【生物】染色体变异（第2课时）课件 2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

第23讲染色体变异与育种课时3-生物变异在育种中的应用第六单元遗传的物质基础如何获得单倍体植株？以单倍体植株为原料，怎样培育得到纯种的二倍体植株？杂交育种最终也可以获得纯种二倍体植株，与之相比，单倍体育种有哪些优缺点？4.三倍体无子西瓜两次传粉的目的5.三倍体无子西瓜都无子吗？6.单倍体与多倍体育种的相同点和不同点一、单倍体育种如何获得单倍体植株？以单倍体植株为原料，怎样培育得到纯种的二倍体植株？杂交育种最终也可以获得纯种二倍体植株，与之相比，单倍体育种有哪些优缺点？Dd花药离体培养技术花粉（D）花粉（d）幼苗（D）幼苗（d）滴加秋水仙素植株（DD）植株（dd）1单倍体育种过程：花药离体培养PF1配子DDTTDDttddTTddtt秋水仙素处理高杆抗病DDTT×矮杆感病ddtt高杆抗病DdTtDTDtdTdt单倍体植株DTDtdTdt需要的纯合矮抗品种杂交（诱导染色体数加倍）二倍体植株花药离体培养单倍体植株秋水仙素染色体加倍二倍体植株（纯合体）杂交、花药离体培养、

秋水仙素加倍、筛选

筛选Q：单倍体育种中秋水仙素处理萌发的种子吗？不能，因为单倍体往往高度不育，育种操作的对象一般是单倍体幼苗注意：单倍体育种和多倍体育种中都用到秋水仙素，但单倍体育种中是用秋水仙素处理单倍体幼苗，而多倍体育种中是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。花药离体培养≠单倍体育种：单倍体育种一般包括杂交、花药离体培养、秋水仙素处理和筛选4个过程，不能简单地认为花药离体培养就是单倍体育种的全部。2.原理：染色体数目变异3.优点:a.明显缩短育种年限得到的植株不仅能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合的，自交后代不发生性状分离。b.快速获得纯合子【思考】用秋水仙素处理单倍体一定能够获得纯合子吗？不一定，若亲本为二倍体，则获得的品种一定为纯合子，如：

如果单倍体体细胞中基因型为AB，经秋水仙素处理后基因型为AABB，是纯合子；若亲本为多倍体，则获得的品种不一定为纯合子，如：如果单倍体体细胞中基因型为Aa，经秋水仙素处理后基因型为AAaa，是杂合子。4.缺点：技术复杂，需与杂交育种配合。例.现有两小麦品种：矮秆感病(ddrr)，高秆抗病(DDRR)，如何获得矮秆抗病的优良品种(ddRR)？杂交育种P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTtF2D_T_D_ttddT_ddttddTT矮抗⊗需要的纯合矮抗品种连续⊗第1年第2年第3年及之后优点：能将多个亲本的优良性状集于一体缺点：育种时间太长花药离体培养PF1配子DDTTDDttddTTddtt正常植株（纯合）秋水仙素高杆抗病DDTT×矮杆感病ddtt高杆抗病DdTtDTDtdTdt单倍体植株第1年第2年DTDtdTdt需要的纯合矮抗品种单倍体育种二、多倍体育种

多倍体植物有生长旺盛，各器官粗壮，种子少或不产生种子的特性。凡是不以种子为收获目标的植物都可以考虑进行多倍体育种。观赏或用材植物某些水果非种子农作物

多倍体育种应用----------多倍体育种Q：可否人工诱导多倍体的形成呢？常用方法有哪些？低温和秋水仙素处理法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丝染色体移向两极数目加倍有丝多倍体什么时期？有丝分裂的前期Q：为什么要处理萌发种子或幼苗，处理成熟植株可不？

不行，秋水仙素的作用对象是正在有丝分裂的细胞，成熟的植株大多细胞不进行有丝分裂。4个染色体8个染色体无纺缍体形成染色体复制着丝点分裂无纺缍丝牵引若继续进行正常的有丝分裂染色体加倍的组织或个体四倍体二倍体有籽西瓜父本母本去雄授粉例1:无籽西瓜的培育普通西瓜（二倍体）种下去三倍体植株无籽西瓜花粉刺激2N西瓜幼苗(♀)秋水仙素4N西瓜植株(♀)2N父本产生的花粉提供精子3N西瓜种子(4N的瓜)3N植株3N无子西瓜用2N植株产生的花粉刺激第一年第二年过程：减数分裂过程中染色体联会紊乱不能形成正常的生殖细胞二倍体授粉二倍体（父本）四倍体（母本）三倍体种子秋水仙素第一年二倍体无子西瓜授粉第二年二倍体三倍体两次传粉：第一次传粉目的：杂交获得三倍体种子第二次传粉目的：刺激子房发育为果实实例1：练习与应用（）2.人们平常食用的西瓜是二倍体。在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理，可以得到四倍体植株。然后，用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，进行杂交，得到的种子细胞中含有三个染色体组。把这些种子种下去，就会长出三倍体植株。下图是三倍体无子西瓜的培育过程图解。据图回答下列问题。为什么用一定浓度的秋水仙素溶液滴在二倍体西瓜幼苗的芽尖?西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理可以抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，导致细胞内染色体数目加倍，从而得到四倍体植株。(2)获得的四倍体西瓜为何要与二倍体杂交?联系第1问，你能说出产生多倍体的基本途径吗?杂交可以获得三倍体植株。多倍体产生的途径为：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。(3)有时可以看到三倍体西瓜中有少量发育并成熟的种子，请推测产生这些种子的原因。三倍体植株一般不能进行正常的减数分裂形成配子，因此，不能形成种子。但是，也有可能在减数分裂时形成正常的卵细胞，从而形成正常的种子，但这种概率特别小。(4)无子西瓜每年都要制种，很麻烦，有没有别的替代方法?有其他方法可以替代。方法一：进行无性生殖，将三倍体植株进行组织培养获取大量培苗，再进行移栽；方法二：利用生长素或生长素类似物处理二倍体植株未受粉的雌蕊，以促进子房发育成无种子的果实，同时，在花期全时段要进行套袋处理，以避免受粉。根据三倍体无籽西瓜培育过程，回答：1.四倍体（母本）与二倍体（父本）杂交产生的西瓜其果肉细胞，种子的种皮和胚的染色体组数目各是多少？4,4,32.为什么以四倍体作为母本，不以二倍体作为母本？四倍体作母体，二倍体父本，此时得到的种子胚是三倍体，种皮是母本发育而来，为四倍体，胚的发育时间比种皮短，当胚完全发育时，种皮尚未完全发育，因此种皮薄。反之种皮厚，不利于播种发芽。3.处理后的植株，各个部位染色体数目是否都为4N？不一定，地上部分为4N，地下部分还为2N。请分析以下两个实验：①用适当适当浓度的生长素溶液处理未受粉的番茄花蕾，子房发育成无籽果实。②用二倍体与四倍体西瓜杂交，获得三倍体西瓜植株，给其雌蕊授以二倍体西瓜的花粉，子房发育成无籽西瓜。(1)番茄的无籽性状能否遗传？

；若取此番茄植株的枝条扦插，长成后的植株所结果实中是否有种子？

。(2)三倍体无籽西瓜性状能否遗传？

；若取其枝条扦插，长成后的植株子房壁细胞有

个染色体组。不能有能3①被子植物花的结构补充：被子植物的双受精作用子房花柱柱头雌蕊花药花丝雄蕊②被子植物的双受精作用的过程花开放以后，通过传粉，花粉粒被传送到雌蕊的柱头上，不久，花粉粒萌发并长出花粉管，里面的两个精子通过花粉管到达胚囊：一个精子和卵细胞结合形成受精卵；另一个精子和两个极核结合形成受精极核，这种受精方式----双受精被子植物子房的结构及双受精过程胚珠的结构花粉管精子卵细胞极核子房壁珠被珠孔(1个)(2个)胚囊子房子房壁胚珠胚囊珠被

1个卵细胞2个极核子叶胚芽胚轴胚根胚受精极核胚乳种皮种子果皮果实2N2N2N2N3N3N2N2N受精卵+1个精子+1精子

N+N2N+N③被子植物的种子和果实的形成被子植物不同结构基因型判断若母本AA，父本aa，判断下列基因型则子代种皮胚子叶胚乳果皮果肉AaAAAAaAAAA即种皮、果皮取决于母本。胚、胚乳取决于亲本双方,卵细胞与极核基因型一致Aa第一年所结的果实第二年所结的果实（三倍体）果实的位置果皮的染色体组数种皮的染色体组数胚中染色体组数胚乳中染色体组数四倍体植株上三倍体植株上443335无无实例2：香蕉的培育香蕉的祖先为野生芭蕉，个小而多种子，无法食用。香蕉的培育过程如下：野生芭蕉2n有籽香蕉4n加倍野生芭蕉×无籽香蕉3n受精作用2n←减数分裂→2nn无籽香蕉3n无性生殖这里的A、B、D代表的是染色体组，而不是基因实例3：普通小麦的形成过程第1步：杂交异源四倍体（4N）（ABDR）第2步：染色体加倍注意：这里的A、B、D、R代表的是染色体组，而不是基因。所以，异源四倍体（ABDR）是不可育的。第一年第二年普通小麦（6N）×小黑麦（2N）（RR）

（AABBDD）八倍体小黑麦（8N）（AABBDDRR）秋水仙素处理实例4：八倍体小黑麦的培育过程加倍植物体细胞杂交育种杂交育种诱导多倍体异源四倍体异源四倍体二倍体解题必备：植物体细胞杂交技术可用于多倍体育种P选三项目

体细胞杂交P1：2n(Aabb)与P2：2m(ccDd)生殖类型变异类型染色体数染色体组数基因组成植物体细胞杂交后代的遗传变化

P选三无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律染色体数目变异两亲本染色体数之和。2n+2m两亲本染色体组数之和。2+2两亲本基因型之和。AabbccDd解题必备：植物体细胞杂交技术可用于多倍体育种P选三多倍体育种程序正常的幼苗若干植株（多倍体）新品种秋水仙素甲品种×乙品种F1幼苗（单倍体）若干植株新品种花药离体培养秋水仙素诱导单倍体育种程序人工选择人工选择单倍体育种多倍体育种原理常用方法优势缺点小结：多倍体育种和单倍体育种的比较染色体组成倍增加染色体变异染色体变异染色体组成倍减少,再加倍后得到纯种花药离体培养后人工诱导染色体数目加倍秋水仙素处理萌发的种子、幼苗明显缩短育种年限得到的植株是纯合子操作简单技术复杂一些，需与杂交育种配合适用于植物，在动物方面难以操作用秋水仙素处理植株使染色体数目加倍,若操作对象是单倍体植株,叫单倍体育种,若操作对象为正常植株,叫多倍体育种,不要一看到“染色体数目加倍”就认为是多倍体育种。第23讲染色体变异与育种课时4-生物变异在育种中的应用第六单元遗传的物质基础三、选择育种驯化驯养

驯化是人们在生产生活实践当中出现的一种文明进步行为，是将野生的动物和植物的自然繁殖过程变为人工控制下的过程。因此，人类对这类资源的开发利用主要包括两个方面：植物的驯化和动物的驯化，它们出现的历史先后顺序也不尽相同，驯化的方式方法也在历史的发展中迥然不同。古印第安人是最早选择和培育玉米的，最突出的贡献是选育了果穗硕大、淀粉含量高的玉米。一、选择育种1.选择育种（1）定义：是指对现有品种群体中出现的自然变异进行性状鉴定、选择，培育出新品种的育种途径。（2）原理及方法就是利用自然的可遗传变异，进行优中选优，连续选优，使品种不断得到改良和提高。自然变异长期人工选择原理(汰劣留良)（3）优点：①优中选优，简单易行（4）缺点：②能保持原品种对当地生态条件适应性育种周期长。可选择的范围小。四、杂交育种高秆抗病矮秆感病品种一品种二设想你是一位小麦育种专家，遇到这样的情况：现有纯合的高秆抗锈病的小麦和矮秆不抗锈病的小麦，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.你用什么方法能把两个品种的优良性状结合在一起，又能把双方的缺点都去掉，得到矮秆抗病的优良品种？并用遗传图解表示出来。

高抗矮不抗F1

高抗DDTTddttDdTtddTt9高抗3高不抗3矮抗1矮不抗ddTT矮抗ddTTddTt矮抗ddTT矮抗矮抗矮不抗ddTTddTt杂交自交选优自交F3选优F2Ｐ(1)已知小麦的高秆(D)对矮秆(d)为显性，抗锈病(T)对易染锈病(t)为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染锈病两纯系品种，欲培育能稳定遗传的矮秆抗锈病的小麦，请探究下列问题：①如何使两种优良性状集中在同一植株上？两种优良性状集中在同一个体上的实质是什么？②杂交育种的选择从第几代开始？为什么？③从F2中选出矮秆抗锈病的个体，能否立即推广种植？为什么？提示：选用分别具有一优良性状的纯合亲本杂交，即可将两种优良性状集中在同一植株上。实质是将控制两种优良性状的基因集中在同一个体上。提示：从F2开始选择；因为从F2出现性状分离。提示：不能。因为矮秆抗锈病个体的基因型有ddTT和ddTt两种，其中ddTt的个体自交后会发生性状分离，不能稳定遗传。④怎样处理才能得到稳定遗传的矮秆抗锈病个体？(2)根据上述实例分析杂交育种的优缺点。①由上述实例可知，杂交育种的最大优点是什么？②依据(2)中实例分析，从亲本到获得可大田推广种植的种子至少需要几年时间？提示：从F2中选出矮秆抗锈病的个体，让其不断自交，在自交后代中逐步淘汰矮秆易染锈病的个体，直到不再发生性状分离，即为要选育的矮秆抗锈病的稳定遗传的纯合子品种——ddTT。提示：能将多个优良性状集中到同一个体上。提示：4年。③若选育的两种优良性状都是由隐性基因控制的，从F2中选出符合要求的个体后，还需要再连续自交吗？④从杂交后代性状类型以及育种时间等方面分析杂交育种方法的不足。b．培育周期长：杂交后代会出现性状分离现象，一般需要的时间较长。提示：不需要连续自交。因为隐性个体都是纯合子。提示：a.选育工作量大：杂交育种从子二代开始出现的性状类型多，需要及时发现符合要求的优良性状个体。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）？长毛折耳猫短毛折耳猫长毛立耳猫长毛立耳短毛折耳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中雌雄交配选优测交ＰＦ１Ｆ２F3长折短折！注意1、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交，可改为测交。2、一般比植物杂交育种所需年限短。长毛折耳猫1、概念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。2、原理基因重组3、方法杂交自交选种

自交纯合的优良品种多次4、优点5、缺点育种所需周期长，过程繁琐只能利用已有的基因重组，不能创造新的基因操作只能在种内进行目的性强，具有可预见性、具有杂种优势集优：能将同种生物的优良性状集中于一个个体杂种优势：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。四、杂交育种植物动物杂交F1间雌雄交配选优测交操作简便，技术要求低。6、对不同要求的育种操作过程(1)获得杂合子品种：(2)获得隐性纯合子品种：(3)获得显性纯合子品种：选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1(即为所需品种)选取符合要求的双亲杂交(♀×♂)→F1自交→F2→连续多代自交并逐代淘汰，选出符合要求的个体种植并推广植物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型，自交至不发生性状分离为止。动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。特点：需每年制种(植物)或因不可育而只能留存一代杂交水稻之父：袁隆平我国有一半以上的稻田种植杂交水稻。水稻产量从原来的每公顷4500多千克增加到7500千克。中国荷斯坦牛：荷斯坦—弗里生牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形成的优良种。泌乳期可达305天，年产乳量可达6300kg以上。中国黄牛×荷斯坦牛中国荷斯坦牛后来的袁隆平又多了一个梦想

——“海水稻”之梦为什么要研发种植海水稻呢？中国内陆有近15亿亩盐碱地啊！这些地如果没有被充分地利用将是多么大的一个损失！海水稻试种、推广成功后按照每亩盐碱地产值200-300公斤计算，可增产粮食500亿公斤多养活约2亿中国人！这不仅对我国粮食安全影响巨大，甚至将深刻改变人类的命运。据统计，目前全世界约有8亿饥饿人口，如果全球143亿亩盐碱地都能种海水稻，意义不言而喻！

袁隆平希望未来能够培育出亩产300公斤以上的海水稻。之所以定下这个目标，袁隆平说：种水稻需要施肥、灌水、治理病虫害，这些都需要成本，目前海水稻产量不高，亩产只有100公斤左右，是半野生状态，农民种了连成本都收不回，积极性就不高，但如果能提高到亩产300公斤，种海水稻就划得来了“种海水稻就划得来了。”一句最朴实的话语，说出了袁隆平的科研之道——让科技发展成果真正惠及人民我毕生的追求就是让所有人远离饥饿。

——袁隆平2．判断正误(1)动物杂交育种的过程中常通过连续自交的方式来获得稳定遗传的个体。()(2)杂交育种有操作繁琐、培育周期长等缺点。()(3)杂交育种的后代常表现为杂种优势。()×

×

√

杂交育种适用于进行

的生物，细菌是原核生物，不能进行有性生殖，所以不能用杂交育种的方法培育细菌新品种。有性生殖1、杂交育种适用于进行有性生殖的生物，细菌是原核生物，可以使用杂交育种的方法培育细菌吗？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，过程繁琐杂交育种的优点明显，但实际操作中会遇到不少困难。分析杂交育种的不足。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？什么样的情况下可产生新的基因？基因突变五、诱变育种利用物理因素（如X射线，紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸等）处理生物，使生物发生基因突变。从中筛选有利变异。（1）方法：（2）原理：基因突变（3）实例：“黑农五号”大豆“高产”青霉菌株太空育种5.诱变育种“黑农五号”大豆黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培育成“黑农五号”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%。5.诱变育种青霉菌高产菌株的选育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。5.诱变育种①提高基因突变频率,加速育种进程（4）优点：②产生新基因,大幅度地改良某些性。（5）缺点：①难以控制突变方向，具有一定的盲目性；②有利个体少，需大量处理实验材料。(不定向性)(害多利少性)5.诱变育种总结1：四种育种方法的比较类型杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种育种理育种法优点应用实例基因突变染色体变异基因重组染色体变异杂交→自交→选优→自交物理或化学的方法处理生物花药离体培养后再用秋水仙素加倍使不同亲本的优良性状集中于同一个体上提高变异频率加速育种进程明显缩短育种年限器官大型，营养含量高培育矮抗小麦培育青霉素高产菌株培育矮抗小麦三倍体无子西瓜的培育用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗总结2：根据育种程序图识别育种名称和过程杂交自交花药离体培养秋水仙素处理诱变处理秋水仙素处理转基因技术脱分化再分化包裹人工种皮①“可遗传”与“可育”。总结3：可遗传≠可育。三倍体无子西瓜、骡子、二倍体的单倍体等均表现为“不育”，但它们均属于可遗传变异。②“最简便”与“最快速”最简便着重于技术含量应为易操作，如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作。但最快速则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高。③“单倍体育种”与“花药离体培养”单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程；花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。六、基因工程育种④缺点：打破了远缘亲本杂交不亲和的障碍技术复杂③意义：（1）概念：基因工程又叫_________________或_______________，指按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，_________生物的遗传特性。基因拼接技术DNA重组技术定向改造6.基因工程育种(2)基因工程的工具：限制性核酸内切酶①基因的剪刀：___________________②基因的针线：__________________DNA连接酶③基因的载体：_____、_______和_____________质粒噬菌体动植物病毒基因工程的基本工具工具酶载体限制性核酸内切酶(限制酶)DNA连接酶6.基因工程育种(2)基因工程的工具：6.基因工程育种提取目的基因目的基因与运载体的结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定1234(3)基因工程的步骤6.基因工程育种①基因工程与作物育种：人们利用基因工程的方法，获得了________、________、具有___________的农作物，培育(4)基因工程的应用高产稳产优良品质出具有各种___________的作物新品种。抗逆性②基因工程与药物研制：用基因工程的方法能够高效地生产出各种高质量、低成本的药物。如：__________、_________、______________。胰岛素干扰素乙肝疫苗6.基因工程育种原理一定浓度的生长素可以促进果实的发育优点由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并

不

导致植物的基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的缺点该种方法只适用于植物

方法过程在

未受粉

的

雌

蕊柱头上涂上

涂抹一定浓度的生长素类似物溶液，子房就可以发育成无子果实。举例无子番茄的培育说明该种方法适用于植物7.植物激素育种例1.水稻中高杆(A)与矮杆(a),抗病(B)与染病(b)为两对相对性状，独立遗传。C为外源抗病基因。（1）图中杂交水稻过程为：_____________（2）图中单倍体育种过程为：_____________（3）图中多倍体育种过程为：_____________（4）图中诱变育种过程为：_____________（5）图中基因工程过程为：_____________①②①③④⑤⑥⑦例1.水稻中高杆(A)与矮杆(a),抗病(B)与染病(b)为两对相对性状，独立遗传。C为外源抗病基因。（6）②过程的操作为：__________________选种后连续自交选种（7）③过程的操作为：__________________花药离体培养（8）④和⑤过程的操作为：______________，④过程处理的对象为_________，⑤过程处理的对象为______________