2013-2020学年高一下学期生物必修2素材-第6章第1节.docx

第六章从杂交育种到基因工程第1节 杂交育种与诱变育种【备课资料】1、玉米的人工杂交玉米属雌雄同株植物,雄花生于玉米植株的顶端,雄花穗聚集成圆锥花序,雌花生于玉米植株侧面叶腋处,为肉穗花序。玉米开花一般是以雄穗散粉和雌穗吐丝为标志,雄穗先抽出,23 d后开头开花,自上而下依次开花,约需78 d。因品种和气候条件不同,通常在开花后其次至四天散粉最多,是采粉的最好时间。雌蕊花丝(花柱)伸出苞叶后,称为吐丝,一般约为25 d全部抽齐,花丝一经抽出,其各部位都具有受粉力量,一般可保持十多天,但以第一天至第三天内受粉牢固力最强。同一雌穗不同部位的雌花的发育阶段存在着差异,因此需要进行23次人工授粉,才能确保受粉完全。应当强调的是,这23次授粉所取的花粉必需是同一父本雄穗上的花粉,每次授粉后必需将原来的纸袋套好封住,以防其他植株上的花粉混入。授粉后就进入管理阶段,要经常观看并适时适量的浇水、松土和施肥,以保证玉米植株生长旺盛,子粒饱满。到收获的时候,肯定要留意按父本、母本的类型分门别类的摘取。摘取后放在不同的纸袋内,并在纸袋上注明被摘取的母本和父本的名称或编号、摘取时间、摘取人姓名,这点对于正确地分析试验结果格外重要。2、超级稻和中国的超级稻方案 超级稻是接受抱负株型塑造与籼粳杂种优势利用相结合，兼顾品质与抗性的技术路线选育的大幅度提高产量（大面积推广增产15%）的新型水稻品种。中国超级稻育种争辩主要包括南方的超级杂交稻和北方的常规超级稻两大部分。在世界水稻生产进展的历史上，单产曾消灭过两次大的突破。第一次始于20世纪50年月的矮化育种，即株型改良。其次次源于上世纪70年月杂交稻的培育成功与推广，即杂种优势利用。两次飞跃以后，在相当长一段时期内，水稻最高单产始终在550公斤左右徘徊。水稻在中国粮食生产中处于举足轻重的地位，年播种面积占总面积30%，总产约占粮食总产的40%，以稻米为主食的人口约占60%。在中国水稻育种进展史上，单产曾经消灭过两次重大突破。第一次是始于20世纪50年月末60年月初的矮化育种。其主要成就在于通过降低株高，使品种的耐肥抗倒性和收获指数大幅度提高。其次次是消灭在20世纪70年月初期的杂种优势利用。使中国水稻的产量水平平均亩产提高到400公斤以上，高产地区突破500公斤以上，进入世界先进水平。为了实现水稻单产的再次突破，农业部于1996年领先立项支持“中国超级稻育种及栽培体系”项目，确立了常规稻和杂交稻并举、三系法和两系法并重、生物技术与常规技术相结合的进展思路，在着力提高产量潜力的同时，留意改善稻米品质、增加病虫抗性和生态适应性，并提出了“最高单产2000年达到700公斤（一期）、2005年达到800公斤（二期）、2010年达到900公斤（三期）”的争辩目标。以促进水稻单产的第三次飞跃，为确保中国粮食平安供应重要的科技支撑。 3、品种的定义作物品种起源于野生植物，在野生植物中并没有品种之分。人类在栽培过程中为了满足自己的需要，经过长期选择和培育，使野生植物的性状向着人类需要的方向进展，才培育出各种作物品种。品种是指人类在肯定的生态条件和经济条件下，依据需要而制造的具有肯定经济价值、遗传性比较全都的家养动物或栽培植物的类型。品种是一种经济上的类别，是一种农业生产资料，在生产实践中经人类选择、培育而得，能适应肯定的自然、饲养或栽培条件。作为品种的生物具有相对稳定的遗传性，在肯定地区和肯定栽培条件下，在产量、品质、生育期、抗性和适应性等方面符合人类生产、生活的需要，并能用一般的繁殖方法保持其稳定性。4、杂种优势与杂交育种的区分杂种优势是生物界普遍存在的现象。它是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代，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。杂种优势具有以下特点：杂种优势不是某一两共性状单独表现突出，而是很多性状综合表现突出；杂种优势的大小，取决于双亲的遗传差异和互补程度；亲本基因型的纯合程度不同，杂种优势的强弱也不同；杂种优势在F1代表现最明显，F2代以后渐渐减弱。杂种优势在性状上表现为不同类型，如养分体发育较旺的养分型、生殖器官发育较旺的生殖型和对外界不良环境适应力量较强的适应型。育种实践上，人们常利用杂种优势获得较好的经济性状。早在2000多年前，我国劳动人民就用马和驴交配而获得体力强大、耐力好的杂种骡，首创了利用杂种优势的先例。杂种优势在植物中更是格外普遍的现象。为什么杂交种F1会有优势呢?这是一个比较简单的问题，人们从多个方面对其机理进行了争辩。一种比较通俗的解释是：一般来说，多数显性基因有利于个体的生长发育，而相对的隐性基因不利于生长和发育。通过杂交，亲本双方带入子代杂合子中的显性(有利)基因掩盖了隐性(有害)基因，因而表现出有利于生长发育的杂种优势。杂交育种通常是指把不同遗传类型的动物或植物进行交配，使优良性状结合于杂种后代中，通过培育和选择，制造出新品种的方法。它是动植物育种工作的基本方法之一。在杂交育种中应用最为普遍的是品种间杂交(两个或多个品种间的杂交)，其次是远缘杂交(种间以上的杂交)。生产上，经常把用杂交方法培育优良品种或利用杂种优势都称为杂交育种，事实上，两者之间是有区分的。杂交育种过程就是要在杂交后代众多类型中选留符合育种目标的个体进一步培育，直至获得优良性状稳定的新品种。杂交育种不仅要求性状整齐，而且要求培育的品种在遗传上比较稳定。品种一旦育成，其优良性状即可相对稳定地遗传下去。杂种优势则主要是利用杂种F1代的优良性状，而并不要求遗传上的稳定。作物育种上就经常在查找某种杂交组合，通过年年配制F1代杂交种用于生产的方法，取得经济性状，而并不要求其后代还能够保持遗传上的稳定性。5、太空育种简介太空育种主要是利用返回式卫星和高空气球所能达到的空间环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件诱发植物种子的基因发生变异的作物育种新技术。经受过太空游览的农作物种子返回地面后再进行种植，不仅植株明显增高增粗，果型增大，而且品质也得到提高。我国从1987年开头太空育种。1987年8月5日我国放射的第9颗返回式卫星首次搭载了青椒、小麦、水稻等一批种子，开头了我国太空育种的尝试。至今，我国已先后8次进行了太空育种试验。经过太空育种的青椒、番茄、黄瓜、水稻等作物，高产优质、抗病性强。美国曾进行过玫瑰的太空育种，期望获得玫瑰油产量高的突变体；俄罗斯曾经进行过圣诞树的太空育种，现在大面积种植在西伯利亚和哈萨克斯坦地区，从太空回来的圣诞树长得格外高大。6、核技术诱变育种核技术诱变育种是近些年来高新技术应用于植物新品种改良成效显著的新途径之一。争辩和实践证明，核辐射诱变技术可大大提高基因突变频率，在较短的时间里，制造出为育种目标所需要的种质材料，有的可直接利用成为新品种，有的则间接利用，成为杂交育种、杂种优势育种的亲本材料。 以核技术为核心植物诱变遗传操作技术，在植物遗传改良上有其独特的作用。首先，这项技术能够诱发出各种有用的突变基因，有时能诱发产生自然界稀有的或未曾有过的或用一般常规方法难以获得的新类型、新性状、新基因，特殊是在现在种群资源库中极为缺乏新的基因、当前遗传资源日益枯竭的状况下，接受诱发突变的方法来对已消逝的有用的基因进行人工再制造，显得尤为重要。其次，能够在原有遗传背景基本不变的状况下，直接使植物体消灭新的有用性状的变异，也就是较易诱发点突变，可在较短时间内使植物改良，从而缩短育种进程，提高作物改良效率。第三，能够适用于杂交育种所不能适用的养分繁殖植物、无融合生殖植物。第四，能够诱发消灭染色体结构和数目上的变异，促成易位系及非速倍体的发生。第五，与转基因技术，细胞融合技术结合，可促成原生质体非对称细胞融合，提高外源基因整合程度，提高转化效率。所以说，植物诱变遗传操作技术是制造新种质、选育新品种的有效途径，因其具有突变的“创新”优势，是常规技术难以替代的育种新手段，是现代育种技术的有力拓展，在作物品种遗传改进上占有重要地位。 随着生物技术、分子生物学的兴起和进展，核辐射诱变技术的争辩也有了拓宽和进展。比如国际原子能机构就格外重视利用核技术与现代生物技术的结合进行植株遗传改良，近年来他们组织的20多项国际协作争辩项目，大多数是核技术与远缘杂交、离体诱变、DNA分子标记帮助育种等生物技术结合，进行以高产、优质、多抗为目标的遗传改良或对主要和重要的突变基因进行鉴定、分别与克隆争辩，利用离体与突变技术进行种间或属间的基因转移，利用分子生物学技术争辩与绘制突变体的基因图、定位突变基因等。总之，不断创新的分子生物技术为核心技术遗传改良注入了新的活力，推动了核辐射诱变遗传操作技术向纵深进展。 我国的科学家们已经为植物诱变遗传操作技术的争辩提出了目标：2005年前，利用核技术（等离子体技术）诱发筛选主要农作物（水稻、小麦、玉米、棉花、大豆等）优质、多抗（抗病虫、抗逆境等）、雄性不育等优异新种质、新品种2030个，其产量较推广品种提高80%10%。扩大应用生产面积1亿亩，增产粮食3040亿公斤，创社会经济效益50亿元。到2021年，利用核技术（等离子体技术）制造主要农作物对农业生产产生重大影响的优质、多抗、超高产突变新种质、新品种15？20个，适应经济进展需要的主要农作物及无性繁殖作物（果树、花卉等）突变新种质、新品种100个，生产推广面积2亿亩，增产粮食7080亿公斤，创社会经济效益7080亿元。 7、袁隆平袁隆平，一个世人瞩目的名字。他为之奋斗的杂交水稻事业，被人们誉为“其次次绿色革命”，给整个人类带来了福音。而今，以他为首的一批农业科学家群体，即将掀起新一轮的绿色革命，攻克超级杂交稻这一世界难题。 现为中国工程院院士的袁隆平，从1964年开头致力于杂交水稻的争辩，1973年成功实现了三系杂交水稻的“三系配套”。1981年，国家将第一个特等创造奖授予袁隆平及他的争辩小组，袁隆平也因此获得联合国教科文组织“科学奖”等8项国际大奖，并被国际同行誉为“杂交水稻之父”。 面对接踵而至的荣誉，袁隆平没有沉醉，照旧探究不止。1987年，袁隆平发表了具有里程碑意义的重要论文杂交水稻育种的战略设想，提出三系法品种间杂种优势利用，两系法亚种间杂种优势利用和一系法远缘杂种优势利用这样三个战略进展阶段。同年，国家“863”方案将两系法杂交水稻争辩立为专题，袁隆平牵头组成了两系法杂交水稻争辩协作组，开展了全国性的协作攻关。争辩过程中几经波折，甚至消灭重大挫折，袁隆平以中国科学家过人的胆识和丰富的阅历，几度调整争辩方案，使得两系法杂交水稻争辩得以顺当进行。1995年袁隆平严峻宣布：两系法杂交水稻争辩基本成功。在两系杂交水稻育种理论的启发下，两系法杂交高粱、两系法杂交油菜、两系法杂交棉花、两系法杂交小麦相继争辩成功。我国农作物育种消灭了史无前例的辉煌。 “21世纪谁来养活中国人？”这是美国经济学家布朗博士提出的尖锐命题。袁隆平信任中国人肯定能依靠自己解决吃饭问题，他打算向更高峰发起冲击，选育超级杂交稻！方案用35年时间育成每公顷日产中晚稻100公斤或早稻90公斤、米质达部颁二级、抗两种以上主要病虫害的超级杂交稻。这一项目得到国务院总理朱镕基的高度重视，1998年，总理特批1000万元予以资助。 在跨入新世纪，进入学问经济时代之际，袁隆平称自己为农业科技战线上的一名老兵，他有两个最大的心愿：一是把超级杂交稻争辩成功；二是让杂交水稻进一步走向世界。在袁隆平制定的选育超级杂交水稻技术路线与超高产稻株形态模式的指导下，科技人员克服“重库轻源”的倾向，将形态改良与杂种优势利用有机地结合起来，已培育出一批超级稻苗头组合。如两系亚种间杂交组合培矮64SE32，1997年在江苏三个地方试种024公顷，平均产量为1326吨公顷，生育期130天，日产量达到102公斤公顷。在小面积上达到了超级杂交稻的选育目标。1998年又在江苏、湖南几个点试种25公顷，部分点的平均产量仍旧超过了12吨公顷。今年仅在湖南已布百亩片点26个，显示出很好的进展前景。为了将杂交水稻推向世界，袁隆平担当了联合国粮农组织首席顾问，多次赴印度、越南、缅甸、孟加拉等国指导杂交水稻育种和繁殖制种技术。同时，还为这些国家培训杂交水稻技术骨干。袁隆平亲自提倡并乐观创办了“湖南农平杂交水稻种子公司”和“杂交水稻培训中心”，面对全国、全世界推介杂交水稻，培训技术人员，至今已先后成功举办了3次国际学术争辩会和12期国际杂交水稻培训班，培训了来自20个国家的200余名科技人员。在中国的挂念下，越南和印度的杂交水稻进展很快，已应用于生产。 有关评估机构评估：“袁隆平”名字品牌价值10089亿元。袁隆平虽然淡泊名利，不想用自己的名字去赚钱，但以“袁隆平”名字作品牌创办股份公司就可以融集社会资金，加速科技成果的转化。今年，在同事们的支持下，他创立袁隆平高科技股份有限公司。股份公司的创立在全国农业科研单位走向市场上实现了零的突破。股份公司拥有袁隆平、周坤炉、张继仁等一大批世界及国内知名的科技家和丰富的技术成果储备，具有学问、技术、产业三大优势，将把具有世界性先进水平的高科技成果推向市场，使更多的农夫受益，使科研向高精尖方向进展发挥重大作用，为解决人类仍旧面临的粮食问题作出贡献。 袁隆平在书房内挂有自己写的一首七绝：“山外青山楼外楼，自然探秘永无休。成功易使人沉醉，莫把百尺当终点。”诗词表明白他探秘杂交水稻永无休止的决心。现已年届七旬的袁隆平每天仍旧要骑着自己的白色小摩托到杂交稻试验田观看争辩，他已经将杂交水稻争辩视为自己生活中不行缺少的一部分，照旧执着地为杂交水稻事业的进展奋斗不息，耕耘不止。8、人工培育异源多倍体异源多倍体是指不同的种杂交产生的杂种后代，经过染色体加倍形成的多倍体。多倍体植物中大多数是异源多倍体。常见的异源多倍体有小麦、燕麦、棉、烟草、苹果、梨、樱桃、菊、水仙、郁金香等。异源多倍体可以通过人工的方法进行培育。例如，萝卜和甘蓝是十字花科中不同属的植物，它们的染色体都是18条(2n=18)，但是二者的染色体间没有对应关系。将它们杂交，得到杂种F1。F1在产生配子时，由于萝卜和甘蓝的染色体之间不能配对，不能产生可育的配子，因而F1是高度不育的。但是假如由F1的染色体数目没有减半的配子受精，或者用秋水仙素处理，人工诱导F1的染色体加倍，就可以得到异源四倍体。在异源四倍体中，由于两个种的染色体各具有两套，因而又叫做双二倍体。这种双二倍体既不是萝卜，也不是甘蓝，它是一个新种，叫做萝卜甘蓝。很惋惜，萝卜甘蓝的根像甘蓝，叶像萝卜，没有经济价值。但是，这却供应了种间或属间杂交在短期内(只需两代)制造新种的方法。通过这种方法，人们已经培育出越来越多的异源多倍体新种。我国已故遗传育种学家鲍文奎经过30多年的争辩，在20世纪六七十年月用一般小麦(六倍体)与黑麦(二倍体)杂交，成功地培育出异源八倍体小黑麦新物种。一般小麦和黑麦分别属于不同的属，两个属的物种一般是难以杂交的。但是也有少数的一般小麦品种含有可杂交基因，称为“桥梁品种”。桥梁品种之间的杂交一代及其后代都很简洁与黑麦杂交。非桥梁品种也可以先与桥梁品种杂交，将可杂交基因传给后代，这样就可以广泛利用小麦资源与黑麦杂交了。用一般小麦作母本，雌配子中有3个染色体组(ABD)，共21条染色体，用黑麦作父本，雄配子中有1个染色体组(R)，7条染色体，杂交后的子一代包括4个染色体组(ABDR)。这4个染色体组来自不同属的种，因此，子一代不能进行正常的减数分裂，需要用人工的方法将子一代的染色体加倍，形成正常的雌、雄配子，才能受精、牢固，繁殖后代。由一般小麦和黑麦杂交，杂种子一代染色体加倍产生的小黑麦具有56(42+14)条染色体，是7的八倍，这些染色体组又来自不同属的物种，因此，把这种小黑麦称为异源八倍体小黑麦。小黑麦具有穗大、粒重、抗病性强、耐瘠性强、抗逆性强和养分品质好等优点，已经在我国西北、西南高寒地区试种成功，并且正在进一步推广。