必修2第四章第二节生物变异在生产上的应用

1、资资 料料 正常水稻有两个染色体组，四倍体水稻的正常水稻有两个染色体组，四倍体水稻的干粒重量是二倍体水稻的两倍，蛋白质含干粒重量是二倍体水稻的两倍，蛋白质含量提高量提高5%10%，单位面积增产达，单位面积增产达50以以上；四倍体水稻长得特别茂盛，能开花结上；四倍体水稻长得特别茂盛，能开花结果，但生长期特别长，甚至要几年才能成果，但生长期特别长，甚至要几年才能成熟！熟！ 只有一个染色体组的水稻生长十分瘦弱，只有一个染色体组的水稻生长十分瘦弱，稻穗中全是空壳。稻穗中全是空壳。染色体数目加倍染色体数目加倍后的草莓后的草莓多倍体和单倍体的特点：多倍体和单倍体的特点：多倍体的特点：多倍体的特点：单倍体的

2、特点：单倍体的特点：与二倍体植株相比，多倍体植株的茎秆粗与二倍体植株相比，多倍体植株的茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。但蛋白质等营养物质的含量都有所增加。但一般晚熟。一般晚熟。与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。而且高度不育。多倍体形成的原因多倍体形成的原因 体细胞有丝分裂过程中，染色体完成了复体细胞有丝分裂过程中，染色体完成了复制，但是由于外界环境条件或生物内部因制，但是由于外界环境条件或生物内部因素的干扰，素的干扰，纺锤体的形成受到破坏纺锤体的形成受到破坏，已分

3、，已分开的染色体不能移向两极使染色体数目加开的染色体不能移向两极使染色体数目加倍。即倍。即有丝分裂过程受阻有丝分裂过程受阻多倍体的成因：多倍体的成因：正常有丝分裂正常有丝分裂由于受到某些因由于受到某些因素的干扰，纺锤素的干扰，纺锤体不能形成体不能形成此细胞不能分裂成此细胞不能分裂成两个细胞，于是一两个细胞，于是一个细胞中的染色体个细胞中的染色体就会加倍。就会加倍。多倍体育种原理：原理： 染色体变异染色体变异(染色体组成倍地增加染色体组成倍地增加)方法方法:用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 .有丝分裂有丝分裂秋水仙素抑制纺锤体形成秋水仙素抑制纺锤体

4、形成细胞染色体数目加倍细胞染色体数目加倍发育发育 多倍体植株多倍体植株优点：优点：茎杆粗壮，叶片、果实和种子较大，营养物质含量茎杆粗壮，叶片、果实和种子较大，营养物质含量较多。较多。应用：应用：四倍体水稻的培育四倍体水稻的培育八倍体小黑麦的培育八倍体小黑麦的培育 三倍体无籽西瓜的培育三倍体无籽西瓜的培育 二倍体西二倍体西瓜幼苗瓜幼苗二倍体西二倍体西瓜幼苗瓜幼苗秋水仙素处理秋水仙素处理二倍体西二倍体西瓜植株瓜植株四倍体西四倍体西瓜植株瓜植株联会联会紊乱紊乱三倍体西瓜种子三倍体西瓜种子无子西瓜无子西瓜杂交杂交杂交杂交自然长成自然长成二倍体西二倍体西瓜植株瓜植株第一年第一年第二年第二年单倍体育种单倍

5、体育种 原理：原理： 染色体变异染色体变异(染色体组成倍地减少染色体组成倍地减少) 优点：优点： 明显缩短育种年限明显缩短育种年限方法：方法： 花药离体培养花药离体培养, ,再用秋水仙素处理再用秋水仙素处理二倍体植株二倍体植株花药离体培养花药离体培养单倍体植株单倍体植株人工诱导染色体加倍人工诱导染色体加倍恢复回二倍体植株恢复回二倍体植株（纯合体）（纯合体）自交自交纯合体纯合体花药离体培养花药离体培养人工获得单倍体的方法人工获得单倍体的方法 。现有基因型为现有基因型为YyRrYyRr的黄圆豌豆种子的黄圆豌豆种子, ,利用此种利用此种子子, ,如何在如何在较短时间较短时间内培育出能内培育出能稳定遗

6、传稳定遗传的绿的绿圆豌豆种子圆豌豆种子? ?例子例子: :单倍体育种单倍体育种 YRYRyRyRYrYryr yr黄色圆粒黄色圆粒（YyRrYyRr）花药花药（配子）（配子）单倍体植株单倍体植株正常二倍体正常二倍体（纯合体）（纯合体）YYRYYRR RyyRRyyRRYYrrYYrryyrryyrr黄圆黄圆绿圆绿圆黄皱黄皱绿皱绿皱秋秋 水水 仙仙 素素 处处 理理 幼幼 苗苗YRYRyRyRYrYryr yr离离 体体 培培 养养 设想你是一位玉米育设想你是一位玉米育种专家，遇到这样的情种专家，遇到这样的情况况:品种品种A籽粒多，但不籽粒多，但不抗黑粉病；品种抗黑粉病；品种B籽粒籽粒少，但抗黑

7、粉病。少，但抗黑粉病。讨论：讨论： 你用什么方法把两个你用什么方法把两个品种的优良性状结合在品种的优良性状结合在一起，又能缺点去掉？一起，又能缺点去掉？黑粉病黑粉病植物杂交育种的方法植物杂交育种的方法锈病锈病DDTTddttDdTtddTt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ddTTddTt矮抗矮抗ddTT矮抗矮抗矮抗矮抗 矮不抗矮不抗ddTtddTT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？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

8、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至稳定遗传的动物品种至少要几年？少要几年？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。长毛折耳猫长毛折耳猫1.什么叫杂交育种？什么叫杂交育种？ 将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一将两个或

9、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。2、杂交育种依据的遗传学原理是什么？、杂交育种依据的遗传学原理是什么？基因重组基因重组3、常用的方法是什么？、常用的方法是什么？4、杂交育种有什么优点？、杂交育种有什么优点？将不同个体的优良性状集中到一个个体上将不同个体的优良性状集中到一个个体上5、你能举出我国在杂交育种方面的成就、你能举出我国在杂交育种方面的成就?杂交杂交 自交自交 (选优选优 自交自交)若干次若干次纯纯种种农作物：袁隆平杂交水稻农作物：袁隆平杂交水稻2003年年10月月9日，日，30多年前颠覆了国际经典水稻多年

10、前颠覆了国际经典水稻理论的袁隆平再次让世界注意到了他。湖南省湘理论的袁隆平再次让世界注意到了他。湖南省湘潭县泉塘子乡的超级杂交稻百亩示范片平均亩产潭县泉塘子乡的超级杂交稻百亩示范片平均亩产达到达到80746公斤，这个数字接近现在全国水稻平公斤，这个数字接近现在全国水稻平均亩产量的两倍，比普通杂交水稻的亩产量高出均亩产量的两倍，比普通杂交水稻的亩产量高出200公斤。水稻亩产从公斤。水稻亩产从600公斤提高到公斤提高到800公斤是公斤是一个世界性的难题，而袁隆平从一个世界性的难题，而袁隆平从1997年提出年提出“超超级杂交稻计划级杂交稻计划”后，几乎每三年就能让杂交稻单后，几乎每三年就能让杂交稻单

11、产潜力成功提高产潜力成功提高100公斤，他的研究似乎是一株最公斤，他的研究似乎是一株最为优良的作物为优良的作物多产、稳定。多产、稳定。 中国黄牛中国黄牛中国荷斯坦牛中国荷斯坦牛荷斯坦牛荷斯坦牛引进各纯种牛纯繁、驯化引进各纯种牛纯繁、驯化各纯种牛与当地黄牛杂交各纯种牛与当地黄牛杂交各杂交种互交各杂交种互交中国荷斯坦牛中国荷斯坦牛 优点：优点：泌乳期可达泌乳期可达305天，年产乳量可达天，年产乳量可达6300Kg以上以上家畜、家禽家畜、家禽：中国荷斯坦牛的育种过程：中国荷斯坦牛的育种过程：杂种优势杂种优势 基因型不同的两个基因型不同的两个亲本个体杂交产生的杂亲本个体杂交产生的杂种第一代，在生长、繁

12、种第一代，在生长、繁殖、抗逆性、产量等性殖、抗逆性、产量等性状上优于两个亲本的现状上优于两个亲本的现象。象。杂交育种只能利用已有的基因重组，按需选择，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，过程繁琐杂交育种不能创造新的基因，并且所需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结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？法呢？神舟六号神舟六号1、请你给诱变育种下一个合理的定义。利用物理因素（如利用物理因素（如射线、射线、射线、紫外线、射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙激

13、光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生变异，并从酯等）来处理生物，使生物发生变异，并从变异后代中选育新品种的过程。变异后代中选育新品种的过程。2、依据什么原理?基因突变、染色体畸变基因突变、染色体畸变3、常用的方法有哪些？辐射诱变、化学诱变辐射诱变、化学诱变中国首批太空实验育种动物诞生诱变育种的诱变育种的优点优点是能够提高突变率是能够提高突变率;在较短的时在较短的时间内获得更多的优良变异类型间内获得更多的优良变异类型;改良作物品质，改良作物品质，增强抗逆性。增强抗逆性。诱变育种的诱变育种的局限性局限性是诱发突变的方向难以掌是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理

14、想性状。握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。群体，增加选择的机会。4.例子例子农作物农作物黑龙江省农科院用辐射方法处理大豆，培育成了黑龙江省农科院用辐射方法处理大豆，培育成了“黑农五号黑农五号”等大豆品种，产量提高了等大豆品种，产量提高了16，含，含油量比原来提高油量比原来提高2.5。微生物微生物青霉菌最初从发霉的甜瓜上发现，这种野生的青青霉菌最初从发霉的甜瓜上发现，这种野生的青霉菌分泌的青霉素很少，青霉素是抗菌素的一种，霉菌分泌的青霉素很少，青霉素是抗菌素的一种，是第一种能够治疗肺炎、脑膜炎、脓肿等

15、人类疾是第一种能够治疗肺炎、脑膜炎、脓肿等人类疾病的抗生素。但产量病的抗生素。但产量只有只有20单位单位/mL。后来，人们。后来，人们对青霉菌进行对青霉菌进行X射线、紫外线照射以及综合处理，射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素产量很高的菌株，目前产量已经培育成了青霉素产量很高的菌株，目前产量已经可以达到可以达到50 000单位单位/mL60 000单位单位/mL。 太空育种太空育种 太空辣椒平均单个重达太空辣椒平均单个重达500克，果实中维生素克，果实中维生素C的含量提高了的含量提高了10%25%；黄瓜；黄瓜1根达根达1米多长；米多长；“航天芝麻航天芝麻1号号”不仅个大，而且单株蒴果达

16、不仅个大，而且单株蒴果达98粒以上；水稻蛋白质含量可提高粒以上；水稻蛋白质含量可提高8.7%12%。 杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种单倍体育种单倍体育种多倍体育种多倍体育种原原理理常常用用方方法法优优点点缺缺点点基因重组基因重组基因突变、基因突变、染色体畸变染色体畸变染色体畸变染色体畸变（成倍减少）（成倍减少）染色体畸变染色体畸变（成倍增加（成倍增加）杂交杂交用物理或化学用物理或化学方法处理生物方法处理生物花药离体培养花药离体培养单倍体单倍体秋秋水仙素处理水仙素处理纯种纯种秋水仙素秋水仙素处理处理使位于不同使位于不同个体的优良个体的优良性状集中于性状集中于一个个体上一个个体上提高变异频率，提

17、高变异频率，加速育种进程，加速育种进程，有利变异少，有利变异少，需大量处理供需大量处理供试材料试材料明显缩短育种明显缩短育种年限，育种时年限，育种时间较短。间较短。技术复杂，需技术复杂，需与杂交育种配与杂交育种配合合各种器官大、各种器官大、营养成分高、营养成分高、抗性强抗性强与杂交育种与杂交育种配合；获得配合；获得的新品种发的新品种发育延迟育延迟育种时间最长育种时间最长转基因育种原理原理: DNA(基因基因)重组重组 基因工程基因工程优点优点:不受生物亲缘关系的限制，可按人的意愿改造生物，目的性强不受生物亲缘关系的限制，可按人的意愿改造生物，目的性强应用应用:抗虫棉、转基因抗虫棉、转基因“向日

18、葵豆向日葵豆”“”“转基因超级绵羊转基因超级绵羊”“”“转基因转基因超级鲤鱼超级鲤鱼” 等。等。过程过程:提取目的基因提取目的基因目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性内切酶（限制酶）限制性内切酶（限制酶）一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将并在特定的切割点上将DNA DNA 分子切断。分子切断。专一性专一性基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T

19、T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的端连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体常用的运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体质粒、噬菌体和动植物病毒和动植物病毒标记基因，便标记基因，便于进行检测。于进行检测。转基因技术过程转基因

20、技术过程用限制酶提取目的用限制酶提取目的基因，用与提取目的基基因，用与提取目的基因相同的限制酶切割质因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组作用下连接形成重组DNADNA分子。分子。将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞导入导入扩增扩增常用的受体细胞：常用的受体细胞：菌类和动植物细胞菌类和动植物细胞目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受大量的受体

21、细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物例例1.普通小麦中有高杆抗病（普通小麦中有高杆抗病（TTRR）和矮杆易感病）和矮杆易感病（ttrr）两个品种，控制两对相对性状

22、的基因分别位于）两个品种，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：请分析回答：如下三组实验：请分析回答： （1）A组由组由F1获得获得F2的方法是的方法是 ，F2矮杆抗病植矮杆抗病植株中不能稳定遗传的占株中不能稳定遗传的占 。（2）、三类矮杆抗病植株中，最可能产生不三类矮杆抗病植株中，最可能产生不育配子的是育配子的是 类。类。（3）A、B、C三组方法中，最不容易获得矮杆抗病小三组方法中，最不容易获得矮杆抗病小麦新品种的方法是麦新品种的方法是 组，原因是组，原因是 基因突变发生的频率极低且不定向性基因

23、突变发生的频率极低且不定向性 自交自交2/3C（4）通过矮杆抗病）通过矮杆抗病获得矮杆抗病小麦新品种的方法获得矮杆抗病小麦新品种的方法是是 。获得的。获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占矮杆抗病植株中能稳定遗传的占 。（5）在一块高杆（纯合体）小麦田中，发现了一株矮杆）在一块高杆（纯合体）小麦田中，发现了一株矮杆小麦。请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因（简小麦。请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因（简要写出所用方法、结果和结论）要写出所用方法、结果和结论）将矮秆小麦与高杆小麦杂交；如果子一代为高杆，子二代将矮秆小麦与高杆小麦杂交；如果子一代为高杆，子二代高杆：矮秆高杆：矮秆=3：1（或

24、出现性状分离），则矮秆性状是基（或出现性状分离），则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。或将矮秆因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。或将矮秆小麦与高杆小麦种植在相同环境下，如果两者未出现明显小麦与高杆小麦种植在相同环境下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状是环境引起；否则矮秆性状是基因突变差异，则矮秆性状是环境引起；否则矮秆性状是基因突变造成的。造成的。 秋水仙素（或低温）诱导染色体数目加倍秋水仙素（或低温）诱导染色体数目加倍100%例例2.甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。以白菜为母本、甘蓝为父本。经人工授粉后，将

25、雌蕊离体以白菜为母本、甘蓝为父本。经人工授粉后，将雌蕊离体培养，可得到培养，可得到“白菜甘蓝白菜甘蓝”杂种幼苗。请回答问题：杂种幼苗。请回答问题：白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在_隔离。自然隔离。自然条件下，这两个物种间不能通过条件下，这两个物种间不能通过_的方的方式产生后代。雌蕊离体培养式产生后代。雌蕊离体培养“白菜甘蓝白菜甘蓝”杂种幼苗获得，杂种幼苗获得，所依据的理论基础是植物细胞具有所依据的理论基础是植物细胞具有_。为观察为观察“白菜甘蓝白菜甘蓝”染色体数目和形态，通常取幼苗染色体数目和形态，通常取幼苗的的_做临时装片，用做临时装片，用_染色。观察、计数染

26、色。观察、计数染色体的最佳时期是染色体的最佳时期是_。二倍体二倍体“白菜甘蓝白菜甘蓝”的染色体数为的染色体数为_ 。这种。这种植株通常不育，原因是减数分裂过程中植株通常不育，原因是减数分裂过程中_。为使其可育，可通过人工。为使其可育，可通过人工诱导产生四倍体诱导产生四倍体“白菜甘蓝白菜甘蓝”，这种变异属于，这种变异属于_。 生殖生殖杂交（有性生殖）杂交（有性生殖）全能性全能性根尖（茎尖）根尖（茎尖）龙胆紫龙胆紫有丝分裂中期有丝分裂中期19没有同源染色体配对的现象没有同源染色体配对的现象染色体变异染色体变异 当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返

27、航时，一些特殊的乘客也回到了地球。他们是一些：生航时，一些特殊的乘客也回到了地球。他们是一些：生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。在太空周游了空周游了115115小时小时3232分钟，返回地球后，搭载单位的科分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们进行有关试验。研人员将继续对它们进行有关试验。 回答：回答：（1 1）作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现新）作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现新的变异特征。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的变异特征。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的的 辐射后，其辐射后，其 发生变异。请预测可能产发生变异