XXXX生物二轮专题生物育种方法

育种专题不遗传的变异在育种上没有价值，但是在生产上有价值，农业生产中的田间管理就是通过调节水肥、除草等措施使作物产生有利于人类的不遗传变异，如茎秆粗壮、子粒饱满等，是通过对外界环境的控制，使其表现型朝着有利于人类的方向发展。表现型是基因型和环境共同作用的结果，其内因是基因型，它在作物的个体发育中起着主导作用。所以要想获得高产丰收最重要的是育好种。“种地选好种，一垅顶两垅”。常用的有杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、转基因育种、细胞工程育种和综合方法育种等。（利用细胞质遗传培育杂交种，因为教材是选学，不做为高考内容。）可以通过比较这些作物育种的原理、方法（和过程）、优缺点以及应用进行复习。一、杂交育种1．原理：基因重组。一般指种内不同品种间的杂交育种。人们用杂交的方法，有目的地使生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起，从而创造出对人类有益的新品种。基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。基因的自由组合定律告诉我们，在生物体通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合，这样，由雌雄配子结合形成的受精卵，就可能具有与亲代不同的基因型，这是一种类型的基因重组。在减数分裂的四分体时期，由于同源染色体的非姐妹染色单体之间常常发生局部交换，这些染色单体上的基因组合，是另一种类型的基因重组。广义上讲，转基因也是基因重组。杂交育种选择亲本的基本条件：①亲本应有较多优点和较少缺点，亲本间优缺点力求达到互补。②亲本中至少有一个是适应当地条件的优良品种，在条件严酷的地区，双亲最好都是适应的品种。③亲本之一的目标性状应有足够的遗传强度，并无难以克服的不良性状。④生态类型、亲缘关系上存在一定差异，或在地理上相距较远。⑤亲本的一般配合力较好，主要表现在加性效应的配合力高。2．方法和过程：杂交→自交→选优（一般从F2开始）杂交技术因不同作物特点而异，其共同要点为：①调节开花期，通过分期播种、调节温度、光照及施肥管理等措施，使父本和母本花期相遇；②控制授粉，在母本雌蕊成熟前进行人工去雄，并套袋隔离，避免自交和天然异交，然后适时授以纯净新鲜父本花粉，作好标志并套袋隔离和保护。③用于杂交的父本和母本分别用P1和P2表示，其代表符号分别为♂和♀；×表示杂交。杂交所得种子种植而成的个体群称杂种一代（子一代），用F1表示。F1群体内个体间交配或自交所得的子代为F2、F3、F4等表示随后各世代。④安排亲本或杂种成对使之交配的杂交方式可以有：成对杂交（单交）即两个不同品种或系统间的杂交，两亲可互为父母本（正反交）；复合杂交，即几个品种分别先后进行多次杂交。回交是以杂种后代与亲本之一再交配的杂交方式。3．优缺点：能根据人的预见把位于两个品种生物体上的优良性状集于一身；育种时间长，需随时观察及时发现优良性状。4．应用：例如，在水稻中，有芒(A)对无芒(a)是显性，抗病(R)对不抗病(r)是显性。有两个不同品种的水稻，一个品种无芒、不抗病；另一个品种有芒、抗病。人们将这两个不同品种的水稻进行杂交，根据自由组台定律，在F2中分离出的无芒、抗病(aaRR或aaRr)植株应该占总数的3/16，其中，l/16是纯合类型(aaRR),2/16是杂合类型(aaRr)。要进一步得到纯合类型，还需要对无芒、抗病类型进行自交和选育，淘汰不符合要求的植株，最后得到能够稳定遗传的无芒、抗病的类型。5．经典例题：例1：假如水稻高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗稻瘟病（R）与易感稻瘟病（r）为显性，两对性状独立遗传。用一个纯合易感病的矮秆品种（抗倒伏）与一个纯合抗病高秆品种（易倒伏）杂交，F2代中出现既抗病又抗倒伏类型的基因型及其比例为A．ddRR,1/8B．ddRR,1/16C．ddRR,1/16和ddRr,1/8D．DDrr,1/16和DdRR,1/8答案：C解析：本题考查的是遗传学的基本知识，内容涉及到有关杂交、自交的概念和遗传的分离与自由组合两大基本定律。本题的思路是，先看清题目给出的相对性状的显隐性关系，并根据亲代的表现型确定亲代的基因型为ddrr和DDRR，接着由亲代杂交得到F1代，基因型为DdRr，F1代自交至F2代。关键要对F2代中表现型和基因型的比例进行分析。两对相对性状的纯合体杂交，其F2代的性状分离比为9∶3∶3∶1，且纯合体在四种性状中各占其一的规律。在比例为9∶3∶3∶1的四种性状中，9和1分别为双显性性状和双隐性性状，即本题中的亲本性状，3和3是通过非等位基因的自由组合得到的重组性状，而本题所要求的既抗病又抗倒伏的重组性状就在F2代中占3/16，杂合体基因为ddRr，占2/16（1/8）。如果对上述规律不十分熟悉，也可以通过遗传图解，用棋盘格法写出F2代的16种基因组合，从中数出符合要求的ddRR有1/16，ddRr有2/16；或用分枝法计算出ddRR所占比例为1/4×1/4＝1/16，ddRr所占比例为1/4×2/4＝2/16。例2：某自花传粉植物的紫苗（A）对绿苗（a）为显性，紧穗（B）对松穗（b）为显性，黄种皮（D）对白种皮（d）为显性，各由一对等位基因控制。假设这三对基因是自由组合的。现以绿苗紧穗白种皮的纯合品种作母本，以紫苗松穗黄种皮的纯合品种作父本进行杂交实验，结果F1表现为紫苗紧穗黄种皮。请回答：（1）如果生产上要求长出的植株一致表现为紫苗紧穗黄种皮，那么播种F1植株所结的全部种子后，长出的全部植株是否都表现为紫苗紧穗黄种皮？为什么？（1）不是。因为F1代植株是杂合体，F2代会发生性状分离。（2）如果需要选育绿苗松穗白种皮的品种，那么能否从播种F1植株所结种子长出的植株中选到？为什么？（2）能。因为F1代植株三对基因都是杂合的，F2代能分离出表现为绿苗松穗白种皮的类型。（3）如果只考虑穗型和种皮色这两对性状，请写出F2代的表现型及其比例。（3）紧穗黄种皮：紧穗白种皮：松穗黄种皮：松穗白种皮=9：3：3：1（4）如果杂交失败，导致自花受粉，则子代植株的表现型为，基因型为；如果杂交正常，但亲本发生基因突变，导致F1植株群体中出现个别紫苗松穗黄种皮的植株，该植株最可能的基因型为。发生基因突变的亲本是本。（4）绿苗紧穗白种皮aaBBddAabbDd母解析：本题考查的是遗传部分的常规育种，属于中等难度。由题意可知，紫苗（A）对绿苗（a），紧穗（B）对松穗（b），黄种皮（D）对白种皮（d）是三对相对性状，其遗传符合自由组合规律，则用于杂交实验的母本（绿苗紧穗白种皮的纯合品种）的基因型为aaBBdd,父本（紫苗松穗黄种皮纯合品种）的基因型是AabbDD,其杂交F1代基因型为AaBbDd,三对基因全为杂合，表现型全为紫苗紧穗黄种皮。（可以先写出遗传图解，有利于回答问题。）P绿苗紧穗白种皮紫苗松穗黄种皮aaBBdd♀×AAbbDD♂↓F紫苗紧穗黄种皮AaBbDd播种F1植株所结的种子长成的植株为F2植株，其表现型就会发生性状分离，能分离出表现为绿苗松穗白种皮的类型。如果只考虑穗型和种皮两对性状，则F2代就会有四种表现型，为紧穗黄种皮：紧穗白种皮：松穗黄种皮：松穗白种皮=9：3：3：1；如果用上述父本与母本杂交，是使用父本的花粉对母本的雌蕊授粉，如果杂交失败而导致自花授粉，就只会有母本的自花授粉，而母本植株是纯合体，其自交后仍为纯合体，基因型不变，如果杂交正常，则F1代三对基因都是杂合AaBbDd，但亲本如果发生基因突变，导致后代出现紫苗松穗黄种皮的变异类型，一定是亲代中的显性基因B变成了b,所以是母本发生了突变，F1代的基因型为AabbDd。二、诱变育种1．原理：基因突变。这种方法可以提高突变率，创造人类需要的变异类型，从中选择、培育出优良的生物品种。2．方法和过程：是指利用物理因素(如太空的辐射X射线、γ射线、紫外线、失重或用激光等)；化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物（如萌动的植物芽或种子），使生物发生基因突变。诱发变异→选择育成新品种。3．优缺点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状（有时可产生超效基因），变异范围广；有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状（多基因遗传的性状）效果较差。理解其优缺点，需要先了解一下基因突变作为生物变异的一个重要来源，它具有以下主要特点：第一，基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物，还是高等的动植物以及人，都可能发生基因突变。例如，棉花的短果枝，水稻的矮杆、糯性，果蝇的白眼、残翅，家鸽羽毛的灰红色，以及人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病，都是突变性状，（通过基因突变产生等位基因）。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变，人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。第二，基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。一般来说，在生物个体发育的过程中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分就越少。例如，植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变，那么由这个叶芽长成的枝条，上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时，那么，将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变，一般是不能传递给后代的（如人的某种癌变）。第三，在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，大约十万个到一亿个生殖细胞中，才会有一个生殖细胞发生基因突变，突变率是10－5～10－8。不同生物的基因突变率是不同的。例如，玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06×10－4，而黄色胚乳基因的突变率为2.2×10－6。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。第四，大多数基因突变对生物体是有害的。由于任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们性状与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系。因此，基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如，植物中常见的白化苗，也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素，不能进行光合作用制造有机物，最终导致死亡。但是，也有少数基因突变是有利的。例如，植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等，都是有利于生物生存的。第五，基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。例如，控制小鼠毛色的灰色基因(A+)可以突变成黄色基因(AY)，也可以突变成黑色基因(a)。但是每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突变，只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。所控制的都是同一性状的不同表现类型，它们属于等位基因。4．应用：本世纪60年代以来，我国通过农作物诱变育种培育出了数百个农作物新品种。这些新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点，在农业生产中发挥了巨大作用。例如，黑龙江省农业科学院用辐射方法处理大豆，培育成了黑农五号等大豆品种，含油量比原来的品种提高了2.5％，大豆产量提高了16％。也有时可利用对人类有益的芽变，通过营养繁殖培育优良品种。在微生物育种方面，诱变育种也发挥了重要作用。青霉菌的选育就是一个典型的例子。现在世界各国生产青霉素的菌种，最初是在1943年从一个发霉的甜瓜上得来的。这种野生的青霉菌分泌的青霉素很少，产量只有20单位/mL。后来，人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理，再通过筛选培育成了青霉素产量很高的菌株，目前青霉素的产量已经可以达到50000单位/mL～60000单位/mL。5．经典例题：例1：科学家将一些作物的种子搭载人造卫星进入太空，经过宇宙射线、高度真空和微重力等综合因素的作用，使种子内的DNA发生变化，从而培育出优质高产的新品种。（多选）A．这项工作属于诱变育种B．从太空带回来的种子都是优良品种C．从太空带回来的种子都变成多倍体D．从太空带回来的种子还得进行人工选择答案：A、D。例2：自然界中，一种生物某一基因及其三种突