第 6 章 从杂交育种到基因工程 第 1 节 杂交育种与诱变育种

第 6 章 从杂交育种到基因工程 第 1 节 杂交育种与诱变育种

安徽省来安中学 傅厚春

九十年代后期，美国学者布朗抛出“中九十年代后期，美国学者布朗抛出“中国威胁论”，撰文说到下世纪３０年代，中国威胁论”，撰文说到下世纪３０年代，中国人口将达到１６亿，到时谁来养活中国，国人口将达到１６亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机？危机？ ——培育农作物新品种是解决 ——培育农作物新品种是解决 问题的方法之一问题的方法之一

问题情境：

玉米起源于美洲大陆， 15 世纪传入欧洲， 16 世纪经葡萄牙传入中国，现在遍布全世界。远在古代，美洲的印第安人就选择和培育了许多穗大粒饱的玉米。原来他们把玉米奉为神灵，用作祭祀的玉米是在隔离条件下种植的，经过精心管理和认真选育，不仅果穗硕大、颗粒饱满，而且品质优良，无任何杂粒，这样就选育出了具有优良性状的玉米品种。

古印第安人是最早选择和培育玉米的，最突出的贡献是选育了果穗硕大、淀粉含量高的玉米。请分析古印第安人培育玉米的方法所隐含的遗传学原理及其优缺点。

（ 1 ）上述培育玉米的方法称为 。

（ 2 ）选择育种的优点： ， 缺点： 。

（ 3 ）现代育种工作怎样改进 “选择育种”？

选择育种

技术简单、容易操作选择范围有限，育种周期长

问题探讨：问题探讨： 设想你是一位玉米育种专家，遇到这样的情况：品种 A 子粒多，但不抗黑粉病；品种 B 子粒少，但抗黑粉病。

讨论：你用什么方法既能把两个品种的优良性状结合在一起 , 又能把双方的缺点都去掉 ? 将你的设想用遗传图解表示出来。

方案展示方案展示P 品种 A × 品种 B

（子粒多 , 不抗病） ( 子粒少 , 抗病 )

F1

F2 子粒多 , 不抗病 子粒多 , 抗病 子粒少 , 不抗病 子粒少 , 抗病

( 选择检测基因型 )

↓

↓

可能遇到的困难 : 1. 如何判断显隐性 ? 2.若要选择的品种是双隐性、一隐一显、双显性的，如何选择得到纯合子？

已知小麦的高秆（ D ）对矮秆（ d ）为显性，抗锈病（ T ）对易染锈病（ t ）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。你用什么方法能把两个品种的优良性状结合在一起，又能把双方的缺点都去掉？将你的设想用遗传图解表示出来。

试一试：植物杂交育种的方法

各小组设计方案的展示与评价各小组设计方案的展示与评价

以下是杂交的育种参考方案：以下是杂交的育种参考方案：

　Ｐ 高抗 　 矮不抗　Ｐ 高抗 　 矮不抗

ＦＦ１ 　１ 　 高抗 高抗

ＦＦ２２

DDTT ddtt

DdTt

ddTt

高抗 高不抗 矮抗 矮不抗

ddTT矮抗ddTT

ddTt矮抗

ddTT矮抗 矮抗 矮不抗

ddTt

ddTT

杂交

自交

选优

自交

F3选优

思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？

动物的杂交育种

中国荷斯坦牛：荷斯坦—弗里生

牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形

成的优良种。泌乳期可达 305天，

年产乳量可达 6300kg以上。

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（ BBEEBBEE））和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（ bbeebbee），你能否培），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（育出能稳定遗传的长毛折耳猫（ BBeBBeee）？写出育种方案（图解））？写出育种方案（图解）

长毛折耳猫

短毛折耳猫

长毛立耳猫

长毛立耳 短毛折耳BBEE bbee

长毛立耳 BbEe 长毛立耳BbEe

长立 长折 短立 短折BbeeBBee

BBee Bbee bbeebbee长折 短折

长折 长折 短折

杂交

F1间交配

选优

测交

　Ｐ　Ｐ

ＦＦ１ １

ＦＦ２２

F3

长折 短折

思考：要培育出一个能稳定遗传的动物品种至少要几年？

杂交育种小结1、概念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。

3、方法：若干次

杂交→自交→（选优→自交）——→纯种

2、原理：基因重组

4、优点：“集优” 缺点： 育种年限长，并不能产生新的基因

思考：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达 600kg ，最高达750kg ，蛋白质含量增加 8%-20% ，生长期平均缩短 10天。请回答： 水稻产生这种变异的来源是 _____ __，

产生变异的原因是 _______ _。

基因突变

各种宇宙射线和失重的作用，使基因的分子结构发生改变。

复习： 1. 什么叫基因突变？属于什么水平的变化？ 2.自然突变和诱发突变特点的异同？（都有普遍性、随机性、不定向性，诱发突变的频率高） 3. 诱发基因突变的因素有哪些？（物理、化学等）

诱变育种诱变育种

原理： 基因突变

方法： 物理方法 ( 紫外线、 α射线、失重等 )或化学方法 ( 亚硝酸、硫酸二乙酯等 )处理植株，再选择符合要求的变异类型

应用 : ①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“黑农五号”大豆，产量提高了 16% ，含油量比原来提高了 2.5% 。

诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外，还采用太空育种。

太空育种主要是利用返回式卫星和高空气球能达到的高空环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件使植物种子的基因发生基因突变的作物育种新技术。

我国已培育成功许多太空作物：

空间生命科学：高真空 (10—8pa)微重力 (10—4g)强辐射 (尤其是危害性极大的 HZE）

②用于微生物育种：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 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，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到 50000～60000单位 /mL。

中间为青霉菌，周围是细菌。

思考与讨论思考与讨论 与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？

优点：

产生新基因和新的性状，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。

不足：

诱变育种的方向难以掌握，诱变体难以集中多个理想性状。

  杂交育种 诱变育种 多倍体育种

单倍体育种

处理 

原理  

优点

缺点

杂交 辐射、射线化学药剂 秋水仙素 花药离

体培养

基因重组 基因突变 染色体变异

可以集中两个亲体的优良性状

育种年限缩短，改良某些性状

果大，茎秆粗，营养物丰富

年限短，易稳定

育种时间最长

有利不多，需大量处理

发育迟，结实低

高度不育植株弱小

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，高效的达到各种目的。

如果水稻的某迟熟（ AA) 品种 ,那么我们有什么好办法快速的得到早熟（ aa ）品种？

灵活创新、实际应用

人工诱变 + 单倍体育种

早熟品种(aa)

早熟品种(aa)

花药离体培养花药离体培养

　　当年就可以培育出优良新品种！

迟熟品种

(AA)

杂合子

(Aa)

人工

诱变

幼苗 （ A） 幼苗（ a ）

秋水仙素处理

早熟品种(AA)

早熟品种(AA)

秋水仙素处理

时间：

下图表示以某种农作物（ 1 ）和（ 2 ）两个品种为基础，培育出（ 4 ）、（ 5 ）、（ 6 ）、（ 7 ）四个品种的过程。根据下图，回答下列问题：

（3）AaBb （5）AAbb

（6）AAaaBBbb

（4）Ab

（1）AABB

（2）aabb

VI

（7）Aabb

I II

III V

IV

【答案】 .(1)杂交 自交， 基因重组；

（ 2）花药离体培养； 人工诱导染色体加倍，缩短育种年限；

（ 3）人工诱导多倍体，多倍体（ 4 ）采用射线照射或药剂处理等人工诱变方式

练习题练习题下图是用某种作物的两个品种①和②分别培育出④、⑤、⑥品种的示意图，试分析回答：

① AABB E Ab ------------④

D ③AaBb F Aabb----------⑤

②aabb G AAaaBBbb----⑥

（ 1）用①和②培育⑤所采用的 D和 F 步骤分别是 和 。其应用的遗传学原理是 。

（ 2）用③培育⑤所采用的 E和 H步骤分别是 和 。其应用的遗传学原理是 。

（ 3）用③培育⑥所采用的 G步骤是 。其遗传学原理是 。

H 杂交 自交基因重组

花药离体培养

秋水仙素处理幼苗

染色体变异（单倍体育种）秋水仙素处理幼苗

染色体变异（多倍体育种）