高一生物杂交育种与诱变育种.ppt

第一节 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 一种变异的原理？ 小麦高秆（小麦高秆（D D）对矮秆（）对矮秆（d d）为显性，抗锈病（）为显性，抗锈病（T T） 对不抗锈病（对不抗锈病（t t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小 麦（麦（DDTTDDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（）和矮秆不抗锈病的小麦（ddttddtt），如果你是），如果你是 袁隆平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（袁隆平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTTddTT）？）？ 想一想：植物杂交育种的方法 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 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？ 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（BBeeBBee） ？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 BBEEbbee 长毛立耳 BbEe长毛立耳BbEe 长立 长折 短立 短折 Bbee BBee BBeeBbee bbee bbee 长折 短折 长折 长折 短折 杂交 F1间 交配 选优 测交 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？ 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1：现有3个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B 品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为aaBBDD。3 对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶 形、花色和果形3对性状。请回答： （1）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型 为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可） （1）A和B杂交得到杂交一代，杂交一代再与C杂交，得 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aabbdd植株 （2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为 aabbdd的植株最少需要多少年？ 4年 结合上述几个实例，请总结出 杂交育种的优点和缺点？ 一、杂交育种 原理： 基因重组 方法： 优点： 使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个 个体上，即“集优”,能产生新的基因型。 应用： 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 杂交自交选优 自交 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 想不到的结果，并且需要时间相对 要短的育种方法呢？ 缺点：1、只能利用已有基因的重组，并不能 产生新的基因； 2、杂交进程缓慢，过程繁琐，育种时 间长； 3、只能进行本物种或亲缘关系较近的 物种杂交， 不能克服远源杂交不亲和的障碍 。 二、诱变育种：例子 医药工业应用的青霉素就是利用普通青霉菌，经过 X射线的照射，产生的有利突变型。还有医学上应 用的其他抗菌素如链霉素、地霉素、金霉素等，经 辐射处理的突变系，比原始品系抗菌素产量增长几 十倍到几百倍，促进和提高了抗菌素的生产。 在作物方面，应用诱变育种我国已培育出100多种 水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。例如用射线 处理水稻干种子，选出提早成熟15天的新品种，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16%。 二、诱变育种 原理： 基因突变 方法： 物理方法(紫外线、射线、失重等)或化学方 法(亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理生物，再选择 符合要求的变异类型 应用: 太空辣椒的培育 、青霉菌的选育等 优点： 1、提高突变的频率； 2、能产生新的基因，大幅度地改良某些性状； 3、较短时间内能获得稳定遗传的个体（缩短育 种时间）。 二、诱变育种 缺点：1、难以控制突变方向，具有一定的盲目性； 2、有利个体不多，需要大量的处理生物材料， 再进行选培养。 例2：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： （1）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。 （2）这种方法育种的优点有_。 能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度 改良某些性状 练习：人工诱变区别于自然诱变的突出特点 是（ ） A、产生的有利变异多，有利于培育新品种 B、使变异的频率提高 C、可人工控制变异方向来培育新品种 D、产生的不利变异多 对生物进化意义最大的变异是（ ） A、基因突变 B、基因的交叉互换 C、染色体变异 D、基因重组 B A 三、多倍体育种 在育种过程中，人们用秋水仙素处理萌发 的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丝分 裂，发育为多倍体植株，得到多倍体品种。 优点：种子与果实大，营养物质含量高。 缺点：发育延迟，结实率低； 适用于植物，在动物中难于开展。 三、多倍体育种 l例3：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 。 抑制纺锤体的形成 生长素 紊乱 三 无子西瓜 四、单倍体育种 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（常用秋水仙素 ），获取自交不发生性状分离的稳定遗传的 纯系品种。 优点：缩短育种年限 ；获得优良纯种。 缺点：但方法复杂，成活率较低。 （亲本）（亲本） F F1 1 F F2 2 （分离） 选择选择 F F3 3 （分离） 选择选择 F F4 4 （稳定品种） 新品种新品种 单倍体植株 纯合二倍体 纯合二倍体种 子长出的植株 （选择与鉴定） 花药离体培养 秋水仙素处理 高产量的青霉菌株 神奇的“太空椒” 无籽西瓜 无芒抗病的水稻 诱变育种诱变育种 诱变育种诱变育种 多倍体育种多倍体育种 杂交育种杂交育种 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 五、比较各种育种的方法 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 时间长 有利不多， 需大量处理 发育迟， 结实低 高度不育 ，弱小 杂杂杂杂交育种交育种诱变诱变诱变诱变 育种育种多倍体育种多倍体育种单单单单倍体育种倍体育种 处处处处理理杂杂杂杂交交用射用射线线线线、激光、激光、 化学化学药药药药品等品等处处处处理理 生物生物 用秋水仙素用秋水仙素处处处处理理 种子或幼苗种子或幼苗 花花药药药药离体培养离体培养 原理原理通通过过过过基因重基因重组组组组把把 两两亲亲亲亲本的本的优优优优良性良性 状状组组组组合在同一后合在同一后 代中代中 用人工方法用人工方法诱发诱发诱发诱发 基因突基因突变变变变，产产产产生生 新性状，新性状，创创创创造新造新 品种或新品种或新类类类类型型 抑制抑制细细细细胞分裂中胞分裂中 纺锤纺锤纺锤纺锤 体的形成，体的形成， 使染色体数目加使染色体数目加 倍后不能形成两倍后不能形成两 个个细细细细胞胞 诱导诱导诱导诱导 花粉直花粉直 接接发发发发育成植株育成植株 ，再用秋水仙，再用秋水仙 素加倍成素加倍成纯纯纯纯合合 体体 特点特点方法方法简简简简便，但需便，但需 较长较长较长较长 年限方可年限方可 获获获获得得纯纯纯纯合体合体 加速育种的加速育种的进进进进程程 ，大幅改良某些，大幅改良某些 性状，但突性状，但突变变变变后后 有利个体往往不有利个体往往不 多多 器官大，器官大，营营营营养物养物 质质质质含量高，但含量高，但发发发发 育延育延迟迟迟迟，结实结实结实结实 率率 低低 缩缩缩缩短育种年限短育种年限 ，但方法复，但方法复杂杂杂杂 ，成活率，成活率较较较较低低 举举举举例例高杆抗病与矮杆高杆抗病与矮杆 不抗病小麦不抗病小麦杂杂杂杂交交 产产产产生矮杆抗病品生矮杆抗病品 种种 高高产产产产量青霉素菌量青霉素菌 株的育成株的育成 三倍体西瓜、八三倍体西瓜、八 倍体小黑麦倍体小黑麦 抗病植株的育抗病植株的育 成成 目前培育良种有多种途径。其一是具有不同优点 的亲本杂交，从其后代中选择理想的变异类型， 变异来源于_,选育过程中性状的遗传遵 循_、_等定律。 其二是通过射线处理，改变已有品种的个别重要 性状，变异来源于_,实质是细胞的DNA分 子上的碱基发生改变。 其三是改变染色体数目，如用秋水仙素处理植物 的分生组织，经过培育和选择能得到_植 株。 基因重组 基因 分离 自由组合 基因突变 多倍体 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。 例6：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 ？ 四、灵活创新、实际应用 人工诱变 + 单倍体育种 早熟 品种 (aa) 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 迟熟 品种 (AA) 秋水仙 素处理 时间： 例7：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。指出下图中有关 过程的名称： 例8： 下图是用某种作物的两个品种和分别培育出、 品种的示意图，试分析回答： AABB E Ab - D AaBb F Aabb- aabb G AAaaBBbb- （1）用和培育所采用的D和F步骤分别是 和 。其 应用的遗传学原理是 。 （2）用培育所采用的E和H步骤分别是 和 。其应用的遗传学原理是 。 （3）用培育所采用的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 秋水仙素处理幼苗 染色体变异 袁隆平 一个属于中国 也属于世界的名字 他发起的“第二次绿色革命” 给整个人类带来了福音。 袁隆平:农学家、杂交水稻 育种专家。1995年当选为 中国工程院院士。 袁隆平的性格 事迹 袁隆平长期从事杂交水稻育种理论研 究和制种技术实践。 1964年首先提出培育“不育系、保持 系、恢复系”三系法利用水稻杂种优势 的设想并进行科学实验。 1970年，与其助手李必湖和冯克珊在 海南发现一株花粉败育的雄性不育野 生稻，成为突破“三系”配套的关键。 1972年育成中国第一个大面积应用的 水稻雄性不育系“二九南一号A”和相 应的保持系“二九南一号B” 1973年,育成了第一个大面积推广的强 优组合“南优二号”，并研究出整套制 种技术。 1986年提出杂交水稻育种分为“三系 法品种间杂种优势利用、两系法亚种 间杂种优势利用到一系法远缘杂种优 势利用”的战略设想。被同行们誉为“ 杂交水稻之父”。 年份197820002010 种类普通水稻普通水稻 &杂交水稻 杂交水稻 产量 (吨/每公顷） 3.5单产达到 6.34 预计13.5 中国于年提出超级杂交水稻培育计划。 推广应用杂交水稻所增产的稻谷每年可养活6000多万 人口。到2004年底止，杂交水稻在中国已累计推广约 3亿公顷，增产稻谷约4.5亿吨，成为中国解决粮食问 题的关键技术。 贡献 如今，我国大江南北的农田普遍种 上了袁隆平研制的杂交水稻。杂交水稻 的大面积推广应用，为我国粮食增产发 挥了重要作用。杂交水稻被世界誉为中 华民族的“第五大发明” 。 袁隆平的杂交水稻引起了世界的关注 ，许多国家的专家到中国来取经，印度 、越南等20多个国家和地区还引种了杂 交水稻。袁隆平的努力，也为解决世界 粮食短缺问题作