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生物的变异与育种变异可遗传变异不可遗传的变异基因突变基因重组染色体变异染色体结构变异染色体数目变异重复缺失倒位易位个别染色体的增加减少染色体组增加减少中国荷斯坦牛镰刀型红细胞后代毛色各不相同比野生草莓大的变异类型白化症状罕见的白皮毛牛犊基因突变基因重组染色体结构变异染色体数目变异缺失重复复习目标：1、了解生物变异在育种上应用的实例；尝试将生物学原理用于生产和生活实际。2、归纳整理比较多种育种方法(杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种）的原理、常用方法、优缺点及意义。例题背景：中国的荔枝主要分布在南方广东、广西、福建、台湾等地。尤其是广东地区，栽培面积占全国的70％。其中，增城“西园挂绿”至为珍贵，被称为“荔枝之王”。“西园挂绿”外壳红中带绿，四分微绿六分红，每个荔枝都环绕有一圈绿线，果肉洁白晶莹，清甜爽口，挂齿留香，风味独特。植物育种的方法已知在荔枝的性状控制中，D（无绿线）对d（有绿线）显性，T（有甜味）对t（无甜味）显性。现有两株普通荔枝，一株的基因型是DDTT，另一株的基因型是ddtt。据题回答：（一）、假如你是育种专家，能否利用普通荔枝得到“西园挂绿”（ddTT）？请简要介绍你的育种方案。典型例题讲解Ｐ无绿有甜味有绿无甜味DDTTddttＦ１无绿有甜味DdTtＦ２无绿甜无绿无甜绿甜绿无甜ddTT绿甜ddTtddTTddTt绿甜ddTT绿甜绿甜绿无甜ddTtddTT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至少要几年？方案一：杂交育种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试一试：动物育种的方法BbeeＦ１Ｆ２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BBeeBBeeBbeebbeebbee长折短折长折长折短折杂交F1间交配选优测交ＰF3长折短折1、动物应为雌雄个体间相互交配，植物为自交。2、选优以后动物进行的是测交，植物为连续自交。3、最后在选种上，动物选择的是后代不发生性状分离的亲代，植物选择的是不发生性状分离的后代。(亲代已经用于制种）4、比植物杂交育种所需年限短。注意概念：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。依据原理：基因重组常用方法：优点：操作简单，目的性强，能使同种生物的不同优良性状集中于同一个体，具有预见性。缺点：育种年限长，杂交后代会出现性状分离，需连续自交才能选育出所需要的优良性状。而且只适用于有性生殖的生物，存在远缘杂交不亲和的障碍。杂交育种结合上述几个实例，小结如下：杂交自交选优自交杂交育种是利用基因重组的原理，一般发生在有性生殖的减数分裂过程中。微生物一般不能进行减数分裂，因此一般不用杂交育种的方法对微生物进行育种思考：杂交育种能否用于微生物育种？γ射线ＰDDTT无绿甜ddTT绿甜γ射线Ｐddtt绿无甜ddTT绿甜或方案二：诱变育种概念：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,从中选育出具有优良性状个体的育种方法。依据原理：基因突变常用方法：用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等)或化学因素(如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙酯等各种化学药剂)或空间诱变育种(用宇宙强辐射、微重力等条件)来处理生物。优点：可以提高突变率，加速育种进程，大幅度地改良某些品种,产生前所未有的性状。缺点：有利变异少，须大量处理实验材料诱变育种应用应用：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%。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。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。太空船把2000颗南瓜种子带上了太空，这些种子在宇宙里经过了综合射线的作用，回到地面后，经培育只有很少一部分能够发育成我们需要的优良性状，而大部分种子没有发育或并不是我们希望得到的优良性状。科研人员经过3个月的种植，长出150公斤各种颜色的大南瓜。②用于微生物育种例如青霉素的选育。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。诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。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。第一年第二年方案三：单倍体育种选取绿甜（ddTT）即为所需类型绿甜Ｐ无绿有甜味有绿无甜味DDTTddttＦ１无绿有甜味DdTt花药离体培养DTDtdTdt单倍体秋水仙素诱导染色体加倍纯合体DDTTDDttddTTddtt3、单倍体育种明显缩短育种年限，加速育种进程。利用单倍体作中间环节培育可育的纯合子只需两年时间可完成，而常规的育种方法获得一个纯系一般需5～8年时间原理优点方法染色体数目变异选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型。缺点技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。（二）为了改良“西园挂绿”，增城领导欲招聘高级育种工程师一名。要求在不改变“西园挂绿”原有外观品质的前提下把“西园挂绿”改良为无核、果大、糖分含量多。若你前往应聘，该怎样设计育种方案？方案提示：借鉴三倍体无子西瓜的育种方式（多倍体育种）4、多倍体育种植株茎秆粗壮，果实种子都比较大，营养物质含量提高。原理优点方法染色体数目变异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。缺点技术复杂，发育延迟，结实率低，一般只适合于植物。（三）荔枝介壳虫害严重影响了“西园挂绿”的产量，以前果农常采用喷洒农药、放养寄生蜂等方法来防治。如今科学家在一种细菌体内找到了它的抗性基因（L），请设计育种方案来有效减轻荔枝介壳虫危害。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→目的基因的检测与表达→筛选出符合要求的新品种。导入增殖、表达方案提示：基因工程育种结合提取原理方法缺点优点基因工程育种基因重组提取，构建，导入，检测与表达定向的改变生物的性状，克服了远源杂交不亲和的障碍操作技术复杂，可能引起生态危机生物育种的技术和方法有：杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种等。生物育种方法总结：类别杂交育种诱变育种单倍体育种多倍体育种基因工程育种原理常用方法优点缺点基因重组杂交→自交→选优将不同个体的优良性状集中于一个个体上后代易出现分离现象，育种时间长、过程复杂基因突变辐射诱变，激光诱变，空间育种染色体变异花药离体培养，再秋水仙素处理使染色体加倍明显缩短育种年限技术复杂，需与杂交育种配合，多限于植物染色体变异用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗果实大，营养物质含量高发育延迟，结实率降低基因重组提取，构建，导入，检测与表达定向的改变生物的性状，克服了种间杂交的障碍操作技术复杂，可能引起生态危机提高突变频率，加速育种过程，或大幅度改良某些品种突变方向不定，有利变异少，须大量处理实验材料1、下图是用某种作物的两个品种①和②分别培育出④、⑤、⑥品种的示意图，试分析回答：①AABBEAb------------④D③AaBbFAAbb----------⑤②aabbGAAaaBBbb----⑥（1）用①和②培育⑤所采用的D和F步骤分别是和。其应用的遗传学原理是。（2）用③培育⑤所采用的E和H步骤分别是和。其应用的遗传学原理是。（3）用③培育⑥所采用的G步骤是。其遗传学原理是。H杂交自交基因重组花药离体培养秋水仙素处理幼苗染色体变异秋水仙素处理幼苗染色体变异练习题2、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突变频率高，大幅度改良某些性状••3、用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：•①②•高秆抗锈病×矮秆易染锈病─→F1─→雄配子•③④•─→幼苗─→选出符合要求的品种，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是•A．这种育种方法叫杂交育种•B．过程④必须使用生长素处理•C．这种方法的最大优点是缩短育种年限•D．③过程必须经过受精作用•答案：C（2）八倍体小黑麦的培育普通小麦是六倍体(AABBDD)，体细胞中含有42条染色体，属于小麦属；黑麦是二倍体(RR)，体细胞中含有14条染色体，属于黑麦属。两个不同属的物种一般是难以杂交的，但也有极少数的普通小麦品种含有可杂交基因，能接受黑麦的花粉。杂交后的子一代含有四个染色体组(ABDR)，在减数分裂时由于染色体不能配对，因此不能形成配子，所以不育，必须用人工方法进行染色体加倍才能产生后代，染色体加倍后的个体细胞中含有八个染色体组(AABBDDRR)，小黑麦蛋白质含量高、抗逆性、抗病性强。3536•五、基因工程育种•一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为它们共用一套遗传密码。在该育种方法中需两种工具酶（限制性内切酶、DNA连接酶）和运载体（质粒），质粒上必须有相应的识别基因，便于基因检测。如人的胰岛素基因移接到大肠杆菌的DNA上后，可在大肠杆菌的细胞内指导合成人的胰岛素；抗虫棉植株的培育;将固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去，培育出固氮植物。固氮基因的表达方式为：•1．原理：基因重组（或异源DNA重组）和所有生物氨基酸遗传密码子的通用性。•物质基础是：生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。•其结构基础是：一般生物的DNA均为双螺旋结构。•2．方法和过程：•提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种。•这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。通俗地说，就是按照人们的主观意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。•重组的DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。•3．优缺点：不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行，育种时间短；可能会引起生态危机，技术难度大。•4．应用：科学家最初做抗虫棉试验时，虽然已经检测出棉的植株中含有抗虫的基因，但让棉铃虫食用棉的叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明抗虫基因还不能在高等植物中表达。科学家在研究的基础上，又一次对棉植株