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1第二节生物变异在生产上的应用1.简述杂交育种的过程，说出人工诱变的方法和诱变育种的主要特点，举例说明杂交育种和诱变育种在农业生产中的应用。2.举例说出单倍体育种和多倍体育种的过程与特点。3.举例说出转基因技术及其应用。关注转基因生物和转基因食品的安全性。4.运用相关知识解决生产实际问题。[学生用书P66]一、杂交育种1．概念：有目的地将两个或多个品种的优良性状组合在一起，培育出更优良的新品种。2．原理：基因重组。3．手段：杂交、选择、纯合化。4．目的：培育动、植物优良品种。5．特点(1)只能利用已有的基因进行重组、不能创造新基因。(2)杂交后代会出现性状分离现象、育种进程缓慢、过程复杂。二、诱变育种1．概念：利用物理、化学因素诱导生物发生变异，并从变异后代中选育新品种的过程。2．原理：基因突变。3．手段：诱发突变和人工选择。4．方法(1)辐射诱变：如X射线、紫外线、γ射线。(2)化学诱变：如亚硝酸、硫酸二乙酯。5．特点(1)提高突变频率，为育种创造出丰富的原材料。(2)能在较短时间内有效地改良生物品种的某些性状。(3)改良作物品质，增强抗逆性。三、单倍体育种1．概念：利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。2．特点：植株小而弱、且高度不育。3．原理：染色体畸变。4．程序2(1)用常规方法(杂交)获得杂种F1。(2)花药离体培养获得单倍体幼苗。(3)用秋水仙素处理幼苗(单倍体)，成为可育的纯合植株。5．特点(1)缩短育种年限。(2)能排除显隐性干扰，提高效率。四、多倍体育种1．概念：利用物理、化学因素来诱导多倍体的产生，培育作物新品种。2．特点：细胞大、有机物含量高、抗逆性强。3．原理：染色体畸变。4．程序：正在萌发的种子或幼苗――→秋水仙素处理抑制纺锤体形成――→导致复制好的染色体不能分离――→导致染色体数目加倍――→正常分裂、分化多倍体植物。5．实例：三倍体无籽西瓜的培育。五、转基因技术1．概念：利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因(外源基因)转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。2．原理：基因重组。3．过程：用人工方法将人类所需要的目的基因导入受体细胞内，使其整合到受体细胞的染色体上。人工选择出具有所需新性状的个体。4．特点(1)增加生物变异的范围、实现种间遗传物质交换，定向改变生物性状。(2)针对性更强、效率更高、经济效益更明显。多倍体育种时为什么要用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，处理成熟的植株或休眠种子可以吗？提示：不可以，秋水仙素的作用对象是正在进行有丝分裂的细胞，成熟的植株细胞或休眠种子细胞大多不进行有丝分裂。不同育种目的下杂交育种的基本步骤[学生用书P67]1．培育杂合子品种在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。3(1)原理：主要利用F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定，将杂种一代作为种子直接利用。(2)基本步骤：选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1。(3)特点：高产、优质、抗性强，但需年年育种。2．培育纯合子品种(1)培育隐性纯合子品种的基本步骤选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体推广种植。(2)培育双显纯合子或一隐一显杂合子品种的基本步骤选取双亲P(♀、♂)→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体自交→F3→……→选出稳定遗传个体推广种植。(3)特点：操作简单，但需时较长。1．杂交育种是植物育种的常规方法，下列叙述合理的是()A．根据杂种优势原理，从子一代中即可选出B．从子三代中选出，因为子三代才出现纯合子C．既可从子二代中选出，也可从子三代中选出D．只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种解析：选C。若选育的新品种含显性基因，则在子二代选种后需再自交以确认是否为纯合子；若选育的新品种为隐性类型，则隐性性状一旦出现，即可确认为纯合子，可直接选出。2．现有A、B、C三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型为AAbbDD，C品种的基因型为AABBdd，三对基因分别位于三对同源染色体上。若要利用上述品种培育获得aabbdd植株至少需要几年()A．2年B．3年C．4年D．5年解析：选B。过程为：第一年aaBBDD×AAbbDDaaBBDD×AABBdd↓↓第二年AaBbDD×AaBBDd↓第三年播种基因型为aaBbDd的种子↓花药离体培养abd――→秋水仙素处理aabbdd(植株)4应用杂交育种方法的2个关键点(1)杂交育种只适合进行有性生殖的真核生物，用于同一物种不同品种间的个体；若该生物靠有性生殖繁殖后代，则必须选育出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离；若该生物靠无性生殖产生后代，那么只要得到该优良性状就可以了。(2)杂交育种常用方法①杂交→自交→选优→自交(选纯合子)。②杂交→选择→所需杂交品种(杂种优势)。几种育种方法的比较、育种图解的识别[学生用书P68]1．几种育种方法的比较原理方法实质优点缺点应用杂交育种基因重组①选育纯种：杂交→自交→选优→自交(连续)→选种；②选育杂种：杂交→杂交种产生新的基因组合，产生新的基因型使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即“集优”①育种所需时间较长②局限于同一种或亲缘关系较近的个体培育矮秆抗病小麦诱变育种基因突变物理方法或化学方法处理植株，再选择符合要求的变异类型获得新基因能提高突变频率，能较短时间内有效地改良生物品种的某些性状，改良作物品性有利个体不多，需大量处理供试材料，工作量大太空辣椒的培育单倍体育种染色体畸变①先将花药离体培养，培养出单倍体植株；②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素(或低温)处理获得纯合子一般得到的全为纯合子，自交后代不发生性状分离缩短育种年限(一般为两年)，能排除显隐性干扰，提高效率技术复杂，成活率低，需要与杂交育种配合用单倍体培育纯种矮秆抗病小麦多倍体染色体用一定浓度的秋水仙素(或低温)处理萌发的种子或幼苗染色体数目加倍育种周期短，能改良原有性状，提高产量一般只适合于植物，发育延迟，结实率三倍体无籽西5育种畸变(茎秆粗壮，叶片、果实和种子较大，营养物质含量较多)低瓜的培育转基因技术基因重组将一种生物特定的基因转移到另一种生物细胞中使“外源基因”得以表达，产生新的基因型定向改造生物，针对性强技术复杂，操作要求精细，难度大转基因抗虫棉2.育种图解的识别(1)首先要识别图解中字母表示的各种处理方法：A——杂交，D——自交，B——花药离体培养，C——秋水仙素处理，E——诱变处理，F——秋水仙素处理，这是识别各种育种方式的主要依据。(2)根据以上分析，可以判断“亲本→A→D→新品种”为杂交育种，“亲本→B→C→新品种”为单倍体育种，“种子或幼苗→E→新品种”为诱变育种，“种子或幼苗→F→新品种”为多倍体育种。(3)以上分析主要根据图解中各种处理方法识别育种方式，有的图解还可以根据个体的基因型变化进行分析。如图：根据基因型的变化可以判断：“甲×乙→AaBb→AAbb”为杂交育种；“甲×乙→AaBb→Ab→AAbb”为单倍体育种；“甲×乙→AaBb→AaBB→aaBb”为诱变育种；“甲×乙→AaBb→AAaaBBbb”为多倍体育种。6突破1育种原理图解3．番茄的抗病(R)对感病(r)为显性，高秆(D)对矮秆(d)为显性，控制上述两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。为获得纯合高秆抗病番茄植株，研究人员采用了如图所示的方法。回答下列问题：(1)若过程①的F1自交3代，产生的后代中纯合抗病植株占________。(2)过程②，若只考虑F1中分别位于n对同源染色体上的n对等位基因，则利用其花药离体培育成的单倍体幼苗的基因型，在理论上应有________种；若单倍体幼苗通过加倍后获得M株番茄，通过筛选得到的高秆抗病植株的基因型为________，约有________株。(3)过程③由导入抗病基因的叶肉细胞培养成转基因植株需要利用________________技术。(4)过程④“航天育种”方法中主要的变异类型是________。卫星搭载的种子应当选用刚萌发的而非休眠的种子，原因是_____________________________________________。解析：(1)由题干可知，F1的基因型为DdRr，则自交3代产生的后代中纯合抗病植株占(1－1/23)×1/2＝7/16。(2)F1中n对等位基因分别位于n对同源染色体上，则产生的配子类型有2n种，加倍后高秆抗病植株基因型为DDRR约有M/4株。(3)将抗病基因导入叶肉细胞后要培养成转基因植株需利用植物组织培养技术。(4)太空中有很多射线和微重力，可以引起基因突变，而所选的种子应为刚萌发的，因为刚萌发的种子细胞分裂旺盛，DNA在复制过程中才易发生基因突变。答案：(1)7/16(2)2nDDRRM/4(3)植物组织培养(4)基因突变种子萌发时进行细胞分裂，DNA在复制过程中容易受到外界因素的影响发生基因突变突破2育种方式的选择4．下列有关育种的说法正确的是()A．用杂交的方法进行育种，F1自交后代有可能筛选出符合人类需要的优良品种B．用辐射的方法进行诱变育种，诱变后的植株一定比诱变前的具备更多的优良性状C．用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，所育的种自交后代约有1/4为纯合子7D．用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的种和原品种杂交一定能产生可育后代解析：选A。用杂交方法育种，F1自交后代有可能筛选出符合人类需要的优良品种。用辐射的方法进行诱变育种，由于基因突变的多方向性和有害性，诱变后的植株不一定比诱变前具有更多的优良性状。用基因型为DdTt的植株进行单倍体育种，得到纯合子，自交后代全为纯合子。用基因型为DdTt的植株进行多倍体育种，所育的种是四倍体，和原二倍体品种杂交产生的后代是三倍体，高度不育。核心知识小结[要点回眸][规范答题]1.杂交育种的原理是基因重组，培养手段有杂交、选择、纯合化等。2.诱变育种的原理是突变，诱变方法有辐射和化学诱变。3.单倍体育种的原理是染色体畸变，处理方法有花药离体培养和秋水仙素诱导幼苗染色体加倍。4.多倍体育种的原理是染色体畸变，处理方法是秋水仙素处理萌发的种子、幼苗等。5.转基因技术的原理是基因重组，转基因技术实现了种间遗传物质的交换，针对性更强。[随堂检测][学生用书P69]1．(2016·浙江10月选考)用γ射线处理籼稻种子，选育出了新品种。该育种方法属于()A．杂交育种B．诱变育种C．单倍体育种D．转基因育种解析：选B。利用射线处理种子从而得到新品种，该育种方法属于诱变育种。2.(2016·浙江4月选考)用六倍体小麦和二倍体黑麦培育出异源八倍体小黑麦。这种育种方式属于()A．转基因育种B．辐射诱变育种C．化学诱变育种D．多倍体育种8解析：选D。六倍体小麦和二倍体黑麦杂交获得异源四倍体，然后用秋水仙素处理诱导染色体加倍，经选育得到异源八倍体小黑麦，这是人工诱导多倍体的育种方式，即多倍体育种。3．如图表示某种农作物品种①和②培育出⑥的几种方法，有关说法错误的是()A．经过Ⅲ培育形成④常用的方法是花药离体培养B．过程Ⅵ常用一定浓度的秋水仙素处理④的幼苗C．由品种①直接形成⑤的过程必须经过基因突变D．由品种①和②培育品种⑥的最快途径是Ⅰ→Ⅴ解析：选D。本题中所涉及的育种方式有诱变育种(Ⅱ→Ⅳ)、杂交育种(Ⅰ→Ⅴ)、单倍体育种(Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ)，原理分别是基因突变、基因重组、染色体畸变。其中单倍体育种能明显缩短育种年限，因为在单倍体育种过程中，每对染色体上的成对的基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离。4．某二倍体植物的体细胞中染色体数为24，基因型为AaBb，这两对基因遵循自由组合定律，请据图回答下列问题：(1)图中A所示的细胞分裂方式主要是________。(2)产生的花粉基因型有4种，由花粉发育成的单倍体有哪几种基因型？__________________。(3)若C处是指用秋水仙素处理，则个体①的体细胞中含染色体________条，通过这种方法最终获得个体①的育种方法的优势是___