【人教版】高中生物必修二《 6_1 杂交育种与诱变育种》课件

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第1节 杂交育种与诱变育种 第六章　从杂交育种到基因工程 1.选择育种 原理：利用生物的变异，通过长期选择，汰劣留良，培 养出优良品种。 不足：育种周期长，选择的范围有限。 2.杂交育种 例如： 如何利用纯种的高秆抗锈病(DDRR)和矮秆不抗锈病(ddrr)的水稻植株获得优良性状且能稳定遗传的品种。 第一步： 先杂交得到高抗植株；第二步：将矮抗植株连续自交直至不再发生性状分离为止。 P DDRR × ddrr F1 DdRr F1: DdRr D_R_, D_rr , ddR_ , ddrr F2 × 连续自交直至到再发生性状分离为止 ddRR(矮抗) 像这样显性性状是优良性状，采用杂交育种必须连续自交4～5代后种子才相对较纯，育种年限至少 5 年。 一、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。 二、依据原理： 基因重组 三、常用方法： 杂交 自交 选种 自交 四、优点： 将不同个体的优良性状集中到一个个体上 五、缺点： 育种时间长 杂交育种 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。 选育纯种 选用纯合亲本杂交 利用现有基因重新组合 选种 连续自交 中国黄牛 ⅹ 中国荷斯坦牛 荷斯坦牛 假设现有长毛黑色猫（ BBEE ）和短毛白色猫（ bbee ），你能否培育出能稳定遗传的长毛白色猫（ BBee ）？ P BBEE × bbee F1 BbEe×BbEe F2 Bbee 或 BBee × bbee ！ 注意 1.动物育种一般采用杂交育种和诱变育种。 2.动物杂交育种中不能自交，所以F1不能自交，但可 以利用F1的雌雄个体进行杂交繁殖； 3.在F2中可以用测交的方法判断杂合子和纯合子； 4.动物杂交育种，不能用单倍体育种的方法。 5.比植物杂交育种所需年限短。 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F 1 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F 1 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。 2．单倍体育种 （1）原理： 染色体变异 （2）方法 ：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱 导染色体数目加倍。 （3）举例： 已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显 性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对 性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两 纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有 优良性状的新品种。 ①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1 ； ②取F1的花药离体培养得到单倍体； ③用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，选取具有矮秆抗病性状的个体即为所需类型。 （4）特点： 由于得到的个体基因都是纯合的，自交后 代不发生性状分离，所以相对于杂交育种来说， 明显缩短了育种的年限。 P　　　　　　　　DDRR　×　ddrr 　　 　　 ↓ F 1 　 　　　　　　　　DdRr 花药（配子）　DR Dr dR dr 单倍体　　　 DR Dr dR dr　 纯合子　　 DDRR　　 DDrr　　 ddRR　 ddrr 秋水仙素诱导染色体加倍 离体培养（组织培养技术 ） 减数分裂 选取ddRR（矮抗）即为所需类型 杂交 （亲本） F 1 F 2 （分离） 选择 F 3 （分离） 选择 杂交 育种 F 4 （稳定品种） 新品种 单倍体植株 纯合二倍体 纯合二倍体种子长出的植株 （选择与鉴定） 单倍体 育 种 花药离体培养 秋水仙素处理 ？ ？ ？ 3．多倍体育种： （1）原理： 染色体变异 （2）方法： 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，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，即可发育成 多倍体植株。 （3）举例： 三倍体无子西瓜的培育 诱变育种 1）概念： 人工利用 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。 2）优点： 能提高突变率， 产生新基因 ；在较 短时间 内获 得更多的优良变异类型。 3）应用： ①农作物新品种的培育 ，新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。如“黑农五号”大豆，产量提高了16%，含油量比原来提高了2.5%。 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。 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 变异频率高，大幅度改良某些性状 太空椒 普通椒 4）局限性 ：诱变育种的 方向 难以掌握 ，诱变体 难以 集中多个理想性状 。 5）克服方法 ：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。 原因：基因突变是随机不定向的。 讨论：怎样克服？ 课堂小结 基因重组 将不同个体的优良性状，集于一个个体上 杂交 自交 选种 自交 时间长，需及时发现优良品种 基因突变 辐射诱变，激光诱变，空间技术育种 提高育种频率，加速育种过程，或大幅度改良某些品种 有利变异少，需大量处理实验材料 依据原理 常用 方法 优点 缺点 应用 实例 杂交育种 诱变育种 常规育种 诱变育种 多倍体育种 单倍体育种 处理 杂交 用射线、激光、化学药品等处理生物 用秋水仙素处理种子或幼苗 花药离体培养 原理 通过 基因重组 把两亲本的优良性状组合在同一后代中 用人工方法诱发 基因突变 ，产生新性状，创造新品种或新类型 抑制细胞分裂中纺锤体的形成，使染色体数目加倍后不能形成两个细胞 ( 染色体变异 ) 诱导精子直接发育成植株，再用秋水仙素加倍成纯合体 ( 染色体变异 ) 特点 方法简便，但需较长年限方可获得纯合体 加速育种的进程，大幅改良某些性状，但突变后有利个体往往不多 器官大，营养物质含量高，但发育延迟，结实率低 缩短育种年限，但方法复杂，成活率较低 举例 高杆抗病与矮杆不抗病小麦杂交产生矮杆抗病品种 高产量青霉素菌株的育成 三倍体西瓜、八倍体小黑麦 抗病植株的育成 这些题你会做吗？ 1.杂交育种所依据的主要遗传学原理是( ) A.基因突变； B.基因自由组合； C.染色体交叉互换： D.染色体变异。 B 2 .在下列几种育种方法中，可以改变原有基因分子结构 的育种方法是( ) A.杂交育种 B.诱变育种 C.单倍体育种 D.多倍体育种 3.现代农业育种专家采用诱变育种的方法改良某些农作 物的原有性状，其原因是( ) A.提高了后代的出苗率 B.产生的突变全部是有利的 C.提高了后代的稳定性 D.能提高突变率以供育种选择 B D 4. 60 Co是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种。我国运用这种方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，在我国自己培养的棉花品种中栽培面积最大。 γ射线处理后主要引起 ，从而产生可遗传的变异。除γ射线外，用于诱变育种的其他物理诱变因素还有 、 和 。 答案： 基因突变；x射线；紫外线；激光 为提高农作物的单产量，获得早熟、抗倒伏、抗病等性状，科学工作者往往要采取多种育种方法来培育符合农民要求的新品种，请根据下面提供的材料，每小组设计一套育种方案： 已有的材料： A小麦的高秆（显性）抗锈病（显性）纯种，B小麦的矮秆不抗锈病纯种，C水稻的迟熟种子 非生物材料：根据需要自选 （1）育种名称： （2）所选择的生物材料： （3）希望得到的结果： （4）预计产生这种结果的（所需类型）的几率 （5）写出育种的简要过程（可用图解） （6）简答选择能稳定遗传的新品种的方法。 试试看，你行吗？ 生物材料： A小麦的高秆（显性）抗锈病（显性）纯种，B小 麦的矮秆不抗锈病纯种，C水稻的迟熟种子 非生物材料：根据需要自选 方案1： （1）育种名称： 杂交 育种 （2）所选择的生物材料： A、B 。 （3）希望得到的结果： 矮秆抗锈病 。 （4）预计F 2 产生这种结果的（所需类型）的几率： 3/16 。 （5）写出育种的简要过程（可用图解） 高抗ⅹ矮病 F1 高抗 自交 F 2 （高抗、矮抗、高病、矮病） 。 （6）简答选择能稳定遗传的新品种的方法。 将F 2 矮秆抗锈病品种连续自交，分离淘汰提纯到基本不分离为止。 方案2： （1）育种名称： 单倍体 育种 （2）所选择的生物材料： A、B 。 （3）希望得到的结果： 矮秆抗锈病 。 （4）预计产生这种结果的（所需类型）的几率： 1/4 。 （5）写出育种的简要过程（可用图解） 高抗ⅹ矮病 F 1 高抗 F 1 花药离体培养 单倍体植株，再经秋水仙素处理，染色体加倍成为纯合的高抗、矮抗、高病、矮病植株 。 （6）简答选择能稳定遗传的新品种的方法。 挑选矮秆抗锈病的植株即可。 方案3： （1）育种名称： 诱变 育种 （2）所选择的生物材料： C 。 （3）希望得到的结果： 早熟水稻 。 （4）预计产生这种结果的（所需类型）的几率： 极低或不出现 。 （5）写出育种的简要过程（可用图解） 用射线、激光照射或秋水仙素等化学试剂处理（或用太空飞船搭载）水稻，使之产生基因突变 。 （6）简答选择能稳定遗传的新品种的方法。 将处理的水稻种植下去，进行观察，选择矮秆抗倒伏的水稻，并纯化。 试试看，你能行吗？ 1.下图表示某种农作物品种：①和②两个品系培育出品种⑥的可能方法，请据图回答： ①AABB aabb② ⑤AABb AaBb③ Ab④ AAbb⑥ V I II III IV VI (1)指出下列各种交配方式：由品种①和②培育出③的过程I是 —————— ，由品系③培育出品种⑥经过的过程V是 —————— 。 （2）品系④是一种 ———— 植株，由品系③经过过程III培养品种④常用的方法是 ———— 。 （3）品种④形成品种⑥经过的过程 VI 中常用 ————— 处理。 （4）品种 ①直接形成品种⑤的过程需经 —————— ，由品种⑤产生品种⑥的最简便方法是 ——————— 。 （5）你认为成功率最高且工作量最小的培育品种⑥的途径是 ———————— 。（用过程I、II等以及 表示） 试试看，你能行吗？ 1.下图表示某种农作物品种：①和②两个品系培育出品种⑥的可能方法，请据图回答： ①AABB aabb② ⑤AABb AaBb③ Ab④ AAbb⑥ V I II III IV VI (1)指出下列各种交配方式：由品种①和②培育出③的过程I是 —————— ，由品系③培育出品种⑥经过的过程V是 —————— 。 （2）品系④是一种 ———— 植株，由品系③经过过程III培养品种④常用的方法是 ———— 。 （3）品种④形成品种⑥经过的过程 VI 中常用 ————— 处理。 （4）品种 ①直接形成品种⑤的过程需经 —————— ，由品种⑤产生品种⑥的最简便方法是 ——————— 。 （5）你认为成功率最高且工作量最小的培育品种⑥的途径是 ———————— 。（用过程I、II等以及 表示） 番茄: 1992年黑龙江农科院搭载 “ 组培大黄 ” 番茄纯系，经4代培育，育出 “ 宇番1号 ” 番茄新品种，亩产达6000千克，比原品种提高50％，维生素C含量为17．83毫克／100克，提高33．3％，可溶性固形物为2.9％，提高70.6％，目前已推广万亩。 白莲 : 1994年江西广昌白莲研究所搭载白莲种子442粒，培育出太空莲3号等新品种，亩产达120千克，比原品种提高88％，平均粒重2．2克，最大为3．3克（原品种平均粒重为1.1克），超过出口莲子标准。 “宇番1号”和太空莲3号中有没有产生新基因？ 2.太空中诱发基因突变的条件有哪些？ 3.航天诱变育种有哪些优点？ 4.地面上有哪些因素可以诱导生物产生基因突变？ 答案： 1.有新基因产生。 2.微重力、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空。 3.可以提高突变率，或大幅度地改良某些品种。 4.物理因素、化学因素和生物因素。