第二节生物变异的应用

1、第二节第二节 生物变异在生产上的应用生物变异在生产上的应用育 种 案 例 一 -实例：矮秆抗锈病小麦的培育实例：矮秆抗锈病小麦的培育 思考讨论：思考讨论：现有纯合高秆抗锈病（现有纯合高秆抗锈病（DDTTDDTT）和矮秆不抗锈病（和矮秆不抗锈病（ddttddtt）两种小麦品系，）两种小麦品系，请选择合理的育种方案培育出可稳定遗传请选择合理的育种方案培育出可稳定遗传的矮秆抗锈病（的矮秆抗锈病（ddTTddTT）品种，并阐述其原）品种，并阐述其原理和简要操作步骤（可用遗传图解表示）。理和简要操作步骤（可用遗传图解表示）。杂交育种的方法过程杂交育种的方法过程P导学导学45第一步：第一步： 杂交杂交 P

2、 矮秆不抗锈矮秆不抗锈 （ddtt） 高秆抗锈高秆抗锈 （DDTT）F1第二步：第二步： 自交自交 矮秆不抗锈矮秆不抗锈 高秆抗锈高秆抗锈 矮秆抗锈矮秆抗锈 高秆不抗锈高秆不抗锈 第三步：人工选择第三步：人工选择 矮秆抗锈矮秆抗锈 第四步：连续自交第四步：连续自交 矮秆抗锈矮秆抗锈 目标品种目标品种 （ddTT）第第1年年第第2年年第第3年年第若干年第若干年注意：优良品种（矮秆抗锈）在子二代（注意：优良品种（矮秆抗锈）在子二代（F2）出现，但在）出现，但在第第3年年方方 可选出。若要得到目标品种（纯种），还需可选出。若要得到目标品种（纯种），还需连续自连续自交，不断纯化。交，不断纯化。P83运

3、用常规的育种方法，要育成一个稳定的纯合品种至少需要运用常规的育种方法，要育成一个稳定的纯合品种至少需要5年年ddT-第第4年年一、杂交育种一、杂交育种q 概念：概念：是将是将2个或多个品种的优良性状通过杂个或多个品种的优良性状通过杂交和基因重组集中于一体，再通过人工选择交和基因重组集中于一体，再通过人工选择获得新品种的方法。获得新品种的方法。q 依据原理：依据原理： 基因重组基因重组q 方法过程：方法过程：杂交杂交自交自交人工选择人工选择连续自交连续自交q 育种目的：育种目的：培育动植物优良品种培育动植物优良品种q 评价杂交育种：？评价杂交育种：？优点：优点：能根据能根据人的预见人的预见把位于

4、两个品种把位于两个品种生物体上的生物体上的优良性状优良性状集于一身集于一身；q 评价杂交育种：评价杂交育种：缺点缺点: 1只能利用已有基因的重组，按需选择，只能利用已有基因的重组，按需选择，不能创造新的基因。不能创造新的基因。2杂交后代会出现性状分离，进行纯化杂交后代会出现性状分离，进行纯化时工作量大，过程复杂。时工作量大，过程复杂。育种时间长，育种时间长，需随时观察及时发现优良性状。需随时观察及时发现优良性状。育 种 案 例二 -实例：实例：高产青霉素菌株的培育高产青霉素菌株的培育 用于微生物育种用于微生物育种：1943年从自然界分离出来的年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素青霉菌只能产

5、生青霉素20单位单位/mL。后来人们。后来人们对青霉菌多次进行对青霉菌多次进行X射线射线、紫外线紫外线照射以及综照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到素的产量已达到5000060000单位单位/mL。二、诱变育种二、诱变育种1概念概念利用利用物理物理、化学化学因素生物发生变异，并从后代中因素生物发生变异，并从后代中选育选育新品种新品种的过程。的过程。2方法：方法：辐射诱变、化学诱变辐射诱变、化学诱变辐射诱变辐射诱变：各种：各种射线射线如如X射线、紫外线、射线、紫外线、射线等的照射线等的照射都能使生物的染色体发生断裂而产生断片，同

6、时也射都能使生物的染色体发生断裂而产生断片，同时也增加增加DNA分子上碱基发生变化的几率导致基因突变。分子上碱基发生变化的几率导致基因突变。化学诱变化学诱变：许多：许多化学药剂化学药剂如如5-溴尿嘧啶能引起溴尿嘧啶能引起DNA分分子中碱基的缺失、替换等变化，导致子中碱基的缺失、替换等变化，导致基因突变和染色基因突变和染色体变异。体变异。3.依据原理：依据原理：基因突变、染色体畸变第一步：第一步： 选材选材 生物材料（如许多低产青霉素菌株）生物材料（如许多低产青霉素菌株）第二步：诱导处理第二步：诱导处理 物理因素物理因素 （激光、射线、紫外线等）（激光、射线、紫外线等） （太空微重力太空微重力、

7、高辐射高辐射） 化学因素化学因素 （硫酸二乙酯、秋水仙素）（硫酸二乙酯、秋水仙素） 发生突变的生物材料（如高产的，更低产的等）发生突变的生物材料（如高产的，更低产的等）第三步：人工选择第三步：人工选择 - 若没有出现若没有出现 符合人们要求的突变性状（如高产青霉素菌株）符合人们要求的突变性状（如高产青霉素菌株） 继续处理继续处理作物太空作物太空育种。育种。如太空椒如太空椒的培育。的培育。注意：具有优良性状的生物个体常常注意：具有优良性状的生物个体常常很少很少出现甚至不出现，因为出现甚至不出现，因为 基因突变具有基因突变具有危害性和不定向性危害性和不定向性。此时，需要对供试材料。此时，需要对供试

8、材料 重新进行处理，直到出现符合人们要求的有利突变性状。重新进行处理，直到出现符合人们要求的有利突变性状。4.诱变育种的方法过程诱变育种的方法过程5.诱变育种主要特点：诱变育种主要特点：可可提高突变频率提高突变频率，为育种创造出丰富的原，为育种创造出丰富的原材料。材料。能在能在较短时间较短时间内有效地改良生物品种的某内有效地改良生物品种的某些性状。些性状。改良作物品质改良作物品质，增强抗逆性。，增强抗逆性。优点：优点：提高变异频率，缩短育种年限提高变异频率，缩短育种年限缺点：缺点：诱变方向难以控制诱变方向难以控制，有利变异，有利变异个体不多，需要大量处理供试材料个体不多，需要大量处理供试材料属

9、于染色体畸变中的结构变异属于染色体畸变中的结构变异 易位易位q 概念：概念：是利用物理或化学因素处理生物，是利用物理或化学因素处理生物， 使使生物发生变异，再通过人工选择获得新品种生物发生变异，再通过人工选择获得新品种的方法。的方法。q 依据原理：依据原理：基因突变、染色体畸变基因突变、染色体畸变q 方法过程：方法过程：诱导处理诱导处理基因突变基因突变人工选择人工选择新品种新品种q 育种目的：育种目的：培育动、植物，微生物新品种培育动、植物，微生物新品种q 评价诱变育种：评价诱变育种：诱变育种小结诱变育种小结提高变异频率，缩短育种年限提高变异频率，缩短育种年限诱变方向难以控制诱变方向难以控制（

10、3 3）单倍体育种的方法）单倍体育种的方法具有不同优点的品种杂交具有不同优点的品种杂交取取F1F1的的花药离体培养花药离体培养（组织培养的方法）进行，（组织培养的方法）进行，形成形成单倍体植株单倍体植株。用用秋水仙素秋水仙素使单倍体染色体加倍，成为使单倍体染色体加倍，成为可育的可育的纯合子纯合子选取选取符合要求的个体作种（纯种）符合要求的个体作种（纯种）（2 2）单倍体植株特点）单倍体植株特点: :长得弱小，而且高度不孕长得弱小，而且高度不孕（1）概念）概念:体细胞中含有体细胞中含有本物种配子本物种配子染色体数的染色体数的个体。个体。不管它有多少染色体组都叫不管它有多少染色体组都叫“单倍体单倍

11、体”。单倍体单倍体第一步：第一步： 杂交杂交 P 矮秆不抗锈矮秆不抗锈 （ddtt） 高秆抗锈高秆抗锈 （DDTT）F1减数分裂减数分裂 花粉花粉 DT Dt dT dt第二步：花粉离体培养第二步：花粉离体培养 单倍体植株单倍体植株 DT Dt dT dt 第三步：染色体加倍第三步：染色体加倍 秋水仙秋水仙 素处理素处理 纯合体纯合体 DDTT DDtt ddTT ddtt 第1年第2年（DdTt） 第四步：人工选择第四步：人工选择 目标品种目标品种 ddTT 注意：需要与杂交育种配合使用。注意：需要与杂交育种配合使用。只需只需2 2年年就获得就获得纯纯种。种。单倍体育种的方法过程单倍体育种的

12、方法过程q 概念：概念：是利用植物的是利用植物的花粉花粉进行离体培养获得进行离体培养获得单倍体植株，然后用秋水仙素处理，再通过单倍体植株，然后用秋水仙素处理，再通过人工选择获得新品种的方法。人工选择获得新品种的方法。q 依据原理：依据原理：染色体畸变染色体畸变（染色体组成倍增加）（染色体组成倍增加）q 方法过程：方法过程：杂交得杂交得F1花药花药离体培养离体培养诱导染色体加倍诱导染色体加倍人工选择人工选择q 育种目的：育种目的：培育植物新品种培育植物新品种q 评价单倍体育种：？评价单倍体育种：？单倍体育种单倍体育种注意：注意：单倍体育种单倍体育种和和花药离体培养花药离体培养的概念的概念 单倍体

13、育种的评价单倍体育种的评价优点优点：1.1.易获得纯系品种，明显缩短育易获得纯系品种，明显缩短育种年限种年限 2 2。能排除。能排除显隐性干扰显隐性干扰，提高效率，提高效率缺点：缺点：技术难度高，不能独立进行技术难度高，不能独立进行P矮秆不抗锈矮秆不抗锈 ddtt高秆抗锈高秆抗锈 DDTTF1高秆抗锈高秆抗锈 DdTt 选育出需要的选育出需要的矮秆抗锈矮秆抗锈F2D_T_ D_tt ddT_ ddtt矮抗矮抗生长生长ddTTF3减数分裂减数分裂配子配子DTDtdTdt单倍体单倍体 DTDtdTdtDDttddTT ddtt纯合子纯合子DDTT矮秆矮秆抗锈抗锈第第1年年第第2年年第第1年年第第2

14、年年第第3年年第第4年年若从播种到收获种子需要一年若从播种到收获种子需要一年, ,则培育出能稳定遗传的则培育出能稳定遗传的矮秆抗锈矮秆抗锈的品种至少需要几年的品种至少需要几年? ?单株分开单株分开种植种植单倍体育种的优点单倍体育种的优点1 1、所培育的种子为绝对纯种；、所培育的种子为绝对纯种；2 2、可大大减少工作量并缩短育种周期。、可大大减少工作量并缩短育种周期。杂交育种（杂交育种（最少四年最少四年） 单倍体育种单倍体育种(只要两年只要两年)第一年第一年杂交得到杂交得到F F1 1。杂交得到杂交得到F F1 1。第二年第二年F F1 1自交得自交得F F2 2，将符合要，将符合要求的求的F

15、F2 2植株的种子按单植株的种子按单株分别收藏。株分别收藏。取取F F1 1花药离体培养并加花药离体培养并加倍，观察，性状符合要倍，观察，性状符合要求即为优良新品种。求即为优良新品种。第三年第三年按按F F2 2单株分开种植单株分开种植，不，不分离的植株种子仍按分离的植株种子仍按F F2 2单株收藏待验证。单株收藏待验证。第四年第四年验证第三年保留的种子验证第三年保留的种子的纯度的纯度，仍不出现分离，仍不出现分离方可作为新品种推广。方可作为新品种推广。案例片段三：案例片段三：自古以来，西瓜都自古以来，西瓜都是有种子。在炎热是有种子。在炎热的夏季，当人们大的夏季，当人们大嚼味甜多汁的西瓜嚼味甜多

16、汁的西瓜以消暑解渴之际，以消暑解渴之际，却不得不频频地吐却不得不频频地吐出西瓜子，实有厌出西瓜子，实有厌烦之感。因此，人烦之感。因此，人们早就渴望获得无们早就渴望获得无子西瓜，以除美中子西瓜，以除美中不足。不足。但是，这种但是，这种奇想能够实现吗？奇想能够实现吗？ 育 种 案 例四 -实例：实例：无子西瓜的培育无子西瓜的培育无籽西瓜的培育无籽西瓜的培育用秋水仙素处理用秋水仙素处理二倍体西瓜幼苗得到二倍体西瓜幼苗得到四倍体西瓜；四倍体西瓜；用二倍体西瓜与用二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交，得四倍体西瓜杂交，得到三倍体的西瓜种子。到三倍体的西瓜种子。三倍体西瓜三倍体西瓜联会联会紊乱紊乱，不能产生正常，不

17、能产生正常的配子。的配子。三倍体西瓜的雌蕊授以二倍体西瓜的三倍体西瓜的雌蕊授以二倍体西瓜的花粉花粉后子房能后子房能发育成西瓜，但其中的胚珠因没有正常的卵细胞而不发育成西瓜，但其中的胚珠因没有正常的卵细胞而不能发育成种子。能发育成种子。无子西瓜的培育无子西瓜的培育 普通西瓜（普通西瓜（2N）第一步：第一步： 染色体加倍染色体加倍 秋水仙秋水仙 素处理素处理 四倍体西瓜（四倍体西瓜（4N） 第二步：杂交第二步：杂交 普通西瓜（普通西瓜（ 2N ） 三倍体种子（三倍体种子（3N ）第第1年年 三倍体植株（三倍体植株（3N ） 授粉授粉 第二步：第二步： 普通西瓜（普通西瓜（ 2N ） 无子西瓜（无子

18、西瓜（3N ） 授粉刺激授粉刺激第第2年年 注意：如要扩大栽培无子西瓜，可用三倍体植株的枝条进行扦插。注意：如要扩大栽培无子西瓜，可用三倍体植株的枝条进行扦插。 即进行无性繁殖。即进行无性繁殖。三倍体是不育的，因染色体联会紊乱三倍体是不育的，因染色体联会紊乱。 先先加加倍倍 后后杂杂交交香蕉的形成香蕉的形成香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，无法食用。香蕉的培育过程如下：无法食用。香蕉的培育过程如下：野生芭蕉野生芭蕉2n2n有籽香蕉有籽香蕉4n4n加倍加倍野生芭蕉野生芭蕉2n2n无籽香蕉无籽香蕉3n3n第一步：第一步： 选材选材 正在正在萌发萌发的种子或幼苗

19、的种子或幼苗 第二步：染色体加倍第二步：染色体加倍 秋水仙秋水仙 素处理素处理第第1年年目标品种目标品种 注意：选材是关键，一定要选择正在注意：选材是关键，一定要选择正在进行有丝分裂进行有丝分裂的植物。的植物。需需1年就获得目标品种年就获得目标品种。 例释：例释： 1、无子西瓜的培育、无子西瓜的培育 2、普通小麦的培育、普通小麦的培育 3、八倍体小黑麦的培育、八倍体小黑麦的培育多倍体育种的方法过程多倍体育种的方法过程普通小麦的形成过程普通小麦的形成过程1414一粒小麦一粒小麦山羊草山羊草14另一种山羊草另一种山羊草777 77 7杂交种杂交种不育不育配配子子配配子子14714 7配配子子配配子

20、子杂交种杂交种不育不育28 1442加倍加倍异源异源多倍体多倍体二粒小麦二粒小麦14 1428加倍加倍异源异源多倍体多倍体普通小麦普通小麦注：注：这也是物这也是物种形成的一种种形成的一种方式。方式。如何培育八倍体小黑麦？如何培育八倍体小黑麦？由小麦属由小麦属(Triticum)和黑和黑麦属麦属(Secale)物种经属间物种经属间有性杂交有性杂交和和杂种染色体数杂种染色体数加倍而人工结合成的新物加倍而人工结合成的新物种种。中国在。中国在70年代育成的年代育成的八倍体小黑麦，八倍体小黑麦，表现出小表现出小麦的丰产性和种子的优良麦的丰产性和种子的优良品质，又保持了黑麦抗逆品质，又保持了黑麦抗逆性强和

21、赖氨酸含量高的特性强和赖氨酸含量高的特点点，且能适应不同的气候，且能适应不同的气候和环境条件，是一种很有和环境条件，是一种很有前途的粮食、饲料兼用作前途的粮食、饲料兼用作物。物。八倍体小黑麦的培育八倍体小黑麦的培育第一步：第一步： 杂交杂交 普通小麦（普通小麦（6N） 小黑麦（小黑麦（2N） 异源四倍体（异源四倍体（4N） 第二步：染色体加倍第二步：染色体加倍 秋水仙秋水仙 素处理素处理 八倍体小黑麦（八倍体小黑麦（8N ）第1年第2年 （AABBWW ） （DD） （ABWD ） （AABBWWDD ） 注意：这里的注意：这里的A、B、W、D代表的是代表的是染色体组染色体组， 而不是基因。所

22、以，而不是基因。所以，异源四倍体异源四倍体（ABWD ABWD ） 是不可育的是不可育的。 先先杂杂交交 后后加加倍倍q 概念：概念：是将正在萌发的种子或幼苗用一定是将正在萌发的种子或幼苗用一定浓度的浓度的秋水仙素秋水仙素处理获得新品种的方法。处理获得新品种的方法。q 依据原理：依据原理：染色体畸变染色体畸变（染色体组成倍增加）（染色体组成倍增加）q 方法过程：方法过程：选材选材诱导染色体加倍（秋水仙素处理）诱导染色体加倍（秋水仙素处理）新品种新品种q 育种目的：育种目的：培育植物新品种（动物无法开展）培育植物新品种（动物无法开展）q 评价诱变育种：评价诱变育种：多倍体育种多倍体育种 器官大，

23、营养物质含量高器官大，营养物质含量高发育延迟，结实率低。发育延迟，结实率低。转基因技术（基因工程）转基因技术（基因工程）q 概念：利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基概念：利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因（外源基因），转移到其他生物中，因（外源基因），转移到其他生物中，使与另一种生物的基使与另一种生物的基因进行重组因进行重组，从而产生特定的具有优良遗传形状的物质。，从而产生特定的具有优良遗传形状的物质。 q 过程：过程：P课本课本86 “提提”“”“装装”“”“导导”“”“检检”“”“选选”。即：目。即：目的基因的提取，装入运载体，导入受体细胞，目的基因的检的基因的提

24、取，装入运载体，导入受体细胞，目的基因的检测与表达，筛选出符合要求的新品种。测与表达，筛选出符合要求的新品种。 q 优点：人为地增加了生物变异的范围，实现优点：人为地增加了生物变异的范围，实现种间种间遗传物质的遗传物质的交换；针对性更强，效率更高，经济效益更明显。交换；针对性更强，效率更高，经济效益更明显。 目的性强，打破物种界限目的性强，打破物种界限q 缺点：技术复杂，操作要求精细缺点：技术复杂，操作要求精细,难度大难度大q 转基因生物和转基因食品分安全性转基因生物和转基因食品分安全性成果成果转基因植物转基因植物是基因组中含有外源基因的植物。培育高产、优是基因组中含有外源基因的植物。培育高产

25、、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种剂等的作物新品种 基因工程在基因工程在畜牧养殖业上畜牧养殖业上的应用：繁殖具有抗病能力、高产的应用：繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物避免变异避免变异无性繁殖无性繁殖利用利用变异变异杂交育种杂交育种人工诱变育种人工诱变育种多倍体育种多倍体育种单倍体育种单倍体育种生物的后代出现不同于亲本的性状生物的后代出现不同于亲本的性状自然变异自然变异人工诱导变异人工诱导变异按来源分按来源分应应用用生生物

26、物的的变变异异小小结结概念：概念：类类型型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不遗传的变异不遗传的变异遗传的遗传的变异变异按结按结果分果分方法方法原理原理原因原因实例实例优点优点无性无性繁殖繁殖有丝有丝分裂分裂遗传物质没有发生改遗传物质没有发生改变变无核蜜桔无核蜜桔保持优良性状保持优良性状杂交杂交育种育种基因基因重组重组非同源染色体上的非非同源染色体上的非等位基因自由组合等位基因自由组合抗倒伏抗抗倒伏抗锈病小麦锈病小麦组合优良性状组合优良性状诱变诱变育种育种基因基因突变突变人工使人工使DNA复制过程复制过程发生差错发生差错青霉素高青霉素高产菌株产菌株提高变异频率，提高变异频率，出现新性状出现新性状单倍体单倍体育种育种染 色 体染 色 体变异变异花药离体培养得单倍花药离体培养得单倍体体秋水仙素处理单倍体秋水仙素处理单倍体小麦新品小麦新品种种缩短育种进程，缩短育种进程，得到纯合体得到纯合体多倍体