第二節(jié)生物變異在生產(chǎn)上的應(yīng)用

1、第二節(jié) 生物變異在生產(chǎn)生產(chǎn)上的應(yīng)用2011年年9月月18日，經(jīng)農(nóng)業(yè)部驗收組認(rèn)定，袁日，經(jīng)農(nóng)業(yè)部驗收組認(rèn)定，袁隆平指導(dǎo)的隆平指導(dǎo)的“Y兩優(yōu)兩優(yōu)2號號”超級雜交稻百畝超級雜交稻百畝平均畝產(chǎn)平均畝產(chǎn)926.6公斤。新華社稱這是袁隆平公斤。新華社稱這是袁隆平團隊耗時團隊耗時7年首次突破年首次突破900公斤大關(guān)，公斤大關(guān)，湖湖南日報南日報則稱其打破了水稻大面積畝產(chǎn)的世則稱其打破了水稻大面積畝產(chǎn)的世界紀(jì)錄。界紀(jì)錄。 1、雜交育種 雜交育種是利用雜交育種是利用基因重組基因重組原理，可以有目原理，可以有目的的將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀組合在的的將兩個或多個品種的優(yōu)良性狀組合在一起，培育出更優(yōu)良的品種。一起，培

2、育出更優(yōu)良的品種。 注意：培養(yǎng)出的品種必須是純種，才有育注意：培養(yǎng)出的品種必須是純種，才有育種和保存價值。種和保存價值。已知小麥的高稈（已知小麥的高稈（D）對矮稈（）對矮稈（d）為顯性，抗銹?。轱@性，抗銹?。═）對易染銹病（）對易染銹?。╰）為顯性，兩對性狀獨立遺傳。）為顯性，兩對性狀獨立遺傳。現(xiàn)有高稈抗銹病、矮稈易染病兩純系品種。請寫出現(xiàn)有高稈抗銹病、矮稈易染病兩純系品種。請寫出用雜交育種培育抗病又是矮稈（基因型為用雜交育種培育抗病又是矮稈（基因型為 ）的新品種的育種具體方案：的新品種的育種具體方案：DDTTddttDdTt高抗高抗 高不抗高不抗 矮抗矮抗 矮不抗矮不抗9D_T_ 3D_t

3、t 3ddT_ 1ddttddTT矮抗矮抗雜交雜交自交自交選優(yōu)選優(yōu)自交自交F3選優(yōu)選優(yōu)連續(xù)自交連續(xù)自交F6P至少至少5年年請總結(jié)雜交育種過程：雜交育種雜交育種第一年第一年雜交得到雜交得到F F1 1。第二年第二年F F1 1自交得自交得F F2 2，將符合要求的，將符合要求的F F2 2植株植株的種子按單株分別收藏。的種子按單株分別收藏。第三年第三年按按F F2 2單株分開種植單株分開種植F F2 2，不分離的植，不分離的植株種子仍按株種子仍按F F2 2單株收藏待驗證。單株收藏待驗證。第四年第四年驗證第三年保留的種子的純度，仍驗證第三年保留的種子的純度，仍不出現(xiàn)分離方可作為新品種推廣。不出現(xiàn)

4、分離方可作為新品種推廣。原理：原理：優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：使位于不同個體上的多個優(yōu)良性狀集中于一使位于不同個體上的多個優(yōu)良性狀集中于一個個體上，即個個體上，即“集優(yōu)集優(yōu)”,能產(chǎn)生新的基因型。能產(chǎn)生新的基因型。雜交后代會出現(xiàn)性狀分離，進(jìn)行純化時工作量大，過程雜交后代會出現(xiàn)性狀分離，進(jìn)行純化時工作量大，過程復(fù)雜復(fù)雜,所需時間長。所需時間長。基因重組基因重組太空南瓜太空南瓜微生物微生物對對青霉菌青霉菌進(jìn)行進(jìn)行X射線、紫外線照射以及綜合處理，射線、紫外線照射以及綜合處理，培育成了培育成了青霉素產(chǎn)量很高的菌株青霉素產(chǎn)量很高的菌株，目前產(chǎn)量已經(jīng)，目前產(chǎn)量已經(jīng)可以達(dá)到可以達(dá)到50 000單位單位/mL60

5、 000單位單位/mL。 中間為青霉菌，周圍中間為青霉菌，周圍是細(xì)菌。是細(xì)菌。太空物理環(huán)境太空物理環(huán)境： 高真空高真空 微重力微重力 強輻射強輻射誘變育種原理：原理： 基因突變，染色體畸變基因突變，染色體畸變 方法：方法： 物理方法物理方法(紫外線、紫外線、射線、失重等射線、失重等)或化學(xué)方法或化學(xué)方法(秋水秋水仙素、硫酸二乙酯等仙素、硫酸二乙酯等)誘導(dǎo)生物發(fā)生變異，并從變異后誘導(dǎo)生物發(fā)生變異，并從變異后代中選育新品種。代中選育新品種。特點：特點： 缺點：缺點：有利個體不多，須大量處理供試材料有利個體不多，須大量處理供試材料 ，工作量大工作量大 。多倍體植株的特點多倍體植株的特點 莖桿粗壯，葉

6、片、莖桿粗壯，葉片、果實和種子都比較果實和種子都比較大，糖類和蛋白質(zhì)大，糖類和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的含量等營養(yǎng)物質(zhì)的含量增加。增加。多倍體形成的原因最常用且最有效方法最常用且最有效方法 ：秋水仙素的作用原理：秋水仙素的作用原理： 抑制紡錘體的形成抑制紡錘體的形成 多多倍倍體體用秋水仙素處理萌用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗發(fā)的種子或幼苗單倍體單倍體概念概念單倍體是指體細(xì)胞中含有本物種配子染單倍體是指體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體色體數(shù)目的個體.思考：單倍體只有一個染色體組么？思考：單倍體只有一個染色體組么？單倍體植物長的弱小，而且單倍體植物長的弱小，而且高度不高度不育育但是絕對純種但是絕對純

7、種,在育種上有重要在育種上有重要的作用的作用通常采用通常采用花藥離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)的方法獲的方法獲得單倍體植株得單倍體植株特點：特點：培育方法：培育方法： 玉米是二倍體，它的體細(xì)胞中含有兩個染玉米是二倍體，它的體細(xì)胞中含有兩個染色體組，他的單倍體植株的體細(xì)胞中含有色體組，他的單倍體植株的體細(xì)胞中含有一個染色體組（一倍體）一個染色體組（一倍體） 普通小麥?zhǔn)橇扼w，它的體細(xì)胞中含有普通小麥?zhǔn)橇扼w，它的體細(xì)胞中含有個染色體組，單倍體植株的體細(xì)胞中含有個染色體組，單倍體植株的體細(xì)胞中含有三個染色體組三個染色體組 思考：單倍體的小麥植株思考：單倍體的小麥植株（體細(xì)體細(xì)胞含三個染色體組胞含三個染色體組

8、）不能產(chǎn)生正常不能產(chǎn)生正常的配子，為什么？的配子，為什么？（三）染色體變異育種（三）染色體變異育種通過增加或減少細(xì)胞內(nèi)染色體組，培育高通過增加或減少細(xì)胞內(nèi)染色體組，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的作物新品種。產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的作物新品種。一般用花藥離體培養(yǎng)方法讓未受精的配子直接發(fā)一般用花藥離體培養(yǎng)方法讓未受精的配子直接發(fā)育成完整個體，其體細(xì)胞內(nèi)染色體與該物種的配育成完整個體，其體細(xì)胞內(nèi)染色體與該物種的配子染色體數(shù)相同。子染色體數(shù)相同。二倍體二倍體2n2n配子配子n n單倍體單倍體n n減數(shù)減數(shù)分裂分裂離體離體培養(yǎng)培養(yǎng)方法方法 減少染色體組：減少染色體組： 用秋水仙素處理幼苗或萌發(fā)用秋水仙素處理幼苗或萌發(fā)的種子的種子適當(dāng)濃

9、度的秋水仙素能在不影響細(xì)適當(dāng)濃度的秋水仙素能在不影響細(xì)胞活力的條件下破壞紡錘體。當(dāng)細(xì)胞有絲分裂胞活力的條件下破壞紡錘體。當(dāng)細(xì)胞有絲分裂進(jìn)行到后期時破壞紡錘體，細(xì)胞就可以不經(jīng)過進(jìn)行到后期時破壞紡錘體，細(xì)胞就可以不經(jīng)過末期而返回間期，從而使細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目末期而返回間期，從而使細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目加倍。加倍。二倍體二倍體八倍體八倍體四倍體四倍體秋水仙秋水仙素處理素處理秋水仙秋水仙素處理素處理三倍體三倍體二倍體二倍體四倍體四倍體六倍體六倍體八倍體八倍體四倍體四倍體2、增加染色體組、增加染色體組：1 1、多倍體育種、多倍體育種多倍體植物有生長旺盛，各器官粗壯，種多倍體植物有生長旺盛，各器官粗壯，種子少

10、或不產(chǎn)生種子的特性。凡是子少或不產(chǎn)生種子的特性。凡是不以種子為收不以種子為收獲獲目標(biāo)的植物都可以考慮進(jìn)行多倍體育種。目標(biāo)的植物都可以考慮進(jìn)行多倍體育種。觀賞或用材植物觀賞或用材植物某些水果某些水果非種子農(nóng)作物非種子農(nóng)作物特點：特點：示例：三倍體無籽西瓜的培育示例：三倍體無籽西瓜的培育二倍體二倍體秋水仙素秋水仙素四倍體四倍體（母本）（母本）二倍體二倍體（父本）（父本）雜交雜交生長素刺激生長素刺激果實生長果實生長三倍體三倍體第一年第一年第二年第二年二倍體幼苗（二倍體幼苗（2N2N）秋水仙素秋水仙素四倍體四倍體（4N4N）二倍體（二倍體（2N2N）卵細(xì)胞（卵細(xì)胞（2N2N）精子（精子（N N）受精卵

11、（受精卵（3N3N）三倍體植株（三倍體植株（3N3N）生長素生長素聯(lián)會紊亂聯(lián)會紊亂三倍體植株三倍體植株例、香蕉的培育例、香蕉的培育香蕉的祖先為野生芭蕉，個小而多種子，香蕉的祖先為野生芭蕉，個小而多種子，無法食用。香蕉的培育過程如下：無法食用。香蕉的培育過程如下：野生芭蕉野生芭蕉2n2n有籽香蕉有籽香蕉4n4n加倍加倍野生芭蕉野生芭蕉2n2n無籽香蕉無籽香蕉3n3n其它多倍體植物其它多倍體植物甘蔗是三倍體。最早的野生甘蔗就像蘆葦甘蔗是三倍體。最早的野生甘蔗就像蘆葦又細(xì)又短且開花結(jié)籽。這種野生甘蔗發(fā)生自然又細(xì)又短且開花結(jié)籽。這種野生甘蔗發(fā)生自然加倍形成四倍體甘蔗，四倍體甘蔗與野生甘蔗加倍形成四倍體

12、甘蔗，四倍體甘蔗與野生甘蔗自然雜交，就形成了現(xiàn)在的甘蔗。自然雜交，就形成了現(xiàn)在的甘蔗。人們種植的西瓜有三種：普通西瓜為二倍人們種植的西瓜有三種：普通西瓜為二倍體，個小籽多，重量一般在三公斤以下；大體，個小籽多，重量一般在三公斤以下；大西瓜為四倍體，個大籽小，重量可達(dá)五公斤以西瓜為四倍體，個大籽小，重量可達(dá)五公斤以上；無籽西瓜為三倍體，個大無籽。上；無籽西瓜為三倍體，個大無籽。甘薯、馬鈴薯等以無性繁殖為主的作物及甘薯、馬鈴薯等以無性繁殖為主的作物及許多花卉、水果一般都是多倍體。許多花卉、水果一般都是多倍體。2、單倍體育種單倍體（一倍體）不但生長十分瘦弱，而單倍體（一倍體）不但生長十分瘦弱，而且高

13、度不孕，怎么也能進(jìn)行育種呢？且高度不孕，怎么也能進(jìn)行育種呢？可以用秋水仙素處理使它的染色可以用秋水仙素處理使它的染色體加倍！體加倍！其實，單倍體育種應(yīng)該叫單倍其實，單倍體育種應(yīng)該叫單倍體加多倍體聯(lián)合育種才對！體加多倍體聯(lián)合育種才對！單倍體育種的方法單倍體育種的方法一般常用一般常用“花藥離體培養(yǎng)法花藥離體培養(yǎng)法”AA具有不同優(yōu)點的品種雜交具有不同優(yōu)點的品種雜交BB取取F F1 1的花藥用組織培養(yǎng)的方法進(jìn)的花藥用組織培養(yǎng)的方法進(jìn) 行離體培養(yǎng)，形成單倍體植株。行離體培養(yǎng)，形成單倍體植株。CC用秋水仙素使單倍體染色體加倍用秋水仙素使單倍體染色體加倍DD選取符合要求的個體作種選取符合要求的個體作種下面以

14、利用高莖皺粒豌豆下面以利用高莖皺粒豌豆(DDtt)(DDtt)和矮莖圓和矮莖圓粒粒(ddTT)(ddTT)豌豆培育高莖圓粒豌豆為例說明單倍豌豆培育高莖圓粒豌豆為例說明單倍體育種方法：體育種方法：高皺高皺DDttDDtt雜合高圓雜合高圓DdTtDdTt矮圓矮圓ddTTddTT花藥離花藥離體培養(yǎng)體培養(yǎng)高圓高圓DTDT矮皺矮皺dtdt高皺高皺DtDt矮圓矮圓dTdT純合高圓純合高圓DDTTDDTT加倍加倍純合矮皺純合矮皺ddttddtt加倍加倍純合高皺純合高皺DDttDDtt加倍加倍純合矮圓純合矮圓ddTTddTT加倍加倍秋水仙素處理幼苗秋水仙素處理幼苗已知小麥的高稈（已知小麥的高稈（D）對矮稈（）

15、對矮稈（d）為顯性，抗銹?。轱@性，抗銹?。═）對易染銹?。ǎσ兹句P病（t）為顯性，兩對性狀獨立遺傳。）為顯性，兩對性狀獨立遺傳?，F(xiàn)有高稈抗銹病、矮稈易染病兩純系品種。請寫出現(xiàn)有高稈抗銹病、矮稈易染病兩純系品種。請寫出用單倍體種培育抗病又是矮稈的新品種的育種具體用單倍體種培育抗病又是矮稈的新品種的育種具體方案：方案：請用遺傳圖解或文字詳細(xì)說明，并與雜交育請用遺傳圖解或文字詳細(xì)說明，并與雜交育種相比較。種相比較。高桿抗病高桿抗病 矮桿易感病矮桿易感病F1花藥離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)單倍體植株幼苗單倍體植株幼苗正常植株正常植株選擇選擇符合要求的品種符合要求的品種秋水仙素處理秋水仙素處理DDTT Xd

16、dttDdTt1DT : 1Dt : 1dT : 1dt1DDTT：1DDtt：1ddTT：1ddttddTT 矮抗矮抗單倍體育種方法單倍體育種方法優(yōu)點：優(yōu)點：依據(jù)原理：依據(jù)原理：缺點缺點：明顯縮短育種年限明顯縮短育種年限染色體畸變?nèi)旧w畸變技術(shù)復(fù)雜，成本高技術(shù)復(fù)雜，成本高若從播種到收獲種子需要一年若從播種到收獲種子需要一年,則培育出能穩(wěn)定則培育出能穩(wěn)定遺傳的矮桿抗病的品種至少需要幾年遺傳的矮桿抗病的品種至少需要幾年?P高桿抗病高桿抗病 DDTT矮桿感病矮桿感病 ddttF1高桿抗病高桿抗病 DdTt第第1年年選育出需要的矮抗品種選育出需要的矮抗品種F2D_T_ D_tt ddT_ ddtt矮

17、抗矮抗雜交育種雜交育種第第2年年第第3年年生長生長F3減數(shù)分裂減數(shù)分裂配子配子DTDtdTdt單倍體單倍體 DTDtdTdt花藥離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)秋水仙素秋水仙素第第1年年第第2年年第第4年年單倍體育種單倍體育種DDttddTT ddtt純合體純合體DDTT矮抗矮抗ddTTddTt單倍體育種的優(yōu)點單倍體育種的優(yōu)點1 1、所培育的種子為絕對純種；能排除顯隱性干擾提高效率、所培育的種子為絕對純種；能排除顯隱性干擾提高效率2 2、可大大減少工作量并縮短育種周期。、可大大減少工作量并縮短育種周期。雜交育種（至少雜交育種（至少5年）年）單倍體育種單倍體育種(只要兩年只要兩年)第一年第一年雜交得到雜交得

18、到F F1 1。雜交得到雜交得到F F1 1。第二年第二年F F1 1自交得自交得F F2 2，將符合要，將符合要求的求的F F2 2植株的種子按單植株的種子按單株分別收藏。株分別收藏。取取F F1 1花藥離體培養(yǎng)并加花藥離體培養(yǎng)并加倍，觀察，性狀符合要倍，觀察，性狀符合要求即為優(yōu)良新品種。求即為優(yōu)良新品種。第三年第三年按按F F2 2單株分開種植單株分開種植F F2 2，不分離的植株種子仍按不分離的植株種子仍按F F2 2單株收藏待驗證。單株收藏待驗證。第四年第四年驗證第三年保留的種子驗證第三年保留的種子的純度，仍不出現(xiàn)分離的純度，仍不出現(xiàn)分離方可作為新品種推廣。方可作為新品種推廣。人工誘變

19、人工誘變 + + 單倍體育種單倍體育種純合新純合新品種品種花藥離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)加倍并選擇加倍并選擇優(yōu)點：優(yōu)點：當(dāng)年就可以培育出優(yōu)良新品種！當(dāng)年就可以培育出優(yōu)良新品種！普通普通品種品種雜合雜合體體人工人工誘變誘變避免變異避免變異無性繁殖無性繁殖利用利用變異變異雜交育種雜交育種人工誘變育種人工誘變育種多倍體育種多倍體育種單倍體育種單倍體育種生物的后代出現(xiàn)不同于親本的性狀生物的后代出現(xiàn)不同于親本的性狀自然變異自然變異人工誘導(dǎo)變異人工誘導(dǎo)變異按來源分按來源分應(yīng)應(yīng)用用生生物物的的變變異異小小結(jié)結(jié)概念：概念：類類型型基因重組基因重組基因突變基因突變?nèi)旧w變異染色體變異不遺傳的變異不遺傳的變異遺傳的遺傳

20、的變異變異按結(jié)按結(jié)果分果分把二倍體西瓜植株的花粉授到四倍體把二倍體西瓜植株的花粉授到四倍體西瓜植株的雌蕊柱頭上，所結(jié)西瓜的西瓜植株的雌蕊柱頭上，所結(jié)西瓜的果皮、種皮、胚和胚乳的細(xì)胞中的染果皮、種皮、胚和胚乳的細(xì)胞中的染色體組數(shù)色體組數(shù) ( ) A.4、2、2、4 B.4、4、3、6 C.3、3、3、4 D.4、4、3、5D菜籽油菜籽油 加工原料為轉(zhuǎn)基因油菜籽加工原料為轉(zhuǎn)基因油菜籽大豆油大豆油 加工原料為轉(zhuǎn)基因大豆加工原料為轉(zhuǎn)基因大豆生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚魚( (中國中國) )乳汁中含有人生長激素的乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛轉(zhuǎn)基因牛( (阿根廷阿根廷) )轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯

21、病基因的甜椒轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄番茄胰島素從豬、牛等動物的胰胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。格之高可想而知。將合成的胰島將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿素基因?qū)氪竽c桿菌，每菌，每2000L2000L培養(yǎng)液培養(yǎng)液就能產(chǎn)生就能產(chǎn)生100g100g胰島胰島素！使其價格降低素！使其價格降低了了30%-50%!30%-50%!轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù)1、概念：、概念：2、原理：、原理：3、優(yōu)點：、優(yōu)點：4、轉(zhuǎn)基因食品的安全性、轉(zhuǎn)基因食品的安

22、全性打破物種界限、打破生殖隔離、定打破物種界限、打破生殖隔離、定向改變性狀向改變性狀（體外）基因重組（體外）基因重組雜交雜交自交自交選優(yōu)選優(yōu)自交自交輻射誘變輻射誘變化學(xué)誘變化學(xué)誘變花藥離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)秋水仙素處理秋水仙素處理 秋水仙素處理秋水仙素處理萌發(fā)種子或幼苗萌發(fā)種子或幼苗 轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù) 基因重組基因重組 基因突變基因突變 染色體畸變?nèi)旧w畸變 染色體畸變?nèi)旧w畸變 染色體畸變?nèi)旧w畸變 （體外）（體外） 基因重組基因重組 集中優(yōu)良性狀集中優(yōu)良性狀 操作簡便操作簡便 提高誘變頻率提高誘變頻率 加快育種進(jìn)程加快育種進(jìn)程改良性狀改良性狀 明顯縮短年限明顯縮短年限 排除顯隱性排除顯隱性干擾干擾果實種子較大果實種子較大 提高營養(yǎng)含量提高營養(yǎng)含量打破物種界限打破物種界限