第1节 杂交育种与诱变育种
袁隆平的超级稻第三期目标亩
产900 kg攻关成功
湖南省农科院举行的新闻发布会宣布，
“杂交水稻之父”袁隆平院士的超级稻第三
期目标亩(合1/15 hm2，下同)产900 kg攻关
获得成功，在他领导下种植的隆回县百亩试
验田亩产达到926.6 kg。“这次隆回县百亩范围内平均亩产过900 kg，是我国超级稻攻关一个重大突破，意味着中国的杂交稻研究水平已在世界上遥遥领先。”下一步，袁隆平将把奋斗目标设定为亩产1 000 kg。袁隆平说：“当然，这还是我的一
个梦想，还需要科技部、农业部的立项，我会积极向上争取。”
请思考：
1.杂交育种的原理是什么?
2.杂交后代中有多种性状,如何在杂交水稻中选择人们需要的品种？
主题一 杂交育种

1.概念
将两个或多个品种的_________通过交配集中在一起，再经过
___________，获得新品种的方法。
2.原理：_________
优良性状
选择和培育
基因重组
3.过程(以高产抗病小麦品种的选育为例)
高产、抗病
不发生性状分离
4.优点
使同种生物的_____________结合在一起
改良作物品质
提高农作物_____________
___________的育种：培育适应性强的乳用、肉用或
乳肉兼用型优良品种
家畜、家禽
不同优良性状
单位面积产量
5. 应用
农业生产
【判一判】
(1)杂交育种的亲本可利用具有优良性状的杂合亲本。（ ）
【分析】选用杂合亲本，F1代存在性状分离，不易选出同时含
有控制优良性状的各基因的个体。
(2)杂交育种过程中，从F2中选出符合人们要求性状的个体就
可以大田推广种植。（ ）
【分析】所需优良性状为隐性性状时，从F2中选出的个体是纯
合子，得到的种子可以推广种植；所需优良性状是显性性状
时，从F2中选出的个体中存在杂合子，不能推广种植，需要进
一步自交纯化，得到纯合子再推广种植。
×
×
1.结合实例分析杂交育种的过程
已知小麦的高秆(D)对矮秆(d)为显性，抗锈病(T)对易染锈病(t)为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染锈病两纯系品种，欲培育能稳定遗传的矮秆抗锈病的小麦，请探究下列问题：
(1)如何使两种优良性状集中在同一个植株上？两种优良性状集中在一个个体上的实质是什么？写出遗传图解。
提示：选用分别具有一种优良性状的纯合亲本杂交，即可将两种优良性状集中在同一植株上。实质是将控制两种优良性状的基因集中在同一个植株体内。遗传图解如下：
(2)杂交育种的选择从第几代开始？为什么？
提示：从F2开始选择；因为F2出现性状分离。
(3)从F2中选出矮秆抗锈病的个体，能否立即
推广种植，为什么？
提示：不能。因为矮秆抗锈病个体的基因型有ddTT和ddTt两种，其中ddTt的个体自交后会发生性状分离，不能稳定遗传。
提醒：纯合子才能够稳定遗传。
2.杂交育种优缺点
(1)由上述实例可知，杂交育种的最大优点是什么？
提示：将多个优良性状集中到同一个体上。
(2)分析从亲本到获得可大田推广种植的种子至少需要几年时间？
提示：4年。
(3)从杂交后代性状类型以及育种时间等方面分析杂交育种方法的不足。
提示：①选育工作量大：杂交育种中从子二代开始，出现的性状类型多，需要及时发现符合要求的优良性状个体；
②培育周期长：杂交后代会出现性状分离现象，一般需要的时间较长。
【拓展延伸】
常规杂交育种与杂种优势的区别
(1)概念上的区别：
①杂交育种是通过有性生殖，使不同品种的优良性状通过交配组合到后代的个体中，从而选育出优良品种的方法，如小麦品种的选育。
②杂种优势是指杂合子F1在抗性、产量、品质等方面优于纯合子的现象，需要每年制种，如杂交玉米、杂交水稻的培育。
(2)特点不同：
①杂交育种不仅要求培育的品种性状整齐，而且要求培育的品种稳定遗传(纯合子)。
②杂种优势主要利用F1的优良性状，不要求稳定遗传(杂合子)。
杂交育种的原理及操作的目的
(1)原理：基因重组。
(2)几种操作目的：
①亲本杂交：将控制优良性状的基因集中在同一个体内。
②F1自交：获得性状分离的F2。
③连续自交：选出符合要求的纯合个体。
【典题训练】杂交育种是植物育种的常规方法，其选育新品种的一般方法是( )
A.根据杂种优势原理，从子一代中即可选出
B.从子三代中选出，因为子三代才出现纯合子
C.既可从子二代中选出，也可从子三代中选出
D.只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种
【解题指南】明确选育新品种一般是选育纯合子品种；选择纯合子时，若选择隐性纯合子，在子二代即可选出，若选择显性纯合子，至少在子三代中选出。
【解析】选C。根据所需，若新品种为隐性纯合子，则在F2中即可找到；若新品种为显性个体，在F2中即可出现该性状的个体，但不一定为纯合子，经隔离、选育后在F3中才能确定是否为纯合子。
【规律方法】两种杂交育种的操作步骤
(1)培育杂合子品种(杂种优势的利用)：选取合适的双亲杂交→F1。
(2)培育纯合子品种：
①培育隐性纯合子：选取合适的双亲杂交→F1→自交→F2→直接选出表现型符合要求的个体推广种植。
②培育双显纯合子或一隐一显纯合子：选取合适的双亲杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体自交F3→……(逐步淘汰不符合性状要求的个体)→直到不发生性状分离，选出稳定遗传的个体推广种植。
【变式训练】用纯合的高秆抗锈病水稻(DDTT)和矮秆不抗锈病水稻(ddtt)进行育种获得纯合矮秆抗锈病水稻时，一种方法是杂交得到F1，F1再自交得F2，然后再选育；另一种方法是用F1的花药进行离体培养，再用秋水仙素处理幼苗得到相应植株。下列叙述正确的是( )
A.前一种方法所得的F2中，重组类型占5/8
B.后一种方法所得的植株中可用于生产的类型占2/3
C.前一种方法的原理是基因重组，原因是非同源染色体自由组合
D.后一种方法的原理是染色体变异，是由于染色体结构发生改变
【解析】选C。根据题意可知，F1基因型是DdTt，F1自交得F2，根据基因的自由组合定律可得F2中重组类型(D_tt,ddT_)占3/8。后一种方法所得的植株中可用于生产的类型比例为1/4。后一种方法的原理是染色体变异，是由于染色体数目发生了改变。
主题二 诱变育种

_____因素：如X射线、紫外线等
_____因素：如亚硝酸等
原理：_________
2.优点
可以___________，在_________内获得更多的优良变异类型。
_______诱变育种：如培育的“黑农五号”大豆
_______育种：如选育青霉素高产菌株
物理
化学
基因突变
提高突变率
较短时间
农作物
微生物
1.概念
3.应用
处理方法
【想一想】 在农作物诱变育种的过程中应该用诱变剂处理什么状态的种子？为什么？
提示：萌发的种子。由于基因突变主要发生在细胞分裂的间期，萌发的种子中细胞分裂旺盛。
1.分析诱变育种的原理和特点
(1)“航天种子”产生的变异属于哪种类型?这种变异是否产生了新的基因?
提示：属于基因突变；该变异产生了新的基因。
(2)经太空培育后的个体，发现有的出现了有利变异，有的个体的变异却不利于生物的生存或生长，试分析出现此现象的原因。
提示：因为诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性，所以可能产生有利变异和不利变异。
(3)发生变异的个体，出现了一些新性状，试探讨出现新性状的本质原因。
提示：基因突变能产生新基因，从而表现出一些新性状。
2.诱变育种的优缺点
(1)从育种年限、性状变异程度方面分析，与杂交育种比较，诱变育种具有哪些优点？
提示：①可以加速育种进程，缩短育种年限。②能提高突变率，产生新基因，为育种创造丰富的原材料。③大幅度改良生物的某些性状。
(2)从基因突变的特点分析，诱变育种有哪些局限性？
提示：由于突变具有不定向性，产生的有利变异个体少，所以需要大量处理实验材料。
根据育种目标选择育种方式
三种育种方式的比较
【特别提醒】杂交育种只应用于进行有性生殖的生物，而诱变育种不仅能应用于进行有性生殖的生物，还能应用于进行无性生殖的生物。单倍体育种主要用于进行有性生殖的植物。
【典题训练】1943年，青霉素产量只有20单位/mL，产量很低，不能满足要求。后来科学家用X射线、紫外线等照射青霉菌，结果大部分青霉菌死亡，少量存活下来。在存活下来的青霉菌中，青霉素的产量存在很大差异，其中有的青霉菌产生的青霉素的量提高了几千倍(目前已经达到50 000单位/mL～
60 000单位/mL)，从而选育出高产青霉菌株。
根据以上材料回答下列问题：
(1)用射线照射青霉菌，目的是诱发青霉菌发生 。
(2)从分子水平看，发生上述变化的根本原因是 的结构发生了变化。
(3)存活下来的青霉菌产生的青霉素的量存在着很大的差异，这说明 。
(4)上述育种方式叫 育种，所获得的高产青霉菌的青霉素产量提高了几千倍，这说明这种育种方式的优点是 。
【解题指南】明确诱变育种的原理是基因突变；基因突变具有不定向性,有利变异少、有害变异多的特点；基因突变的实质是DNA分子结构改变，产生新基因。
【解析】(1)用射线照射青霉菌，目的是诱发青霉菌发生基因突变。
(2)基因突变的实质是DNA分子结构发生改变。
(3)由于基因突变具有不定向性，产生的后代有产量高的、有产量低的，但大部分青霉菌还是保持原有的产量水平，对少量的高产菌株做进一步选育，即可得到所需品种。
(4)该育种方式是诱变育种，诱变育种能提高突变率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状。
答案：(1)基因突变 (2)DNA分子 (3)基因突变是不定向的
(4)诱变 能提高突变率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状
【互动探究】
(1)题中科学家用X射线、紫外线等照射青霉菌，结果大部分青霉菌死亡，请分析青霉菌死亡的原因是什么。
提示：X射线、紫外线照射青霉菌，使青霉菌体内的蛋白质变性失活，DNA分子受到损伤，结构被破坏导致死亡。
(2)题中产生的高产青霉菌的高产性状是否可以遗传下去？说明理由。
提示：可以遗传。青霉菌的高产性状是人工诱导基因突变产生的，遗传物质发生了变化，属于可遗传的变异。