CHAP4 生物变异在生产上的应用

第二节生物变异在生产上的应用•问题一：现有纯合的早熟（A）不抗病（R）的西瓜品种甲和晚熟（a）抗病（r）的西瓜品种乙，两对基因分别位于两对同源染色体上，如何获得稳定遗传的早熟抗病的优良品种？第1年第2年第3~5年P×F1↓F2A_R_A_rraaR_aarrAArr杂交育种↓××早熟不抗病AARR晚熟抗病aarr早熟不抗病AaRr↑需要的早熟抗病品种花药离体培养→纯合体P早熟不抗病AARR×晚熟抗病aarrF1早熟不抗病AaRr配子ARAraRarARAraRarAARRAArraaRRaarr↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓秋水仙素→↑需要的早熟抗病品种第1年第2年单倍体植株单倍体育种一、杂交育种1.概念利用基因重组的原理，有目的的将两个或多个品种的优良性状组合在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。2.方法：杂交自交(选优自交)若干次纯种3.原理基因重组4.例子农作物：袁隆平杂交水稻农作物：袁隆平杂交水稻2003年10月9日，30多年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。湖南省湘潭县泉塘子乡的超级杂交稻百亩示范片平均亩产达到807.46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200公斤。水稻亩产从600公斤提高到800公斤是一个世界性的难题，而袁隆平从1997年提出“超级杂交稻计划”后，几乎每三年就能让杂交稻单产潜力成功提高100公斤，他的研究似乎是一株最为优良的作物——多产、稳定。4.例子引进各纯种牛纯繁、驯化↓各纯种牛与当地黄牛杂交↓各杂交种互交↓……↓中国荷斯坦牛优点：泌乳期可达305天，年产乳量可达6300Kg以上家畜、家禽：中国荷斯坦牛的育种过程：杂种优势基因型不同的两个亲本个体杂交产生的杂种第一代，在生长、繁殖、抗逆性、产量等性状上优于两个亲本的现象。如骡子骡子要比马省草料省得多，而且力量也比马大，是一种省吃能干的役畜，但它的弱点奔跑没有马快，不适合奔跑，也不能生育。优点：缺点:杂交后代会出现性状分离，进行纯化时工作量大，过程复杂，所需时间长。育种的目的性强，使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上。5、杂交育种的优缺点讨论：杂交育种的优点是很明显的，但在实际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，及育种的时间等方面，分析杂交育种方法的不足。基因型位AaBb的水稻自交，自交后代中两对基因都是纯合的个体占总数的（）A·2/16B·4/16C·6/16D·8/16B二、单倍体育种1.单倍体植株特点：弱小，且高度不育2.概念：用单倍体做中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。3.单倍体育种的特点：（1）缩短育种年限；（2）能排除显隐性干扰，提高效率。4.过程：5.原理：染色体变异二倍体植株（杂合子）花药离体培养单倍体植株二倍体植株（纯合子）人工诱导染色体加倍AARR早熟不抗病aarr晚熟抗病AaRr早熟不抗病花药离体培养ARAraRar人工诱导染色体加倍AARRAArr早熟抗病aaRRaarrF1单倍体单倍体育种原理：染色体变异(染色体组成倍地减少)方法：(1)先将花药离体培养，培养出单倍体植株(2)将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合体。优点：明显缩短育种年限（一般为两年），加速育种进程。缺点：技术要求较高；一般只适用于植物。•问题二：市场上无籽西瓜越来越受人们青睐，如何培育出无籽西瓜？1.多倍体对细胞通常壁二倍体对细胞大，细胞内有机物对含量高、抗逆性强。2.但发育延迟，结实率低。多倍体植株的特点染色体加倍后的草莓（上）野生草莓（下）多倍体水稻三、多倍体育种1.方法低温处理用秋水仙素处理方法原理2.应用帕米尔高原＊据统计,帕米尔高原上的植物65%以上是多倍体。Q：秋水仙素处理法的具体做法是什么？原理又是什么？方法：用秋水仙素处理____________或_______。原理：当秋水仙素作用于正在______的细胞时，能够抑制________的形成，导致_______不能__，从而引起细胞内染色体__________。染色体数目加倍的细胞继续进行_______分裂，将来就可能发育成________植株。萌发的种子幼苗分裂纺锤体染色体移向两极数目加倍有丝多倍体二倍体八倍体四倍体秋水仙素处理秋水仙素处理人工诱导多倍体的产生问题三：•在中国航天科技集团航天育种研究中心扬州试验基地，田里的西瓜表皮呈现金黄色。基地负责人介绍，这是经过太空育种种植的西瓜，瓜肉清甜脆嫩，含糖量比一般青皮西瓜高两倍多，平均产量4000公斤/亩。•海南文昌的西瓜种子成为有幸搭上“神舟六号”飞船的全国唯一的西瓜种子。经过太空育种的西瓜病虫害少，收获期提前７天，每亩比原来增产２０％，瓜瓤口感好，投放市场后很受消费者欢迎。四、诱变育种1.概念利用物理、化学因素诱导生物发生变异，并从变异后代中选育新品种的过程。4.意义：创造动植物、微生物新品种2.方法：3.原理：基因突变和染色体畸变物理方法(紫外线、α射线、宇宙射线、失重等)或化学方法(秋水仙素、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。5.例子农作物黑龙江省农科院用辐射方法处理大豆，培育成了“黑农五号”等大豆品种，产量提高了16％，含油量比原来提高2.5％。微生物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，是第一种能够治疗肺炎、脑膜炎、脓肿等人类疾病的抗生素。但产量只有20单位/mL。后来，人们对青霉菌进行X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，目前产量已经可以达到50000单位/mL～60000单位/mL。太空育种太空辣椒平均单个重达500克，果实中维生素C的含量提高了10%～25%；黄瓜1根达1米多长；“航天芝麻1号”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8.7%～12%。诱变育种的优缺点讨论：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，谈谈该育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？优点：可以提高突变频率，在短时间内获得更多的优良变异类型。缺点：有利变异少，需大量处理供试材料①提高变异频率，能产生多种多样对新类型，为育种创造出丰富对原材料。②能在较短的时间内有效对改良生物品种的某些性状。③改良作物品质，增强抗逆性。•问题四：某大学两位教授经不懈努力，研究出转鱼基因抗寒番茄新品种，该品种是将美洲拟蝶鱼的抗寒基因转入番茄的染色体上，使番茄具有耐寒、高产、优质、抗病等优点。能否用同样的方法培育出西瓜抗寒品种?转鱼抗寒基因的番茄抗寒西瓜？五、转基因技术1、概念：指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）转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。2、具体过程：将所需要的目的基因分离出来或人工合成；将目的基因导入受体细胞内，使其整合到受体的染色体上；外源基因随细胞的分裂而增殖，并在体内得以表达，还能将获得的新性状稳定地遗传给后代。生长快、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)3、转基因技术实例这种由于外源基因的导入而引起原有遗传物质组成改变的生物称为转基因生物。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!环境保护基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。五、转基因技术4、优缺点：（1）人为增加了生物变异的范围，实现种间遗传物质的交换；（2）针对性更强，效率更高，经济效益更明显；（3）高产、优质、抗病虫害和减少环境污染；（4）可能破坏生态环境、威胁人类健康，尤其是转基因食品的安全性。提取目的基因（鱼抗寒基因）基因工程育种目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞（西瓜细胞）目的基因的检测和表达名称原理方法优点缺点杂交→自交→选育育种的方法杂交育种基因重组将不同个体的优良性状集中于一个个体上育种周期长，工作量大单倍体育种多倍体育种诱变育种转基因育种染色体畸变染色体畸变基因突变染色体变异基因重组花药离体培养，再秋水仙素处理使染色体加倍常用秋水仙素处理萌发种子或幼苗，需与杂交育种配合用物理或化学因素处理生物提取，结合，导入，检测与表达明显缩短育种年限子代均纯合器官大，产量高，营养丰富提高变异频率，加快育种进程，大幅改良某些性状盲目性大，有利变异少，工作量大定向改造生物性状，克服了远缘杂交不亲和的障碍技术复杂，安全问题多，可能引起生态危机发育延迟，结实率降低，多限于植物需与杂交育种配合，多限于植物染色体畸变染色体畸变数目变异非整倍体变异整倍体变异结构变异缺失:重复:倒位:易位:细胞中的一组________染色体，它们在_____和______上，但是携带着控制生物生长发育的，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。染色体组的概念非同源形态功能全部遗传信息单倍体和多倍体区分的关键由________发育来的个体，不管体细胞有几个染色体组，均为单倍体。由_________发育来的个体，体细胞中有几个染色体组，即为几倍体。配子受精卵各不相同┯┯┯┯ＡＴＧＣＴＡＣＧ┷┷┷┷┯┯┯┯┯ＡＴＡＧＣＴＡＴＣＧ┷┷┷┷┷┯┯┯┯ＡＴＧＣＴＡＣＧ┷┷┷┷┯┯┯ＡＧＣＴＣＧ┷┷┷┯┯┯┯ＡＡＧＣＴＴＣＧ┷┷┷┷┯┯┯┯ＡＴＧＣＴＡＣＧ┷┷┷┷DNA分子中发生碱基对的、和而引起的核苷酸序列的变化，因而引起基因结构的改变。增加缺失替换基因突变•普遍性•多方向性•稀有性•可逆性•有害性基因突变的特点等位基因一个基因可以向不同方向突变为它的相应性状的改变相应蛋白质的改变相应氨基酸的改变mRNA分子中的碱基发生变化DNA分子中的碱基对发生变化基因突变的机理转录翻译思考：基因碱基对的改变，是否一定会引起蛋白质（性状）的改变？概念类型发生时期结果适用范围意义非同源染色体上的非等位基因自由组合同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换基因重组染色体畸变基因突变控制不同性状的基因重新组合染色体结构和数目变化引起的变异基因结构的改变，包括DNA碱基对的缺失、增加或替换染色体数目变异染色体结构变异自发突变诱发突变（物理、化学、生物方法）减数第一次分裂前、后期DNA复制时不产生新基因，产生新的基因型不产生新基因，可引起基因数目和排列顺序改变产生新基因，控制新性状真核生物有性生殖过程真核生物所有生物均可发生形成生物多样性的重要原因，对生物进化有重要意义对生物进化有一定意义生物变异的根本来源，对生物进化有重要意义可遗传变异在日本的北海道还出现了三角型西瓜(又称金字塔瓜)，被TBS电视台介绍后，更是在日本引起强烈反响。为此，“三角人面瓜”已申请了专利。问题五：一般西瓜都是圆的,圆西瓜给储运带来许多不便。圆西瓜占地儿，一辆卡车可装许多方砖，却装不了多少圆西瓜。圆西瓜还容易骨碌，不小心就摔坏了。所以装运西瓜都要小心翼翼。西瓜为什么不能是方的？台湾的农艺师们开动脑筋，培育方型西瓜。变异的类型可遗传的变异不可遗传的变异基因突变染色体畸变基因重组关键：遗传物质有没有改变生物的变异