4 4年年从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种