第六章 从杂交育种到基因工程
第一节 杂交育种与诱变育种
学习目标
知识方面：
1、简述杂交育种和诱变育种的概念，举例说明杂交育种和诱变育种方法的优点和不足。
2、举例说明杂交育种和诱变育种在生产实践中的应用。
3、讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。能力方面：
通过对杂交育种和诱变育种的实例的分析和比较，提高运用遗传和变异规律解决生产、生活中的问题的能力。
情感态度和价值观：
1、讨论育种科学技术发展是科学、技术与社会相互作用。
2、体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。
3、通过对我国杂交育种和诱变育种成果的了解，关注我国的育种技术的发展及在国际上的竞争能力，认同育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性。
前面我们学习了基因的分离规律和自由组合规律，生物变异的来源——基因突变、基因重组、染色体变异，这些知识能否应用与育种呢？自从人类种植作物和饲养动物以来，就从未停止过对品种的改良。
一、导入
玉米品种A子粒多，但不抗黑粉病；品种B子粒少，但抗黑粉病。
1、用什么方法既能把两个品种的优良性状结合在一起，又能把双方的缺点都去掉？
2、在实际操作中可能会遇到哪些困难？怎样才能解决这些困难？
问题探讨
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，美洲的印第安人就选择和培育了许多穗大粒饱的玉米。
资料分析1
原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。
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 。
（3）“用作祭祀的玉米是在隔离条件下种植的”其中“隔离”作用是
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。
（4）选择育种的优点:

缺点：
（5）现代育种工作是否运用选择育种的“汰劣留良”这一措施？
技术简单、容易操作
选择范围有限，育种周期长
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），如果你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？用遗传图谱表示出来。
二、植物杂交育种的方法
1、植物杂交育种方案：
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
ddTT
ddTt
矮抗
ddTT
F3 矮抗
矮抗 矮不抗
ddTT 或ddTt
杂交
第一年
第二年
第三年
第四年
2、动物的杂交育种方法
假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）
长毛立耳
BbEe
长毛立耳
BbEe
长立 长折 短立 短折
Bbee
BBee
BBee
Bbee
bbee
bbee
长折
短折
长折
长折
短折
杂交
Ｐ
Ｆ１
Ｆ２
F3
长折
短折
！
1、动物杂交育种中理想个体的获得不能通过逐代自交，可改为测交。
2、比植物杂交育种所需年限短。
注意
我国科学家袁隆平多年来一直致力于杂交水稻的研究，取得了骄人的成绩。我国有一半以上的稻田种植杂交水稻。水稻产量从原来的每公顷4500多千克增加到7500千克。从1976年到1998年，累计增产粮食3.5亿吨，平均每年多解决约6000万人的粮食问题。近年来，全国杂交水稻年种植面积2．4亿亩左右，全中国年增产的稻谷可以养活7000多万人口。7000万意味着什么？每个人都能掂出其中分量。
三、杂交育种应用
×
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。
有没有能出现意想不到的结果，产生新基因的育种方法呢？
杂交育种的优点是很明显的，但是在实际操作中会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的各种类型，以及育种时间等方面，分析比较杂交育种方法的不足。
杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓慢，过程繁琐。
四、诱变育种
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。
　　航天诱变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（10－3克～10－6克）、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。
资料分析
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。
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？
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？
有新基因产生。

微重力、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空。

可以提高突变率，或大幅度地改良某些品种。

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。
1、概念：
利用物理因素（如ⅹ射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。
2、依据原理：
基因突变
3、常用方法：
辐射诱变、激光诱变、作物空间技术育种
4、优点：
可以提高突变率，加速育种过程，大幅度地改良某些品种,产生前所未有的性状。
5、缺点：
有利变异少，工作量大，须大量处理实验材料。
诱变育种
6、应用：太空作物的培育 、青霉菌的选育等。
6、诱变育种应用
2、用于微生物育种
例如青霉菌的选育。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。
1、农作物新品种的培育
在作物方面，应用诱变育种我国已培育出100多种水稻、小麦、玉米、大豆等新品种。
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%。
3、我国已培育成功许多太空作物和动物：诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外，还采用太空育种。
太空育种主要
是利用返回式卫星和高空气球能达到的高空环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件使植物种子的基因发生基因突变的作物育种新技术。
太空南瓜
中国首批太空实验育种动物
太空黄瓜
1、概念：
将两个或多个品种的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。
2、依据原理：
基因重组
3、常用方法：
4、优点：
将不同个体的优良性状集中到一个个体上
5、缺点：
育种时间长
杂交育种
课堂总结
杂交→自交（自由交配）→选优→自交（测交）
1、概念：
利用物理因素（如ⅹ射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。
2、依据原理：
基因突变
3、常用方法：
辐射诱变、激光诱变、作物空间技术育种
4、优点：
可以提高突变率，加速育种过程，大幅度地改良某些品种,产生前所未有的性状。
5、缺点：
有利变异少，工作量大，须大量处理实验材料。
诱变育种
6、应用：太空作物的培育 、青霉菌的选育等。
几种育种方法的步骤
高杆抗病
矮杆不抗病
F1
F2
原理：基因重组
诱变育种
原理：基因突变
多倍体育种
ABDR
不育杂种
原理：染色体变异
单倍体育种
X
F1
幼苗
DDTT
ddtt
DdTt
ddTT
DdTt
原理：染色体变异
基因重组
基因突变
染色体变异（成倍减少）
染色体变异（成倍增加）
杂交
用物理或化学方法处理生物
花药离体培养→单倍体→秋水仙素处理→纯种
秋水仙素处理
使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上
提高变异频率
加速育种进程
有利变异少，需大量处理供试材料
明显缩短育种年限，育种时间较短。
技术复杂，需与杂交育种配合
各种器官大、营养成分高、抗性强
与杂交育种配合；获得的新品种发育延迟
育种时间长
育种方式比较
课堂练习
1.杂交育种的遗传学原理是（ ）
A.基因突变 B.基因重组
C.染色体变异 D.生物杂交
2.我国科学家袁隆平多年来一直坚持的水稻育种方法是（ ）
A .单倍体育种 B.多倍体育种
C .杂交育种 D.诱变育种
B
C
3.用高杆抗病小麦和矮杆抗病小麦品种时，检测基因型的最简单方法是（ ）
A.连续自交 B.连续测交
C.秋水仙素诱导 D.显微镜观察
A
4、杂交育种所依据的原理是什么（ B ）
A.基因突变 B.基因自由组合
C.染色体交叉互换 D.染色体变异

5、据你所知道杂交选育新品种之外，杂交的另一个结果是获得（ B ）
A.纯种 B.杂种表现的优势
C.基因突变 D.染色体变异
6、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( B )
A.杂交育种 B.诱变育种
C.单倍体育种 D.多倍体育种
7、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( D )
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
8、倍体草莓比野生的普通草莓的果实大，营养物质含量有所增加。4倍体草莓的培育成功属于( B )
A.单倍体育种 B.多倍体育种　
C.诱变育种 　 D.杂交育种
9、在一块马铃薯甲虫成灾的地里，喷了一种新的农药后，约98％的甲虫死了，约2％的甲虫生存下来，生存下来的原因是( A )
A.有基因突变产生的抗药性个体存在
B.以前曾喷过某种农药，对农药有抵抗力
C.约有2％的甲虫未吃到沾有农药的叶子
D.生存下来的甲虫是身强体壮的年轻个体
10、通过诱变育种培育的是( B )
A.三倍体无子西瓜 　 B.青霉素高产菌株
C.二倍体无子番茄　 D.八倍体小黑麦
11、大麻是雌雄异株植物，体细胞中有20条染色体。若将其花药离体培养，将获得的幼苗再用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成状况应是( A )
A.18＋XX　　 B. 18＋XY 　
C. 20＋XX 　 D.18＋XX或XY
12、根据遗传学原理，能迅速获得新品种的育种方法是( C )
  A.杂交育种  B.多倍体育种 
C.单倍体育种  D.诱变育种
13、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）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 。
单倍体育种
诱变育种
多倍体育种
（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）用秋水仙素或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 。
诱变育种
杂交育种
诱变育种