第6章 从杂交育种到基因工程
第1节 杂交育种与诱变育种
一、杂交育种
1.概念:将_______________的优良性状通过_____集中
在一起,再经过___________,获得新品种的方法。
2.原理:_________。
两个或多个品种 交配
选择和培育
基因重组
3.过程(以高产抗病品种小麦的选育为例):
4.应用:
(1)农产品:改良_________,提高农作物___________
_____。
(2)家畜、家禽:培育适应性强的乳用、肉用或乳肉兼
用型_____品种。
作物品质 单位面积的
产量
优良
二、诱变育种
1.概念:
(1)诱变因素:物理因素或化学因素。
(2)育种目标:提高突变率,在较短时间内获得更多的优
良变异类型。
2.原理:_________。
3.应用:
(1)_______:培育“黑农五号”大豆。
(2)_______:青霉素高产菌株的培育。
基因突变
农作物
微生物
【激疑】某蔬菜博览会上,展出“巨型南瓜”。该“巨
型南瓜”的培育采用了哪种育种方法?依据的原理是什
么?
提示:诱变育种;基因突变。
三、其他育种方式
判断下列几种育种方式相关说法的正误。
1.单倍体育种的原理是染色体变异。 ( )
2.多倍体作物不但茎秆粗壮、果实营养丰富,而且都是
可育的。 ( )
提示:三倍体是高度不育的。
√
×
3.一般来说,与杂交育种相比,单倍体育种可以缩短育
种年限。 ( )
4.与诱变育种相比,单倍体育种目的性强,是一种定向
的育种方法。 ( )
提示:单倍体育种的关键在于得到的都是纯种,但实际
培育出来的纯种并非全是符合要求的,因此没有定向
的特点。
√
×
知识点一 杂交育种的方法及应用
1.杂交育种的特点:
(1)优点:操作简单,可将多个品种的优良性状集中在一
起。
(2)缺点:育种周期长,筛选过程复杂;不能产生新基因
和新性状。
2.亲本选择的原则:
(1)所选育种材料分别具有所期望的性状。
(2)所选的原始材料,一般都是纯合子。
3.培育对象和方法:
(1)培育杂合子品种:选取符合要求的纯种双亲杂交
(♀× )→F1(即为所需品种)。
(2)培育隐性纯合子品种:选取符合要求的双亲杂交
(♀× )→F1 F2→选出表现型符合要求的个体
种植并推广。
(3)培育显性纯合子品种:
①植物:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得
F1→F1自交→获得F2→鉴别、选择需要的类型,自交至
不发生性状分离为止。
②动物:选择具有不同优良性状的亲本杂交,获得
F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型
与隐性类型测交,选择后代不发生性状分离的F2个体。
【思考·讨论】
1.若利用AAbb与aaBB两品种植物培育新品种aabb,最简
单快捷的方法是什么?为什么?(科学思维)
提示:杂交育种。因为F2出现的符合要求的个体一定是
纯种,不需要连续自交选育。
2.若利用AABB和aabb两品种的动物培育新品种AAbb,最
好采取什么方法?为什么一般不能采用单倍体育种的方
法?(科学思维)
提示:杂交育种。因为绝大多数情况下动物的配子很难
发育为个体(单倍体)。动物新品种的培育,没有应用单
倍体育种的条件。
【素养案例】
用纯合的二倍体水稻品种高秆抗锈病(DDTT)和矮秆不
抗锈病(ddtt)进行育种时(已知两对基因独立遗传),一
种方法是杂交得到F1,F1再自交得到F2;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 世纪金榜导学号( )
A.前一种方法所得的F2中重组类型和纯合子各占5/8、
1/4
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
发生改变引起的
【解题导引】(1)审清关键信息:
①重组类型:D_tt和ddT_。
②可用于生产:纯合子ddTT。
(2)厘清概念关系:
①基因重组包括基因的自由组合和交叉互换。
②染色体变异包括染色体结构变异和染色体数目变异。
【解析】选C。杂交育种F2中重组类型是ddT_(3/16)、
D_tt(3/16),占3/8,A项错误。单倍体育种的原理是染
色体数目变异,由于F1产生的4种配子的比例为1∶1∶
1∶1,用此法所得植株中可用于生产的类型占1/4,B项
错误。杂交育种的原理是基因重组,原因是非同源染色
体的自由组合,C项正确。单倍体育种的原理是染色体
数目变异,D项错误。
【素养·探究】——母题追问
(1)科学探究——设计实验
水稻能否使用测交的方法选育上题F2ddT_中的纯合子?
为什么?
提示:不能。水稻是一年生植物,若用ddtt对ddT_进行
测交,即使被测的是纯合子,但无法保留下来,因此没有
任何意义。
(2)科学思维——演绎与推理
从上题F2植株中选出ddT_植株,使这些植株自交得到种
子(记为F3)。F3矮秆抗锈病类型中纯合子占的比例是多
少?
提示:F2ddT_植株中,ddTT占1/3,ddTt占2/3,则F3中ddTT
自交得ddTT,占1/3,ddTt自交得ddTT,占(2/3)×
(1/4)=1/6,ddTt占(2/3)×(1/2)=1/3。则
ddTT∶ddTt=3∶2,ddTT占3/5。
【素养·迁移】
水稻花为两性花,靠风力传粉,花小,杂交
育种工作量巨大。水稻的紫叶鞘对绿叶鞘
完全显性,受一对等位基因控制(设为A和
a)。现有紫叶鞘(甲)和绿叶鞘(乙)两个纯
系水稻品种。
(1)若要获得甲为父本,乙为母本的杂交种子,需对母本
植株进行________(操作)并套袋隔离,待父本植株花粉
成熟后人工授粉并进行____________(操作)。种子成
熟后收获________(填“甲”或“乙”)植株上结的种
子即为杂交种子,其基因型为________,播种这些种子
所得的幼苗表现型为________,若某次实验的这些幼苗
出现了性状分离,原因可能是__________________
___________________________________________。
(2)甲、乙两种水稻间行种植后自然生长,待种子成熟
后,收获乙品种植株上的种子播种,长出的幼苗将会出
现紫叶鞘和绿叶鞘两种表现型,其中________性状幼苗
是乙的自交后代,请用遗传图解解释你的判断。
(3)由于甲、乙两品系各有一些不同的优良性状,研究
易行的方法实现甲、乙间的杂交,获得杂种植株。你的
方案是______________________________________
__________________________________________。
【解析】(1)欲获得杂交种子,应对母本进行去雄及套
袋处理,且人工授粉后再进行套袋处理,种子成熟后收
获母本植株(乙)上所结的种子即为杂交种子,其基因型
为Aa,播种这些种子所得的幼苗为紫叶鞘。若实验过程
中子代有性状分离,则可能是没有全部套袋隔离或母本
去雄不彻底造成母本发生了部分自交。
(2)甲、乙间行种植,乙品种植株上的种子既有自交产
物,又有杂交产物,其中绿叶鞘性状幼苗是乙的自交后
代。
(3)欲获得杂种植株,可将甲、乙间行种植,令其自然传
粉,收获乙植株上的种子种植,在苗期根据叶鞘颜色选
苗,保留紫叶鞘幼苗即为杂种植株。
答案:(1)去雄 套袋隔离 乙 Aa 紫叶鞘 没有全
部套袋隔离或母本去雄不彻底造成母本发生了部分自
交
(2)绿叶鞘
遗传图解如下:
(3)将甲、乙间行种植,令其自然传粉,收获乙植株上的
种子种植,在苗期根据叶鞘颜色选苗,保留紫叶鞘幼苗
即为杂种植株
知识点二 诱变育种与其他育种方法及应用
1.诱变育种的特点:
(1)优点:提高突变率,加速育种进程;大幅度改良某些
性状。
(2)缺点:有利变异少,需要大量处理实验材料;基因突
变不定向,具有盲目性。
2.育种程序图汇总:
(1)A～F对应的方法为A:杂交,B:花药离体培养,C:秋水
仙素处理,D:自交,E:诱变处理,F:秋水仙素处理。
(2)育种方法:
①“亲本 新品种”为杂交育种;
②“亲本 新品种”为单倍体育种;
③“种子或幼苗 新品种”为诱变育种;
④“种子或幼苗 新品种”为多倍体育种。
3.根据育种目标选择育种方案:
育种目标 育种方案
缩短育种年限 单倍体育种
集中双亲优良性状 杂交育种(耗时较长,但简便
易行)
让原品系产生新性状
(无中生有)
诱变育种(可提高变异频率,
期望获得理想性状)
使原品系营养器官“增
大”或“加强” 多倍体育种
【思考·讨论】
1.诱变育种过程所使用的各种诱变剂,主要作用于细胞
分裂的哪个时期?为什么?(生命观念)
提示:间期。因为这个时期DNA进行复制,在外界因素干
扰下,可能出现差错。
2.科学家对某种花卉进行诱变处理,期望得到紫花新品
种,结果却培育出了具有观赏价值的新叶品种,这主要
反映了基因突变的什么特点?为什么?(生命观念)
提示:随机性。花色基因和叶形基因属于不同的基因,
诱变过程中,DNA不同部位的基因都可能发生突变,这属
于基因突变随机性的特点。
【素养案例】
某省农科院欲通过如图所示的育种过
程培育出高品质的糯玉米。下列有关
叙述正确的是 ( )
世纪金榜导学号
A.a过程中运用的遗传学原理是基因重组
B.a过程需要用秋水仙素处理萌发的种子
C.利用c过程一定能更快获得高品质糯玉米
D.b过程需要通过逐代自交来提高纯合率
【解题导引】(1)关键信息:a、b、c三种育种方法判断
的关键是中间的处理方式,如a中出现yR;b中是基因组
成的变化;c中出现X射线。
(2)重要特征:单倍体育种——配子、加倍;诱变育种—
—新、盲目;杂交育种——重组、集中。
【解析】选D。图中a过程是染色体数目加倍的过程,所
利用的原理是染色体数目变异,A错误。a过程是用秋水
仙素处理单倍体植株的幼苗,B错误。c过程使用X射线
处理,属于诱变育种,所利用的原理是基因突变,基因突
变具有不定向性和突变频率低的特点,因此不一定能很
快获得高品质的糯玉米,C错误。b过程是杂交育种过程
中的操作,即连续自交和人工选择,该过程可以提高纯
合率,D正确。
【素养·探究】——情境迁移
“黑农五号”是我国育种专家利用诱变育种原理培育
的优质大豆品种。该品种比原品种产量提高16%,含油
量提高2.5%。
(1)科学家利用诱变育种处理生物材料的方法有哪些?
(生命观念)
提示:物理方法(如X射线、紫外线、激光等)处理;化学
方法(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理。
(2)在培育过程中除产量提高的突变外,还出现了产量
降低的突变,这反映了基因突变的什么特点?在培育的
过程中与产量有关的基因、与含油量有关的基因都发
生了突变,这反映了基因突变的什么特点?(科学思维)
提示:前者反映了基因突变不定向性的特点,后者反映
了基因突变随机性的特点。
【素养·迁移】
如图是高产糖化酶菌株的育种过程,下列有关叙述错误
的是 ( )
A.通过图中筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产
菌株
B.X射线处理既可以引起基因突变,也可能导致染色体
变异
C.图中筛选高产菌株的过程是定向选择过程
D.每轮诱变相关基因的突变率都会明显提高
【解析】选D。图示育种过程为诱变育种,由于基因突
变是不定向的,因此该过程获得的高产菌株不一定符合
生产的要求,A项正确;X射线处理既可以引起基因突变,
也可能导致染色体变异,B项正确;题图筛选高产菌株的
过程是定向选择符合人类特定要求菌株的过程,C项正
确;相同的射线每轮诱变,相关基因的突变率不会明显
提高,因为每轮诱变的不一定是相同基因,D项错误。
【补偿训练】
下列各项措施中,能够产生新基因的是 ( )
A.高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦杂交
B.用秋水仙素处理二倍体西瓜得到四倍体
C.用花药离体培养小麦植株
D.用X射线处理获得青霉素高产菌株
【解析】选D。A项属于杂交育种,原理是基因重组;B项
属于多倍体育种,C项属于单倍体育种,二者育种原理均
为染色体变异;D项属于诱变育种,原理是基因突变,产
生了新基因。
【课堂回眸】
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