生物变异在生产实践中的应用情况介绍

生物变异在生产实践中的应用情况介绍第1页/共62页以下是杂交育种的参考方案：Ｐ高抗矮不抗Ｆ１高抗Ｆ２DDTTddttDdTt2/3ddTt9高抗3高不抗3矮抗1矮不抗1/3ddTT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代第2页/共62页试一试：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第3页/共62页长毛立耳短毛折耳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间交配选优测交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代第4页/共62页！注意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。第5页/共62页一、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？第6页/共62页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。第7页/共62页

例2：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600kg，最高达750kg，蛋白质含量增加8%-20%，生长期平均缩短10天。请回答：（1）水稻产生这种变异的来源是_______，产生变异的原因是________。基因突变

各种宇宙射线和失重及高真空的作用，使基因的分子结构发生改变。

（2）这种方法育种的优点有__________。能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状

第8页/共62页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。诱变育种的应用第9页/共62页第10页/共62页“神舟”五号搭载育成的巨人南瓜甘肃种植的太空育种的蔬菜第11页/共62页太空水稻搭载前后株系对比太空育种辣椒第12页/共62页二、诱变育种原理：

基因突变

方法：

优点：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。缺点：有利个体不多，须大量处理供试材料，工作量大。应用:太空辣椒的培育、青霉菌的选育等利用物理因素（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）处理生物，使生物发生基因突变。第13页/共62页第14页/共62页第15页/共62页例题2

假设水稻抗病（R）对感病（r）为显性，高秆（T）对矮杆（t）为显性。现有纯合的抗病高秆水稻和感病矮秆水稻。为了在较短的年限内培育出稳定遗传的抗病矮秆水稻，可采取以下步骤：⑴将纯合的抗病高秆水稻和感病矮秆水稻杂交，得到杂交种子。播种这些种子，长出的植株可产生基因型为______________________的花粉。⑵采用_______________的方法得到单倍体幼苗。⑶用______________处理单倍体幼苗，使染色体加倍。⑷采用_____________的方法，鉴定出其中的抗病植株。⑸从中选择表现抗病的矮秆植株，其基因型应是______。RT,Rt,rT,rt花药离体培养秋水仙素病原体感染RRtt第16页/共62页第17页/共62页第18页/共62页

如果体细胞在有丝分裂过程中，染色体完成了复制，细胞受到外界环境条件或内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，结果是染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是这个细胞中染色体数目加倍了。①如果这个细胞继续进行正常的有丝分裂，将会怎样呢？请思考②如果……多倍体第19页/共62页

多倍体的体细胞通常比二倍体的细胞大，其中所含染色体组多了，遗传物质也比正常多，会有什么变化呢？第20页/共62页多倍体草莓（上）和野生状态下的草莓（下）的比较资料5第21页/共62页第22页/共62页第23页/共62页

人工诱导多倍体的方法很多。目前最常用而且最有效的方法，是用秋水仙素来处理萌发的种子和幼苗。当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不分离，从而引起细胞内染色体的加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，将来就可以发育成多倍体植株。第24页/共62页第25页/共62页要点二用比较的方法掌握几种育种方法第26页/共62页第27页/共62页第28页/共62页

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，弱小第29页/共62页育种方法项目

杂交育种人工诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种举例矮秆抗锈病小麦青霉素高产菌株、太空椒单倍体育种获得的矮秆抗锈病小麦三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦产生人胰岛素的大肠杆菌、抗虫棉第30页/共62页【探规寻律】在具体育种工作中，育种目标不同，育种方案与策略应随之改变，现总结如下：(1)欲集中不同亲本的优良性状——杂交育种。(2)欲既集中优良性状，又缩短育种时间——单倍体育种。(3)欲获得较大果实或大型植株或提高营养物质含量——多倍体育种。(4)欲提高变异频率，“改良”或“改造”或直接“改变”现有性状，获得当前不存在的基因或性状——诱变育种。(5)欲实现“定向”改变性状——基因工程。第31页/共62页对于大多数生物而言，DNA是主要的遗传物质，有遗传效应的DNA片段叫基因，生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果.第32页/共62页1．转基因技术概念是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。第33页/共62页设想:

把抗虫的基因从某种生物(如苏云金芽孢杆菌)中提取出来,放入棉的细胞中,与棉细胞中的DNA结合起来,在棉中发挥作用。关键步骤：1.抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取；2.抗虫基因与棉的DNA“缝合”连接；3.抗虫基因进入棉细胞。如果这些问题得以解决，那么外源基因（抗虫基因）随棉细胞的分裂而增殖，并在棉细胞得以表达，还能将所获得的新性状稳定地遗传给后代。这样获得的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。第34页/共62页资料：转基因技术的应用将北极深海鱼的抗冻基因导入西红柿，使西红柿在冬天也能长期保存。第35页/共62页

胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上给病人注射的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4~5g胰岛素。所以用这种方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，且远远不能满足社会的需要。1979年，科学家将动物体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内表达成功。这样，用2000L大肠杆菌培养液就可以提取100g胰岛素，相当于从2t猪胰腺中提取的量。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素开始投入市场，其售价比用传统方法生产的胰岛素的售价降低了30％～50％。第36页/共62页

普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：例2第37页/共62页(1)A组由F1获得F2的方法是________，F2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占________。(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是________类。(3)A、B、C三组方法中，最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是________组，原因是________________________________________________________________________。第38页/共62页(4)通过矮秆抗病Ⅱ获得矮秆抗病小麦新品种的方法是____________________________。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占________。(5)在一块高秆(纯合子)小麦田中，发现了一株矮秆小麦。请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因(简要写出所用方法、结果和结论)。第39页/共62页(5)①矮秆的性状如果是环境因素造成的，不能遗传给后代；②矮秆性状如果是基因突变造成的，能够稳定地遗传给后代。【答案】

(1)自交2/3

(2)Ⅱ(3)C基因突变频率低且不定向(4)秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍100%(5)将矮秆小麦与高秆小麦杂交，如果子一代为高秆，子二代高秆∶矮秆＝3∶1(或出现性状分离)，则矮秆性状是基因突变造成的，否则，矮秆性状是环境引起的。第40页/共62页或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下,如果两者未出现明显差异，则矮秆性状由环境引起,否则，矮秆性状是基因突变的结果.第41页/共62页第42页/共62页

如图表示某种农作物品种①和②培育出⑥的几种方法，有关说法错误的是(

)A．经过Ⅲ培育形成④常用的方法是花药离体培养B．过程Ⅵ常用一定浓度的秋水仙素处理④的幼苗例1C．由品种①直接形成⑤的过程必须经过基因突变D．由品种①和②培育能稳定遗传的品种⑥的最快途径是Ⅰ→V第43页/共62页【解析】品种①的基因型为AABB，品种②的基因型为aabb，要培育出基因型为AAbb的品种⑥最快的途径应为单倍体育种，所以应为途径Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ，而Ⅰ→Ⅴ途径获得的子代中既有纯合子又有杂合子，还需要不断的连续自交进行筛选才能获得需要的品种⑥。【答案】

D第44页/共62页变式训练以下培育原理相同的一组是(

)A．太空椒和抗虫棉B．无籽番茄和“番茄—马铃薯”C．高产优质杂交水稻和青霉素高产菌株D．无籽西瓜和八倍体小黑麦解析：选D。太空椒、青霉素高产菌株属于人工诱变育种，原理是基因突变；番茄—马铃薯利用了植物体细胞杂交的方法；高产优质杂交水稻利用了杂交育种方法，原理是基因重组；抗虫棉属于基因工程，原理是基因重组；无籽番茄利用了生长素促进果实发育的原理；八倍体小黑麦和无籽西瓜的原理都是染色体畸变，属于多倍体育种.第45页/共62页(2)利用单倍体育种培育宽叶抗病植株第46页/共62页(3)利用多倍体育种培育无籽西瓜第47页/共62页

将①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如下图所示，下列分析错误的是(

)A．由③到④过程一定发生了等位基因分离、非同源染色体上非等位基因自由组合B．由⑤和⑥杂交得到⑧的育种过程中，遵循的主要原理是染色体畸变例2C．若③的基因型为AaBbdd，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4D．由③到⑦过程可能发生的基因突变、染色体畸变和基因重组，为生物进化提供原材料第48页/共62页【解析】

③到④过程诱变育种，若获得植株过程中无减数分裂，则无等位基因分离与非等位基因的自由组合；⑧植株产生过程为多倍体育种，其原理是染色体畸变；AaBbdd自交，后代中能稳定遗传(纯合子)的个体为1/2×1/2＝1/4；③到⑦过程经历了减数分裂，可能发生基因突变、基因重组和染色体畸变。【答案】

A第49页/共62页变式训练(2013·广东广州质检)小麦是一种重要的粮食作物，改善小麦的遗传性状是科学工作者不断努力的目标，下图是遗传育种的一些途径。第50页/共62页(1)以矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种过程中，F1自交产生F2，其中矮秆抗病类型出现的概率是__________，选F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至________________________________________________________________________。(2)如想在较短时间内获得上述新品种小麦，可选图中________(填字母)途径所用的方法。其中的F环节是________________。第51页/共62页(3)科学工作者欲使小麦获得燕麦抗锈病的性状，应该选择图中________(填字母)表示的技术手段最为合理可行，该技术手段主要包括：__________________________________________________________________________________________________。(4)小麦与玉米杂交，受精卵发育初期出现玉米染色体在细胞分裂时全部丢失的现象，将种子中的胚取出进行组织培养，得到的是小麦________植株。(5)两种亲缘关系较远的植物进行杂交，常出现杂交不亲和现象，这时可采用________________技术手段进行处理.(6)图中的遗传育种途径，____________(填字母)所表示的方法具有典型的不定向性。第52页/共62页解析：图中A、B为诱变育种，C、D为基因工程育种，E、F、G为单倍体育种，H、I为细胞工程育种，J、K为多倍体育种；(1)用矮秆易感病(ddrr)和高秆抗病(DDRR)小麦为亲本进行杂交，培育矮秆抗病小麦品种的过程叫做杂交育种，F1中矮秆抗病类型出现的概率是3/16，让F2矮秆抗病类型连续自交、筛选，直至不再发生性状分离，即新的品种培育成功；(2)要尽快获得矮秆抗病类型的新品种，应该采用图中E、F、G单倍体育种的方法；(3)欲使小麦获得燕麦抗锈病的性状，应该用基因工程的育种方法，其过程包括：提取目的基因，目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和表达；第53页/共62页(4)小麦与玉米杂交后，由于发育初期受精卵中玉米染色体全部丢失，

胚细胞中只剩下小麦生殖细胞中的染色体，因此将胚取出进行组织培养，得到的是小麦单倍体植株；(5)要克服远缘杂交不亲和的障碍，需要采用细胞工程育种的方法，让两个物种的体细胞融合，通过组织培养的方法培养杂种细胞，即可得到新的物种；(6)诱变育种具有典型的不定向性。答案：(1)3/16不再发生性状分离(2)E、F、G花药离体培养(3)C、D提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和表达(4)单倍体(5)植物体细胞杂交(6)A、B第54页/共62页易错辨析•技法提升易错警示育种方法的选择不恰当传统的农作物育种方法一般是杂交育种,如图为抗旱小麦的几种不同育种方法示意图.据图回答下列问题:例1第55页/共62页(1)图中A至D方向所示的途径表示________育种方法，其育种原理是____________。(2)若改良缺乏抗旱性状的小麦品种，不宜直接采用________的方法进行育种。(3)由G、H→J过程涉及的生物工程技术有_______________________________________________。【解析】

(1)杂交育种的原理是基因重组，通过杂交使不同亲本的优良性状集于一体，对于显性基因控制的性状,再通过连续自交，直到不发生性状分离才能获得生产需要的新品种。第56页/共62页(2)因为缺乏抗旱性状的小麦品种没有抗旱基因，植株通过减数分裂产生的雄配子中不存在抗旱基因,因此用花药离体培养方法直接处理没有抗旱基因的亲本不会达到目的.(3)G表示转基因技术，H→J表示植物组织培养技术。【答案】

(1)杂交基因重组(2)单倍体育种(3)基因工程(或基因拼接技术或DNA重组技术或转基因技术)