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1、第二节第二节 生物变异在生产上的应用生物变异在生产上的应用什么是杂交育种？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。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
2、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：以下是杂交育种以下是杂交育种的的的的参考方案参考方案：高抗高抗 矮不抗矮
3、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代代练习：有两个不同的番茄品种，一个是抗病、黄有两个不同的番茄品种，一个是抗病、黄果肉的品种（果肉的品种（ssrr），另一个是易感病、），另一个是易感病、红果肉的品种（红果肉的品种（SSRR）。）。现目标要培育一个既抗病又是红果肉的新现目标要培育一个既抗病又是红果肉的新品种，并
4、且新品种的性状能稳定遗传。品种，并且新品种的性状能稳定遗传。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
5、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
6、物杂交育种所需年限短。、比植物杂交育种所需年限短。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。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
7、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 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
8、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
9、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
10、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
11、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：有利个体不多，须大量处理供试材料有利个体不多，须大量处理供试材料，工作量大工作量大。应用应用:太空辣椒的培育太空辣椒的培育、青霉
12、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。三三.单倍体育种单倍体育种1、概念的理解：体细胞中含有本物种配子染色体、概念的理解：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体称为单倍体
13、。通过学习知道单倍体是数目的个体称为单倍体。通过学习知道单倍体是不论染色体组数的，与二倍体、三倍体等多倍体不论染色体组数的，与二倍体、三倍体等多倍体的分法不一样，相对于二倍体生物，其单倍体的的分法不一样，相对于二倍体生物，其单倍体的体细胞中含有一个染色体组，相对于多倍体生物，体细胞中含有一个染色体组，相对于多倍体生物，其单倍体的体细胞中含有多于一个的染色体组，其单倍体的体细胞中含有多于一个的染色体组，应引起大家的注意应引起大家的注意。（分析学案P103考题5）2、特点：单倍体的植株小而弱，而且高度不育，特点：单倍体的植株小而弱，而且高度不育，因此单倍体本身在生产上没有任何经济价值。但因此单倍体
14、本身在生产上没有任何经济价值。但是若诱导其染色体加倍，可成为可育的纯合子。是若诱导其染色体加倍，可成为可育的纯合子。例题例题2 2 假设水稻抗病（假设水稻抗病（R R）对感病（）对感病（r r）为显性，高秆）为显性，高秆（T T）对矮杆（）对矮杆（t t）为显性。现有纯合的抗病高秆水稻）为显性。现有纯合的抗病高秆水稻和感病矮秆水稻。为了在较短的年限内培育出稳定遗和感病矮秆水稻。为了在较短的年限内培育出稳定遗传的抗病矮秆水稻，可采取以下步骤：传的抗病矮秆水稻，可采取以下步骤：将纯合的抗病高将纯合的抗病高秆水稻和感病矮水稻和感病矮秆秆水稻杂交，得到杂交水稻杂交，得到杂交种子。播种这些种子，长出的植
15、株可产生基因型为种子。播种这些种子，长出的植株可产生基因型为_的花粉。的花粉。采用采用_的方法得到单倍体幼苗。的方法得到单倍体幼苗。用用_处理单倍体幼苗，使染色体加倍。处理单倍体幼苗，使染色体加倍。采用采用_的方法，鉴定出其中的抗病植株。的方法，鉴定出其中的抗病植株。从中选择表现抗病的矮从中选择表现抗病的矮秆植株，其基因型应是植株，其基因型应是_。RT,Rt,rT,rt花药离体培养花药离体培养秋水仙素秋水仙素病原体感染病原体感染RRtt三三.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。学生认真阅读课本学生认真阅读
16、课本P84图图4-7，得出单倍体育种的，得出单倍体育种的优、缺点。优、缺点。三三.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？如果体细胞在有丝分裂过程中，染色体完成了如果体细胞在有丝分裂过程中，染色体完成了复制，细胞受到外界环境条件或内部因素的干扰，复制，细胞受
17、到外界环境条件或内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏纺锤体的形成受到破坏，结果是染色体不能被拉向，结果是染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是这个细两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是这个细胞中染色体数目加倍了。胞中染色体数目加倍了。如如果果这这个个细细胞胞继继续续进进行行正正常常的的有有丝丝分分裂裂，将将会会怎怎样样呢？呢？如果如果多倍体多倍体 多多倍倍体体的的体体细细胞胞通通常常比比二二倍倍体体的的细细胞胞大大，其其中中所所含含染染色色体体组组多多了了，遗遗传传物物质质也也比比正正常常多多，会会有有什什么么变变化化呢呢？多倍体草莓（上）和野生状态下的草莓（下）的比较多倍体
18、草莓（上）和野生状态下的草莓（下）的比较资料资料5 5 正常的水稻具有两个染色体正常的水稻具有两个染色体组。具有三个染色体组的水稻苗组。具有三个染色体组的水稻苗长得特别旺盛，很迟开花，所结长得特别旺盛，很迟开花，所结果实也全是空壳；具有四个染色果实也全是空壳；具有四个染色体组的水稻长得特别茂盛，虽说体组的水稻长得特别茂盛，虽说也能开花结果实，但生长期特别也能开花结果实，但生长期特别长，甚至要几年才能成熟！长，甚至要几年才能成熟！四倍体水稻（四倍体水稻（4848条染色体）比二条染色体）比二倍体水稻（倍体水稻（2424条染色体）蛋白质条染色体）蛋白质含量提高含量提高5%15%5%15%，千粒重增加
19、，千粒重增加1 1倍，单位面积增产达倍，单位面积增产达50%50%以上。以上。资料资料6 6 四四倍倍体体葡葡萄萄的的果果实实比比二二倍倍体体品品种种的的大大得得多多，四四倍倍体体番番茄茄的的维维生生素素C C的的含含量量比比二二倍倍体体的的品品种种几乎增加了一倍。几乎增加了一倍。多倍体多倍体优点优点：器官大，营养物质含量高。：器官大，营养物质含量高。缺点缺点：发育延迟，结实率低。：发育延迟，结实率低。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。人人工工诱诱导导多多倍倍
20、体体的的方方法法很很多多。目目前前最最常常用用而而且且最最有有效效的的方方法法，是是用用秋秋水水仙仙素素来来处处理理萌萌发发的的种种子子和和幼幼苗苗。当当秋秋水水仙仙素素作作用用于于正正在在分分裂裂的的细细胞胞时时，能能够够抑抑制制纺纺锤锤体体的的形形成成，导导致致染染色色体体不不分分离离，从从而而引引起起细细胞胞内内染染色色体体的的加加倍倍。染染色色体体数数目目加加倍倍的的细细胞胞继继续续进进行行正正常常的的有有丝丝分分裂裂，将将来来就就可可以以发发育育成成多多倍体植株。倍体植株。多倍体育种多倍体育种l秋水仙素处理萌发的幼苗时，可以诱导多倍秋水仙素处理萌发的幼苗时，可以诱导多倍体的产生，秋水
21、仙素的作用是体的产生，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三倍体植株不能进行减数分裂的原因是由于卵原细胞卵原细胞3个染色体组（个染色体组（3N=33），减数分裂），减数分裂时同源染色体联会时同源染色体联会，从而不能正常产生，从而不能正常产生卵细胞。由此可以获得卵细胞。由此可以获得的是的是倍体果实，但倍体果实，但是没有种子的无籽西瓜。是没有种子的无籽西瓜
22、。l上述过程需要的时间周期为上述过程需要的时间周期为2年。第一年可年。第一年可以由专门的种子培育公司完成以由专门的种子培育公司完成3N和和2N的种子；的种子；农户直接购买配比好的农户直接购买配比好的3N和和2N的种子，按照的种子，按照正常的栽培方法培育，当年就可以获得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 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多倍体育种种单倍体育单倍体
23、育种种处处理理原原理理优优点点缺缺点点杂交杂交辐射、射线辐射、射线化学药剂化学药剂秋水仙素秋水仙素花药离花药离体培养体培养基因重组基因重组基因突变基因突变染色体变异染色体变异可以集中两可以集中两个亲体的优个亲体的优良性状良性状育种年限缩短，育种年限缩短，改良某些性状改良某些性状果大，茎秆果大，茎秆粗，营养物粗，营养物丰富丰富年限短，年限短，易稳定易稳定时间长时间长有利不多，有利不多，需大量处理需大量处理发育迟，发育迟，结实低结实低高度不育，高度不育，弱小弱小学生练习：学生练习：1作业本作业本P50232学案学案P1129P110考题考题6 对于大多数生物而言，对于大多数生物而言，DNA是主要的
24、遗传物质，是主要的遗传物质，有遗传效应的有遗传效应的DNA片段叫基因，生物之所以体现片段叫基因，生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果出各种形态是基因表达的结果.几种生物的不同性状：几种生物的不同性状：1青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素。青霉素。2豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。3人的胰岛人的胰岛B细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省生产出人的胰岛素、干扰素等药物
25、。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染污染能实现吗？能实现吗？1转基因技术概念转基因技术概念是指利用分子生物学和基因工程的手段，是指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他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。新性状的技术。设想设想:把抗虫的基因从某种生物把抗虫的基因从某种生物(如苏云金芽孢杆菌如苏云金芽孢杆菌)中中提取出来提取出来,放入棉的细胞中放入棉的细胞中,与棉细胞中的与棉细胞中的DNA结合结合起来起来,在棉中发挥作
26、用在棉中发挥作用。关键步骤：关键步骤：1.抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取；抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取；2.抗虫基因与棉的抗虫基因与棉的DNA“缝合缝合”连接；连接；3.抗虫基因进入棉细胞。抗虫基因进入棉细胞。如果这些问题得以解决，那么外源基因（抗虫基因）如果这些问题得以解决，那么外源基因（抗虫基因）随棉细胞的分裂而增殖，并在棉细胞得以表达，还能随棉细胞的分裂而增殖，并在棉细胞得以表达，还能将所获得的新性状稳定地遗传给后代。将所获得的新性状稳定地遗传给后代。这样获得的由于外源基因的导入而引起原有遗传物质这样获得的由于外源基因的导入而引起原有遗传物质组成改变的生物称为转基因生物。组成改
27、变的生物称为转基因生物。资料：转基因技术的应用将北极深海鱼的抗冻基因导入西红柿，使将北极深海鱼的抗冻基因导入西红柿，使西红柿在冬天也能长期保存。西红柿在冬天也能长期保存。胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上给病人胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上给病人注射的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每注射的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰岛素。所以用这种方法生产胰岛素。所以用这种方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，且远远不能满足社会的需的胰岛素产量低，价格昂贵，且远远不能满足社会的需要。要。1979年，科学家将动物体内能够产生胰岛素的基因年，科
28、学家将动物体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内表达成分子重组，并且在大肠杆菌内表达成功。这样，用功。这样，用2000L大肠杆菌培养液就可以提取大肠杆菌培养液就可以提取100g胰胰岛素，相当于从岛素，相当于从2t猪胰腺中提取的量。猪胰腺中提取的量。1982年，美国一年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素开始投入市场，家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素开始投入市场，其售价比用传统方法生产的胰岛素的售价降低了其售价比用传统方法生产的胰岛素的售价降低了3050。干干扰扰素素是是病病毒毒侵侵入入细细胞胞后后产产生生的的一一种种糖糖蛋蛋白白。由由于于干
29、干扰扰素素几几乎乎能能抵抵抗抗所所有有病病毒毒引引起起的的感感染染，如如水水痘痘、肝肝炎炎、狂狂犬犬病病等等病病毒毒引引起起的的感感染染，因因此此，它它是是一一种种抗抗病病毒毒的的特特效效药药。此此外外，干干扰扰素素对对治治疗疗乳乳腺腺癌癌、骨骨髓髓癌癌、淋淋巴巴癌癌等等癌癌症症和和某某些些白白血血病病也也有有一一定定疗疗效效。传传统统的的干干扰扰素素生生产产方方法法是是从从人人血血液液中中的的白白细细胞胞内内提提取取的的，每每300L血血液液只只能能提提取取出出1mg干干扰扰素素。19801982年年，科科学学家家用用基基因因工工程程方方法法在在大大肠肠杆杆菌菌及及酵酵母母菌菌细细胞胞内内获获得得了了干干扰扰素素，从从每每1kg细细菌菌培培养养物物中中可可以以得得到到2040mg干干扰扰素素。从从1987年年开开始始，用用基基因因工工程程方方法法生生产产的的干干扰扰素素进进入入了了工工业业化化生生产产，并并且且大大量量投放市场。投放市场。学生阅读课本P86最后一段