第1节 杂交育种与诱变育种
第6章 从杂交育种到基因工程
玉米起源于美洲大陆，15世纪传入欧洲，16世纪经葡萄牙传入中国，现在遍布全世界。远在古代，美洲的印第安人就 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 条件下种植的，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，这样就选育出了具有优良性状的玉米品种。
选择
隔离
古印第安人是最早选择和培育玉米的，最突出的贡献是选育了果穗硕大、淀粉含量高的玉米。请分析古印第安人培育玉米的方法所隐含的遗传学原理及其优缺点。
（1）古印第安人培育玉米的方法称为 。
（2）这里的“选择”的含义是 。
选择育种
汰劣留良
防止劣质玉米与选择的具有优良性状的玉米杂交，使优良性状得到不断的积累。
优点：技术简单、容易操作。
缺点：选择范围有限，育种周期长。
（3）“用作祭的玉米是在隔离条件下种植的”其中
“隔离”作用是
（4）选择育种的优缺点是
小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？
Ｐ 高抗 　 矮不抗
Ｆ１ 　 高抗
Ｆ２
DDTT
ddtt
DdTt
ddTt
高抗 高不抗 矮抗 矮不抗
ddTT
矮抗 矮不抗
ddTt
ddTT
F3
多次自交直到后代不发生性状分离
一、杂交育种
(一)概念：
将两个或多个品种的 通过交配集中在一起，再经过 和 ，获得新品种的方法。
优良性状
选择
培育
(二)依据原理：
基因重组
进行杂交育种的个体一定是进行有性生殖的个体，只进行无性生殖的个体无法通过杂交育种培育新品种
杂交
自交
选优
自交
F3
选优
(三)常用方法：
几种常见的杂交育种步骤
选取双亲 子一代 子二代 选出符合要求的优良性状个体 子三代 选出符合要求的优良性状个体 ……选出稳定遗传的个体推广
1、培育纯合子品种：
a、培育隐性纯合子品种：
选取双亲 子一代 子二代 选出符合要求的优良性状个体就可以推广
b、培育显性纯合子品种：
2、培育双杂合子品种：
选取双亲 子一代。因为种子只能种一年，所以需要年年制种。
(四)应用
农作物应用：袁隆平杂交水稻
　2003年10月9日，30多年前颠覆了国际经典水稻理论的袁隆平再次让世界注意到了他。湖南省湘潭县泉塘子乡的超级杂交稻百亩示范片平均亩产达到807．46公斤，这个数字接近现在全国水稻平均亩产量的两倍，比普通杂交水稻的亩产量高出200公斤。水稻亩产从600公斤提高到800公斤是一个世界性的难题，而袁隆平从1997年提出“超级杂交稻计划”后，几乎每三年就能让杂交稻单产潜力成功提高100公斤，他的研究似乎是一株最为优良的作物——多产、稳定。
(四)应用
1.农业生产：
改良________________
提高农作物________________
作物品质
单位面积产量
高产、矮杆水稻的培育
实例：
×
中国荷斯坦牛是将国外的荷斯坦—弗里生牛引种后，与我国黄牛进行杂交和选育，逐渐形成的优良品种。这种牛的泌乳期可达305d，年产乳量可达6300kg以上。
(四)应用
2._____________育种：
年产乳量很高的中国荷斯坦牛的培育
家禽、家畜
培育适应性强的乳用、肉用或乳肉兼用型优良品种
实例：
杂交育种可形成新的基因吗？
思考
不能。杂交育种的原理是基因重组，只能产生新的基因型，不能产生新基因。
(五)优缺点
1.优点：
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”,能产生新的基因型。
2.缺点：
只能利用已有基因的重组，按需选择，不能 创造新的基因
a.
杂交后代会出现分离现象，进行纯化时工作量大，育种进程缓慢，过程复杂。
b.
现有3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。3对等位基因分别位于3对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形3对性状。请回答：
练习
（1）如何运用杂交育种方法利用以上3个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字简要描述获得过程即可）
（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要多少年？
A和B杂交得到杂交一代，杂交一代再与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，即可得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成aabbdd植株
4年
资料：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。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。
　　太空育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。 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。
1、太空莲3号中有没有产生新基因？
2、诱发基因突变的条件有哪些？
3、诱变育种有哪些优点？
4、有哪些因素可以诱导生物产生基因突变？
白莲:1994年江西广昌白莲研究所搭载白莲种子442粒，  培育出太空莲3号等新品种，亩产达120千克，比原 品种提高88％，平均粒重2.2克，最大为3.3克 （原品种平均粒重为1.1克），超过出口莲子标准。
有新基因产生。
微重力、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等
可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型
物理因素、化学因素和生物因素
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。
(一)概念：
利用 因素（如ⅹ射线、γ射线、_______ 、 等）或 因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生________。
(二)依据原理：
基因突变
(三)常用方法：
辐射诱变、激光诱变、
作物空间技术育种
二、诱变育种
物理
紫外线
激光
化学
基因突变
1、优点：
2、缺点：
(四)优缺点
提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。
难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
①农作物新品种的培育
新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。如“黑农五号”大豆，产量提高了16%，含油量比原来提高了2.5%。
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。
(五)应用
三、杂交育种、诱变育种、多倍体
育种和单倍体育种的比较
杂交
物理、化学因素处理
秋水仙素处理萌发的种子和幼苗
基因重组
基因突变
染色体变异
可以集中两个亲体的优良性状
缩短育种年限，大幅度改良某些性状
操作简单
年限短，易稳定
有利变异不多，需大量处理材料
适用于植物，在动物方面难以操作
技术复杂一些，需与杂交育种配合
不能创造出新的基因，育种时间长
花药离体培养→单倍体→秋水仙素处理→纯种

特别提示：
1.杂交育种只应用于进行有性生殖的植物和动物
2.诱变育种不仅能应用于有性生殖的植物，也可
应用于无性生殖的微生物
3.单倍体育种主要用于进行有性生殖的植物
4.多倍体育种适用于植物，在动物方面难以开展
1.请写出下面各项培育方法：
（1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是_______________。
（2）用60Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是 。
（3）用培育八倍体黑小麦的方法是 。
（4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于 。
（5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是 。
（6）硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是 。
单倍体育种
诱变育种
多倍体育种
诱变育种
杂交育种
诱变育种
练习
2.在下列几种育种方法中，可以改变原有基因分子结构的育种方法是：
A、杂交育种 B、诱变育种
C、单倍体育种 D、多倍体育种
答案：[ ]
3.现代农业育种专家采用诱变育种的方法改良某些农作物的原有性状，其原因是：
A、提高了后代的出苗率
B、产生的突变全部是有利的
C、提高了后代的稳定性
D、能提高突变率以供育种选择 答案：[ ]
B
D
4 .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：
① AABB E Ab ------------④
D ③AaBb F AAbb----------⑤
②aabb G AAaaBBbb----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______________。
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
H