第6章从杂交育种到基因工程

1、第第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节节 杂交育种杂交育种与诱变育种与诱变育种 生物组生物组 朱凤兰朱凤兰 创创 设设 情情 境境， 引引 出出 课课 题题 超超 越越 选选 择择 育育 种种 的的 局局 限限 杂杂 交交 育育 种种 分分 组组 探探 讨讨， 设设 计计 方方 案案 弥弥 补补 杂杂 交交 育育 种种 的的 不不 足足 诱诱 变变 育育 种种 师师 生生 共共 商，商， 比比 较较 几几 种种 育育 种种 方方 法法 教学流程教学流程 介介 绍绍 育育 种种 史史， 分分 析析 优优 缺缺 点点 灵活创新，灵活创新，实际应用实际应用 问题情境：问题情境

2、： 设想你是一位玉米育种专家，遇到这样的情况：设想你是一位玉米育种专家，遇到这样的情况： 品种品种A子粒多，但不抗黑粉病；品种子粒多，但不抗黑粉病；品种B子粒少，子粒少， 但抗黑粉病。但抗黑粉病。 讨论：讨论： 1.你用什么方法既能把两个品种你用什么方法既能把两个品种 的优良性状结合在一起的优良性状结合在一起,又能把双又能把双 方的缺点都去掉方的缺点都去掉?将你的设想用遗将你的设想用遗 传图解表示出来。传图解表示出来。 2.你能预计在实际操作中可能会你能预计在实际操作中可能会 遇到哪些困难遇到哪些困难?怎样才能解决这些怎样才能解决这些 困难困难? 3.你还能说出哪些育种实例你还能说出哪些育种实

3、例? 复习复习孟德尔两对相对性状的杂交实验孟德尔两对相对性状的杂交实验 1.怎样做杂交实验怎样做杂交实验? 根据什么可以判断每对相根据什么可以判断每对相 对性状的显隐性对性状的显隐性? 2.F2中出现了几种表现型中出现了几种表现型? 有什么特点有什么特点? F2中性状重组中性状重组 的类型各占多少的类型各占多少?可稳定遗可稳定遗 传的占多少？传的占多少？ 学生分组讨论学生分组讨论,设计方案写出遗传图解设计方案写出遗传图解,预计预计 可能遇到的困难及解决办法可能遇到的困难及解决办法. P 品种品种A 品种品种B （子粒多（子粒多,不抗病）不抗病） (子粒少子粒少,抗病抗病) F1 F2 子粒多子

4、粒多,不抗病不抗病 子粒多子粒多,抗病抗病 子粒少子粒少,不抗病不抗病 子粒少子粒少,抗病抗病 (选择检测基因型选择检测基因型) 可能遇到的困难可能遇到的困难: 1.如何做杂交如何做杂交? 2.如何判断显隐性如何判断显隐性? 3.若要选择的品种是双隐性、一隐一显、双显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？性的，如何选择得到纯合子？ 玉米起源于美洲大陆，玉米起源于美洲大陆，15世纪传入欧洲，世纪传入欧洲，16世纪经世纪经 葡萄牙传入中国，现在遍布全世界。远在古代，美洲葡萄牙传入中国，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。原的印第安

5、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。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。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请

6、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。学原理及其优缺点。 （1）古印第安人培育玉米的方法称为）古印第安人培育玉米的方法称为选择育种选择育种 。 （2）这里的）这里的“选择选择”的含义是的含义是汰劣留良汰劣留良。 （3）“用作祭的玉米是在隔离条件下种植的用作祭的玉米是在隔离条件下种植的”其其 中中“隔离隔离”作用是作用是防止劣质玉米与选择的具有优防止劣质玉米与选择的具有优 良性状的玉米杂交，使优良性状得到不断的积累。良性状的玉米杂交，使优良性状得到不断的积累。 （4）选择育种的优缺点是）选择育种的优缺点是技术简单、容易操作。技术简单、容易操作。 缺点：选择范围有限，育种周期

7、长。缺点：选择范围有限，育种周期长。 （5）现代育种工作是否运用选择育种的）现代育种工作是否运用选择育种的“汰劣留汰劣留 良良”这一措施？这一措施？学生带着这一问题继续学习。学生带着这一问题继续学习。 设想：设想： 每种生物都有不少性状，这些性状有的是每种生物都有不少性状，这些性状有的是 优良性状，有的是不良性状，而且不同的优优良性状，有的是不良性状，而且不同的优 良性状存在于不同的品种中。人们一直设想良性状存在于不同的品种中。人们一直设想 如果能想办法去掉不良性状，让优良性状集如果能想办法去掉不良性状，让优良性状集 于一身，创造出自然条件下没有的新性状组于一身，创造出自然条件下没有的新性状组

8、 合，突破选择育种的局限，培育出具有优良合，突破选择育种的局限，培育出具有优良 性状组合的新品种。性状组合的新品种。 选择育种的选择育种的局限性局限性是：只能利用生物在自然环境条件是：只能利用生物在自然环境条件 下产生的有限变异，在已有的性状组合中选育优良品种。下产生的有限变异，在已有的性状组合中选育优良品种。 已知小麦的高秆（已知小麦的高秆（D）对矮秆（）对矮秆（d）为显性，抗锈病（）为显性，抗锈病（T） 对易染锈病（对易染锈病（t）为显性，两对性状独立遗传。现有高）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。你用什么方法能把秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。你用什么方法

9、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。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试一试：植物杂交育种的方法 DDTT ddtt DdTt ddTt 高抗高抗 高不抗高不抗 矮抗矮抗 矮不抗矮不抗 ddTT矮抗矮抗 ddTT ddTt矮抗矮抗 ddTT矮抗矮抗 矮抗矮抗 矮不抗矮不抗 ddTt 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 的植物品种至少的植物品种至少 要几年？要几年？ 动物的杂

10、交育种动物的杂交育种 中国荷斯坦牛中国荷斯坦牛：荷斯坦：荷斯坦弗里生弗里生 牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形 成的优良种。泌乳期可达成的优良种。泌乳期可达305天，天， 年产乳量可达年产乳量可达6300kg以上。以上。 试一试：动物的杂交育种方法试一试：动物的杂交育种方法 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 Bbee BBee BBeeBbee bbee bbee 长折长折 短折短折 长折长折 长

11、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至稳定遗传的动物品种至 少要几年？少要几年？ 小结：小结： 杂交育种的概念：杂交育种的概念： 原理：基因重组原理：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。 杂交杂交自交自交选优选优 自交自交 杂交育种的优点是很明显的，但是在实际杂交育种的优点是很明显的，但是在实际 操作中会遇到不少困难。请从杂交后

12、代可能出操作中会遇到不少困难。请从杂交后代可能出 现的各种类型，以及育种时间等方面，分析比现的各种类型，以及育种时间等方面，分析比 较杂交育种方法的不足。较杂交育种方法的不足。 杂交育种只能利用已有基因的重组，按需杂交育种只能利用已有基因的重组，按需 选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现 性状分离现象，育种进程缓慢，过程繁琐。性状分离现象，育种进程缓慢，过程繁琐。 那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间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？相对要短的育种方法呢？ 思考：思考：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面

13、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，亩产达后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达600kg，最高达，最高达 750kg，蛋白质含量增加，蛋白质含量增加8%-20%，生长期平均缩短，生长期平均缩短10天。天。 请回答：请回答： 水稻产生这种变异的来源是水稻产生这种变异的来源是_ _ _， 产生变异的原因是产生变异的原因是_ _ _。 基因突变基因突变 各种宇宙射线和失重的作用，使基因各种宇宙射线和失重的作用，使基因 的分子结构发生改变。的分子结构发生改变。 复习：复习： 1.什么叫基因突变？属于什么水平的变化？什么叫基因突变？属于什么水平的变化？ 2.自然突

14、变和诱发突变特点的异同？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（都有普遍性、随机性、不定向性，诱发突变的 频率高）频率高） 3.诱发基因突变的因素有哪些？诱发基因突变的因素有哪些？（物理、化学等）（物理、化学等） 原理：原理： 基因突变 基因突变 方法：方法： 物理方法物理方法(紫外线、紫外线、射线、失重等射线、失重等)或化学方或化学方 法法(亚硝酸、硫酸二乙酯等亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理植株，再选择处理植株，再选择 符合要求的变异类型符合要求的变异类型 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，新品种具有抗 病力强、产量高、品质好等优

15、点。如病力强、产量高、品质好等优点。如 “黑农五号黑农五号”大豆，产量提高了大豆，产量提高了16%， 含油量比原来提高了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，诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外， 还采用还采用太空育种太空育种。 太空育种太空育种主要是利用返回主要是利用返回 式卫星和高空气球能达到式卫星和高空气球能达到 的高空环境，通过的高空环境，通过强辐射、强辐射、 微重力和高真空微重力和高真空等条件使等条件使 植物种子的基因发生基因植物种子的基因发生基因 突变的作物育种新技术。突变的作物育种新技术。 我国已培育成功我国已培育成功 许多太空作物：许多太空作物：

16、空间生命科学空间生命科学： 高真空高真空(108pa) 微重力微重力(104g) 强辐射强辐射(尤其是危害尤其是危害 性极大的性极大的HZE） 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射射 线线、紫外线紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉照射以及综合处理，培育成了青霉 素高产菌株，目素高产菌株，目 前青霉素的产量前青霉素的产量 已达到已达到50000 60000单位单位/mL。 中间为青霉菌，周围是细菌。

17、中间为青霉菌，周围是细菌。 与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？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，可以采取什限性。要想克服这些局限性，可以采取什 么办法？么办法？ 优点：产生新基因优点：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。 不足：不足：诱变育种的诱变育种的方向方向难以掌握难以掌握，诱变体，诱变体难以集中难以集中 多个理想性状多个理想性状。 克服：克服：要想克服这些局限性，可以要想克服

18、这些局限性，可以扩大诱变后扩大诱变后 代的群体代的群体，增加选择的机会。，增加选择的机会。 l育种技术的不断完善与发展的动力和原因育种技术的不断完善与发展的动力和原因 是是 超越已有技术的局限性超越已有技术的局限性 。育种学家将。育种学家将 如何突破如何突破“不能实行种间的基因交流不能实行种间的基因交流”这这 一育种技术的局限呢？一育种技术的局限呢？ 总结：总结： 选择育种选择育种 杂交育种杂交育种 诱变育种诱变育种 特点：在自然产生的变异中选择特点：在自然产生的变异中选择 局限：不能把位于两个品种的优良性状集局限：不能把位于两个品种的优良性状集 于一身于一身 主要优点：有目的地把位于两个品种

19、的优主要优点：有目的地把位于两个品种的优 良性状集于一身良性状集于一身 局限：不能产生新的基因局限：不能产生新的基因 主要优点：能产生新基因主要优点：能产生新基因 局限：该方法具有一定的盲目性局限：该方法具有一定的盲目性 均不能实行种均不能实行种 间的基因交流间的基因交流 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 比较各种育种的方法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

20、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。

21、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？ 灵活创新、实际应用灵活创新、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 (aa(aa) ) 花药离花药离 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 (Aa(Aa) ) 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： 下图表示以某种农作物（下图表示以某种农作物（1）和（）和（2）两个品种为基础，培育出）两个品种为基础，培育出 （4）