1、第一节第一节 杂交育种与诱变育种杂交育种与诱变育种改良动植物品种,最古老的育改良动植物品种,最古老的育种方法是种方法是选择育种选择育种:从每一代:从每一代的变异中选出最好的类型进行的变异中选出最好的类型进行繁殖、培育。但是选择育种周繁殖、培育。但是选择育种周期长,可选择的范围也有限。期长,可选择的范围也有限。在生产实践中,人类摸索出在生产实践中,人类摸索出杂杂交育种交育种的方法。的方法。什么是杂交育种?什么是杂交育种?杂交育种是将两个或多个杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中品种的优良性状通过交配集中在一起,再经过选择和培育,在一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法。获得新品种的
2、方法。例如:例如:名师面对面GUANGZHOUBOYANDDTTddttDdTtddTt高抗高抗 高不抗高不抗 矮抗矮抗 矮不抗矮不抗ddTT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一般的植物品种一般需要几代?需要几代?连续自交,直至不出连续自交,直至不出现性状分离为止。现性状分离为止。5-6代代名师面对面GUANGZHOUBOYAN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名师面对面GUANGZHOUBOYAN选优选优长毛立耳长毛立耳 短毛折耳短毛折耳B
3、BEEbbee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间交配间交配测交测交F3长折长折 短折短折思考:要培育出一个能思考:要培育出一个能稳定遗传的动物品种一稳定遗传的动物品种一般需要几代?般需要几代?3代代中国黄牛中国黄牛中国荷斯坦牛中国荷斯坦牛(泌乳期泌乳期305 d,年产乳量,年产乳量6300 kg以上以上 )荷斯坦荷斯坦-弗里生牛弗里生牛名师面对面GUANGZHOUBOYAN 例例2:现有:现有3个番茄品种,个番茄品种,A品种的基因型为
4、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,对同源染色体上,并且分别控制叶形、花色和果形并且分别控制叶形、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个品种获得基因个品种获得基因型为型为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,杂交,得到杂交二代,杂交二代自交,即可得到基因型为
5、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)如果从播种到获得种子需要一年,获得基因型为为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,请总结结合上述几个实例,请总结出杂交育种的优点和缺点?出杂交育种的优点和缺点?名师面对面GUANGZHOUBOYAN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
6、新的基因型。能产生新的基因型。缺点:缺点:育种所需时间较长(自交选择需育种所需时间较长(自交选择需五五-六代六代,甚至十几代甚至十几代)。应用:应用:用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培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育矮秆抗病小麦 杂交杂交自交自交选优选优 自交自交杂交育种只能利用已有的基因重组,按需选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,并且所需时间要杂交育种不能创造新的基因,并且所需时间要长
7、,那有没有能出现意想不到的结果,并且需长,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?要时间相对要短的育种方法呢?诱变育种诱变育种就是利用物理因素就是利用物理因素(如如X射线、射线、l在作物方面,应用诱变育种我在作物方面,应用诱变育种我国已培育出国已培育出100多种水稻、小麦、多种水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。例如用玉米、大豆等优良品种。例如用射线处理籼稻干种子,选出提早射线处理籼稻干种子,选出提早成熟成熟15天的新品种,丰产等性状天的新品种,丰产等性状仍旧保持下来,而且米粒中的蛋仍旧保持下来,而且米粒中的蛋白质的含量提高很多。又如用射白质的含量提高很多。又如用射线和其
8、他诱变剂处理大豆,培育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了的酶系,在同样的施肥和管理条件下可提高产量条件下可提高产量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,诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外,还采用还采用太空育种太空育种。我国已培育成功我国已培育成功许多太空作物:许多太空作物:太空育种太空育种主要是利用返回式卫星主要是利用返回式卫星和高空气球能达到的高空环境,和高空气球能达到的高空环境,通过通过强辐射、微重力和高真空强辐射、微重力和高真空等等条件使植物种子的基因发生基因
9、条件使植物种子的基因发生基因突变的作物育种新技术。突变的作物育种新技术。资料:资料:航天技术的发展,使人类利用太空资源的愿望航天技术的发展,使人类利用太空资源的愿望变成了现实。自变成了现实。自19871987年以来,中国利用自己研制的返回年以来,中国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船进行了式卫星和神舟号飞船进行了1111次航天育种搭载试验,试次航天育种搭载试验,试验品种达验品种达12001200多种。多种。航天诱变育种是利用太空的物理环境作为诱变因子,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太空环境条件很复杂,与地球表面主要差异是微重力(1
10、0103 3克克10106 6克)、宇宙射线、重粒子、变化磁场和克)、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高真空等,这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。变。据统计,航天育种变异率达据统计,航天育种变异率达4 4以上,株高变异为以上,株高变异为40cm40cm30cm30cm,果重变异达,果重变异达7070100100(蔬(蔬菜),生育期变异为菜),生育期变异为3 3天天1010天。天。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)当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄
11、宇航员成功返航时,一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。在太空周游了苗和作物、植物、花卉种子等。在太空周游了115115小时小时3232分钟,返分钟,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:回答:(1 1)作物种子从太空返回地面后种植,往往能出现新)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变异特征。这种变异的来源主
12、要是植物种子经太空中的的 辐射后,其辐射后,其 发生变异。请预测可能发生变异。请预测可能产生的新的变异对人类是否有益产生的新的变异对人类是否有益?,你判断的理,你判断的理由是由是 。(2 2)试举出这种育种方法的优点)试举出这种育种方法的优点宇宙射线等宇宙射线等 基因基因 不一定不一定 基因突变是不定向的基因突变是不定向的 能提高变异频率,加速育种进程,并能大幅度改良能提高变异频率,加速育种进程,并能大幅度改良某些性状某些性状 l医药工业应用的青霉素就是利用普通医药工业应用的青霉素就是利用普通青霉菌,经过青霉菌,经过X射线的照射,产生的射线的照射,产生的有利突变型。还有医学上应用的其他有利突变
13、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,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。和提高了抗菌素的生产。诱变育种的应用诱变育种的应用名师面对面GUANGZHOUBOYAN用于微生物育种用于微生物育种:例如青霉素的选育。: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年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行。后来人们对青霉菌多次进行X射射线线、紫外线紫外线照射以及综合处理,培
14、育成了青霉照射以及综合处理,培育成了青霉素高产菌株,目前青霉素的产量已达到素高产菌株,目前青霉素的产量已达到5000060000单位单位/mL。中间为青霉菌,周围是细菌。中间为青霉菌,周围是细菌。思考与讨论思考与讨论 与杂交育种相比,诱变育种有什么优点?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。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?要想克服这些局限性,可以采取什么办法?优点:优点:不足:不足:克服:克服:产生新基因和新的性状,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
15、程。后代变异性状能较快稳定,加速育种进程。诱变育种的诱变育种的方向方向难以掌握难以掌握,诱变体,诱变体难以集中多难以集中多个理想性状个理想性状。要想克服这些局限性,可以要想克服这些局限性,可以扩大诱变后代的扩大诱变后代的群体群体,增加选择的机会。,增加选择的机会。原因:基因突变原因:基因突变是随机不定向的。是随机不定向的。一、概念:一、概念:利用物理因素(如利用物理因素(如射线、射线、射线、紫外线、激射线、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。理生物,使生物发生基因突变。二、依据原理:二、依据原理:基因
16、突变基因突变三、常用方法:三、常用方法:辐射诱变、激光诱变、作物空间技术育种辐射诱变、激光诱变、作物空间技术育种四、优点:四、优点:可以提高突变率,加速育种过程,大幅度可以提高突变率,加速育种过程,大幅度地改良某些品种地改良某些品种,产生前所未有的性状。产生前所未有的性状。五、缺点:五、缺点:有利变异少,须大量处理实验材料,有利变异少,须大量处理实验材料,工作量大工作量大。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六、应用六、应用: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。
17、优点优点:器官大,营养物质含量高。:器官大,营养物质含量高。缺点缺点:发育延迟,结实率低。:发育延迟,结实率低。l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 。l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 。l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。l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
18、,按照正常的栽培方法培育,当年就可以获得 。抑制纺锤体的形成抑制纺锤体的形成 生长素生长素 紊乱紊乱 三三 无无籽西瓜籽西瓜 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。优点优点:缩短育种年限:缩短育种年限。缺点缺点:但方法复杂,成活率较低:但方法复杂,成活率较低。名师面对面GUANGZHOUBOYAN 在野外发现抗锈病(显性基因在野外发现抗锈病(显性基因DD控制的)小麦植株,如控制的)小麦植株,如何快速获取可以稳定遗传的抗锈病的种子呢?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 杂交育种杂交育种诱
19、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体的优个亲体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,弱小弱小名师面对面GUANGZHOUBOYAN 袁隆平(杂交水稻专家)袁隆平(杂交水稻专家
20、)2000年国家最高科学技术奖;年国家最高科学技术奖;2004年十大感动中国人物之年十大感动中国人物之一。一。颁奖辞:他是一位真正的耕颁奖辞:他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师耘者。当他还是一个乡村教师时,已具有颠覆世界权威的胆时,已具有颠覆世界权威的胆识;当他名满天下时,却仍专识;当他名满天下时,却仍专注于田畴。淡薄名利,一介农注于田畴。淡薄名利,一介农夫,播撒智慧,收获富足。他夫,播撒智慧,收获富足。他毕生的梦想,就是让所有的人毕生的梦想,就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪,远离饥饿。喜看稻菽千重浪,最是风流袁隆平。最是风流袁隆平。事迹事迹 袁隆平长期从事杂交水稻袁隆平长期从事
21、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。1964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。1970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。1972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系“二九南一号二九南一号B”1
22、973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”,并研究出整套制,并研究出整套制种技术。种技术。1986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、两系法亚种间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杂种优势利用到一系法远缘杂种优势利用用”的战略设想。被誉为的战略设想。被誉为“世办杂交水世办杂交水稻之父稻之父”。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)3.5单产达到单产达到6.34 预计预计
23、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。杂种优势杂种优势:是指基因型不同的亲本相: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、产量和品质等一种力、繁殖力、抗逆性、产量
24、和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。或多种性状上优于两个亲本的现象。杂种杂种优势在优势在F1代表现最明显。代表现最明显。例如:我国劳动例如:我国劳动人民用人民用马马和和驴驴杂交获得体力强大,耐力好杂交获得体力强大,耐力好的杂种的杂种骡骡。杂种优势主要利用杂种杂种优势主要利用杂种F1代的优良性代的优良性状,并不要求遗传上的稳定。状,并不要求遗传上的稳定。需年年制种。需年年制种。如水稻的如水稻的杂优种杂优种,每年农科站都有供应。,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?基因重组基因重组l 骡是驴与马杂交所产
25、生的骡是驴与马杂交所产生的后代。后代。l至少在至少在30003000年前,在亚洲年前,在亚洲某些地区人们已经用骡来驮运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物品了,现在世界上许多地区仍在使用骡来干重活儿。仍在使用骡来干重活儿。l骡能吃苦耐劳,可以在马、骡能吃苦耐劳,可以在马、驴等牲畜不能承担其艰苦的条驴等牲畜不能承担其艰苦的条件下工作。骡的高度、皮毛的件下工作。骡的高度、皮毛的均匀度、颈部和臀部的形状与均匀度、颈部和臀部的形状与马相似。此外头部短而粗,耳马相似。此外头部短而粗,耳长,肢瘦,蹄小和毛短等方面长,肢瘦,蹄小和毛短等方面像驴。像驴。练习题练习题下图是用某种作物的两个品种
26、下图是用某种作物的两个品种和和分别培育出分别培育出、品种的品种的示意图,试分析回答:示意图,试分析回答:AABB E Ab-D AaBb F Aabb-aabb G AAaaBBbb-(1)用)用和和培育培育所采用的所采用的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)用培育培育所采用的所采用的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其应用的遗传学原理是是 。(3)用)用培育培育所采用的所采用的G步骤是步骤是 。其遗传学。其遗传学原理是原理是 。H杂交杂交自交自交基因重组基因重组花药离体培养花药离体培养秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗染色体变异(单倍体育种)染色体变异(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)P106P106