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遗传育种专题江川一中张小玲我国拥有全世界1/4的左右的人口，然而耕地面积却只占全世界的1/10，因此，粮食问题是我国当前需要解决的一项重要课题。问题情境：●如果你是一位农民，怎样科学合理的种田以提高单位面积内粮食的产量？控制环境因素生物因素非生物因素同种生物，微生物害虫，杂草光，水，CO2，O2，温度，矿质元素●如果你是一位育种专家，可以采取哪些措施提高粮食的产量？（杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种、细胞工程育种）本节课复习目标：1、理解各种育种方法的目的、原理、处理方法、优缺点。2、了解教材中育种实例，尝试将生物学原理用于生产和生活实际。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。其中“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5-8年概念：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。杂交育种杂交自交选优自交第一年第二年方案二：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。育种方式目的原理处理方法优点缺点杂交育种单倍体育种结合上述几个实例，小结如下：集中双亲的优良性状基因重组杂交→自交→选优→自交→选优(纯合子)操作简单育种时间长短时间内获得纯合子染色体变异花药离体培养→秋水仙素处理→选种(纯合子)育种年限短技术较复杂,多限于植物。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Ｐ长毛立耳x短毛折BBEEbbee↓Ｆ1长毛立BbEe杂交♀长毛立BbEeX♂长毛立BbEeＦ２9长立:3长折:3短立:1短折(Bbee和BBee)↓选种测交F3长折长折短折BBeeXbbeeBbeexbbee↓↓杂交F1间杂交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、动物比植物杂交育种所需年限短。注意思考：两个亲本基因型分别为AAbb和aaBB,这两对基因按自由组合定律遗传,要培育出基因型为aabb的新品种,最简洁的育种方案是什么?培育隐性个体的方面杂交育种更简洁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？想一想:微生物有哪些育种方式?(诱变育种,基因工程,细胞工程)γ射线ＰDDTT无绿甜ddTT绿甜γ射线Ｐddtt绿无甜ddTT绿甜或方案三：诱变育种概念：利用物理因或化学因素来处理生物，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：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:特点:新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。①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。(黑农五号)资料：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。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。（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）无籽西瓜的培育过程1、第一年所结的果实中有种子吗？为什么？2、第二年所结的果实中有种子吗？为什么？3、用多倍体育种的方法获得的无子西瓜，无子性状是否遗传？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，抑制纺锤体的形成使染色体数目加倍，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•5．经典例题：•例（2007年天津理综卷）在培养转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。•请据图回答：•（1）A过程需要的酶有_______________________________________。限制性内切酶和DNA连接酶•（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是________________________________________。•（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还需加入____________。•（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用_______________________________作为探针。具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存（他们没有要求，具有多个限制酶切点，教材)卡那霉（界定是否带有标记基因，转基因是否成功）放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因•5．经典例题：•例（2003年江苏）用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是•A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的•B．该愈伤组织的细胞没有全能性•C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成•D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构•答案：B•例现有甲、乙两个烟草品种(2n＝48)，其基因型分别为aaBB和AAbb，这两对基因位于非同源染色体上，且在光照强度大于800勒克司时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa或bb)作用的结果。取甲乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800勒克司光照下培养，结果能分化发育成植株。请回答下列问题：•(1)甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为________和_________。•(1)aBAb•(2)在植物细胞融合技术中，常用_________除去_______,才能使用_________作为促融剂，促使其融合，融合后的细胞基因型是___________________。•(2)纤维素酶(答果胶酶也对)细胞壁聚乙二醇(答灭活的病毒也对)AaBb、aaBB、AAbb•(3