生物②必修6.1《杂交育种与诱变育种》PPT课件

1、杂交育种与诱变育种第六章从杂交育种到基因工程 九十年代后期，美国学者布朗抛出“中国威胁论”，撰文说到下世纪年代，中国人口将达到亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机？袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪一种变异的原理？一种变异的原理？袁隆平袁隆平 一个属于中国一个属于中国也属于世界的名字也属于世界的名字他发起的他发起的“第二次绿色革命第二次绿色革命”给整个人类带来了福音给整个人类带来了福音。袁隆平袁隆平:农学家、杂交水稻育种专家。农学家、杂交水稻育种专家。1995年当年当选为中国工程院院士。选为中国工程院院士。事迹事迹v袁隆平长期从

2、事杂交水稻袁隆平长期从事杂交水稻育种理论研育种理论研究和制种技术实践究和制种技术实践。v1964年年首先提出首先提出培育培育“不育系、保持不育系、保持系、恢复系系、恢复系”三系法三系法利用水稻利用水稻杂种优杂种优势势的设想并进行科学实验。的设想并进行科学实验。v1970年，与其助手李必湖和冯克珊在年，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海南发现一株花粉败育的雄性不育野生稻，成为突破生稻，成为突破“三系三系”配套的关键。配套的关键。v1972年年育成育成中国第一个大面积应用的中国第一个大面积应用的水稻雄性不育系水稻雄性不育系“二九南一号二九南一号A”和相和相应的保持系应的保持

3、系“二九南一号二九南一号B”v1973年年,育成育成了第一个大面积推广的强了第一个大面积推广的强优组合优组合“南优二号南优二号”，并研究出整套，并研究出整套制种技术。制种技术。v1986年年提出提出杂交水稻育种分为杂交水稻育种分为“三系三系法品种间杂种优势利用、两系法亚种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间杂种优势利用到一系法远缘杂种优势利用势利用”的战略设想。被誉为的战略设想。被誉为“世办世办杂交水稻之父杂交水稻之父”。 年份年份197820002010种类种类普通水稻普通水稻普通水稻普通水稻&杂交水稻杂交水稻杂交水稻杂交水稻产量产量(吨吨/每公顷）每公顷）3.

4、5单产达到单产达到6.34 预计预计13.5中国于中国于年提出年提出超级杂交水稻培育计划。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推广应用杂交水稻所增产的稻谷每年可养活70007000多万多万人口。到人口。到20042004年底止，杂交水稻在中国已累计推广约年底止，杂交水稻在中国已累计推广约3 3亿公顷，增产稻谷约亿公顷，增产稻谷约4.54.5亿吨，成为中国解决粮食问亿吨，成为中国解决粮食问题的题的关键技术关键技术。 贡献贡献v 如今，我国大江南北的农田普遍如今，我国大江南北的农田普遍种上了袁隆平研制的杂交水稻。杂交水种上了袁隆平研制的杂交水稻。杂交水稻的大面积推广应用，为

5、我国粮食增产稻的大面积推广应用，为我国粮食增产发挥了重要作用。杂交水稻被世界誉为发挥了重要作用。杂交水稻被世界誉为中华民族的中华民族的“第五大发明第五大发明” ” 。v 袁隆平的杂交水稻引起了世界的关注，袁隆平的杂交水稻引起了世界的关注，许多国家的专家到中国来取经，印度、许多国家的专家到中国来取经，印度、越南等越南等2020多个国家和地区还引种了杂交多个国家和地区还引种了杂交水稻。袁隆平的努力，也为解决世界粮水稻。袁隆平的努力，也为解决世界粮食短缺问题作出了贡献。食短缺问题作出了贡献。 一、杂交育种一、杂交育种 是将两个或多个品种的优良是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经性状通

6、过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方过选择和培育，获得新品种的方法。法。想一想：植物杂交育种的方法想一想：植物杂交育种的方法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？练习练习1 1：某作物的高秆（：某作物的高秆（A A）对矮秆（）对矮秆（a a）为显性，）为显性，感病（感病（R R）对抗病（）对抗病（r r）为

7、显性。）为显性。AaAa和和RrRr是位于是位于非同源染色体上的两对等位基因。今有高秆抗非同源染色体上的两对等位基因。今有高秆抗病和矮秆感病纯种，人们希望利用杂交育种的病和矮秆感病纯种，人们希望利用杂交育种的方法在最少的世代内培育出矮秆抗病新类型。方法在最少的世代内培育出矮秆抗病新类型。应该采取的步骤是：应该采取的步骤是：（1 1）_（2 2）_（3 3）_让高秆抗病与矮杆感病的品种进行杂交得到让高秆抗病与矮杆感病的品种进行杂交得到F1F1自交得到自交得到F2在在F2群体中选出矮杆抗病的植株群体中选出矮杆抗病的植株例题例题2 ：下图是用某种作物的两个品种和分别培育出、：下图是用某种作物的两个品

8、种和分别培育出、品种的示意图，试分析回答：品种的示意图，试分析回答： AABB E Ab - D AaBb F AAbb-aabb G AAaaBBbb-（1）用和培育所采用的）用和培育所采用的D和和F步骤分别是步骤分别是 和和 。其。其应用的遗传学原理是应用的遗传学原理是 。（2）用培育所采用的）用培育所采用的E和和H步骤分别是步骤分别是 和和 。其应用的遗传学原理是其应用的遗传学原理是 。（3）用培育所采用的）用培育所采用的G步骤是步骤是_ 。其遗传学原理是其遗传学原理是_。杂交杂交自交自交基因重组基因重组花药离花药离体培养体培养秋水仙素秋水仙素处理幼苗处理幼苗染色体变异（单倍体育种）染色

9、体变异（单倍体育种）秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗染色体变异（多倍体育种）染色体变异（多倍体育种）练习练习2：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v 骡是公驴与母马杂交所产生的后代。公马与母驴杂交骡是公驴与母马杂交所产生的后代。公

10、马与母驴杂交的后代叫骡。的后代叫骡。v至少在至少在30003000年前，在亚洲某些地区人们已经用骡来驮年前，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。运物品了，现在世界上许多地区仍在使用骡来干重活儿。v骡能吃苦耐劳，可以在马、驴等牲畜不能承担其艰苦骡能吃苦耐劳，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。短等方面像驴。 例例3：现有：现有3个番茄品种，个番茄

11、品种，A品种的基因型为品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为品种的基因型为aaBBDD。3对等位基因分别位于对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形形、花色和果形3对性状。请回答：对性状。请回答：（1）如何运用杂交育种方法利用以上）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型个品种获得基因型为为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）的植株？（用文字简要描述获得过程即可）（1）A和和B杂交得到杂交一代，杂交一代再与杂交得到杂交一代，杂交一代再与C杂交，得杂交，得到杂交二代，杂交二

12、代自交，即可得到基因型为到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成的种子，该种子可长成aabbdd植株植株 （2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为）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？的植株最少需要多少年？4年年结合上述几个实例，请总结出杂结合上述几个实例，请总结出杂交育种的优点和缺点？交育种的优点和缺点？一、杂交育种一、杂交育种原理：原理： 基因重组基因重组方法：方法： 优点：优点：使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即个体上，即“集优集优”,能产生新的基因型

13、。能产生新的基因型。缺点：缺点：育种所需时间较长育种所需时间较长，只能进行本物种或亲缘关系较近，只能进行本物种或亲缘关系较近的物种杂交的物种杂交, ,杂交后代易出现性状分离，杂交后代易出现性状分离，不能克服远缘不能克服远缘杂交不亲合的障碍。杂交不亲合的障碍。应用：应用：用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育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矮秆抗病小麦 杂交杂交自交自交选优选优 自交自交杂交育种不能创造新的基因，杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间要长，那有没并且所需时间要长，那有没有能出现意想不到的结果，有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对要短的育并且需要时间相

14、对要短的育种方法呢？种方法呢？ 生产上利用杂种优势可以大幅度地提高产量。例如，杂交高梁比纯系高梁增产30%-50%，杂交水稻比纯系水稻增产20%左右。杂种优势杂种优势一九七九年，杂交水稻作为中国第一一九七九年，杂交水稻作为中国第一个农业技术专利转让美国。个农业技术专利转让美国。 v二二000年八月以袁隆平名字命名的高等院校年八月以袁隆平名字命名的高等院校“袁隆平科技学院袁隆平科技学院”在湖南成立，袁隆平出任名誉在湖南成立，袁隆平出任名誉院长。这是中国首家以科学家姓名命名的高等院校。院长。这是中国首家以科学家姓名命名的高等院校。v二二000年五月三十一日以袁隆平名字命名的袁隆平年五月三十一日以袁

15、隆平名字命名的袁隆平农业高科技股份有限公司股票农业高科技股份有限公司股票“隆平高科隆平高科(资讯资讯 行行情情 论坛论坛)”在深交所上网定价发行。这是中国证券市在深交所上网定价发行。这是中国证券市场首次以科学家名字命名上市公司和股票。场首次以科学家名字命名上市公司和股票。 二、诱变育种二、诱变育种 利用物理因素（如利用物理因素（如X X射线，紫射线，紫外线，激光等）或化学因素（如外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸等）处理生物，使生物发亚硝酸等）处理生物，使生物发生基因突变。生基因突变。能引起基因突变的方法有三大类：能引起基因突变的方法有三大类：物理方法有：物理方法有：化学方法有：化学方法有：生

16、物方法有：生物方法有：紫外线、紫外线、X X射线、激光等射线、激光等亚硝酸、硫酸二乙酯等亚硝酸、硫酸二乙酯等病毒等病毒等诱变育种诱变育种 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。 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

17、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%。 与杂交育种相比，诱变育种有什么与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。育种的局限性。 诱变育种的突出优点是：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。 缺点：难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。什么是作物空间技术育种，它的原理是什么？什么是作物空间技术育种，它的原理是什么？ 作物空间技术育种是利用返回式的卫星（或宇作物空间技术育种是利用返回式的卫星（或宇宙飞船，航天飞机）和高空气球，把农作物种子带宙飞船，

18、航天飞机）和高空气球，把农作物种子带到太空，使种子产生变异，从中选育新品种的育种到太空，使种子产生变异，从中选育新品种的育种方法。方法。 它的实质是利用弱地心引力，强烈辐射等多种它的实质是利用弱地心引力，强烈辐射等多种空间环境因素的诱变作用，因此又叫作物空间诱变空间环境因素的诱变作用，因此又叫作物空间诱变育种。育种。诱变育种诱变育种太空育种太空育种 利用太空环境研究植物生长发育和遗传变异的讲究始于上世纪60年代初期，迄今已有40多年的历史。前苏联(俄罗斯)、美国空间植物学研究的主要目标，定位在以探索空间条件下植物生长发育规律，改善空间人类生存的小环境，解决宇航员的食品供给及生存安全等，这是为了

19、将来“太空里的人类”。即使美国航空航天局于1995年建立了引力生物学中心，重点研究植物对引力的感受和反应，但其最终目标仍是开发出更加适于太空旅行的植物。而我国的太空育种则把更多的注意力投向如何利用空间环境资源，开辟选育植物优良品种的新途径，这是为了现在“地球上的人类”。因为目的的不同，导致现在有“中国已经走上太空育种的最前沿”一说。v自从1987年8月5日我国第一次利用返回式卫星搭载植物种子以来，已成功进行了10余次航天育种试验。前后共有70多种植物1000多个品种的植物种子经过太空育种，共吸引全国23个省市的70多个单位参与种子搭载试验。奇迹出现了水稻出现了大穗、大粒、优质、高产的效果，经航

20、天诱变育种培育出的航育1号水稻新品种株高降低14厘米，生长期缩短13天，增产5%-10，累计已推广30万亩。华航一号水稻新品种穗大，粒多、结实率高，可增产10，亩产达500公斤以上，已推广100万亩以上；小麦获得许多矮秆，丰产、早熟的后代作物，产量增长1015；青椒的优势亦很明显，长势十分喜人，已培育出一些高产、优质、抗病能力强的新品系，一种名叫872青椒，一个在250克以上，亩产5000公斤左右，维生素C含量增加20。苹果平均重量从90克提高到160克，亩产比地面良种对照组高30以上，丰产年份还达到122。江西广昌县利用航天育种培植出了特大粒白莲种卫星3号，每粒莲子重24克以上，比常规品种可

21、增产60。 诱变育种诱变育种太空育种太空育种空间生命科学空间生命科学：高真空高真空(108pa)微重力微重力(104g)强辐射强辐射(尤其是危害尤其是危害性极大的性极大的HZE）诱变育种太空育种 例例4：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达600kg，最高达，最高达750kg，蛋白质含量增加，蛋白质含量增加8%-20%，生长期平均缩短，生长期平均缩短10天。天。请回答：请回答：（1 1）水稻产生这种变异的来源是）水稻产生这种变异的来源是_ _ _ _，产生变异，产生变异

22、的原因是的原因是_。 基因突变基因突变 各种宇宙射线和失重的作用，使基因的分子各种宇宙射线和失重的作用，使基因的分子结构发生改变。结构发生改变。 （2）这种方法育种的优点有）这种方法育种的优点有_。能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状改良某些性状 二、诱变育种二、诱变育种原理：原理： 基因突变基因突变 方法：方法： 物理方法物理方法( (紫外线、紫外线、射线、失重等射线、失重等) )或化学方或化学方法法( (亚硝酸、硫酸二乙酯等亚硝酸、硫酸二乙酯等) )处理植株，再选择处理植株，再选择符合要求的变异类型符合要求的变异类型 优点：优点：产生

23、新基因和新的性状，能提高变异的频率，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。后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。缺点：缺点：有利个体不多，须大量处理供试材料有利个体不多，须大量处理供试材料 ，工作，工作量大量大 。应用应用:太空辣椒的培育太空辣椒的培育 、青霉菌的选育青霉菌的选育等等微生物的育种方面微生物的育种方面练习练习3 :请写出下面各项培育方法：请写出下面各项培育方法：（1 1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是是 。（2 2）用）用6060Co Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选

24、育出合成谷氨酸的新菌种，辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是所用方法是 。（3 3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是是 。（4 4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于质上属于 。（5 5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是培育出抗

25、倒伏、抗锈病的品种，所用方法是 。（6 6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是早、蛋白质含量高的品系，这种方法是 。单倍体育种单倍体育种 诱变育种诱变育种 多倍体育种多倍体育种 诱变育种诱变育种 杂交育种杂交育种 诱变育种诱变育种 杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种 多倍体育种多倍体育种单倍体育种单倍体育种处处理理 原原理理优优点点 缺缺点点三、比较各种育种的方法三、比较各种育种的方法 杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种 多倍体育多倍体育种种单倍体育单倍体育种种处处理理 原原理理 优优点点 缺

26、缺点点杂交杂交辐射、射线辐射、射线化学药剂化学药剂秋水仙素秋水仙素花药离花药离体培养体培养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可以集中两可以集中两个亲本的优个亲本的优良性状良性状育种年限缩短，育种年限缩短，改良某些性状改良某些性状果大，茎秆果大，茎秆粗，营养物粗，营养物丰富丰富年限短，年限短，易稳定易稳定时间长时间长有利不多，有利不多，需大量处理需大量处理发育迟，发育迟，结实低结实低高度不育，高度不育，弱小弱小育种的方法有多种，各有各的优点，我们育种的方法有多种，各有各的优点，我们要合理的有机结合各种方法，高效的达到要合理的有机结合各种方法，高效的达到各种目的。各种目的。如果水

27、稻的某迟熟（如果水稻的某迟熟（AA)品种品种,那么我们有什那么我们有什么好办法快速的得到早熟（么好办法快速的得到早熟（aa）品种？）品种？四、灵活创新、实际应用四、灵活创新、实际应用人工诱变人工诱变 + + 单倍体育种单倍体育种早熟早熟品种品种(aa)(aa)花药离花药离体培养体培养当年就可以培育出优良新品种！当年就可以培育出优良新品种！迟熟迟熟品种品种(AA)(AA)杂合杂合子子(Aa)(Aa)人工人工诱变诱变 幼苗幼苗 （A） 幼苗幼苗（a）秋水仙秋水仙素处理素处理迟熟迟熟品种品种(AA)(AA)秋水仙秋水仙素处理素处理时间：时间：例题例题5 5 ：假设水稻抗病（：假设水稻抗病（R R）对

28、感病（）对感病（r r）为显性，高杆）为显性，高杆（T T）对矮杆（）对矮杆（t t）为显性。现有纯合的抗病高杆水稻）为显性。现有纯合的抗病高杆水稻和感病矮杆水稻。为了在较短的年限内培育出稳定遗和感病矮杆水稻。为了在较短的年限内培育出稳定遗传的抗病矮杆水稻，可采取以下步骤：传的抗病矮杆水稻，可采取以下步骤： 将纯合的抗病高杆水稻和感病矮杆水稻杂交，得到杂交将纯合的抗病高杆水稻和感病矮杆水稻杂交，得到杂交 种子。播种这些种子，长出的植株可产生基因型为种子。播种这些种子，长出的植株可产生基因型为_ _的花粉。的花粉。 采用采用_的方法得到单倍体幼苗。的方法得到单倍体幼苗。 用用_处理单倍体幼苗，使

29、染色体加倍。处理单倍体幼苗，使染色体加倍。 采用采用_的方法，鉴定出其中的抗病植株。的方法，鉴定出其中的抗病植株。 从中选择表现抗病的矮杆植株，其基因型应是从中选择表现抗病的矮杆植株，其基因型应是_。RT, Rt, rT, r t花药离体培养花药离体培养秋水仙素秋水仙素病原体感染病原体感染RRtt 二、育种1、育种的概念：、育种的概念：2、育种方法、育种方法问题问题依据育种原理，结合前面所学知识，想一想依据育种原理，结合前面所学知识，想一想主要的育种方法有哪些？主要的育种方法有哪些？利用可遗传变异的原理，利用可遗传变异的原理，培育生物新品种的过程。培育生物新品种的过程。类型类型杂交育种杂交育种

30、人工诱变育种人工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理原理常用常用方法方法优点优点缺 点缺 点实例实例将具有不同将具有不同优良性状的优良性状的两亲本杂交两亲本杂交用物理或化学用物理或化学的方法处理生物的方法处理生物花药离体培养花药离体培养用秋水仙素用秋水仙素处理萌发的处理萌发的种子或幼苗种子或幼苗使位于不同个使位于不同个体的优良性状体的优良性状集中于一个个集中于一个个体上体上提高变异频提高变异频率加速育种率加速育种进程进程明显缩短明显缩短育种年限育种年限器官大型，器官大型，营养含量高营养含量高育种时间长育种时间长有利变异少有利变异少需大量处理需大量处理供试材料供试材料技术复杂，需与技术复杂，需与杂交育种配合杂交育种配合只适用于植物只适用于