第六章第1节杂交育种与诱变育种ppt

第一节杂交育种与诱变育种改良动植物品种，最古老的育种方法是选择育种：从每一代的变异中选出最好的类型进行繁殖、培育。但是选择育种周期长，可选择的范围也有限。在生产实践中，人类摸索出杂交育种的方法。什么是杂交育种？杂交育种是将两个或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。小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），如果你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？例如：名师面对面GUANGZHOUBOYAN以下是杂交的育种参考方案：Ｐ高抗矮不抗Ｆ１高抗Ｆ２DDTTddttDdTtddTt高抗高不抗矮抗矮不抗ddTT杂交自交选优自交F3选优思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种一般需要几代？连续自交，直至不出现性状分离为止。5-6代名师面对面GUANGZHOUBOYAN试一试：动物的杂交育种方法假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）长毛折耳猫短毛折耳猫长毛立耳猫名师面对面GUANGZHOUBOYAN选优长毛立耳短毛折耳BBEEbbee长毛立耳BbEe长毛立耳BbEe长立长折短立短折BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee长折短折长折长折短折杂交F1间交配测交ＰＦ１Ｆ２F3长折短折思考：要培育出一个能稳定遗传的动物品种一般需要几代？3代1、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交，而应改为测交。2、比植物杂交育种所需年限短。中国黄牛中国荷斯坦牛（泌乳期305d，年产乳量6300kg以上)荷斯坦-弗里生牛名师面对面GUANGZHOUBOYAN例2：现有3个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为aaBBDD。3对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形3对性状。请回答：（1）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）（1）A和B杂交得到杂交一代，杂交一代再与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成aabbdd植株（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要多少年？4年结合上述几个实例，请总结出杂交育种的优点和缺点？名师面对面GUANGZHOUBOYAN一、杂交育种原理：基因重组方法：优点：使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即“集优”,能产生新的基因型。缺点：育种所需时间较长（自交选择需五--六代,甚至十几代)。应用：用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦杂交→自交→选优自交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法呢？诱变育种就是利用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。在作物方面，应用诱变育种我国已培育出100多种水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。例如用射线处理籼稻干种子，选出提早成熟15天的新品种，丰产等性状仍旧保持下来，而且米粒中的蛋白质的含量提高很多。又如用射线和其他诱变剂处理大豆，培育出一种新品种。这品种含有改变了的酶系，在同样的施肥和管理条件下可提高产量50%。名师面对面GUANGZHOUBOYAN诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外，还采用太空育种。我国已培育成功许多太空作物：太空育种主要是利用返回式卫星和高空气球能达到的高空环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件使植物种子的基因发生基因突变的作物育种新技术。资料：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。自1987年以来，中国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船进行了11次航天育种搭载试验，试验品种达1200多种。航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力（10－3克～10－6克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。据统计，航天育种变异率达4％以上，株高变异为＋40cm～－30cm，果重变异达＋70％～＋100％（蔬菜），生育期变异为＋3天～－10天。诱变育种——太空育种空间生命科学：高真空(10—8pa)微重力(10—4g)强辐射(尤其是危害性极大的HZE）太空水稻搭载前后株系对比太空育种辣椒当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返航时，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。在太空周游了115小时32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。回答：（1）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辐射后，其发生变异。请预测可能产生的新的变异对人类是否有益?，你判断的理由是。（2）试举出这种育种方法的优点宇宙射线等基因不一定基因突变是不定向的能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状医药工业应用的青霉素就是利用普通青霉菌，经过X射线的照射，产生的有利突变型。还有医学上应用的其他抗菌素如链霉素、地霉素、金霉素等，经辐射处理的突变系，比原始品系抗菌素产量增长几十倍到几百倍，促进和提高了抗菌素的生产。诱变育种的应用名师面对面GUANGZHOUBOYAN②用于微生物育种：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，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到50000～60000单位/mL。中间为青霉菌，周围是细菌。思考与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，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？优点：不足：克服：产生新基因和新的性状，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。诱变育种的方向难以掌握，诱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群体，增加选择的机会。一、概念：利用物理因素（如ⅹ射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。二、依据原理：基因突变三、常用方法：辐射诱变、激光诱变、作物空间技术育种四、优点：可以提高突变率，加速育种过程，大幅度地改良某些品种,产生前所未有的性状。五、缺点：有利变异少，须大量处理实验材料，工作量大。太空辣椒的培育、青霉菌的选育等六、应用:多倍体育种在育种过程中，人们用秋水仙素处理种子或幼苗从而使细胞内染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，发育为多倍体植株，得到多倍体品种。优点：器官大，营养物质含量高。缺点：发育延迟，结实率低。多倍体育种秋水仙素处理萌发的幼苗时，可以诱导多倍体的产生，秋水仙素的作用是。三倍体植株需要授以二倍体的成熟花粉，因为成熟花粉具有的色氨酸酶系（促使合成生长素），通过授粉为其子房的发育提供。三倍体植株不能进行减数分裂的原因是由于卵原细胞3个染色体组（3N=33），减数分裂时同源染色体联会，从而不能正常产生卵细胞。由此可以获得的是倍体果实，但是没有种子的无籽西瓜。上述过程需要的时间周期为2年。第一年可以由专门的种子培育公司完成3N和2N的种子；农户直接购买配比好的3N和2N的种子，按照正常的栽培方法培育，当年就可以获得。抑制纺锤体的形成生长素紊乱三无籽西瓜单倍体育种采用花药离体培养的方法获得单倍体植株，再人工诱导染色体加倍，获取自交不发生性状分离的稳定遗传的纯系品种。优点：缩短育种年限。缺点：但方法复杂，成活率较低。名师面对面GUANGZHOUBOYAN单倍体育种在野外发现抗锈病（显性基因D控制的）小麦植株，如何快速获取可以稳定遗传的抗锈病的种子呢？名师面对面GUANGZHOUBOYAN杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种处理原理优点缺点杂交辐射、射线化学药剂秋水仙素花药离体培养基因重组基因突变染色体变异可以集中两个亲体的优良性状育种年限缩短，改良某些性状果大，茎秆粗，营养物丰富年限短，易稳定时间长有利不多，需大量处理发育迟，结实低高度不育，弱小名师面对面GUANGZHOUBOYAN●袁隆平（杂交水稻专家）2000年国家最高科学技术奖；2004年十大感动中国人物之一。颁奖辞：他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师时，已具有颠覆世界权威的胆识；当他名满天下时，却仍专注于田畴。淡薄名利，一介农夫，播撒智慧，收获富足。他毕生的梦想，就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪，最是风流袁隆平。事迹•袁隆平长期从事杂交水稻育种理论研究和制种技术实践。•1964年首先提出培育“不育系、保持系、恢复系”三系法利用水稻杂种优势的设想并进行科学实验。•1970年，与其助手李必湖和冯克珊在海南发现一株花粉败育的雄性不育野生稻，成为突破“三系”配套的关键。•1972年育成中国第一个大面积应用的水稻雄性不育系“二九南一号A”和相应的保持系“二九南一号B”•1973年,育成了第一个大面积推广的强优组合“南优二号”，并研究出整套制种技术。•1986年提出杂交水稻育种分为“三系法品种间杂种优势利用、两系法亚种间杂种优势利用到一系法远缘杂种优势利用”的战略设想。被誉为“世办杂交水稻之父”。年份197820002010种类普通水稻普通水稻&杂交水稻杂交水稻产量(吨/每公顷）3.5单产达到6.34预计13.5中国于１９９６年提出超级杂交水稻培育计划。推广应用杂交水稻所增产的稻谷每年可养活7000多万人口。到2004年底止，杂交水稻在中国已累计推广约3亿公顷，增产稻谷约4.5亿吨，成为中国解决粮食问题的关键技术。杂种优势：是指基因型不同的亲本相互杂交产生的杂种一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。杂种优势在F1代表现最明显。例如：我国劳动人民用马和驴杂交获得体力强大，耐力好的杂种——骡。杂种优势主要利用杂种F1代的优良性状，并不要求遗传上的稳定。需年年制种。如水稻的杂优种，每年农科站都有供应。袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪一种变异的原理？基因重组骡是驴与马杂交所产生的后代。至少在3000年前，在亚洲某些地区人们已经用骡来驮运物品了，现在世界上许多地区仍在使用骡来干重活儿。骡能吃苦耐劳，可以在马、驴等牲畜不能承担其艰苦的条件下工作。骡的高度、皮毛的均匀度、颈部和臀部的形状与马相似。此外头部短而粗，耳长，肢瘦，蹄小和毛短等方面像驴。练习题下图是用某种作物的两个品种①和②分别培育出④、⑤、⑥品种的示意图，试分析回答：①AABBEAb------------④D③AaBbFAabb----------⑤②aabbGAAaaBBbb----⑥（1）用①和②培育⑤所采用的D和F步骤分别是和。其应用的遗传学原理是。（2）用③培育⑤所采用的E和H步骤分别是——————————和。其应用的遗传学原理是。（3）用③培育⑥所采用的G步骤是。其遗传学原理是。H杂交自交基因重组花药离体培养秋水仙素处理幼苗染色体变异（单倍体育种）秋水仙素处理幼苗染色体变异（多倍体育种）P106