高一生物杂交和诱变育种.ppt

锄禾日当午，汗滴禾下土。锄禾日当午，汗滴禾下土。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦。悯农唐悯农唐李绅李绅第一节第一节 杂交育种与诱变育种杂交育种与诱变育种九十年代后期，美国学者布朗抛出九十年代后期，美国学者布朗抛出“中中国威胁论国威胁论”，撰文说到下世纪年代，中，撰文说到下世纪年代，中国人口将达到亿，到时谁来养活中国，国人口将达到亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机？危机？培育农作物新品种是解决培育农作物新品种是解决问题的方法之一问题的方法之一问题情境：问题情境：最早的育种方法：最早的育种方法：玉米起源于美洲大陆，玉米起源于美洲大陆，15世纪传入欧洲，世纪传入欧洲，16世纪经世纪经葡萄牙传入中国，现在遍布全世界。远在古代，美洲葡萄牙传入中国，现在遍布全世界。远在古代，美洲的印第安人就选择和培育了许多穗大粒饱的玉米。原的印第安人就选择和培育了许多穗大粒饱的玉米。原来他们把玉米奉为神灵，用作祭祀的玉米是在隔离条来他们把玉米奉为神灵，用作祭祀的玉米是在隔离条件下种植的，经过精心管理和认真选育，不仅果穗硕件下种植的，经过精心管理和认真选育，不仅果穗硕大、颗粒饱满，而且品质优良，无任何杂粒，这样就大、颗粒饱满，而且品质优良，无任何杂粒，这样就选育出了具有优良性状的玉米品种。选育出了具有优良性状的玉米品种。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，人类摸索出杂交育种杂交育种的方法。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品种的杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经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。过选择和培育，获得新品种的方法。杂交育种与杂种优势的区别杂交育种与杂种优势的区别杂交育种杂交育种杂种优势杂种优势 小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（小麦高秆（D D D D）对矮秆（）对矮秆（）对矮秆（）对矮秆（d d d d）为显性，抗锈病（）为显性，抗锈病（）为显性，抗锈病（）为显性，抗锈病（T T T T）对）对）对）对不抗锈病（不抗锈病（不抗锈病（不抗锈病（t t t t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTTDDTTDDTTDDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（）和矮秆不抗锈病的小麦（）和矮秆不抗锈病的小麦（）和矮秆不抗锈病的小麦（ddttddttddttddtt），如果你是育种），如果你是育种），如果你是育种），如果你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTTddTTddTTddTT）？）？）？）？例如：例如：以下是杂交的育种参考方案以下是杂交的育种参考方案：高抗高抗 矮不抗矮不抗 高抗高抗DDTTddttDdTtddTt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代代试一试：动物的杂交育种方法试一试：动物的杂交育种方法假设现有长毛立耳猫（假设现有长毛立耳猫（假设现有长毛立耳猫（假设现有长毛立耳猫（BBEEBBEEBBEEBBEE）和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（和短毛折耳猫（bbeebbeebbeebbee），你能否培育），你能否培育），你能否培育），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（出能稳定遗传的长毛折耳猫（出能稳定遗传的长毛折耳猫（出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBeeBBeeBBeeBBee）？写出育种方案（图解）？写出育种方案（图解）？写出育种方案（图解）？写出育种方案（图解）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长毛立耳长毛立耳 短毛折耳短毛折耳BBEEbbee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间间交配交配选优选优测交测交 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1 1、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代、动物杂交育种中纯合子的获得不能通过逐代自交，而应改为测交。自交，而应改为测交。2 2、比植物杂交育种所需年限短。、比植物杂交育种所需年限短。例例2：现现有有3个个番番茄茄品品种种，A品品种种的的基基因因型型为为AABBdd，B品品种种的的基基因因型型为为AAbbDD，C品品种种的的基基因因型型为为aaBBDD。3对对等等位位基基因因分分别别位位于于3对对同同源源染染色色体体上上，并并且且分分别别控控制制叶叶形、花色和果形形、花色和果形3对性状。请回答：对性状。请回答：（1）如如何何运运用用杂杂交交育育种种方方法法利利用用以以上上3个个品品种种获获得得基基因因型型为为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，得杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为到杂交二代，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）如如果果从从播播种种到到获获得得种种子子需需要要一一年年，获获得得基基因因型型为为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，请总结出结合上述几个实例，请总结出杂交育种的优点和缺点？杂交育种的优点和缺点？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”,能产生新的基因型。能产生新的基因型。方法方法简单，操作容易。简单，操作容易。缺点：缺点：育种所需时间较长（自交选择需五育种所需时间较长（自交选择需五-六代六代,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育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 自交自交杂交育种不能创造新的基因，并且杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间要长，那有没有能出现意所需时间要长，那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对想不到的结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？要短的育种方法呢？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？基因重组基因重组我国奶牛的主要品种中国荷斯坦牛我国奶牛的主要品种中国荷斯坦牛（原称中国黑白花牛），是将国外（原称中国黑白花牛），是将国外的荷斯坦的荷斯坦-弗里生牛引进后，在我弗里生牛引进后，在我国经过长期驯化，与当地黄牛进行国经过长期驯化，与当地黄牛进行杂交和选育，逐渐形成的优良种。杂交和选育，逐渐形成的优良种。中国黄牛中国黄牛中中国国荷荷斯斯坦坦牛牛荷斯坦牛荷斯坦牛泌乳期可达泌乳期可达305天，年产乳量可达天，年产乳量可达6300kg以上。以上。思考与讨论杂交育种杂交育种不能不能创造新的基因。创造新的基因。杂交育种杂交育种所需所需时间时间要长要长 例例2：我我国国运运用用返返回回式式运运载载卫卫星星搭搭载载水水稻稻种种子子，返返回回地地面面后后种种植植，培培育育出出的的水水稻稻穗穗长长粒粒大大，亩亩产产达达600kg，最最高高达达750kg，蛋蛋白白质质含含量量增增加加8%-20%，生生长长期期平平均均缩缩短短10天天。请回答：请回答：（1 1）水稻产生这种变异的来源是）水稻产生这种变异的来源是_，产生变异的原，产生变异的原因是因是_。基因突变基因突变 各种宇宙射线和失重及高真空的作用，使基各种宇宙射线和失重及高真空的作用，使基因的分子结构发生改变。因的分子结构发生改变。（2）这种方法育种的优点有）这种方法育种的优点有_。能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状改良某些性状 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、射射线、紫外线，激光等）或化学因素线、紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处（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。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，产生的有射线的照射，产生的有利突变型。还有医学上应用的其他抗利突变型。还有医学上应用的其他抗菌素如链霉素、地霉素、金霉素等，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%。利用太空中的高真空、微重力、强辐利用太空中的高真空、微重力、强辐射等的作用，来诱导基因突变而培养射等的作用，来诱导基因突变而培养新品种的诱变育种方法。新品种的诱变育种方法。“神舟神舟”五号搭载育成的巨人南瓜五号搭载育成的巨人南瓜甘肃种植的太空育种的蔬菜甘肃种植的太空育种的蔬菜太空水稻搭载前后株系对比太空水稻搭载前后株系对比太空育种辣椒太空育种辣椒 二、诱变育种二、诱变育种原理：原理：基因突变基因突变 方法：方法：优点：优点：产生新基因产生新基因和和新的性状新的性状，能提高变异的频率，后代变能提高变异的频率，后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。异性状能较快稳定，加速育种进程。缺点：缺点：有利有利变异少变异少，须大量处理供试材料，须大量处理供试材料，工作量大工作量大。诱发诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状应用应用: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利用物理因素（如利用物理因素（如利用物理因素（如利用物理因素（如xx射线，射线，射线，射线，射线、紫外线，激射线、紫外线，激射线、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）光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变。处理生物，使生物发生基因突变。处理生物，使生物发生基因突变。处理生物，使生物发生基因突变。用于微生物育种用于微生物育种：中间为青霉菌，周围是细菌。中间为青霉菌，周围是细菌。1943年年20单位单位/mL2000年 5万万6万单位万单位/mL紫外线、紫外线、X光等光等多倍体育种多倍体育种 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。优点优点：器官大，营养物质含量高。缺点缺点：发育延迟，结实率低。多倍体育种多倍体育种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，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 单倍体育种单倍体育种 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。缺点缺点：但方法复杂，成活率较低。单倍体育种单倍体育种 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？杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种多倍体育种多倍体育种单倍体育种单倍体育种处处理理原原理理优优点点缺缺点点三、比较各种育种的方法三、比较各种育种的方法杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种多倍体育种多倍体育种单倍体育种单倍体育种依据依据原理原理常用常用方法方法优点优点缺点缺点应用应用实例实例通过基因重组，把两个亲本通过基因重组，把两个亲本的优良性状组合在同一个后的优良性状组合在同一个后代中，从而产生符合要求的代中，从而产生符合要求的新类型新类型用人工方法诱发用人工方法诱发基因突变，产生基因突变，产生新性状，创造新新性状，创造新品种或新类型品种或新类型抑制细胞分裂中纺锤抑制细胞分裂中纺锤体的形成，使染色体体的形成，使染色体的数目加倍后不能形的数目加倍后不能形成两个细胞成两个细胞诱导精子直接发育诱导精子直接发育成植株，再用秋水成植株，再用秋水仙素加倍成纯合子仙素加倍成纯合子杂交杂交辐射诱变，激光辐射诱变，激光诱变，空间技术诱变，空间技术育种育种用秋水仙素处理用秋水仙素处理萌发的种子或幼萌发的种子或幼苗苗花药离体培养花药离体培养提高育种频率，提高育种频率，加速育种过程，加速育种过程，或大幅度改良某或大幅度改良某些品种些品种将不同个体的优将不同个体的优良性状，集中于良性状，集中于一个个体上一个个体上抗病植株的抗病植株的育成育成自交后代不发生自交后代不发生性状分离，可缩性状分离，可缩短育种年限（短育种年限（2年）年）器官较大，营养器官较大，营养物质含量高物质含量高发育延迟，结实发育延迟，结实率低率低有利变异少，需有利变异少，需大量处理实验材大量处理实验材料料时间长，需及时时间长，需及时发现优良品种发现优良品种三倍体无子西瓜、三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦八倍体小黑麦青霉素经射线、紫青霉素经射线、紫外线照射以及综合外线照射以及综合处理，培育出青霉处理，培育出青霉素产量很高的菌株素产量很高的菌株小麦高茎（易倒伏）抗小麦高茎（易倒伏）抗锈病的纯种与矮茎（抗锈病的纯种与矮茎（抗倒伏）易染锈病的纯种倒伏）易染锈病的纯种进行杂交，培育出矮茎进行杂交，培育出矮茎抗锈病小麦品种抗锈病小麦品种高度不育，方法高度不育，方法复杂，成活率低复杂，成活率低育种的方法有多种，各有各的优点，我们育种的方法有多种，各有各的优点，我们要合理的有机结合各种方法，高效的达到要合理的有机结合各种方法，高效的达到各种目的。各种目的。如果水稻的某迟熟（如果水稻的某迟熟（AA)品种品种,那么我们有什那么我们有什么好办法快速的得到早熟（么好办法快速的得到早熟（aa）品种？）品种？四、灵活创新、实际应用四、灵活创新、实际应用人工诱变人工诱变+单倍体育种单倍体育种早熟早熟品种品种(aa)(aa)花药离花药离花药离花药离体培养体培养体培养体培养当年就可以培育出优良新品种！当年就可以培育出优良新品种！迟熟迟熟品种品种(AA)(AA)杂合杂合子子(Aa)(Aa)人工人工诱变诱变 幼苗幼苗 （A）幼苗幼苗（a）秋水仙秋水仙素处理素处理早熟早熟品种品种(AA)(AA)秋水仙秋水仙素处理素处理时间：时间：下图表示以某种农作物（下图表示以某种农作物（1）和（）和（2）两个品种为基础，）两个品种为基础，培育出（培育出（4）、（）、（5）、（）、（6）、（）、（7）四个品种的过程。）四个品种的过程。根据下图，回答下列问题：根据下图，回答下列问题：【答答案案】.(1).(1)杂杂交交 自自交交，基基因重组；因重组；（2 2）花花药药离离体体培培养养；人人工工诱诱导染色体加倍，缩短育种年限；导染色体加倍，缩短育种年限；（3 3）人工诱导多倍体，多倍体）人工诱导多倍体，多倍体（4）采用射线照射或药剂处理）采用射线照射或药剂处理等人工诱变方式等人工诱变方式 练习题练习题下图是用某种作物的两个品种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是其应用的遗传学原理是 。（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