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
2000年国家最高科学技术奖
2004年十大感动中国人物之一
杂交育种和诱变育种
教学目标
1.简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种方法的优点和不足。
2.举例说出诱变育种在生产中的应用。
3.讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。
4.总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种异同点。
教学重点和难点
【教学重点】
遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用。
【教学难点】
杂交育种和诱变育种的优点和局限性。
设想你是一位育种专家，遇到这样的情况：品种A子粒多，但不抗黑粉病；品种B子粒少，但抗黑病。如何将两个品种的优良性状集中于一身？
如杂交育种
现有高产(A)、不抗病(B)和低产(a)、抗病(b)这两个纯种小麦（其中高产和不抗病为显性），能否利用它们培育出一个高产、抗病的小麦新品种。如果能的话，请写出其流程图或用遗传图解表示。
P
高产不抗病 低产抗病
×
F1
高产不抗病
高不、高抗、低不、低抗
F2
连续不断地进行自交选择
AABB aabb
AaBb
A_B_、A_bb、aaB_、aabb
返回
已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，矮秆能抗倒伏，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、矮秆易染病两纯系品种。你用什么方法能把两个品种的优良性状结合在一起，将你的设想用遗传图解表示出来。
试一试：植物杂交育种的方法
以下是杂交的育种参考方案：
Ｐ 高抗 　 矮不抗
Ｆ１ 　 高抗
Ｆ２
DDTT
ddtt
DdTt
ddTt
高抗 高不抗 矮抗 矮不抗D_T_ D_tt ddtt
ddTT
矮抗 矮不抗
ddTt
ddTT
杂交
F3
思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？
第一年
一、杂交育种
选择育种
原理：利用生物的变异，通过长期选择，汰劣留良，培养出优良品种。(基因重组)
不足：育种周期长，选择的范围有限。
1）概念：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，再经过选择和培育，获得新品种（稳定遗传）的方法。
广义的杂交育种包括获得杂种优势的杂种。
一、杂交育种

3.方法
杂交→自交→选优→自交……
试一试：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
思考：要获得能稳定遗传的长毛折耳应做怎样处理？
！
注意
1）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。

2）比植物杂交育种所需年限短。
4. 应用
(1)在农业生产中：
改良作物品质，提高
农作物单位面积产量
杂交水稻：从1976年到2006年，累计增产粮食5200多亿公斤，平均每年解决600万人的粮食问题。
ⅹ
中国荷斯坦牛 荷斯坦牛与我国黄牛杂交选育后逐渐形成的优良种。泌乳期可达30天，年产乳量可达6300kg以上。
中国荷斯坦牛
（2）在家畜、家禽育种中的应用
视野拓展
紫糯玉米口感好，产量高

优点：将不同个体中的优良性状集中到一个个体上
缺点：育种时间长，过程繁琐；
只能利用已有的基因重组，不能产生新基因。
（1）分析上述杂交过程，杂交育种有哪些优点？（2）能否有新的基因和新的性状产生？ （3）从杂交后代可能出现的各种类型及育种时间来看，杂交育种有哪些缺点？
思考与讨论
杂种优势：是指基因型不同的亲本相互杂交产生的杂种一代，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。杂种优势在F1代表现最明显。例如：我国劳动人民用马和驴杂交获得体力强大，耐力好的杂种——骡。
杂种优势主要利用杂种F1代的优良性状，并不要求遗传上的稳定。需年年制种。如水稻的杂优种，每年农科站都有供应。
思考与讨论Ⅰ
从杂交育种的过程来看，杂交育种的缺陷是什么？可用什么方法来加以克服？
不足之处是新类型的个体中还含有一定比例的杂合子，需用其不断地进行自交、选择，所需时间很长。可用单倍体育种的方法加以克服。
4）不足：杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能产生新的基因；杂种后代出现分离现象，育种进程缓慢，过程复杂。
思考与讨论Ⅱ
杂交育种的原理是什么？能否有新的基因和新的性状产生？如果培育出新的性状，应该采用什么育种方法？
杂交育种的原理是基因重组，产生新的基因型，使性状重新组合，而不能产生新的基因和新的性状。
如果要培育出新的性状，可采用一定的措施来诱导基因突变，培育新的品种。
返回
如果要培育出新的基因和新的
性状，应该怎样做？
诱变育种
重达300斤的太空南瓜
太空黄瓜
太空葡萄（左）和普通葡萄（右）对比
二、诱变育种
基因突变
2.什么因素会诱发基因突变？
物理因素有：
化学因素有：
紫外线、X射线、激光等
亚硝酸、硫酸二乙酯等
1.概念：
利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变。
3.概念
“黑农五号”大豆
黑龙江农科院用辐射方法处理大豆，培育成“黑农五号”大豆品种，含油量比原来的品种提高了2.5%，大豆产量提高了16%。
4.应用
青霉菌高产菌株的选育
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。
与“神六”飞船一起上太空的花卉“瓷玫瑰”、“老虎须”
视野拓展
“神七”搭载的太空种子
（1）与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？
（2）基因突变的特点有哪些？联系基因突变特点，谈谈诱变育种的局限性。
（3）要想克服这些局限性，可以采取什么办法？
优点：提高基因突变频率，产生新基因；在较短的时间内获得更多的优良变异类型。
不足：具有不定向性，难以控制突变方向；有利个体少，须大量处理供试材料 。
思考与讨论
思考与讨论Ⅱ
杂交育种的原理是什么？能否有新的基因和新的性状产生？如果培育出新的性状，应该采用什么育种方法？
杂交育种的原理是基因重组，产生新的基因型，使性状重新组合，而不能产生新的基因和新的性状。
如果要培育出新的性状，可采用一定的措施来诱导基因突变，培育新的品种。
返回
长相奇特的南瓜
奇怪的“太空椒”
1）概念：人工利用物理因素（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）优点：能提高突变率，产生新基因；在较短时间内获得更多的优良变异类型。
3）应用：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%。
二、诱变育种
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。
我国已培育成功许多太空作物：
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。
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。
4）局限性：诱变育种的方向难以掌握，诱变体难以集中多个理想性状。
5）克服方法：要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。
原因：基因突变是随机不定向的。
讨论：怎样克服？
单倍体育种
还有什么育种方法有可能缩短育种年限，使具有小麦的矮杆抗锈病的品种能更迅速在生产实践上得到应用？
高杆抗病 矮杆易感病
F1
花药离体培养
单倍体植株幼苗
正常植株
选择
符合要求的品种
秋水仙素处理幼苗
DDTT X
ddtt
DdTt
1DT : 1Dt : 1dT : 1dt
1DDTT：1DDtt：1ddTT：1ddtt
ddTT 矮抗
单倍体育种方法
依据原理：
染色体变异
育种年限：2年
例题背景：
荔枝主要分布在南方等地。增城“西园挂绿”至为珍贵，被称为“荔枝之王”。“西园挂绿”外壳红中带绿，四分微绿六分红，每个荔枝都环绕有一圈绿线，果肉洁白晶莹，清甜爽口，挂齿留香，风味独特。为了改良“西园挂绿”，要求在不改变“西园挂绿”原有外观品质的前提下把“西园挂绿”改良为无核、果大、糖分含量多。若你是育种专家，该怎样设计育种方案？
二倍体
四倍体
秋水仙素处理
二倍体
×
三倍体种子
三倍体植株
不能形成正常的卵细胞
无子西瓜
种下去
联会紊乱
第一年
第二年
授二倍体的花粉
方案提示：借鉴三倍体无子西瓜的育种方式 （多倍体育种）
基因工程育种
基因重组。
不受生物亲缘关系的限制，可按人的意愿改造生物，目的性强，科技含量高，可以培育出高产、优质或具有特殊用途的动植物品种。
技术复杂，操作要求精细,难度大。
原理:
方法:
优点:
缺点:
应用:
提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种。
能分泌人类胰岛素的大肠杆菌菌株的获得，抗虫棉，转基因动物等。
育种的方法有多种，各有各的优点，我们要合理的有机结合各种方法，高效的达到各种目的。
如果水稻的某迟熟（AA)品种,那么我们有什么好办法快速的得到早熟（aa）品种？
灵活创新、实际应用
人工诱变 + 单倍体育种
早熟品种(aa)
当年就可以培育出优良新品种！
迟熟品种
(AA)
杂合子
(Aa)
幼苗 （A）
幼苗
（a）
迟熟品种(AA)
时间：
基因重组
杂交→自交→选 优→自交
将不同个体的优良性状集中于一个个体上
育种时间长，不能产生新基因
基因突变
用物理或化学因素处理生物
提高变异频率，产生新基因，加速育种进程
具有不定向性；有利变异少，需大量处理供试材料
染色体变异
花药离体培养，秋水仙素处理幼苗，选择
明显缩短育种年限
技术复杂，需与杂交育种配合
染色体变异
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
器官大，产量高，营养丰富
发育延迟，结实率降低，一般只适用于植物
有关育种要注意的问题
①一般作物育种可选杂交育种和单倍体育种；
②为得到特殊性状可选择诱变育种(如航天育种)或多倍体育种；
③若要将特殊性状组合到一起，但又不能克服远缘杂交不亲和性，可考虑运用基因工程等，如培育各种用于生物制药的工程菌。
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练习 :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 。
（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 。
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
1、 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 。
(4)由②培育⑦所用的育种方法是
H
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
小展身手
⑦Aabb
诱变育种
3.在动物的育种中，用一定剂量的X射线处理精巢，渴望获得大量变异个体.这是因为：
A.合子都是纯合子
B.诱发雄配子发生了高频率的基因突变
C.诱导发生了大量的染色体变异
D.提高了基因的重组
课 堂 练 习
1.属于分子水平上的育种工作的是 （ ）
A.辐射育种 B.杂交育种
C.单倍体育种 D.多倍体育种
A
2.将植物的种子随飞船带入太空，返回地面种植，往往能得到新的变异特性。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的_________辐射后所发生的变异。现在把这种育种方式称为_________。试说出这种育种方式的优点________________________________。
宇宙射线
诱变育种
提高基因突变的频率，加快育种的进程
3.下列实例所依据的原理分别是 （ ）
①我国著名育种专家袁隆平利用杂交技术培育出
超级水稻品种 ②二倍体植株的花药离体培养，
并用秋水仙素处理，使之成为纯合子 ③乘宇宙
飞船上过太空的辣椒种子结出的果实较平常的大
一倍以上
A.基因重组、基因突变、染色体变异
B.基因突变、基因重组、染色体变异
C.基因突变、染色体变异、基因重组
D.基因重组、染色体变异、基因突变
D
4.设有两种纯种小麦，一为高秆（D易倒伏）抗锈病（T）；另一为矮秆（d抗倒伏）易染锈病（t），这两对相对性状独立遗传。现分别用杂交育种和单倍体育种来培育矮秆抗锈病的新品种，请据图分析回答：
（1）a过程为_____,b过程为______,用符号___表示。
（2）F2理想的基因型是______。在Ｆ２代的矮秆抗倒伏个体中占____；c过程为________，理想的配子基因型是______。
（3）e过程是指__ ___ __ __ __；g过程是指___ ____ ___ ____ ___。对比上述两种育种方法，得出的结论是___ ____ ____ ___ ____ ___ _____。
杂交
自交
ddTT
1/3
减数分裂
dT
花药离体培养
人工诱导染色体加倍
单倍体育种能缩短育种时间
④ 无籽西瓜的培育 ；
多倍体育种
③通过花药离体培养出烟草新品种 ；
①用抗倒伏不抗锈病的小麦与不抗倒伏抗锈病的小麦后代F1自交培育出既抗倒伏又抗锈病的小麦的品种 ；
②用射线处理培育青霉素高产菌株 ；
⑤将人胰岛素基因导入大肠杆菌细胞 获得产生人胰岛素的工程菌 。
5、写出下列生物育种方法：
基因工程育种
6、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
。
（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 。
单倍体育种
诱变育种
多倍体育种
诱变育种
（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）用秋水仙素处理蕃茄、水稻种子，获得蛋白质含量高的品系，这种方法是 。
（7）将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花受精卵中，培育出抗虫棉的方法是 。
杂交育种
多倍体育种
基因工程育种
7、（01·上海）单倍体育种可以明显地缩短育种年限，这是由于（ ）
A．育种技术操作简单 B．单倍体植物生长迅速
C．后代不发生性状分离 D．诱导出苗成功率高
C
8、能打破物种界限，定向的改造生物遗传性状的技术是( )
A.诱变育种 B.单倍体育种
C.杂交育种 D.基因工程育种
D
9、在动物育种中，用一定剂量的X射线处理精巢，可得到大量的变异个体，这是因为（ ）
A.合子都是纯合体
B.诱发了雄配子发生高频率的基因突变
C.诱导发生了大量的染色体变异
D.提高了基因的互换率
B
10、（05·广东）两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传,要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是（　　）
A．单倍体育种 B．杂交育种
C．人工诱变育种 D．细胞工程育种
B
11、“神州号”飞船上搭载的某纯乌鸡品种在太空中围绕地球转了若干圈，那么用作纯乌鸡品种的材料以及该育种方式所依据的原理分别是（ ）
A.受精的鸡蛋，基因突变
B.未受精的鸡蛋，染色体变异
C.幼鸡，基因突变
D.受精的鸡蛋，基因重组
A
12、萝卜和甘蓝杂交，能得到的种子一般不育，如果要得到可育的种子，你认为应该采取下列哪种措施（ ）
A．利用花药离体培养技术
B．利用染色体数目加倍技术
C．利用诱变育种技术
D．以上技术都可以
B
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（二）思考与讨论一
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，育种进程缓缦，过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。
（三）思考与讨论二
诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。
Thank You !
Bye Bye!